本论文旨在探索人体必需金属元素水平与肺癌发生风险之间的关联性及潜在生物学机制。本论文主要包括三个部分：　　第一部分 血浆必需金属元素水平与肺癌发生的巢式病例-对照研究　　目的：在肺癌的巢式病例-对照研究中探索血浆11种必需金属元素与肺癌发生风险之间的关联性，为肺癌的早期预防研究提供新的线索。　　方法：本研究基于东风-同济队列，以2008年27009人和2013年新入队列的14120人为基线研究对象，随访至2016年12月，共纳入有血浆样本的440名新发肺癌病例和1320名健康人（按照性别和年龄匹配）为研究对象。采用问卷调查的方式收集基线研究对象的一般人口学特征、生活方式和饮食信息。依据医疗保险记录和住院病历核实诊断新发肺癌病例。采用电感耦合等离子体质谱仪（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）测定所有研究对象基线血浆11种必需金属元素水平。采用条件logistic回归建立必需金属元素与肺癌发生风险关联性的单金属和多金属模型，并校正年龄、性别、体质指数、教育程度、吸烟、吸烟包年、饮酒、规律性身体锻炼情况和肿瘤家族史。进一步采用限制性立方样条函数分析单金属和多金属模型中发现的Zn与肺癌发生之间关联性的线性关系。另外，以生活习惯包括吸烟、饮酒、以及规律性身体锻炼情况分层分析血浆Zn与肺癌发生风险关联性，并进一步分析生活方式与血浆Zn的联合作用对肺癌发生风险的影响。此外，采用线性回归分析不同种类食物的每周摄入量与血浆Zn水平之间的关联。　　结果：在总人群的单金属模型中发现，经自然对数转换后的Zn水平每增加一个单位，可以使肺癌发生风险降低11%（OR=0.89，95%CI=0.79-0.99）。血浆Zn对肺癌发生风险的保护效应主要体现男性人群（OR=0.86，95%CI=0.74-0.99），而在女性中并不显著（OR=1.00，95%CI=0.83-1.22）。采用多金属模型进行多种金属的互相校正后，Zn对肺癌发生风险的保护作用依然存在，且仍然表现在男性人群（OR=0.71，95%CI=0.55-0.93），即自然对数转换后的Zn水平每增加一个单位，肺癌发生风险降低29%。限制性立方样条函数模型中也发现血浆Zn与男性肺癌发生之间存在线性关联（P=0.041）。我们进一步采用敏感性分析，排除基线调查后6、12或24个月内发生肺癌的人群，发现血浆Zn对肺癌发生风险的保护效应并未发生改变[OR（95%CI）=0.86（0.74，1.00），0.86（0.74，0.99）和0.84（0.72-0.99）]。　　以肺癌对照人群血浆Zn浓度的四分位数将所有男性分为四个亚组（Q1-Q4），结果发现，与血浆Zn水平最低组研究对象相比（Q1，＜970.10μg/L），Q3组（1275.48-3358.49μg/L）和Q4组（＞3358.49μg/L）的研究对象肺癌发生风险分别降低33%和36%[OR（95%CI）=0.67（0.45，0.99）和0.64（0.43，0.95）]。同时，由Q1至Q4组，Zn对肺癌发生风险的保护效应也存在线性趋势（Ptrend=0.014）。　　我们进一步在东风-同济肺癌对照人群中分析了不同种类食物摄入量与血浆Zn水平之间的关联性，结果发现，随着每周坚果总摄入量的提高，个体血浆Zn水平也显著增加（Pearson r=0.086，P=0.014）。然而，并未发现其他种类食物，如谷类、蛋类、畜禽肉、水产品、新鲜蔬菜、水果、奶制品和豆类的摄入量与血浆Zn水平存在关联性。　　结论：血浆Zn的升高能够降低男性肺癌的发生风险，且该效应主要体现在不吸烟者、不饮酒者和规律性身体锻炼者，每周坚果摄入量的增加是提高血浆Zn水平的一个可能性食物来源。因而提高血浆Zn水平可能为预防肺癌发生提供线索，但目前血浆Zn如何影响肺癌的发生尚不清楚，在接下来的研究中我们将逐步探索Zn能够降低肺癌发生风险的潜在作用机制。　　第二部分 血浆锌水平与端粒缩短程度的前瞻性队列研究　　目的：探究基线血浆Zn水平对淋巴细胞端粒缩短程度的影响，为巢式病例-对照研究的结果提供早期证据。　　方法：以2010年10月建立的焦炉工职业队列中的1628名工人为基线研究对象，收集个人的人口学特征、生活方式和职业史等信息，并于2014年10月完成对其中1243焦炉工的随访调查，本研究以此1243名焦炉工为研究对象。两次调查均采集焦炉工外周静脉血样，采用ICP-MS测量焦炉工基线血浆Zn水平、实时定量PCR方法检测并计算队列人群4年间外周血淋巴细胞端粒的缩短程度。采用广义线性模型评估血浆Zn水平的单独效应以及它与生活方式（吸烟、饮酒和规律性身体锻炼情况）联合作用对4年间外周血淋巴细胞端粒缩短程度的影响，模型中校正年龄、性别、体质指数、吸烟和饮酒状态、规律性身体锻炼情况以及焦炉作业的暴露情况。　　结果：完成随访的1243名焦炉工中分别有1196人和744人完成两个时间点端粒长度和基线血浆Zn浓度的测量，最终共有724名焦炉工纳入分析。我们比较了焦炉工队列人群2010年基线和2014年随访时外周血淋巴细胞的端粒长度，发现2010年的端粒长度明显高于2014年的端粒长度（中位数为1.98vs.1.58，P＜0.001）。随着焦炉工基线血浆Zn水平的提高，4年间外周血淋巴细胞端粒缩短程度显著降低[β（95%CI）=-0.086（-0.143，-0.03），P=0.003]。进而我们以焦炉工基线血浆Zn水平的中位数（1250μg/L）将研究对象均分为血浆高水平和低水平Zn组，结果发现血浆高水平Zn组端粒缩程度明显小于低水平Zn组（0.09vs.0.18，P＜0.001）。以生活方式分层，高水平血浆Zn（≥1250μg/L）对端粒缩短程度的保护作用在吸烟者[β（95%CI）=-0.56（-0.97，-0.15）]、非吸烟者[β（95%CI）=-0.71（-1.33，-0.09）]、饮酒者[β（95%CI）=-0.77（-1.32，-0.23）]、非饮酒者[β（95%CI）=-0.50（-0.94，-0.07）]和规律性身体锻炼者[β（95%CI）=-0.97（-1.42，-0.52）]中均有显著性，但在非规律性身体锻炼者中并不明显[β（95%CI）=-0.31（-0.82，0.20）]。　　结论：基线血浆Zn水平的提高可降低外周血淋巴细胞端粒缩短程度，并且该保护效应在非吸烟者、非饮酒者和规律性身体锻炼者中更为明显。由于端粒缩短是肺癌发生的一个重要早期生物学事件，此部分的研究结果提示Zn可能通过保护端粒长度来降低肺癌的发生风险。鉴于Zn具有多重生物学功能，以及肺癌的发生多伴随有基因表达量的改变，因而Zn也可能通过调节基因的表达量影响肺癌的发生。　　第三部分 血浆锌与基因表达量的关联以及锌相关基因在肺癌和正常肺组织间表达量的差异　　目的：拟在外周血和肺组织中分别研究血浆Zn和组织Zn水平对相关基因表达水平的影响，并分析这些基因在肺癌和癌旁正常肺组织中表达量的差异，为阐明Zn降低肺癌发生的作用机制提供线索。　　方法：以在十堰市东风总医院体检部门进行体格检查的144名健康人为研究对象，并收集一般人口学特征、生活习惯和既往病史等信息，且完成对外周静脉血的采集。采用ICP-MS检测血浆中Zn水平、基因表达谱芯片（HumanHT-12v4Expression BeadChip）测定外周血淋巴细胞47323个基因位点表达水平。采用线性回归模型分析血浆Zn水平与基因表达量之间的关联，并根据以下条件筛选表达量与血浆Zn水平相关的基因，包括：（1）基因在外周血淋巴细胞中的表达量与血浆Zn水平具有线性关联（P＜0.05），且为已报道的Zn参与信号通路上的相关基因；或（2）外周血淋巴细胞中的表达量与血浆Zn水平线性关联性最强的40个基因（按照P值大小排列），并且在NCBI数据库中基因功能注解与肿瘤发生和发展相关。另纳入87名在武汉同济医院胸外科行外科手术的肺癌病例，收集肺癌和癌旁正常组织样本并保存在液氮中。检测肺癌和正常肺组织中Zn水平，并采用实时荧光定量PCR方法检测上述外周血淋巴细胞表达谱研究中筛选出的13个目的基因在肺癌和正常肺组织表达水平，并在正常肺组织中验证13个目的基因与组织Zn水平之间的线性关联。　　结果：根据上述筛选原则，在144名健康人的外周血淋巴细胞基因表达谱中共筛选出13个表达量与血浆Zn水平存在线性相关的基因，包括抗氧化功能基因（SOD1），DNA修复基因（APEX1、TP53BP1），肿瘤的发生和进展相关基因（WDR33、SNX33、MAGED2、ARMC10、LAPTM4B、TRIT1、HUWE1、ZNF813和ZNF717），以及肿瘤转移基因（MMP25）。　　结论：人体外周血淋巴细胞中8个基因的表达量与血浆Zn水平存在线性关联，且在肺癌组织中的表达量高于正常肺组织，包括抗氧化功能基因（SOD1），DNA修复基因（APEX1、TP53BP1），肿瘤发生和进展相关基因（WDR33、LAPTM4B、TRIT1、HUWE1和ZNF813）。提示Zn可能通过调节这些基因的表达来发挥抗肺癌发生和发展效应，为阐明Zn能够降低肺癌发生风险的可能机制提供线索。