炎症是机体对外界有害刺激的防御反应,局部的急性炎症反应可迅速恢复,而低水平的慢性炎症会长期持续存在,对人体健康产生不良影响。超敏C反应蛋白（hypersensitive C-reactive protein,hsCRP）是公认的反映系统慢性炎症水平的重要且灵敏的指标之一,其水平不仅可预测心血管疾病（cardiovascular disease,CVD）的发生风险,而且还与糖尿病、癌症、慢性肾病和神经退行性疾病等慢性疾病的发病率和死亡率增加有关。因此,研究影响hsCRP水平的环境因素及其机制对于这些疾病的预防具有重要的公共卫生意义。hsCRP水平与吸烟、饮食和空气污染等环境因素有关,金属是这些环境因素的重要成分。众所周知,金属元素广泛分布于环境中,主要通过呼吸道和消化道等途径进入人体,其暴露可能改变hsCRP水平和影响人群健康。尽管许多研究探讨了体内单一金属的暴露水平如镉（cadmium,Cd）、铅（lead,Pb）、锰（manganese,Mn）、铜（copper,Cu）、锌（zinc,Zn）和硒（selenium,Se）等与hsCRP水平的关联,但是,单金属暴露研究不符合人群多金属暴露的客观现实,更没有考虑金属间交互作用对hsCRP水平的影响,具有一定的局限性。另外,金属暴露与hsCRP水平关联的机制仍不完全清楚。DNA甲基化是一种受基因和环境调控的表观遗传修饰,可通过调节基因转录发挥重要的生物学功能。金属暴露可能通过改变特定基因上胞嘧啶–磷酸–鸟嘌呤（cytosine-phosphate-guanine,Cp G）位点的甲基化水平影响基因转录,进而引起hsCRP水平的变化。然而,目前在全基因组水平上探索金属暴露相关DNA甲基化特征的研究十分有限。此外,尚未有研究探索血浆金属浓度相关DNA甲基化改变与hsCRP水平的关联。基于以上研究背景,本论文的主要研究目的是:（1）探索人体17种血浆金属浓度及金属间交互作用与hsCRP水平的关联;（2）在全基因组水平上探索与hsCRP水平显著相关的血浆金属浓度的DNA甲基化特征,及其与hsCRP水平的关联;（3）通过评估血浆金属相关DNA甲基化位点与所在或邻近基因m RNA水平的关联以及DNA甲基化位点所在基因富集的通路,探索血浆金属与hsCRP水平关联的可能机制。本论文包括以下两个部分:第一部分血浆金属浓度与超敏C反应蛋白水平的关联研究目的:金属暴露可能会影响机体慢性炎症水平,进而参与多种疾病的发生发展过程。hsCRP是公认的系统慢性炎症的敏感标志物,然而目前仍缺乏评估多种金属暴露及金属间交互作用和hsCRP水平关联的研究。因此,本研究的目的是探讨血浆中多种金属浓度及金属间交互作用与hsCRP水平的关联。方法:研究采用横断面研究设计,研究对象来自于东风同济队列（the Dongfeng-Tongji cohort,DFTJ cohort）中冠心病（coronary heart disease,CHD）巢式病例对照的基线人群（n=2882）。采用电感耦合等离子体–质谱仪（inductively coupled plasma-mass spectrometry,ICP-MS）检测研究对象基线血浆样本中的23种金属浓度,采用胶乳免疫比浊法检测研究对象基线血清样本中的hsCRP水平。排除检出率低于50%及不适合以血浆浓度作为内暴露标志物的金属后,研究采用广义线性模型分别评估剩余17种血浆金属浓度与hsCRP水平的关联（单金属模型）,校正年龄、性别、吸烟、饮酒、体质指数（body mass index,BMI）、锻炼、夜间睡眠时长、教育程度、高血压、糖尿病、高血脂、肾小球滤过率估计值（estimated glomerular filtration rate,e GFR）和新发CHD状态。由于血浆金属浓度间存在相关性,为了降低结果的假阳性,研究将17种血浆金属同时纳入LASSO惩罚回归模型（多金属模型）,筛选出与hsCRP水平显著相关的血浆金属,校正变量与单金属模型一致。研究采用限制性立方样条（restricted cubic spline,RCS）模型探讨血浆金属浓度与hsCRP水平的剂量-反应关系。最后,研究进一步探讨了血浆金属间交互作用与hsCRP水平的关联。结果:在校正潜在的混杂因素后,单金属模型发现血浆Cu浓度与hsCRP水平存在显著的正相关关联,关联的β值（95%CI）为1.046（0.909,1.184）（FDR<0.001）;而血浆Se浓度与hsCRP水平存在显著的负相关关联,关联的β值（95%CI）为-0.224（-0.377,-0.070）（FDR=0.04）。血浆Cu和Se在LASSO惩罚回归模型中也被筛选出来与hsCRP水平存在显著的关联（lambda.1se=0.051）。RCS模型结果显示血浆Cu浓度与hsCRP水平呈线性正相关关联(P线性<0.001),血浆Se浓度与hsCRP水平呈线性负相关关联(P线性=0.02)。金属间的交互作用结果显示,血浆Cu和血浆Se、血浆Cu和血浆Zn对影响hsCRP水平存在显著的交互作用(P交互<0.001),血浆Se和Zn减弱了Cu和hsCRP水平之间的正相关关联。结论:血浆Cu浓度与hsCRP水平存在显著的正相关关联,而血浆Se浓度与hsCRP水平存在显著的负相关关联,且高浓度的血浆Se和Zn可能会减弱血浆Cu与hsCRP水平的正相关关联。血浆Cu、Se浓度与hsCRP水平关联的潜在分子机制还需进一步探讨。第二部分血浆金属浓度相关的DNA甲基化与超敏C反应蛋白水平的关联研究目的:在第一部分的研究中,我们发现血浆Cu浓度与hsCRP水平呈显著正相关关联,而血浆Se浓度与hsCRP水平呈显著负相关关联。为了更好地理解这两种血浆金属内暴露与hsCRP水平关联的潜在机制,研究进一步探讨了血浆Cu、Se浓度相关的DNA甲基化位点与hsCRP水平的关联。方法:研究采用横断面研究设计,共纳入1055名研究对象,包括682名DFTJ队列基线的研究对象（东风同济组）、230名武汉珠海队列（the Wuhan-Zhuhai cohort,WHZH cohort）基线的研究对象（武汉珠海组）以及143名在十堰招募的健康体检者（十堰居民组）。采用Illumina Infinium Human Methylation450K甲基化芯片检测了1055名研究对象的外周血白细胞DNA甲基化水平,共覆盖约485000个Cp Gs位点。采用ICP-MS测量1055名研究对象的血浆Cu和Se浓度。采用胶乳免疫比浊法测定682名东风同济组研究对象的血清hsCRP水平。采用Human HT-12 version4 m RNA芯片测定143名十堰居民组研究对象的m RNA水平。在三组人群中,分别利用一般线性回归模型探讨血浆Cu、Se浓度与每个Cp G位点甲基化水平的关联,模型中校正年龄、性别、吸烟、饮酒、BMI、地区（仅在武汉珠海组人群中校正）、主要白细胞比例和替代变量（surrogate variables,SVs）,然后利用逆方差加权固定效应meta分析将结果合并。对于血浆Cu、Se浓度相关的DNA甲基化位点,本研究在682名东风同济组研究对象中采用一般线性回归模型分析了其与hsCRP水平的关联及其对血浆Cu、Se与hsCRP水平关联的中介作用。此外,研究进一步在143名十堰居民组研究对象中探讨血浆Cu、Se浓度相关的DNA甲基化位点与其所在或邻近基因m RNA水平的关联。最后,研究使用基因集富集分析探讨了与血浆Cu、Se浓度相关的前300个Cp Gs位点所在基因富集的GO通路。结果:研究发现了8个与血浆Cu浓度相关的DNA甲基化位点,分别是RORC基因上的cg25112191位点、ZEB2基因上的cg20995564位点、MAD1L1基因上的cg21852842位点、CHMP1A基因上的cg07798295位点、SBNO2基因上的cg18608055位点、BCL3基因上的cg26470501位点、EBF4基因上的cg05825244位点和ZBED4基因附近的cg09349128位点(P<1.0×10-5)。其中,cg07798295位点（β=-0.14;FDR=0.05）、cg26470501位点（β=-0.15;FDR=0.05）、cg05825244位点（β=0.15;FDR=0.05）和cg20995564位点（β=-0.14;FDR=0.06）的甲基化水平与血浆Cu浓度的关联临近达到全基因组显著性水平。血浆Cu浓度相关的DNA甲基化位点中,cg25112191(β=-0.17;P=1.95×10–5)、cg20995564(β=-0.09;P=2.05×10–2)、cg21852842(β=-0.10;P=1.61×10–2)、cg26470501(β=-0.11;P=7.96×10–3)和cg09349128(β=-0.19;P=5.19×10–6)位点的甲基化水平与hsCRP水平也存在显著的关联（P<0.05）。中介分析结果显示,cg25112191和cg09349128位点的甲基化水平分别介导了4.01%(P中介=0.004)和3.94%(P中介<0.001)血浆Cu与hsCRP水平的关联。此外,研究发现cg25112191位点甲基化水平与KIAA1026基因m RNA水平显著负相关;cg18608055位点甲基化水平与SBNO2、HMHA1基因m RNA水平显著正相关、与GPX4基因m RNA水平显著负相关;cg26470501位点甲基化水平与BCL3基因m RNA水平显著负相关;cg05825244位点甲基化水平与CPXM1和EBF4基因m RNA水平显著正相关;以及cg09349128位点甲基化水平与ZBED4基因m RNA水平显著正相关、与PIM3基因m RNA水平显著负相关（P<0.05）。血浆Cu浓度相关的前300个Cp Gs所在基因富集在免疫反应通路、α-βT细胞分化通路、白色脂肪细胞增殖通路和肿瘤坏死因子结合通路等免疫和炎症相关通路。研究发现了5个与血浆Se浓度有关的Cp G位点,分别是PAQR7基因上的cg23799313位点、TM4SF19基因上的cg05445326位点、基因间区的cg02396116位点、GALNT9基因上的cg13068379位点和RIPK4基因上的cg00097639位点(P0.05）。血浆Se浓度相关的前300个Cp Gs所在基因富集在谷氨酸代谢过程、血管形态形成的凋亡通路、细胞防御反应和脂肪细胞分化的正向调控等通路。结论:本研究发现了8个与血浆Cu浓度相关的DNA甲基化位点,5个与血浆Se浓度相关的DNA甲基化位点。5个血浆Cu浓度相关的DNA甲基化位点与hsCRP水平也存在显著的关联,其中2个位点显著介导了血浆Cu与hsCRP水平的关联。此外,血浆Cu浓度相关的DNA甲基化位点与SBNO2、BCL3和PIM3等基因m RNA水平存在显著的关联,且血浆Cu浓度相关DNA甲基化位点所在基因富集在免疫和炎症相关通路,提示Cu暴露可能通过改变特定Cp G位点的甲基化水平引起基因m RNA水平的变化,进而导致hsCRP水平升高。