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白细胞端粒长度被普遍认为是反映细胞衰老的重要指标,与心血管疾病、糖尿病和恶性肿瘤等慢性疾病的发生发展密切相关。然而细胞端粒长度会随着细胞分裂次数增加而逐渐缩短,许多环境和遗传因素都能够影响端粒缩短的速度,因此发现能够影响端粒长度的环境因素和遗传易感性位点对慢性疾病的早期预防有着重要意义。日常生活中,人体通过生活环境和工作环境暴露于各种金属元素。一方面,必需金属元素通过参与人体重要蛋白和酶的构成对机体有保护效应,如锌和硒参与了铜锌超氧化物歧化酶和谷胱甘肽抗氧化酶构成,能够减少染色体损伤和降低癌症的发生风险。另一方面,一些重金属元素能够与巯基蛋白结合或刺激机体产生氧自由基,从而对人体产生健康损伤。然而据我们了解,目前有关金属暴露与端粒长度的研究还较少。另外,全基因组关联性研究报道了许多与端粒长度相关的染色体区域,但在不同种族的人群中结果并不一致。基于以上研究背景,本研究纳入了842名焦化厂作业工人,检测了血浆23种金属水平、TERT-CLPTM1L区域遗传多态性和外周血白细胞的相对端粒长度,旨在探讨人体血浆金属水平与外周血白细胞端粒长度的关联性,并在中国汉族人群中验证TERT-CLPTM1L区域遗传变异与白细胞端粒长度的关联,继而研究环境金属暴露与遗传变异对外周血白细胞端粒长度影响的联合作用。本研究共分为以下两个部分:第一部分血浆金属水平与焦炉工外周血白细胞端粒长度的关联性分析目的:探讨血浆金属水平与白细胞端粒长度的关联性,为端粒相关疾病的早期预防提供线索。方法:本研究基于武汉某焦化厂纳入842名汉族的焦炉工人,采用调查问卷收集了研究对象的一般人口学特征和生活习惯,并收集了血和尿等生物样本。采用电感耦合等离子体质谱仪检测了研究对象血浆中23种金属的浓度,基于实时定量PCR方法检测了研究对象外周血白细胞的相对端粒长度。采用广义线性模型分析血浆中单个金属水平与白细胞端粒长度的关联性,并基于Bonferroni多重校正、多金属模型向后逐步剔除法（标准为P<0.1）、LASSO回归模型筛选出与白细胞端粒长度显著相关的金属元素。另外,按照年龄（≤40和>40岁）、性别（男性、女性）、体质指数（Body mass index,BMI,≤25和>25 kg/m2）、吸烟状态（曾经吸烟、从不吸烟）和饮酒状态（曾经饮酒、从不饮酒）对研究人群进行分层和相乘交互作用分析,探讨各亚组人群中阳性金属的血浆浓度与白细胞相对端粒长度的关联性。结果:我们将单个金属分别纳入广义线性模型分析,发现金属铝、铬、铁、锰、镍、锑、钛和钒的血浆水平与白细胞端粒长度具有统计学意义的显著正向关联（全部P<0.05）,其中金属铝和锰血浆水平与白细胞端粒长度的关联性经Bonferroni多重校正后仍显著（P=0.001和P<0.001,小于0.05/22≈0.002）。将多种金属采用向后逐步剔除法纳入广义线性模型后,仅发现了血浆金属锰水平与白细胞端粒长度显著相关。我们进一步采用LASSO回归模型对多种金属进行筛选,同样发现血浆金属锰水平与白细胞端粒长度的关联性最为显著。基于广义线性模型,我们发现血浆金属锰水平每增加1%,白细胞相对端粒长度增加0.153%[β和95%置信区间（confidence interval,CI）=0.153（0.075,0.230）,P<0.001]。限制性立方样条函数分析显示血浆金属锰对白细胞端粒长度的延长效应呈现线性的剂量反应关系（P<0.001）。进一步将研究对象按照血浆金属锰浓度的四分位数分成四个亚组（Q1-Q4）。结果发现,与Q1组（血浆锰≤1.97μg/L）的研究对象相比,Q4组（血浆锰>4.21μg/L）的研究对象相对端粒长度显著增加[β（95%CI）=0.230（0.078,0.383）,P=0.003];同时随着血浆锰水平的上升（由Q1至Q4组）,外周血白细胞端粒长度逐渐提高(Ptrend=0.003)。分层分析的结果表明:血浆金属锰水平与白细胞端粒长度的关联在年龄、BMI、吸烟状态的各分层组中均有显著意义;而在性别和饮酒状态的分层分析中发现,上述关联性主要体现在男性[β（95%CI）=0.167（0.077,0.257）,P<0.001]和从不饮酒[β（95%CI）=0.168（0.075,0.262）,P<0.001]人群中;而在女性[β（95%CI）=0.126（-0.020,0.271）,P=0.091]和曾经饮酒[β（95%CI）=0.136（-0.005,0.277）,P=0.059]人群中呈临界显著性关联。未发现上述分层变量与血浆金属锰水平在影响外周血白细胞端粒长度上的交互作用(全部Pinteraction>0.05)。结论:在正常暴露水平下,血浆金属锰水平与外周血白细胞端粒长度具有显著的正向关联,即随着血浆锰水平的提高,外周血白细胞端粒长度延长,但其潜在的作用机制尚不清楚。此外,考虑到遗传因素对端粒长度的重要影响,在接下来的研究中我们将进一步探索血浆金属锰水平和TERT-CLPTM1L区域遗传多态性对白细胞端粒长度的联合作用。第二部分TERT-CLPTM1L区域遗传多态性及其与血浆金属锰水平联合对外周血白细胞端粒长度的影响目的:在汉族人群中验证TERT-CLPTM1L区域遗传多态性与端粒长度的关联性,并基于第一部分的结果,分析血浆金属锰水平和TERT-CLPTM1L区域遗传变异对白细胞端粒长度影响的联合作用。方法:对第一部分的研究人群采用Illumina基因芯片和基因型填补技术对研究对象进行全基因组分型,并筛选出TERT-CLPTM1L区域（GRCh37:5号染色体12532821345180）所有质控合格（最小等位基因频率>0.05,基因型填补质量评分>0.3）的单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism,SNP）位点。采用显性、隐性和加性三种遗传模型,分析TERT-CLPTM1L区域遗传变异与外周血白细胞端粒长度的关联性。对于与白细胞端粒长度显著相关的SNP位点,进行连锁不平衡（Linkage disequilibrium,LD）分析,采用在线工具GTEx（http://www.gtexportal.org/home/）基于公共数据库进行表达数量性状基因座（expression Quantitative Trait Loci,eQTL）分析,并结合文献筛选出标签SNP位点（tagging SNP,tagSNP）。基于第一部分的研究结果,将血浆金属锰水平的75%分位数将研究人群分成高锰和低锰水平组,采用广义线性模型分析血浆金属锰水平与tagSNPs位点在影响外周血白细胞端粒长度上的联合作用。结果:本研究在TERT-CLPTM1L区域共筛选出164个SNPs位点。基于三种遗传模型,共发现了34个SNPs位点与白细胞端粒长度显著相关（全部P<0.05）。对于该34个SNPs位点,LD分析发现其中31个SNPs位点集中于两个高度连锁的区域,eQTL分析发现其中22个SNPs位点能明显影响TERT和CLPTM1L两个基因的表达量。基于eQTL分析的阳性结果并结合以往的研究报道,共选择出TERT-CLPTM1L基因区域上5个tagSNPs位点（分别为rs33954691、rs6554759、rs465498、rs2455393和rs31489）进行后续联合作用分析。血浆金属锰水平与白细胞端粒长度的显著关联主要在rs33954691 GG基因型[β（95%CI）=0.273（0.108,0.438）,P=0.001]、rs6554759 AA基因型[β（95%CI）=0.205（0.066,0.344）,P=0.004]、rs465498 AA基因型[β（95%CI）=0.200（0.040,0.360）,P=0.014]、rs2455393 GT+TT基因型[β（95%CI）=0.296（0.108,0.485）,P=0.002]和rs31489 CC基因型[β（95%CI）=0.210（0.050,0.369）,P=0.010]的人群中体现,并未发现上述5个tagSNPs位点与血浆金属锰水平在影响外周血白细胞端粒长度上的交互作用(全部Pinteraction>0.05)。联合作用分析结果显示:（1）携带rs33954691 GG基因型的高锰水平人群与携带rs33954691 GA+AA基因型的低锰水平人群相比,白细胞相对端粒长度显著延长[β（95%CI）=0.370（0.188,0.551）,P<0.001];（2）与携带rs6554759 AA基因型的低锰人群相比,携带rs6554759 AA或AG+GG基因型的高锰人群的白细胞相对端粒长度均显著延长[β（95%CI）分别为0.206（0.068,0.344）和0.491（0.122,0.861）,P值分别为0.004和0.009];（3）与携带rs465498 AA基因型的低锰人群比较,携带rs465498 AA或AG+GG基因型的高锰人群的白细胞相对端粒长度显著提高[β（95%CI）分别为0.206（0.050,0.361）和0.376（0.150,0.601）,P值分别0.010和0.001];（4）携带rs2455393 GT+TT基因型的高锰人群比携带rs2455393 GG基因型的低锰人群的白细胞端粒长度显著提高[β（95%CI）=0.400（0.211,0.588）,P<0.001];（5）对于rs31489位点,与携带CC基因型的低锰人群相比,携带CC或CA+AA基因型的高锰人群白细胞相对端粒长度均显著延长[β（95%CI）分别为0.215（0.059,0.370）和0.362（0.135,0.589）,P值分别为0.007和0.002]。上述结果提示,携带rs33954691 GG、rs6554759 AG+GG、rs465498 AG+GG、rs2455393 GT+TT和rs31489CA+AA基因型的高锰水平人群的白细胞端粒长度显著延长,5个tagSNPs位点与高血浆金属锰水平在影响白细胞端粒长度上均具有联合作用。结论:本研究验证了TERT-CLPTM1L区域遗传变异与中国汉族人群外周血白细胞端粒长度的关联性,同时发现其中5个tagSNPs位点（rs33954691、rs6554759、rs465498、rs2455393和rs31489）与血浆金属锰水平在影响外周血白细胞端粒长度上具有联合作用。本部分的研究结果为环境-遗传因素影响端粒长度的联合效应提供了流行病学证据,为端粒相关疾病的早期预防提供了科学线索。