基于血液甲基化谱的白细胞组成比率与癌症死亡率风险的长期关联研究

本研究通过表观基因组分析，揭示了血液DNA甲基化衍生的白细胞组成比率(LCRs)与长期死亡风险的显著关联。研究人员利用ESTHER队列17年随访数据，发现中性粒细胞-B细胞比率(NBR)与全因死亡率、中性粒细胞-淋巴细胞比率(NLR)与癌症死亡率、淋巴细胞-单核细胞比率(LMR)与肺癌死亡率分别呈现显著相关性(HR=1.20, 1.28, 0.53)。这些DNAm-derived LCRs为量化长期癌症死亡风险提供了新型表观遗传学标志物。

随着人口老龄化加剧，慢性炎症作为衰老的重要生物学标志，在癌症发生发展中扮演着关键角色。系统性低度慢性炎症会促进肿瘤发生、进展和转移扩散。白细胞组成比率（LCRs）被认为是反映这种系统性炎症的重要指标，其中中性粒细胞-淋巴细胞比率（NLR）和淋巴细胞-单核细胞比率（LMR）在癌症患者中已显示与死亡率显著相关。然而在普通人群中，LCRs与长期癌症特异性死亡率的关联证据仍然有限。

传统通过直接细胞计数获得的细胞学LCRs存在精确度不足和变异性大的问题。随着表观遗传学技术的发展，全血基因组DNA甲基化（DNAm）分析为LCRs的精确计算提供了创新方法。基于甲基化数据推导的白细胞组成指标不仅常用于表观基因组关联研究中的细胞类型变异校正，近年研究还发现这些DNAm衍生的LCRs在多种癌症中具有预后价值。例如甲基化衍生的NLR升高与胶质瘤、乳腺癌、肺癌和儿童髓母细胞瘤患者的较差生存期相关。

为了解决这一科学问题，德国癌症研究中心的Ziwen Fan、Dominic Edelmann、Zitong Zhao等研究人员在《Communications Medicine》上发表了一项重要研究。他们利用ESTHER前瞻性队列研究的数据，对3886名50-75岁参与者进行了长达17年的随访，探讨了DNAm衍生的LCRs与全因死亡率、癌症特异性死亡率和肺癌特异性死亡率之间的关联。

研究人员采用多种关键技术方法开展研究：基于ESTHER队列研究的3886名参与者基线血液样本，使用Infinium Methylation EPIC和450K BeadChip芯片进行DNA甲基化谱分析；应用Houseman、Salas和LOLIPOP三种去卷积算法估算白细胞组成；通过加权和多变量Cox回归模型分析LCRs与死亡率关联，并调整多种混杂因素；采用随机效应meta分析整合不同亚组数据。

研究结果

Leukocyte composition estimation

研究人员使用三种算法（Houseman、Salas和LOLIPOP）从全血DNA甲基化数据中估算白细胞组成。这些算法能够精确量化粒细胞、单核细胞、自然杀伤（NK）细胞、B细胞、CD4⁺T细胞、CD8⁺T细胞等不同免疫细胞类型的比例，为计算各种LCRs提供了可靠基础。

Calculation of DNAm-derived LCRs

基于DNAm衍生的白细胞组成数据，研究人员计算了四种炎症相关生物标志物：中性粒细胞-淋巴细胞比率（NLR）、淋巴细胞-单核细胞比率（LMR）、中性粒细胞和单核细胞之和与淋巴细胞比率（sNMLR）、中性粒细胞和单核细胞之积与淋巴细胞比率（pNMLR）。此外还计算了特定淋巴细胞亚型的比率，如中性粒细胞与B细胞比率（NBR）。

Characteristics of study population

研究人群基线特征显示，参与者中位年龄为63岁，54.5%为女性。在17年随访期间，共记录了1643例死亡，其中583例为癌症死亡，151例为肺癌死亡。各亚组的死亡人数分别为：亚组I 244例，亚组II 573例，亚组III 486例，亚组IV 340例。

Associations of DNAm-derived LCRs with mortality outcomes across all subsets

研究发现较高的DNAm衍生NLR、sNMLR和pNMLR与死亡风险增加相关，而较高的DNAm衍生LMR与死亡风险降低相关。对于全因死亡率、癌症特异性死亡率和肺癌特异性死亡率，最强的关联分别见于Salas算法得出的NBR（HR=1.20，95%CI：1.10-1.31）、NLR（HR=1.28，95%CI：1.11-1.49）和LMR（HR=0.53，95%CI：0.38-0.75）。剂量反应关系分析显示，大多数LCRs与所有死亡率类型存在单调关系。

Subgroup analyses and sensitivity analyses

亚组分析显示，大多数DNAm衍生的LCRs在男性和女性、年轻和年长参与者中表现出相似的关联。但一些LCRs与性别和年龄存在显著交互作用。LOL算法估算的DNAm衍生LMR和pNMLR与肺癌特异性死亡率的关联在女性中强于男性。24个DNAm衍生的LCRs与年龄存在显著交互作用，其中20个在年轻参与者（50-64岁）中显示出更强的关联。敏感性分析显示，在调整吸烟包年数而非吸烟状态后，LCRs与肺癌死亡率的关联保持高度一致。11年和14年随访死亡率的分析结果与17年随访结果一致。

讨论与结论

该研究首次在普通人群前瞻性队列中系统评估了DNAm衍生的LCRs与长期死亡率的关系。研究发现多种DNAm衍生的LCRs与全因死亡率、癌症特异性死亡率和肺癌特异性死亡率存在强烈且显著的相关性。特别值得注意的是，这些关联在长达17年的随访期间保持稳定，且在年轻人群和女性群体中更为明显。

与传统细胞学LCRs相比，DNAm衍生的LCRs具有明显优势。它们不仅能够提供与传统炎症标志物相似的预后信息，还能实现特定淋巴细胞亚型的分析，这是细胞学LCRs无法实现的。此外，DNAm衍生的LCRs可能通过反映癌症发病风险和与癌症死亡率相关的甲基化谱变化，在评估长期癌症特异性死亡率方面提供额外价值。

从机制角度看，慢性暴露于空气病原体或有毒物质会触发活性氧/氮物种（ROS/RNS）的过度产生，导致持续炎症和肺组织损伤。与这一机制一致的是，吸烟、慢性阻塞性肺病（COPD）和支气管炎等慢性炎症状态是肺癌的公认危险因素，可能通过共享分子机制同时导致异常甲基化和癌症进展。

研究的优势包括基于人群的队列设计、长期死亡率随访、健康数据的全面收集以及按甲基化测量批次进行的meta分析。局限性包括主要DNAm衍生的LCRs仅适用于使用EPIC芯片的亚组、缺乏细胞学LCR测量直接比较、特定癌症死亡事件数量有限以及单时间点DNAm评估。

这些发现具有重要的临床和公共卫生意义。DNAm衍生的LCRs可能成为量化长期癌症死亡风险的有用工具，特别是一些LCRs与肺癌死亡率的强烈关联（尤其是在50-64岁人群中），即使在调整吸烟后仍然存在，这表明它们可能用于选择肺癌筛查的高风险人群。

未来研究应重点评估DNAm衍生的LCRs在包括年轻参与者和重复DNAm测量的纵向衰老研究以及临床实践中的效用，以进一步探索其在不同环境中的预后价值和潜在临床应用。随着靶向DNAm标记技术的发展，这些表观遗传学生物标志物的测量成本有望降低，从而推动其更广泛的应用。