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背景和目的:在所有的恶性肿瘤中肺癌的发生率和死亡率常居于首位,肺癌的发生与发展常常受遗传学与表观遗传学的共同调控。缺乏有效的早期筛查方法使肺癌患者诊断较晚从而影响生存和预后,DNA甲基化作为表观遗传学之一,常参与肺癌从早期到晚期的整个发生过程,而且DNA甲基化在肿瘤发生的早期便会出现而且非常稳定,因此在肺癌的早期筛查和临床诊断方面具有广泛的应用潜力。有研究表明半胱氨酸双加氧酶1(cysteine dioxygenase 1,CDO1)和膜相关环指11(membrane associated ring-CH-type finger 11,MARCH11)基因在肿瘤中存在甲基化改变但其在肺癌中的研究较少。因此,本研究的目的是分析CDO1和MARCH11在肺癌中的甲基化水平并探索其在肺癌早期诊断中的临床应用价值。方法:1.通过肿瘤基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库分析CDO1和MARCH11基因在肺癌中的甲基化水平以及对患者预后的影响。2.收集天津医科大学附属总医院2018年9月-2020年1月的肺部肿瘤患者血浆样本270例,组织样本104例以及健康人群外周血104例。通过实时荧光定量PCR检测CDO1和MARCH11在不同人群中的甲基化水平。分析CDO1和MARCH11在肺癌早期诊断中的应用价值。结果:1.通过对TCGA数据库肺癌CDO1和MARCH11甲基化的差异分析,结果表明CDO1和MARCH11在肺癌与正常组织中存在明显的差异(P<0.05)。此外,基因的甲基化水平和基因的表达呈负相关(r=-0.45,r=-0.46),但甲基化的差异并不会对5年生存率造成明显影响(P>0.05)。2.对38对肺癌组织和对应的癌旁组织进行分析时发现CDO1基因和MARCH11基因在两组中的甲基化水平存在显著性差异(P<0.001)。同时对不同病理类型的甲基化水平进行分析时发现,腺癌和鳞癌的癌组织甲基化水平也明显高于癌旁组织且具有统计学差异(P<0.05)。3.对23例患者的肺癌组织和配对的外周血液样本的基因甲基化水平的相关性进行分析,结果显示CDO1基因甲基化水平在肺癌和外周血中存在相关性(P=0.04,r=0.432),MARCH11基因甲基化水平在肺癌和外周血中也存在相关性(P=0.02,r=0.48)。4.对351例研究者的外周血进行甲基化水平分析,其中CDO1甲基化水平在不同年龄、疾病类型、TNM分期和是否有淋巴结转移中存在显著性差异(P<0.01),MARCH11甲基化水平在不同年龄、疾病类型、TNM分期、是否有吸烟史和淋巴结转移中存在显著性差异(P<0.01)。此外,CDO1和MARCH11在肺癌患者中的甲基化水平明显高于良性疾病组和健康对照组且差异均具有统计学意义(P<0.05),而且两种基因在良性疾病组和健康对照组中无统计学差异(P>0.05)。以中位数、25%、50%和75%位数为临界值进行分组对甲基化水平比较时,结果显示肺癌组与对照组在不同甲基化分层中差异具有统计学意义(P=0.000),在以中位数为临界点将甲基化水平分为高甲基化和低甲基化进行分析时同样表明肺癌组和对照组的甲基化水平存在显著性差异(P=0.000)。5.采用受试者工作曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)评估DNA甲基化对肺癌的诊断效能,CDO1的曲线下面积(Area Under ROC Curve,AUC)为0.635,MARCH11的AUC为0.695。采用约登指数最大法获得CDO1的cut-off值为0.079,约登指数为0.308。MARCH11的cut-off值为2.93,约登指数为0.292。通过分析发现CDO1诊断的灵敏度为52.2%,特异性为78.6%,准确度为65.2%。MARCH11诊断的灵敏度为69.1%,特异性为60.1%,准确度为64.7%。其余5种临床常用的诊断指标包括癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)、细胞角蛋白19片段(CYFR21-1)、鳞癌抗原(SCC)、胃泌素释放肽前体(Pro GRP)、神经元特异性烯醇化酶(NSE)的特异性分别为95%、96.9%、93.5%、100%、81%,但其灵敏度较低分别为29%、37.7%、17.1%、13.7%、37%。对比分析表明MARCH11的灵敏度最高(69.1%),Pro GRP的诊断特异性最高(100%),CDO1的诊断准确度最高(65.2%),MARCH11的AUC最高(0.695)。对CDO1和MARCH11联检发现对肺癌诊断的灵敏度为80.3%,特异性为50.3%,准确度为65.6%,曲线下面积为0.604。经典的5项诊断指标的联合检测结果显示灵敏度为69.1%,特异性为69.4%,准确度为69.2%,AUC为0.691。最后七项指标联检的灵敏度高达90.4%,而特异性只有37.7%,整体的准确度为75.1%,AUC为0.615。此外,对可能导致肺癌的危险因素进行回归分析结果显示CEA、CYFR211以及性别为肺癌发生的独立危险因素。结论:1.通过TCGA数据库挖掘证明CDO1和MARCH11在肺癌中存在明显的甲基化。2.肺癌组织中CDO1和MARCH11的甲基化水平明显高于癌旁组织,同时肺癌患者血浆中甲基化水平高于肺部良性疾病患者和健康人群。3.CDO1和MARCH11对肺癌诊断的准确度和效能整体优于传统肿瘤标志物,其联检效能仍需进一步验证,其对肺癌的早期诊断具有潜在的优势。