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目的:苯并[a]芘（Benzo[a]pyrene,B[a]P）在自然界中普遍存在,它是多环芳烃类化合物中污染最广、含量最多、致癌性最强的代表性环境污染物,主要产生于香烟烟雾、高温烹调油烟、石油、沥青和汽车尾气等。进入人体的B[a]P在细胞微粒体中混合功能氧化酶的作用下可以代谢活化为反式二氢二醇环氧苯并[a]芘（anti-7,8,-dihydrodiol-9,10-epoxide benzo[a]pyrene,BPDE）,是苯并[a]芘的代谢终致癌物,后者可以与DNA形成共价键结合,造成DNA损伤,引发癌症。BPDE还可以与血液中的白蛋白结合形成反式二氢二醇环氧苯并[a]芘-白蛋白（anti-7,8,-dihydrodiol-9,10-epoxide benzo[a]pyrene–albumin,BPDE-Alb）加合物,随血液循环运输到组织和器官。因此,大量流行病学研究采用BPDE-Alb加合物作为评价机体B[a]P暴露水平和生物效应的常用指标（可同时作为内暴露标志物和生物有效剂量标志物）。本研究拟使用全基因组DNA甲基化芯片检测技术,评价B[a]P暴露致外周血DNA甲基化的改变特征,并进一步探讨B[a]P所致的DNA甲基化改变在B[a]P与肺癌发生关联性中的介导效应,为探索环境污染所致表观遗传学改变在肺癌发生中的重要作用提供研究线索和科学依据。方法:本研究以109例肺癌患者和109例正常对照为研究对象,以问卷形式收集了每人的基本人口学信息、生活方式、疾病史和人体测量学指标,并收集所有肺癌患者和健康对照的静脉血以及肺癌患者外科手术过程中切除的肺癌组织和癌旁组织等生物样本。我们采用酶联免疫吸附试验检测血浆中BPDE-Alb加合物水平;采用Illumina Human Methylation 450K甲基化芯片（包含>485000个CpGs）检测肺癌病例和对照人群外周血DNA及肺癌人群的肺癌和癌旁组织DNA的全基因组甲基化水平。我们采用多元logistic回归模型,并校正年龄、性别、体质指数（body mass index,BMI）、吸烟状态、饮酒状态及实验批次等协变量后,分析血浆BPDE-Alb加合物与肺癌发生风险的关联性。对于全部研究人群,我们采用多元线性回归模型,校正年龄、性别、BMI、吸烟状态、饮酒状态、疾病状态（肺癌、对照）、白细胞成分以及实验批次等协变量,分析了血浆BPDE-Alb加合物与全基因组DNA甲基化水平的关联性,参考既往文献报道选择关联性P值小于1.0×10-4的一共59个DNA甲基化位点（CpG位点）进行后续分析。对于这59个CpGs位点,我们进一步分析了其在不同吸烟状态人群的外周血DNA中的甲基化水平的差异,采用多元logistic回归模型校正年龄、性别、BMI、饮酒状态、疾病状态（肺癌、对照）、血浆BPDE-Alb加合物水平、及实验批次等协变量。接下来,我们比较了上述59个CpGs位点在109名肺癌患者的肺癌与癌旁组织中甲基化水平的差异。针对在肺癌与癌旁组织中甲基化水平的差异达到显著性（P<0.05）,且差异性方向与其在外周血中与血浆BPDE-Alb加合物的关联性方向保持一致的14个CpGs位点,我们进一步在肺癌和对照人群中,运用多元logistic回归模型,校正年龄、性别、BMI、吸烟状态、饮酒状态、血浆BPDE-Alb加合物以及实验批次等协变量后,分析了这14个CpGs位点在外周血中甲基化水平与肺癌发生风险的关联性。最后,对于存在显著关联（P<0.05）且关联性方向与其在肺癌患者的肺癌和癌旁组织中甲基化水平的差异性方向保持一致的4个CpGs位点,我们采用因果中介分析模型评估其甲基化水平在血浆BPDE-Alb加合物与肺癌发生关联性中的介导效应,并估计其对肺癌的预测价值。结果:研究发现,血浆BPDE-Alb加合物水平在肺癌人群中显著高于对照人群,且与肺癌发生风险的关联性具有显著意义（P=0.048）。血浆BPDE-Alb加合物的浓度每增加一个标准差,肺癌的发生风险增加45%[风险比（odd ratio,OR）和95%置信区间（confidence interval,CI）为1.45（1.00,2.10）],且这一显著性关联主要体现在吸烟者以及BMI<24.0 kg/m2的人群中。此外,BMI每增加1 kg/m2,可使肺癌发生风险降低13%[OR（95%CI）=0.87（0.80,0.96）];吸烟人群患肺癌的风险是不吸烟人群的3.64倍[OR（95%CI）=3.64（1.56,8.49）]。血浆BPDE-Alb加合物水平与外周血DNA中59个CpGs位点的甲基化水平的关联性的P值小于1.0×10-4,其中有10个CpGs位点也与吸烟状态有关（P值均小于0.05）。上述59个CpGs位点中,有14个CpGs位点在肺癌患者的肺癌组织和癌旁组织DNA中的甲基化水平存在显著性差异（P值均小于0.05）且差异性方向与其在外周血中与血浆BPDE-Alb加合物的关联性方向保持一致,即对于同一CpG位点:（1）随着血浆BPDE-Alb加合物浓度的升高,其在外周血中的甲基化水平明显提高(β>0,P<1.0×10-4),且该位点在肺癌组织中的甲基化水平显著高于癌旁组织（fold change>1,P<0.05）,共5个CpGs位点,它们分别为NUP160基因cg14931686、PTAFR基因cg20460771、RNF11基因cg24808674、P4HTM基因cg07707611和INPP5A基因cg16544463;或（2）随着血浆BPDE-Alb加合物的升高,其在外周血中的甲基化水平明显降低(β<0,P<1.0×10-4),且该位点在肺癌组织中的甲基化水平低于癌旁组织（fold change<1,P<0.05）,共9个CpGs位点,它们分别为SHANK2基因cg03371662、SCGB1D1基因cg26907473、FAM83A基因cg10424125、cg23225748（未定位特定基因）、C3orf22基因cg24389347、SLC8A1基因cg10103850、FAT1基因cg11396712、cg25105578（未定位特定基因）和KIF6基因cg15478981。针对上述14个CpGs位点,我们对肺癌患者和健康对照人群进行logistic回归模型分析,结果显示其中5个CpGs位点在外周血中的甲基化水平与肺癌发生风险显著相关:其中,SCGB1D1基因cg26907473、PTAFR基因cg20460771和RNF11基因cg24808674位点的高甲基化可显著增加肺癌的发病风险[OR（95%CI）分别为1.78（1.26,2.58）、10.27（5.58,21.17）和1.47（1.06,2.07）,P值分别为0.002,5.89×10-12,和0.022];而FAM83A基因cg10424125和SLC8A1基因cg10103850位点的高甲基化可显著降低肺癌的发病风险[OR（95%CI）分别为0.45（0.31,0.63）和0.13（0.07,0.22）,P值分别为1.34×10-5和1.89×10-11]。由于SCGB1D1基因cg26907473位点的甲基化水平与血浆BPDE-Alb水平呈负向关联,而与肺癌发生风险提高有关,两者关联性结果不一致,因此在后续的分析中将该位点排除。我们将FAM83A基因cg10424125、PTAFR基因cg20460771、RNF11基因cg24808674和SLC8A1基因cg10103850纳入因果中介分析模型,结果显示cg10424125、cg20460771和cg10103850这3个CpGs位点的外周血DNA甲基化水平在血浆BPDE-Alb加合物与肺癌发生风险关联性中具有显著的介导作用。血浆BPDE-Alb加合物与肺癌发生风险的关联中分别有42.2%和44.0%可由cg10424125和cg10103850位点的低甲基化水平介导（P值分别为0.002和0.032）;另外有35.7%可由cg20460771位点的高甲基化水平介导（P=0.002）。我们也发现FAM83A基因cg10424125和SLC8A1基因cg10103850位点的联合介导比例为64.5%(P=2.0×10-16)。最后我们观察到,这4个CpGs位点中,cg20460771对肺癌发生风险的预测价值最高[曲线下面积（area under the curve,AUC）及95%CI为0.889（0.839,0.927）,灵敏度为80.73%,特异度为81.76%]。其次为cg10103850[AUC（95%CI）=0.864（0.811,0.906）,灵敏度为85.32%,特异度为76.15%]和cg10424125[AUC（95%CI）=0.690（0.624,0.751）,灵敏度为66.97%,特异度为69.72%]。而cg24808674对肺癌发生风险的预测价值最低[AUC（95%CI）=0.578（0.509,0.644）,灵敏度为65.14%,特异度为54.13%]。结论:本研究在肺癌患者和对照人群外周血中发现了59个与血浆BPDE-Alb加合物显著相关的CpGs位点,其中PTAFR基因cg20460771和RNF11基因cg24808674位点的高甲基化水平与血浆BDPE-Alb加合物水平呈现显著正向关联,在肺癌组织中DNA的甲基化水平高于癌旁组织,且可以显著提高肺癌的发生风险,FAM83A基因cg10424125和SLC8A1基因cg10103850位点与血浆BDPE-Alb加合物水平呈现显著负向关联,在肺癌组织中DNA的甲基化水平低于癌旁组织,且在外周血DNA中的甲基化水平可以显著降低肺癌发生风险。FAM83A基因cg10424125、PTAFR基因cg20460771和SLC8A1基因cg10103850位点的外周血DNA甲基化水平在苯并[a]芘与肺癌发生的关联性中具有显著的介导效应。上述研究结果初步提示了DNA甲基化在苯并[a]芘暴露导致肺癌发生的可能作用,具体的生物学机制还需要进一步深入探讨。