DNA甲基化作为一种重要的表观遗传学修饰机制与癌症的发生发展有着密切的关系。近年来,人们已在癌组织样本中发现了大量的基于DNA甲基化水平绝对量的癌症甲基化诊断标记。但是,这些标记普遍存在可重复性低的问题。然而已有研究表明基于基因表达水平的相对大小秩次关系的肿瘤标记物具有较高的稳健性。因此,本文首先评估了基于DNA甲基化水平相对大小的秩次关系来寻找癌症诊断标记的可行性。本文第一部分分别从五种不同癌组织的甲基化谱数据中选出了DNA甲基化水平的相对大小秩次关系在癌症和正常样本间发生显著逆转的CpG位点对,并根据这些逆转对的DNA甲基化水平的秩次关系,利用投票规则对测试集和验证集中的样本进行预测。结果显示这些标记对癌症和正常样本的预测准确率均达到90%以上且具有很好的跨数据集预测能力,提示基于DNA甲基化水平秩次关系的癌症诊断标记同样具有较高的稳健性且这类标志可以自然地应用于个体的鉴别诊断。相比于组织样本,在外周血中发现的分子标记更便于临床应用。但是,目前在外周全血、血清中识别的癌症相关的DNA甲基化标记的来源和特异性尚不清楚。因此,在本文的第二部分中我们分别在全基因组水平上对头颈癌、卵巢癌外周全血和头颈癌血清DNA甲基化谱数据中识别的异常DNA甲基化信号的来源进行了分析。结果显示,在这些数据中识别的差异DNA甲基化位点中至少有94.7%以上的位点的DNA甲基化水平同时也在髓性细胞和淋巴性细胞间显著差异,并且它们在癌症样本中的DNA甲基化水平相对正常对照样本的高、低甲基化改变方向完全与其在髓性细胞相对淋巴细胞的高、低甲基化改变方向一致。类似的结果也在风湿性关节炎外周全血和结肠炎外周白细胞的DNA甲基化谱数据中被观察到。这些结果提示在癌症和炎症外周全血、血清中观察到的异常DNA甲基化信号是由癌症和炎症状态下外周血中髓性细胞比例增加、淋巴细胞比例减少的构成变化所决定,主要反映髓性细胞和淋巴性细胞间的差异DNA甲基化信号。因此,相对于正常对照样本来说在癌症病人外周血或血清中识别的DNA甲基化标记可能缺乏癌特异性,难以区分癌症和炎症病人。老化相关的分子改变是癌症发生发展的重要风险因子,但是目前在外周全血中发现的与老化相关的DNA甲基化改变的来源亦不清楚。因此,在本文第三部分中我们基于多套正常人群外周全血DNA甲基化谱数据集对外周全血中与老化相关的DNA甲基化信号进行了分析。结果显示在不同外周全血数据中可稳定识别与老化相关的DNA甲基化位点(记为arCpGs);外周全血中髓性和淋巴性细胞的比例随年龄程度较低(Spearman秩相关系数仅为0.15~0.22),只有部分DNA甲基化水平在这两种细胞间差异程度较大的位点容易受其影响而在外周全血中被识别为arCpGs,提示在外周全血中识别的arCpGs主要反映外周白细胞内部与年龄相关的的变化。进一步对正常外周CD4+T细胞和CD14+单核细胞的DNA甲基化谱数据分析,发现CD4+T和CD14+单核细胞中的arCpGs随机交叠(P=0.794)并且它们在CpG岛内外的分布以及涉及到的生物学功能上都存在不同;CD4+T细胞和外周全血中的arCpG显著交叠且交叠位点的甲基化水平与年龄正、负相关性显著一致(P<2.2×10-16)。而CD14+单核细胞中识别的arCpGs与在外周全血中识别的arCpGs并不显著交叠,但是在交叠的51个arCpGs中,有90.1%的位点在CD14+单核细胞、外周全血以及CD4+T细胞中的DNA甲基化水平与年龄的正、负相关性一致,提示它们可能主要反映细胞间共同的改变。因此,在外周全血中识别的arCpGs主要反映某些白细胞共同或特异的DNA甲基化改变。综上,本文提出了一种寻找癌组织DNA甲基化诊断标记的新方法,并揭示了外周全血中与癌症及老化相关的DNA甲基化信号的来源,对寻找癌症诊断(尤其是炎、癌鉴别)及风险预测的DNA甲基化标记具有重要意义。