背景与目的:食管鳞状细胞癌（简称食管鳞癌）占世界范围内食管癌病例的80%,五年生存率不足30%。尽管早发现和早治疗可以提高食管鳞癌患者的生存率,但目前可用于诊断和预后监测的分子标志物仍十分匮乏。DNA甲基化不仅在恶性肿瘤的发生发展过程中扮演重要角色,并且比其他遗传特征更适合作为分子标志物用于多种肿瘤的诊断和预后分析。食管鳞癌早期研究工作通常只关注肿瘤进展过程中个别关键基因的异常甲基化改变。同时,由于针对食管鳞癌的多组学数据与资源尚不完备,目前的研究工作仍未能完全揭示DNA甲基化与基因组和转录组背景之间的潜在关联,或仅仅借助来自不同队列非配对人群的组学数据进行探究,存在一定的局限性。因此,我们运用多组学方法对91例中国食管鳞癌患者的全基因组异常甲基化进行综合分析,旨在系统筛选诊断和预后相关甲基化标志物,并阐明异常DNA甲基化在食管鳞癌发生发展过程中的重要作用。方法:我们运用Illumina 450K甲基化芯片对91例食管鳞癌患者的DNA甲基化进行检测,筛选差异甲基化位点（differentially methylated CpG sites,DMCs）,并将这些位点的甲基化与对应基因表达以及食管鳞癌特有的遗传变异相关联。我们序贯使用随机森林和LASSO算法构建了一个包含12个DMCs标志物的诊断模型,并且根据4个与食管鳞癌患者生存关联的DMCs建立了一个预后甲基化模型。我们选择多个外部独立数据集对这两个食管鳞癌甲基化模型进行验证。为进一步验证DMCs标志物所在基因的分子功能,我们对MMP13、YEATS2、HOXC10和NECAB2等基因进行体外敲降实验并观察其对食管鳞癌细胞的影响。结果:用Illumina 450K甲基化芯片测序,我们寻找到35,577个DMCs并分析了它们的全基因组分布模式。将同一患者的配对转录组和甲基化数据整合,共发现3,241个启动子或基因体DMCs的甲基化与其对应基因的表达水平显著相关（|Spearman r|＞0.30,P＜0.05）。一方面,我们发现启动子区70个DMCs的低甲基化与44个所在基因的表达上调存在显著关联;224个DMCs的高甲基化与90个所在基因的表达下调显著关联,这些表达下调基因中35.56%（32/90,P=4.12e-15）为转录因子。另一方面,基因体区764个DMCs的低甲基化与274个所在基因的表达下调存在显著关联;221个DMCs的高甲基化与70个所在基因的表达上调存在显著关联,这些表达上调基因中55.71%（39/70,P=4.83e-27）为转录因子。基于食管鳞癌特征性的DMCs,我们构建了一个包含12个启动子/基因体DMCs的诊断模型,其在我们和TCGA等数据集中可以区分癌和癌旁样本,均具有较高的准确度（AUC＞0.96）。同时我们还筛选出4个与患者预后相关的DMCs,可以将食管鳞癌患者分为高风险和低风险两组,其中高风险组患者的生存时间显著低于其他患者（中位生存时间:12比33个月,Plog-rank=1.74e-4）;在TCGA数据集中,同样发现高风险组患者的生存期显著低于低风险组（中位生存时间:23比42个月,Plog-rank=0.032）。最后,我们通过体外实验验证了 4个甲基化标志物所在基因的表达上调对食管鳞癌细胞增殖和侵袭的影响。结论:我们绘制了 91例中国食管鳞癌患者的DNA甲基化图谱,揭示了食管鳞癌基因组特异的甲基化改变模式,为深入探究异常甲基化在食管鳞癌发生发展中的重要作用奠定了基础。我们全面解析了食管鳞癌异常甲基化事件与基因组和转录组重要特征的关联,筛选了一组具有潜在功能的甲基化位点并基于它们构建了食管鳞癌的诊断和预后甲基化模型。