分子流行病學(xué)專家講座

分子流行病學(xué)分子流行病學(xué)第1頁EPIDEMOLOGY起源于希臘詞EPI（在……之中、之上）DEMO（人群）OLOGY（學(xué)問、學(xué)科）直譯為“研究在人群中發(fā)生（事情）學(xué)科。分子流行病學(xué)第2頁龐迪亞克汽車與香草冰激凌故事美國通用汽車企業(yè)龐迪亞克廠收到一封投訴信：

尊敬總裁先生，您好。

這是我第二次給您寫信。我并不埋怨您不給我回信，因為我信中投訴讓人以為我可能有點“神經(jīng)”。但這確實是事實：

我們家有個習(xí)慣，就是天天晚飯后大家都喜歡吃冰激淋。而且，喜歡飯后全家人投票決定吃什么類型冰激淋。然后，我開車去超市買。

分子流行病學(xué)第3頁最近我買了貴廠龐迪亞克新車。從此，我每次去買冰激淋就會發(fā)生一件怪事：我每次買香草素冰激淋，車就發(fā)動不了，買其它任何種類冰激淋都沒有問題，車照常發(fā)動。我想告訴您我不是沒事找事和您開玩笑，這是真。我想請教您：龐迪亞克轎車?yán)镉惺裁礀|西造成買香草素冰激淋車就發(fā)動不了，買其它任何種類冰激淋都沒有問題？莫非龐迪亞克轎車對香草素冰激淋“過敏”？

分子流行病學(xué)第4頁

龐迪亞克廠廠長很自然懷疑這封信是不是一個正常人寫。但他還是派了一個工程師去了解情況。工程師很驚奇地發(fā)覺寫信人是一個很有教養(yǎng)成功人士，住在一個豪華小區(qū)。他于是晚飯后跟車主人一起去買冰激淋。恰好，那天晚上是買香草素冰激淋。自然，車發(fā)動不起來。工程師又去了三個晚上。第一晚，買巧克力冰激淋。車順利發(fā)動。第二晚，買草莓冰激淋。車順利發(fā)動。第三晚，又買香草素冰激淋。車又發(fā)動不了了。

莫非他轎車真對香草素冰激淋“過敏”？！

分子流行病學(xué)第5頁工程師是個很理性人。他不相信轎車會對香草素冰激淋“過敏”。

怎么辦？

他決定每晚都跟車觀察，直到處理問題。同時,他開始統(tǒng)計全部觀察過程：天天時間，汽油型號，往返所需時間，等等。

在搜集了幾天資料后，他發(fā)覺一個規(guī)律：買香草素冰激淋時間要比買其它短。

為何？

超市商品擺放：香草素冰激淋放在前面。

現(xiàn)在問題是為何停車時間短就難發(fā)動而不是香草素冰激淋問題了。

工程師很快就有答案了：霧化裝置需要足夠時間冷卻才能重新發(fā)動。

分子流行病學(xué)第6頁這個故事告訴我們：

親眼看到不一定是正確。不過經(jīng)過科學(xué)武裝頭腦卻能夠發(fā)覺隱藏在現(xiàn)象背后本質(zhì)。Observationguidedbyscientificthinkingarestillthebestsafeguardagainstbaloneyandsuperstition.科學(xué)思維指導(dǎo)觀察至今依然是抵抗亂說八道和迷信最好確保。分子流行病學(xué)第7頁什么是科學(xué)思維？

在人類健康和疾病問題上：許多時候我們碰到是和上述故事相同；人類疾病現(xiàn)在也不是單原因了，但能夠通過系統(tǒng)調(diào)查找出病因或健康危險原因；流行病學(xué)能夠為我們提供系統(tǒng)調(diào)查思緒和方法。什么思緒？什么方法？分子流行病學(xué)第8頁流行病學(xué)發(fā)展歷史分子流行病學(xué)第9頁

分子流行病學(xué)

（MolecularEpidemiology）分子流行病學(xué)是近十幾年才快速發(fā)展起來一門流行病學(xué)新分支，它是由傳統(tǒng)流行病學(xué)學(xué)科發(fā)展強(qiáng)烈需求和分子生物學(xué)理論和技術(shù)取得巨大成就相結(jié)合產(chǎn)物。分子流行病學(xué)第10頁產(chǎn)生背景(一)疾病預(yù)防控制中需求傳染性疾病耐藥性質(zhì)粒；病原體變異；新發(fā)覺傳染病。慢性非傳染病多病因、多階段、多基因、長潛隱期。人群易感性生物個體間遺傳和環(huán)境不一樣，易感性差異很大；傳統(tǒng)流行病學(xué)無法有效測量。分子流行病學(xué)第11頁產(chǎn)生背景(二)分子生物學(xué)快速發(fā)展

理論突破如：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，遺傳中心法則，遺傳密碼子，RNA逆轉(zhuǎn)錄，斷裂基因，操縱子模型，限制性內(nèi)切酶，DNA聚合酶，DNA連結(jié)酶，染色體外遺傳物質(zhì)等。技術(shù)創(chuàng)新凝膠電泳技術(shù)，核酸體外擴(kuò)增，DNA測序，蛋白質(zhì)測序，分子雜交，基因克隆，色譜技術(shù)，計算機(jī)應(yīng)用。分子流行病學(xué)第12頁

發(fā)展歷程概念演變

國外

1972年，提出“流感分子流行病學(xué)”

1977年，提出應(yīng)用精細(xì)技術(shù)進(jìn)行生物材料流行病學(xué)研究分子流行病學(xué)第13頁

1986年，關(guān)鍵是利用試驗室方法和分析流行病學(xué)，查明環(huán)境和宿主病因

1993年，提出流行病學(xué)中應(yīng)用生物標(biāo)志或生物學(xué)測量功效定義

1996年，測量作為暴露和效應(yīng)生物標(biāo)志即信息大分子如DNA、RNA和蛋白質(zhì)分子流行病學(xué)第14頁國內(nèi)

1988年，從基因水平分析病原體特征，處理傳染源和傳輸路徑等流行病學(xué)問題

1992年，從分子至基因水平上研究醫(yī)學(xué)事件分布及其決定原因和調(diào)控伎倆學(xué)科分子流行病學(xué)第15頁血清流行病學(xué)(seroepidemiology)

應(yīng)用血清學(xué)方法對血清中各種成份（包含抗原、抗體、生化物質(zhì)等）分布情況進(jìn)行研究，以說明疾病及健康狀態(tài)在人群中分布及其影響原因，并在采取預(yù)防辦法后應(yīng)用血清學(xué)方法來考評其效果?；谘逯猩飿?biāo)志，可列入分子流行病學(xué)范圍。

分子流行病學(xué)第16頁

人類基因組流行病學(xué)

（humangenomeepidemiology,HuGE）將流行病學(xué)與基因組學(xué)相結(jié)合，研究人群中基因組信息與疾病和健康狀態(tài)關(guān)系?；诤怂嵘飿?biāo)志分子流行病學(xué)。分子流行病學(xué)第17頁分子流行病學(xué)現(xiàn)實狀況研究內(nèi)容愈加豐富傳染病、慢性非傳染病、健康狀態(tài)。研究伎倆越來越多主要是分子生物學(xué)方法和技術(shù)。應(yīng)用范圍不停擴(kuò)大流行病學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境科學(xué)和人類學(xué)等。分子流行病學(xué)第18頁NumbersofPaperswithSubjectWords“MolecularEpidemiology”onMedline136638810733510分子流行病學(xué)第19頁定義分子流行病學(xué)是研究人群中疾病/健康狀態(tài)相關(guān)生物標(biāo)志分布及其影響原因、醫(yī)學(xué)相關(guān)生物群體特征及其與人類疾病/健康關(guān)系，制訂防治疾病、促進(jìn)健康策略與辦法科學(xué)分子流行病學(xué)第20頁定義注釋處理疾病或健康狀態(tài)生物標(biāo)志分布等流行病學(xué)分支學(xué)科研究對象人群、醫(yī)學(xué)相關(guān)生物群體等

分子流行病學(xué)第21頁

三、與傳統(tǒng)流行病學(xué)關(guān)系健康者

“海平面”

疾病“冰山現(xiàn)象”亞臨床者患者分子流行病學(xué)第22頁

健康

疾病主觀感覺客觀指標(biāo)健康指標(biāo)疾病指標(biāo)

模式I

暴露原因┏━━━━┳━━━━━╋━━━━━┳━━━━┓

健康態(tài)←→潛在疾病態(tài)←→臨界疾病態(tài)←→亞臨床態(tài)←→臨床態(tài)

┗━━━━┻━━━━━╋━━━━━┻━━━━┛

機(jī)體易感性原因模式II健康－疾病連續(xù)帶示意圖亞健康態(tài)←→潛在疾病態(tài)←→健康態(tài)←→臨床態(tài)亞臨床態(tài)←→臨界疾病態(tài)←→分子流行病學(xué)第23頁傳統(tǒng)流行病學(xué)暴露疾病分子流行病學(xué)暴露內(nèi)劑量生物有效劑量早期生物效應(yīng)結(jié)構(gòu)功效改變臨床疾病疾病預(yù)后暴露標(biāo)志疾病標(biāo)志易感標(biāo)志分子流行病學(xué)第24頁分子流行病學(xué)主要研究內(nèi)容

疾病病因探討及病因致病機(jī)制研究疾病易感性測定疾病防治辦法研究疾病治療效果和預(yù)后評價分子流行病學(xué)第25頁疾病病因探討及病因致病機(jī)制研究傳染病病因及流行規(guī)律探討

已知傳染病病原體及流行特點新發(fā)覺傳染病病原體及流行特點非傳染病病因及病因致病機(jī)制研究

心血管病研究腫瘤研究分子流行病學(xué)第26頁傳染病預(yù)防控制

病原體耐藥、新病原體出現(xiàn)、病原體變異、發(fā)病譜改變、傳染源判定、傳輸路徑復(fù)雜化、疫苗免疫效果下降等，大多需要應(yīng)用分子流行病學(xué)來處理。病原體研究疫苗及免疫預(yù)防制劑研究防治對策和辦法研究及其效果評價分子流行病學(xué)第27頁慢性非傳染病預(yù)防控制

暴露測量愈加科學(xué)、準(zhǔn)確；如將暴露測量分為外暴露、內(nèi)暴露、生物作用劑量等；易感性研究深入到基因和分子水平；防治辦法效果評價愈加有效。分子流行病學(xué)第28頁健康狀態(tài)研究

以生物標(biāo)志為基礎(chǔ)健康狀態(tài)分布及其影響原因研究正在受到人們重視；因為健康相關(guān)生物標(biāo)志準(zhǔn)確測量，使健康促進(jìn)從含糊走向科學(xué)；伴隨分子流行病學(xué)對不一樣生物標(biāo)志分布及其影響原因研究深入，人們對健康和疾病發(fā)生、發(fā)展過程將有愈加深入、細(xì)致了解。

分子流行病學(xué)第29頁生物標(biāo)志指能代表生物結(jié)構(gòu)和功效可識別物質(zhì)。分子事件（molecularevent）或分子生物標(biāo)志（molecularbiomarker）主要指代表生物結(jié)構(gòu)和功效生物大分子特征。如DNA、RNA、蛋白質(zhì)等。分子流行病學(xué)第30頁生物標(biāo)志物種類暴露標(biāo)志與疾病或健康狀態(tài)相關(guān)暴露原因生物標(biāo)志，包含外暴露標(biāo)志和內(nèi)暴露標(biāo)志。效應(yīng)標(biāo)志指宿主暴露后產(chǎn)生功效性或結(jié)構(gòu)性改變生物標(biāo)志，如突變基因、畸變?nèi)旧w等。易感標(biāo)志指宿主對疾病發(fā)生、發(fā)展易感程度生物標(biāo)志。分子流行病學(xué)第31頁外環(huán)境暴露生物性外暴露標(biāo)志非生物性外暴露標(biāo)志主要有細(xì)菌、病毒、寄生蟲和毒素等主要有空氣、水、土壤、農(nóng)藥、電離輻射等理化因子。

一、暴露標(biāo)志分子流行病學(xué)第32頁內(nèi)暴露劑量內(nèi)暴露標(biāo)志劑量是指被宿主吸收外源性暴露物質(zhì)量，這是外源性物質(zhì)進(jìn)入人體可靠依據(jù)。內(nèi)劑量測定（internaldosemeters）已被廣泛地應(yīng)用于測定人體對外源性致癌物和有毒物暴露珠平。分子流行病學(xué)第33頁高敏感度分析方法和免疫測定使對不一樣細(xì)胞、組織和體液中低濃度化學(xué)致癌物及其代謝產(chǎn)物測定成為可能。內(nèi)暴露劑量生物標(biāo)志可反應(yīng)機(jī)體在吸收、代謝生物轉(zhuǎn)運過程中個體差異，并可定量地顯示體內(nèi)組織和器官實際暴露珠平和分布。在進(jìn)行研究設(shè)計時，要充分考慮暴露物在體內(nèi)半衰期。分子流行病學(xué)第34頁內(nèi)暴露劑量包含對化學(xué)毒物、飲食中營養(yǎng)素和可能致癌劑以及微生物感染測定。比如：吸煙-血或尿中煙草代謝產(chǎn)物可丁寧濃度多環(huán)芳烴-尿中1-羥基芘水平飲食暴露-黃曲霉毒素B1(AFB1)和尿中N-亞硝基化合物（N-nitrosocompounds）濃度、血液中營養(yǎng)素水平工作暴露和環(huán)境污染

-血清或脂肪組織中殺蟲劑DDT（dichloro-diphenyl-trichloroethane）、多氯聯(lián)苯PCBs（polychlorinatedbiphenyl）、二氧雜芑（Dioxins）環(huán)氧化物含量吸煙和環(huán)境污染

-尿中致突變因子（mutagenicity）測定。分子流行病學(xué)第35頁

二、效應(yīng)標(biāo)志1、早期生物效應(yīng)（earlybiologicalresponse）：反應(yīng)疾病譜中多階段致癌結(jié)果。因為結(jié)合到靶組織上外源性物質(zhì)連續(xù)作用，引發(fā)組織細(xì)胞生物改變，從而產(chǎn)生疾病前期生物標(biāo)志。分子流行病學(xué)第36頁早期生物效應(yīng)包含體細(xì)胞改變?nèi)纾喝旧w畸變（aberrations）

小片段缺失（smalldeletionorlessofheterozygosity）

點突變（pointmutation）體細(xì)胞基因突變形式和特征研究可提醒特異性突變點與特異性環(huán)境暴露關(guān)系，所以特異性基因突變有可能作為特異性環(huán)境暴露指征。分子流行病學(xué)第37頁2.癌基因和抑癌基因癌基因（oncogen）原癌基因（proto-oncogenes）抑癌基因(TumorSuppressorGenes)對癌基因和抑癌基因研究可加深我們對腫瘤生物學(xué)和致癌過程認(rèn)識。腫瘤癌基因（如Ras基因）和抑制基因(如P53基因)點突變可能是不一樣類型腫瘤及特異性環(huán)境暴露指征。

分子流行病學(xué)第38頁分子流行病學(xué)第39頁Macmahon致癌假設(shè)：環(huán)境原因可能經(jīng)過基因突變機(jī)制來影響腫瘤發(fā)生，而遺傳原因在環(huán)境原因?qū)δ[瘤作用中可能起修飾作用。分子流行病學(xué)第40頁一些促癌劑、體外生物、自然和人工合成雌、雄激素主要是經(jīng)過引發(fā)基因表示和細(xì)胞生長、死亡、分化紊亂造成癌。對這些物質(zhì)生物效應(yīng)測定方法正在研究之中。機(jī)體組織結(jié)構(gòu)或功效改變引發(fā)疾病亞臨床階段和疾病發(fā)生過程中效應(yīng)標(biāo)志和對進(jìn)行篩檢、診療、治療和預(yù)后判斷有主要價值疾病標(biāo)志（Markersofdisease）都是當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究熱點。

分子流行病學(xué)第41頁

三、易感性標(biāo)志

易感性標(biāo)志是指能夠直接增加腫瘤危險性或者經(jīng)過修飾環(huán)境原因暴露來增加腫瘤危險性遺傳多態(tài)性（polymorphism）基因及其基因產(chǎn)物，是機(jī)體在暴露前就已存在遺傳性或取得性可測量指標(biāo)。即使這一類基因能夠增加發(fā)病風(fēng)險，是決定從暴露到發(fā)病整個進(jìn)程主要原因，但并非全部攜帶突變或多態(tài)性基因人都會發(fā)生癌癥。分子流行病學(xué)第42頁

高危險易感基因高危險基因含有高度外顯性，即有突變基因人其患腫瘤危險很高，但這類基因人群頻率很低，環(huán)境暴露和這類基因產(chǎn)生交互作用可能性比較小，所以人群歸因危險度低。對高危險基因突變檢測可用來評定個體發(fā)生腫瘤危險性，有利于采取有針對性預(yù)防辦法，也可用于遺傳咨詢。分子流行病學(xué)第43頁大腸癌與家族性腺癌息肉?。‵AP)

FAP:我國發(fā)病率為1.5/10萬20歲出現(xiàn)結(jié)直腸息肉40歲以上腺瘤癌變癌變率≈100%FAP與APC親密相關(guān)分子流行病學(xué)第44頁

低危險易感基因

低危險性易感基因普通都含有基因多態(tài)性，致癌危險性較小，主要經(jīng)過與環(huán)境原因協(xié)同作用使癌癥危險性增高，相對危險度普通小于2，外顯率較低，但人群基因多態(tài)頻率較高，普通大于2%，故人群歸因危險性較高。分子流行病學(xué)第45頁

高危險易感基因和低危險易感基因比較高危險易感基因低危險易感基因外顯性高低相對危險度高低歸因危險度高低人群歸因危險度低高基因頻率≤1%＞1%~90%研究類型聯(lián)接（Linkage）聯(lián)絡(luò)（Association）環(huán)境影響小非常主要分子流行病學(xué)第46頁

代謝酶基因這類基因在人群中含有不一樣基因型，有些基因型可經(jīng)過影響代謝過程，經(jīng)過活化或解毒來增加或降低對致癌物暴露效應(yīng)。因為代謝酶基因多態(tài)在人群中頻率相對較高，而且一些腫瘤危險原因（比如吸煙）在人群中也普遍存在，所以代謝酶基因-環(huán)境交互作用對人群歸因危險性影響較大。分子流行病學(xué)第47頁

I相代謝酶生物轉(zhuǎn)化I相反應(yīng)主要包含氧化（oxidation）、還原(reduction)和水解（hydrolysis）。經(jīng)過I相反應(yīng)，使化學(xué)毒物分子暴露、增加其功效基團(tuán)或增高其水溶性，成為適合于II相反應(yīng)底物。其代表如細(xì)胞色素P-450酶系，又稱為單加氧酶(monooxygenase),屬I相代謝酶，是一組能夠代謝活化致癌物和細(xì)胞毒素代謝酶。分子流行病學(xué)第48頁

II相代謝酶

經(jīng)過II相反應(yīng)，大部分化學(xué)毒物生成易于從機(jī)體內(nèi)排泄水溶性結(jié)合產(chǎn)物。其代表如谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶系GST），是體內(nèi)主要解毒酶系，它可直接與親電子化合物反應(yīng)，增加其水溶性而有利于排出體外，從而到達(dá)解毒目標(biāo)。分子流行病學(xué)第49頁個體間代謝酶尤其是II相酶活性差異可反應(yīng)機(jī)體對腫瘤易感性差異。分子流行病學(xué)第50頁Figure.GSTM1andGSTT1genotypingfrombuccalcellDNA.Case5isnullfortheGSTT1genotype.Case2isnullfortheGSTM1genotypeGSTT1GSTM1beta-globin

Case1Case2Case3Case4Case5分子流行病學(xué)第51頁生物標(biāo)志篩選

含有很好特異性和穩(wěn)定性檢測方法含有較高靈敏度，特異度高檢測方法快速、簡便分子流行病學(xué)第52頁生物標(biāo)志物特征分子特征化學(xué)結(jié)構(gòu)、組成、物理特征和穩(wěn)定性等時相特征即生物標(biāo)志在不一樣HDC階段表現(xiàn)和意義個體內(nèi)變異生物標(biāo)本采集時間、部位等不一樣造成個體間變異不一樣生物個體檢測結(jié)果不相同群體間變異不一樣生物群體檢測結(jié)果不相同儲存變異生物標(biāo)志生物特征、儲存條件、儲存時間等都會影響其檢測結(jié)果分子流行病學(xué)第53頁生物標(biāo)志檢測方法實用性研究樣本普通較大一定試驗室條件可信性可信性強(qiáng)有效性靈敏度和特異度，注意區(qū)分流行病學(xué)靈敏度