超重和肥胖是心血管疾病、2型糖尿病、高脂血症和多种恶性肿瘤（肝癌、结直肠癌、乳腺癌等）的重要危险因素,已成为全球重要的公共卫生问题之一。然而多个前瞻性队列研究发现,体质指数（Body mass index,BMI）作为一种肥胖评价指标,与肺癌发生风险的关联结果并不一致。有研究发现BMI与肺癌发生风险呈负相关,也有研究未发现二者的显著性关联。截止目前,很少有研究报道BMI与肺癌发生风险的潜在机制。肥胖可影响机体DNA甲基化水平。DNA甲基化是指DNA编码序列保持不变,胞嘧啶–磷酸–鸟嘌呤序列（Cytosine–phosphate–guanine,Cp G）中胞嘧啶被甲基化修饰,变为甲基化胞嘧啶的一项重要的表观遗传机制。随着全基因组甲基化检测技术的兴起,已有研究人员基于欧美人群开展肥胖及相关表型的表观基因组关联分析研究（Epigenome–wide association study,EWAS）,并发现大量BMI相关DNA甲基化位点,为肥胖的表观遗传研究提供了证据。肺癌是环境因素与遗传因素共同作用所致的一种复杂性疾病。研究表明,DNA甲基化水平的改变在影响肺癌发生发展以及预后转归中具有重要作用。癌基因的低甲基化、抑癌基因的高甲基化、DNA错配修复基因和细胞周期调控基因的高甲基化、以及因DNA甲基化水平改变引起的染色体不稳定均会诱导肿瘤发生。目前已在外周血中发现多个与肺癌发生风险相关的DNA甲基化位点,对了解肺癌的病因机制以及发现治疗肺癌的潜在靶位点具有重要意义。DNA甲基化可作为连接暴露因素和疾病结局的中间“桥梁”。随着肥胖与肿瘤表观遗传学的发展,研究者提出“肥胖–DNA甲基化–恶性肿瘤”作用轴,即肥胖可影响机体DNA甲基化水平,从而改变恶性肿瘤的发生风险。然而,目前BMI相关DNA甲基化与肺癌发生风险的关系仍不清楚。基于上述研究线索,本论文旨在探索BMI及其相关DNA甲基化与肺癌发生风险的关联。首先,基于本课题组建立的东风–同济队列,纳入2008年基线调查27 009人和2013年第一次随访新入队列14 120人,并对其随访至2018年底,分析BMI与肺癌发生风险的关联;经过严格的纳入排除,从Pubmed、Embase、中国知网和万方数据库中检索到32项BMI与肺癌发生风险的前瞻性队列研究,对其进行Meta分析（荟萃分析）,系统评价BMI与肺癌发生风险的关系;为探讨BMI与肺癌发生风险的因果关联,利用目前在亚洲人群中开展、样本量最大的BMI和肺癌全基因组关联分析研究（Genome–wide association study,GWAS）（173 430名日本人群BMI相关GWAS研究和212 453名日本人群肺癌GWAS研究）,进行两样本孟德尔随机化分析。接下来,采用两阶段的人群研究设计,开展BMI全基因组DNA甲基化分析。将在1810名发现人群中与BMI的关联达到全基因组显著性水平的Cp G位点,在两个肺癌病例–对照研究（共456例）人群中进行验证,并分析DNA甲基化位点对相应基因表达的影响。最后,在上述两个肺癌病例–对照人群中,探讨4个发现并验证出来的BMI相关DNA甲基化位点与肺癌发生风险的关联,分析DNA甲基化在BMI与肺癌发生风险关联中的介导效应以及对肺癌的诊断价值。本论文主要包括以下三个部分:第一部分体质指数与肺癌发生风险的关联研究目的:基于大样本前瞻性队列研究分析BMI与肺癌发生风险的关联,并结合孟德尔随机化研究探讨BMI与肺癌发生风险的因果关联。方法:本研究对东风–同济队列2008年基线人群27 009人和2013年新入队列人群14 120人随访至2018年末,排除进入队列时已确诊恶性肿瘤（n=1157）、BMI缺失或异常（n=2650）、失访者（n=827）、除肺癌外其他的新发恶性肿瘤患者（n=2584）后,以余下33 911人为分析对象（其中新发肺癌患者686例）。经过专业培训的研究人员采用问卷调查的方式收集基线研究对象的一般人口学特征、生活方式和疾病史,测量研究对象的身高和体重,并根据医疗保险记录和住院病历核实诊断新发肺癌病例。将BMI按照65岁）、性别（男性、女性）、吸烟状况（现在吸烟、已经戒烟、从不吸烟）和饮酒状况（现在饮酒、已经戒酒、从不饮酒）进行分层,分析各亚组人群中BMI与肺癌发生风险的关联。在上述东风–同济队列的研究基础上,为获得更高等级的研究证据,进一步通过Pubmed、Embase、中国知网和万方数据库,检索发表日期在2020年9月之前的BMI与肺癌发生风险前瞻性队列研究,严格按照纳入排除标准筛选文献。将BMI的分组标准定为65岁的老年人群[HR（95%CI）=0.84（0.66,1.05）]、男性[HR（95%CI）=0.82（0.66,1.01）]、现在吸烟[HR（95%CI）=0.64（0.48,0.86）]和现在饮酒者中[HR（95%CI）=0.66（0.48,0.90）]。Meta分析纳入32项前瞻性队列研究,共有18 986 726名研究对象,其中新发肺癌病例145 808例。分析结果显示,与BMI正常人群相比,BMI≥25.0 kg/m2人群肺癌发病风险降低19%[RR（95%CI）=0.81（0.77,0.84）]。BMI与新发肺癌之间的负向关联在不同性别和吸烟状况人群中均存在。在男性中,BMI≥25.0 kg/m2人群的肺癌发生风险与BMI正常人群相比降低24%[RR（95%CI）=0.76（0.71,0.83）];在女性中,BMI≥25.0 kg/m2人群的肺癌发生风险与BMI正常人群相比降低17%[RR（95%CI）=0.83（0.77,0.89）]。在现在吸烟、已经戒烟和从不吸烟人群中,BMI≥25.0 kg/m2与BMI正常人群相比,肺癌发生风险分别降低22%、20%和16%[现在吸烟:RR（95%CI）=0.78（0.73,0.83）;已经戒烟:RR（95%CI）=0.80（0.73,0.88）;从不吸烟:RR（95%CI）=0.84（0.77,0.91）]。按照肺癌的病理类型分组,仅发现BMI≥25.0 kg/m2对肺腺癌和肺鳞癌的保护作用[RR（95%CI）=0.80（0.74,0.87）;0.82（0.72,0.95）],而上述效应在小细胞肺癌中并不显著[RR（95%CI）=1.05（0.95,1.17）]。在BMI与肺癌发生风险的孟德尔随机化分析中,基于BMI的GWAS数据提取83个BMI相关SNP位点（与BMI的关联达到P<5.0E-08）,其中78个位点在肺癌GWAS数据中有基因分型信息。排除存在水平多效性和异质性的SNP位点后,以余下34个位点作为工具变量。MR–Egger回归分析显示截距未明显偏离0[β（95%CI）=1.01（0.97,1.05）,P=0.528],MR–PRESSO总体性检验也未发现显著的水平多效性（P=0.115）。异质性Q检验未发现工具变量之间存在异质性（P=0.100）。IVW分析结果显示,遗传决定的BMI可以显著降低肺癌的发生风险[OR（95%CI）=0.58（0.39,0.88）]。结论:与BMI正常人群相比,BMI≥25.0 kg/m2人群肺癌发生风险显著降低。Meta分析结果显示,在不同性别（男性、女性）和不同吸烟状况（现在吸烟、已经戒烟、从不吸烟）人群中均可观察到上述效应。按肺癌病理类型分组分析显示,BMI≥25.0kg/m2对肺癌的保护效应主要体现在非小细胞肺癌（肺腺癌和肺鳞癌）,对小细胞肺癌未见显著效应。孟德尔随机化研究结果提示BMI与肺癌发生风险降低之间存在因果关联,然而BMI影响肺癌发生风险的潜在机制有待于进一步研究。第二部分体质指数与全基因组DNA甲基化的关联研究目的:DNA甲基化作为一种常见的表观遗传调控机制,可影响相应基因表达水平。本研究旨在探索BMI相关DNA甲基化位点,并探讨其可能的基因调节功能。方法:本部分研究采用两阶段人群研究策略。发现阶段为本课题组前期收集的1810名研究对象,包括198名来自湖北省和广东省的急性冠脉综合征病例、261名来自武汉–珠海队列的研究人群、137名武汉焦炉工职业暴露人群、191对来自上海人群健康研究队列急性冠脉综合征巢式病例–对照研究人群、344对来自东风–同济队列急性冠脉综合征巢式病例–对照研究人群、144名在湖北省十堰市招募的健康个体。验证阶段研究对象为两个肺癌病例–对照研究人群,分别包括105名肺癌病例、103名对照和125名肺癌病例、123名对照,其中病例是2012年—2019年在湖北省武汉市同济医院胸外科进行手术的肺癌患者,对照是同时期在同济医院体检科进行正常体检的人群。采用Illumina Human Methylation甲基化芯片检测所有研究对象外周血的全基因组甲基化水平。在数据分析过程中,采用多元线性回归模型,校正年龄、性别、吸烟状况、饮酒状况以及R包“Smart SVA”计算的所有替代变量,分析BMI与每个Cp G位点甲基化水平的关联。对两阶段各个不同人群的研究结果采用METAL软件进行Meta分析。发现阶段全基因组关联的显著性水平定义为假阳性发现率（False discovery rate,FDR）<0.05。验证阶段BMI与DNA甲基化关联的显著性水平定义为P<0.05。为探讨BMI相关Cp G位点对相应基因表达水平的影响,通过Illumina Human HT–12 v4芯片检测上述144名健康人群外周血的基因表达谱。采用多元线性回归模型分析BMI相关Cp G位点甲基化水平与其相应基因表达水平之间的关联。结果:在发现阶段,20个Cp G位点的甲基化与BMI之间的关联达到全基因组显著性水平（FDR<0.05）。其中,4个Cp G位点（LMNA基因上的cg12593793、ZNF143基因上的cg17061862、SREBF1基因上的cg11024682和ABCG1基因上的cg06500161）的甲基化水平在验证人群与BMI存在显著关联（P<0.05）。将两阶段结果进行Meta分析,上述位点甲基化水平与BMI的关联均达到P0.05)。按照肺癌病理类型分层分析,cg12593793、cg11024682和cg06500161甲基化水平与肺腺癌和肺鳞癌的发病风险均呈显著的负向关联,且与两种不同病理类型肺癌的关联效应无显著性差异（P≥0.05）。因果中介分析结果显示,cg11024682和cg06500161甲基化水平分别介导了BMI与肺癌发生风险的45.3%和19.5%（P值分别为<0.001和0.013）,而未见cg12593793的显著介导效应（P=0.315）。基于上述3个Cp G位点计算的MRS介导了BMI与肺癌发生风险关联的51.3%（P<0.001）。另外,MRS可将传统肺癌影响因素（年龄、性别、吸烟包年数和BMI）对肺癌的诊断效能显著提高8.5%[MRS+传统肺癌影响因素vs.传统肺癌影响因素,曲线下面积（Area under curve,AUC）=0.817 vs.0.732]。结论:通过肺癌病例–对照研究发现,随着LMNA基因cg12593793、SREBF1基因cg11024682和ABCG1基因cg06500161甲基化水平的升高,肺癌发生风险显著降低。其中,cg11024682和cg06500161在BMI与肺癌发生风险的关联中具有显著的介导效应。上述3个Cp G位点甲基化可提高传统肺癌影响因素对肺癌的诊断效能。由于病例–对照研究在明确因果关联方面受限,后续尚需要在大样本前瞻性队列或双向孟德尔随机化研究中进一步探讨BMI相关DNA甲基化与肺癌发生的因果关系。