墨西哥中年女性DNA甲基化与代谢综合征的前瞻性关联：ELEMENT队列的甲基化风险评分研究

《Epigenomes》：DNA Methylation and Metabolic Syndrome in Midlife Women of the ELEMENT Cohort

　　

摘要专业翻译 背景/目的：代谢综合征（Metabolic Syndrome，MetS）是一组相互关联的代谢性危险因素群，可显著增加心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）和2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2D）的发病风险。在墨西哥女性中，其患病率超过50%。越来越多的研究表明，DNA甲基化（DNA methylation）这一表观遗传机制与MetS相关。甲基化风险评分（Methylation Risk Score，MRS）可能能够预测未来疾病风险，然而针对MRS与MetS的前瞻性研究仍较为罕见，尤其是在西班牙裔人群中。本研究旨在：（1）重复验证既往报道的位点特异性DNA甲基化与MetS的关联；（2）识别额外的关联位点；（3）评估MRS在墨西哥中年女性样本中预测MetS的能力。方法：研究人员分析了来自墨西哥早期环境毒物暴露（Early Life Exposure in Mexico to Environmental Toxicants，ELEMENT）队列的149名女性，其DNA甲基化在约2008年采集的外周血白细胞中测量，MetS在约十年后进行评估。研究人员对先验位点应用逻辑回归分析，随后对Infinium EPICv1芯片上的所有位点进行分析。MRS性能通过交叉验证进行评估。结果：四个位点——探针ID cg11024682（SREBF1）、cg06500161（ABCG1）、cg22891070（HIF3A）和cg02650017（PHOSPHO1）——显示出与MetS的一致关联。例如，在完全调整模型中，cg11024682（SREBF1）甲基化水平每增加1个百分点，MetS的比值比（odds ratio，OR）升高（OR = 1.30；95% CI：1.12–1.52）。未发现其他位点达到Bonferroni显著性水平，但观察到与MetS各组分的边缘性关联。由四个重复验证位点衍生的MRS，在训练集中每增加1个标准差（standard deviation，SD），MetS的比值比升高（OR = 3.55；95% CI：2.03–6.22）。在独立测试集中，仅含MRS的模型相较于基线仅含协变量的模型改善了预测性能（AUC = 0.652 vs. 0.398；ΔAUC = +0.254）。结论：本研究提供了前瞻性证据，表明特定的DNA甲基化标记与墨西哥中年女性的MetS风险相关。这些位点已在多个队列中得到重复验证，是有望用于MetS早期识别和预防的生物标志物。

论文主体内容解读

一、研究背景与问题

代谢综合征（MetS）是一组相互关联的代谢性危险因素群，包括中心性肥胖、高血压、高血糖、高甘油三酯和低高密度脂蛋白胆固醇等，显著增加心血管疾病和2型糖尿病的发病风险。全球范围内MetS患病率持续攀升，而墨西哥成年人群的MetS总体患病率高达50.3%，其中女性患病率（55.6%）显著高于男性（38.2%）。代谢综合征的发生既受遗传易感性影响，也受环境因素调控。表观遗传学，特别是DNA甲基化——即在DNA甲基转移酶作用下向胞嘧啶第五位碳原子添加甲基基团的过程——因其相对稳定性，被认为是连接环境暴露与长期疾病风险的重要分子机制。在外周血等可及组织中测量的DNA甲基化水平，有望作为疾病预测的生物标志物。近年来，将多个CpG位点的甲基化信息聚合为甲基化风险评分（MRS），已成为预测疾病风险的新兴方法。

然而，既往关于DNA甲基化与MetS关联的表观基因组关联研究（EWAS）存在若干局限：多数采用横断面设计，难以推断因果关系；研究对象以欧洲裔为主，西班牙裔人群数据匮乏；针对女性的分层分析较少；且缺乏前瞻性研究验证MRS对MetS的预测价值。鉴于墨西哥中年女性MetS高负担及其在中年代谢和激素转变期的潜在脆弱性，开展针对这一高风险且研究不足人群的前瞻性研究具有重要的科学和公共卫生意义。

二、研究设计与方法

本研究利用ELEMENT队列中149名墨西哥城中年女性的数据。DNA甲基化于2008年随访时从外周血白细胞中提取并采用Illumina Infinium MethylationEPIC芯片（EPIC）测量，MetS状态于约十年后的2019年起始的第二次访视中依据NCEP ATP III标准判定。研究人员首先对既往研究中与MetS关联的候选CpG位点进行先验逻辑回归分析，随后在全基因组约770,085个通过质控的CpG位点上开展EWAS。基于四个重复验证的位点构建MRS，采用70%训练集和30%独立测试集的划分策略，通过五折交叉验证和独立测试集评估模型性能，评价指标包括AUC、准确率、灵敏度、特异度、精确率、阴性预测值、F1分数、Brier分数和对数损失等。

三、研究结果

3.1 研究人群特征

研究纳入149名参与者，其中87人在随访时患有MetS。基线时，后续发生MetS的参与者具有显著更高的BMI、腰围、收缩压和舒张压。在估计的血细胞比例中，仅B细胞比例在两组间存在显著差异。社会经济地位（AMAI分类）在两组间无显著差异。随访时，MetS组在空腹血糖、甘油三酯、血压和腰围等临床指标上显著高于非MetS组，HDL胆固醇较低但未达统计学显著。

3.2 先验位点回归分析

在八个先验CpG位点中，四个位点显示出与MetS的一致关联。脂质生成相关基因SREBF1中的cg11024682在所有模型中均呈一致的正向关联（模型4中OR = 1.29，95% CI：1.11–1.51）。磷脂代谢相关基因PHOSPHO1中的cg02650017在模型1–3中呈显著负向关联（模型3中OR = 0.78，95% CI：0.62–0.97），但在额外调整基线腰围后关联减弱。肥胖相关基因HIF3A中的cg22891070在所有模型中均呈正向关联（OR = 1.04，95% CI：1.01–1.07）。脂蛋白相关基因ABCG1中的cg06500161在模型2和3中呈正向关联（模型3中OR = 1.16，95% CI：1.00–1.34），调整基线腰围后不再显著。模型比较显示，加入基线腰围后所有CpG特异性模型的AIC值均降低，似然比检验表明模型拟合显著改善。

3.3 全表观基因组关联分析

在Bonferroni校正阈值（p < 1.1 × 10^?7）下，EWAS未发现任何CpG位点与MetS达到统计学显著关联。采用边缘显著性水平（p < 1.0 × 10^?4），共鉴定出33个与MetS相关的CpG位点。在MetS各组分的二元分析中，分别有11、30、6和7个CpG位点与甘油三酯升高、血压升高、HDL胆固醇降低和空腹血糖升高相关。其中，NCOA2中的cg05997357在MetS和甘油三酯分析中均达到边缘显著。CBFB中的cg08242636既往在T2D患者中报道过较高的甲基化水平。ATP2B2中的cg04348086与血压升高相关且既往与T2D关联。此外，17个EWAS中涌现的CpG位点注释到与衰老过程相关的基因。

3.4 预测分析——选定位点分析

基于四个重复验证位点构建的标准化MRS，在有无MetS个体间差异高度显著。在仅含MRS的模型中，MRS每增加1个标准差，MetS的比值比升高3.55倍（OR = 3.55；95% CI：2.03–6.22）。该关联在调整基线协变量（OR = 3.82）、进一步调整血细胞比例（OR = 4.74）以及额外调整基线腰围（OR = 4.41）后均保持显著。五折交叉验证显示，仅含MRS的模型（PModel 2）表现最佳，平均AUC为0.795，准确率为0.695，显著优于仅含协变量的基线模型（AUC = 0.497）。在独立测试集中，PModel 2同样表现最优，AUC为0.652，准确率0.614，特异性0.650，精确率0.667，阴性预测值0.565，Brier分数0.236，对数损失0.661，表明该模型具有稳健且均衡的预测性能。

四、讨论与结论

本研究在墨西哥中年女性中以前瞻性设计重复验证了既往报道的MetS相关DNA甲基化位点。八个先验位点中七个的关联方向与既往研究一致，增强了这些位点的可靠性。四个位点——SREBF1、ABCG1、HIF3A和PHOSPHO1——在多个调整模型中表现一致。这些基因涉及脂质代谢（SREBF1参与脂质生成和胆固醇生物合成，ABCG1参与胆固醇和磷脂外流）、脂肪组织缺氧信号（HIF3A）以及骨骼与系统代谢调控（PHOSPHO1），共同指向脂质处理紊乱、脂肪组织缺氧、免疫炎症信号和代谢衰老在MetS发病中的相互作用。研究还发现，仅含四个CpG位点的简约MRS具有良好的预测价值，且DNA甲基化测量早于MetS判定约十年，支持这些位点作为早期生物标志物的潜力。MRS的效应量（每SD增加OR = 3.55）与既往唯一一项MRS预测MetS研究（OR = 2.25–2.45）方向一致且数值更高，提示MRS方法在不同人群中具有广泛适用性。

研究的主要局限包括：样本量较小限制了统计功效；缺乏外部验证队列；DNA甲基化在混合白细胞中测量，可能受免疫细胞组成影响；仅纳入女性且来自墨西哥城单一城市队列，代表性受限；基线药物使用信息不完整；MetS发病的确切时间未知。尽管如此，本研究的前瞻性设计、对西班牙裔高风险人群的填补性研究以及MRS预测价值的验证，均为该领域提供了重要贡献。研究结论认为，特定DNA甲基化位点是有前景的MetS候选生物标志物，尤其在中年西班牙裔女性中；这些位点在SREBF1、ABCG1、HIF3A和PHOSPHO1基因中的重复验证，强调了代谢和炎症通路在MetS中的参与。这些发现支持表观遗传标记作为长期代谢风险指标的潜在价值，但在考虑用于精准医学或临床风险预测之前，仍需在更大规模、独立、多种族的队列中进行重复验证和外部验证。