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背景:哮喘是长期影响儿童健康和生活质量的复杂异质性疾病,颗粒物等空气污染可能是过去30年中国儿童哮喘持续增长的重要影响因素。黑炭(black carbon,BC)是细颗粒物生物学效应的活性核心和交通污染的标志污染物之一,BC及其介导的表观遗传学修饰(特别是DNA甲基化)对儿童哮喘的激发作用仍待阐明。目的:利用定组研究探讨BC暴露对儿童哮喘DNA甲基化的影响,探索BC及DNA甲基化修饰对儿童哮喘的激发作用。方法:选择2016年9月～2017年11月在北京首都儿科研究所就诊、并至少在不同季节复诊1次的40名临床确诊的哮喘儿童及40名居住北京同一城区的非哮喘儿童(年龄6～14岁),通过定组研究(panelstudy)比较不同季节的大气BC浓度与哮喘儿童DNA甲基化的关联。BC暴露评估使用TSI PM2.5(fine particular matter)采样器将北京32个代表性点位空气BC采集到聚四氟乙烯滤膜上,使用积分球四波长光学反射率测量法分析BC含量,并使用普通克里金插值法拟合研究对象的BC暴露水平。160个痰液样品的DNA 甲基化水平使用Illumina 850K甲基化芯片检测。统计分析使用R软件(版本3.6.1),使用Benjamini-Hochberg错误发现率(falsediscovery rate,FDR)校正的P值作为阈值(FDR<0.05)。DNA甲基化数据的质控和标准化使用“ChAMP”包,BC暴露与哮喘儿童喘息的全表观基因组关联(epigenome-wide association study,EWAS)分析使用“lmerTest”包拟合线性混合效应模型,并使用R中的“clusterProfiler”包进行GO(Gene Ontology)富集分析和 KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集分析。结果:1.CpG位点甲基化与儿童哮喘关联的EWAS分析:调整年龄、性别后,发现98986个差异甲基化位点(differential methylationprobes,DMPs)与哮喘儿童喘息相关,这些位点可以注释到PIK3AP1、GPC6、LRRC3B等基因。KEGG富集分析最显著的3条通路是轴突导向、ErbB信号通路和黏附连接通路。2.CpG位点与特应性关联的EWAS分析:调整年龄、性别后,发现了 153个特应性相关CpG位点(P<0.001)。这些DMPs注释到包括NAGS、ROBO1、CIB2等103个基因。GO分析和KEGG分析未发现有统计学意义的条目或通路。3.不同季节哮喘甲基化差异分析:冬季,在哮喘组与对照组之间发现192454个 DMPs 和 1 14 个差异甲基化区域(differential methylation regions,DMRs)(FDR<0.05),它们可以注释到TNXB、PKP3、FGFR2等基因;夏季,在哮喘组与对照组之间发现5356个DMPs(P<0.001)。4.BC暴露与CpG位点甲基化的关联分析:调整臭氧后,发现505个CpG位点与BC暴露关联具有统计学意义(P<0.001).这些位点注释到NCOA7、FOXK2、FGD4等355个基因。对这些基因进行GO分析结果发现2个分子功能条目(蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性和鸟嘌呤核苷酸交换因子活性)和1个生物过程条目(GTPase活性的调节)。KEGG富集分析未发现有统计学意义的通路。5.BC暴露与哮喘相关CpG位点甲基化的关联分析:调整臭氧、温度、湿度后,发现BC暴露与918个(98986中的918个位点)哮喘相关CpG位点显著关联(P<0.05),这些位点可以注释到SDC3等基因。GO富集分析显示最显著的条目是鸟嘌呤核苷酸交换因子活性、轴突部分、Ras蛋白信号转导的调控。KEGG富集分析只富集到皮质醇的合成与分泌通路。但是在经过多重校正后,BC暴露与哮喘相关的CpG位点的关联不显著(FDR>0.05)。结论:哮喘儿童的哮喘发作与痰液DNA甲基化水平相关。轴突导向通路在儿童哮喘的发作可能起到重要作用。BC暴露可能通过影响皮质醇的合成与分泌通路、轴突或突触结构有关基因DNA甲基化水平调控儿童哮喘的激发机制。