分子流行病学在疾病预防控制中的应用

分子流行病学进展及其在疾病预防控制中应用第1页分子流行病学定义

（MolecularEpidemiology）分子流行病学是说明疾病和健康状态有关生物标志（或分子事件）在人群和生物群体中分布及其影响原因，并研究防制疾病、促进健康策略与措施科学。应用先进技术测量生物学标志分布情况，结合流行病学现场研究办法，从分子或基因水平说明疾病病因及其有关致病过程。第2页传统流行病学分子流行病学传统流行病学与分子流行病学关系（EDC模型）（Schulte,1993）暴露疾病暴露疾病

？

前瞻性研究回忆性研究第3页MedicalPracticeetiologydiagnosistreatmentprevention分子流行病学？Genediscovery&CharacterizationSNPsHaplotypesHumanGenomeProjectHapMapProject

第4页分子流行病学特点

与传统流行病学不一样研究水平不一样所处理问题不一样与分子生物学区分研究对象不一样（人群）研究内容和方向不一样（强调与宏观暴露关系）研究办法不一样（流行病学思维和办法）宏观与微观相结合！

分支肿瘤分子流行病学传染病分子流行病学

……第5页

分子流行病学发展趋势研究伎俩越来越多,技术越来越成熟研究内容(生物标志物)越来越丰富应用范围越来越广（病因、危险度评定、早期诊断、个体化治疗）第6页

生物标志（biologicalmarkers,biomarkers）是能够测量、能代表生物构造和功能大分子物质，如DNA、RNA(miRNA)或抗原、抗体、蛋白质（酶）等。分子流行病学主要研究内容：生物标志第7页一、暴露标志（exposuremarker）（一）外暴露标志

主要指环境原因暴露，包括生物性原因和非生物性原因1、生物性病原因子判定2、病原生物进化变异规律（进化树）3、环境化学污染物（非生物原因）暴露

（二）内暴露标志1、传染性疾病：感染情况、抗原抗体检测、病原体基因监测2、慢性非传染性疾病内暴露剂量、生物效应剂量第8页体内剂量标志可替咛（Cotinine）香烟中尼古丁体液铅环境中铅体液和组织（发、指甲、牙齿）黄曲霉素食物原料体液生物学标志环境暴露物质生物材料1-羟基芘

尿液多环芳烃(PAHs)第9页生物有效剂量标志DNA加合物

苯并（a）芘、亚硝胺

白细胞生物学标志环境暴露物质生物材料蛋白质加合物（血红蛋白）

环氧乙烯

红细胞第10页二、效应标志（effectmarker）传染病酶学变化，血液生化（免疫）指标变化

病原体基因整合慢性非传染性疾病（危险性预测）

主要是基因毒性标志物，包括癌基因激活、点突变和染色体异常基因体现异常和代谢异常基因突变或染色体畸变

第11页生物学效应标志染色体诱变化学物

畸变

白细胞姊妹染色体单体交换

白细胞微核（micronuci）

上皮点突变诱变化学物

HGPRT*

白细胞胸苷激酶

白细胞癌基因激活

化学致癌原[苯并（a）芘]组织原嘌呤百分比升高铅红细胞生物学标志环境暴露物质生物材料乙酰胆碱脂酶减少有机磷杀虫剂

血浆第12页三、易感性标志（环境-基因）（一）遗传性疾病

HNPCC,BRCA1/2（二）慢性病（易感性分子标志物）

DNA修复通路（肺癌、肠癌）代谢酶系统（膀胱癌）（三）传染病免疫系统（HLA）炎症通路第13页α1抗胰蛋白酶

吸烟肺气肿N-乙酰基转移酶

芳香胺膀胱癌生物学标志*暴露

疾病芳香烃羟化酶

吸烟

肺癌宿主易感性标志（非传染病）传染病慢性丙肝病人中，HLA-B44出现频率高达30%以上对白喉毒素敏感基因定位在5号染色体长臂对脊髓灰质炎病毒敏感性基因定位在19号染色体长臂第14页WhatisaSNP?基因多态性AmutationintheDNAsequencewithafrequencyof>1%第15页单核苷酸多态与个体疾病易感性差异第16页CancerExposureCancer-freeCIRby70yrsM:15.9%F:9.5%(Peto,BMJ,2023)Geneticsusceptibility?Screening,prevention研究问题1:为何只有少于20%吸烟者发生肺癌（一生中）?SNPs？第17页基因检测-危险度评价第18页NSCLCNoresponseResponseChemotherapySNPs&ChemosensitivitySNPs？

研究问题2:为何有病人对化疗药品有效而另某些病人则无效?第19页从科学研究

临床实践第20页HumanGenomeProjectBiologyResponseDiseasePreventionCollinsetal.,Nature,2023SNPsSNPS=SingleNucleotidePolymorphisms人类基因组计划第21页人类基因组流行病学

1998年由Khoury和Dorman提出人类基因组流行病学(humangenomeepidemiology,HuGE)概念，定义：应用流行病学与基因组信息相结合研究办法，开展以人群为基础研究，评价基因组信息（基因或基因变异及其对应编码产物）对人群健康和疾病流行病学意义。第22页分子流行病学常用技术及办法核酸技术（DNA&RNA）核酸体外扩增（PCR）核酸电泳图谱核酸酶切电泳图谱（RFLP）扩增片断长度多态性（AFLP）核酸分子杂交有原位杂交、斑点杂交、转印杂交（包括Southernblot检测DNA和Northernblot检测RNA）等。核酸序列分析蛋白质技术蛋白质分离判定技术主要有：电泳、凝胶电泳、蛋白质转印杂交（Westernblot）、色谱分析、蛋白质测序等。酶学技术包括定性和定量检测，要求一定条件。

多位点酶电泳（multilocusenzymeelectrophoresis,MEE）法。免疫学技术：酶联免疫吸附试验（ELISA）、荧光免疫试验（FIA）、放射免疫试验（RIA）、免疫细胞化学检测（ICC）等；色谱（质谱）技术：高效液相色谱技术HPLC）、液相蛋白色谱技术（FPLC）等。第23页PCR-RFLPPCR-SSCP,PCR-basedresequencingReal-timePCRMatrix-assistedlaserdesorption/ionizationtime-of-flight(MALDI)massspectrometryDynamicallele-specifichybridization(DASH)DNA-chipanalysisDHPLC单核苷酸多态性（SNP）检测技术第24页illumina高通量基因分型平台第25页7900Real-TimePCR

SNPstream基因分型系统第26页TaqManOpenArrayTaqManOpenArrayGenotypingPlates第27页AutomatedLiquidHandlerSpectroPREPTMNanoliterDispenserSpectroJETTMMALDI-TOFMassSpectrometerSpectroREADERTMAutomatedAnalysisSpectroTYPERTMMiniaturizedBiochipSpectroCHIPTMMassARRAYIntegratedComponents第28页核酸分子杂交第29页蛋白质检测判定系统SDS第30页酶联免疫吸附试验（ELISA）第31页高效液相色谱(HPLC,LC/MS/MS)第32页AccessibleGenomeandGeneticVariationdatabaseAffordableHigh-throughputPlatformService第33页分子流行病学在疾病预防和控制中应用（一）病因探讨及病因致病机制研究

1、传染病病因及流行规律探讨研究已知或新发传染病病原体和流行特点

病原学诊断（基因诊断）、基因分型研究分布特点，传染源追踪和传输途径确定观测病原体在体内连续时间和消长规律第34页丙型肝炎病毒基因分型Simmonds双等级基因命名系统病原体基因分型不一样基因型HCV，其临床体现以及反抗病毒治疗敏感程度有显著差异。1b型对干扰素治疗连续应答率为20%，而非1b型对干扰素治疗连续应答率可达60-70%。第35页1a,1b

2a,2b,3a1a,1b

2a,2b,2c,3a45a1b1b,61b,3a1b,3a3b4ClinicalMicrobiologyReviews,2023,13(2)223-235HCV1b型是我国主要流行型1a,1b,2b,3a2a第36页如SARS在广东流行可分三个阶段:早期由病人分离到SARS病毒与果子狸分离到SARS病毒高度同源,因此怀疑SARS是一种动物起源疾病。上海预防医学杂志2023SARS病毒起源及变异分析中期SARS病毒分子构造稳定,病毒传输力强,超级传输事件发生多。后期SARS病毒碱基缺失可达几百个，病毒传输力大大减少。第37页案例：1990年7月，美国佛罗里达州一名AIDS妇女，怀疑在本地一牙科诊所手术时感染了HIV，由于该诊所牙科医生也是一名AIDS患者。随后本地卫生部门对该牙医诊治过一千余名患者进行HIV检测，共发觉7名HIV感染者有在该诊所就诊史。那么这7名HIV感染者是否与该牙医有关呢？传染病传输途径分析Science1992第38页针对这一问题可采取分析办法：1、传统流行病学分析办法：接触者调查，分析感染者也许危险行为如输血、静脉吸毒、不安全性行为等。2、分子流行病学办法：比较HIV病毒基因序列差异，分析不一样病例感染株遗传关系远近。Science1992第39页与牙医感染株遗传变异性比较与对照感染株遗传变异性比较第40页病人D本地对照牙医及病人A,B,C,E,G病人F进化树分析第41页以结核为例：与结核病人密切接触，感染和发病危险增加。这些接触者与源病例之间，是否产生了结核分枝杆菌传输？开展结核病成“簇”性研究，能够从分子角度解答这样问题。成簇过程就是用聚类分析对分离株基因进行分型或分群过程，能够分析结核病传染源和传输途径。揭示传染病传输机制第42页结核杆菌DNA指纹图谱有助于基因分型

流行病学常用结核杆菌基因分型办法IS6110-RFLPSpoligotypingMIRU-VNTR

第43页Bauer等对丹麦1549株结核菌进行IS6110为基础DNA指纹分析，成簇率49%。同样办法检测格陵兰岛成簇率为79%。JClinMicrobiol,1998第44页Beijing家族结核菌株在全球分布第45页江苏省北部地域(苏北)在2023年1-7月爆发了较大规模无菌性脑膜炎,包括范围之广、发病人数之多,在国内较少见。不明原因疾病爆发调查第46页疾病爆发原因分析问卷调查搜集基本资料血清学检测病原体分离培养Echo30型肠道病毒感染病毒序列测定和比对均为Echo30型肠道病毒。进化树分析显示分离株与国外1999年和2023年分离株亲缘关系近来；但自成一簇，与国外毒株存在地域差异。第47页2、非传染病病因及病因致病机制研究例：HBV感染与肝癌（基因组整合）

EBV感染与鼻咽癌

HPV感染（致癌型）与宫颈癌

HP感染与胃癌

第48页例：恶性肿瘤形成过程及其影响原因前致癌物终致癌物DNA损伤基因突变癌前病变恶性肿瘤活化解毒凋亡增生修复损伤遗传易感性原因（二）疾病易感性测定

（传染病和非传染病）第49页测定疾病易感性，能够进行高风险人群筛选，采取更有效预防和控制措施高危险易感基因（高外显性）连锁研究(linkage!)

如BRCA1、BRCA2与乳腺癌（40-80％）一般人群中频率<1％，RR和AR高，PAR较低！低危险易感基因（低共显基因）

有关性研究（association！）如代谢酶基因（I相、II相）

DNA修复基因细胞周期调整基因等第50页XRCC1T-77CPolymorphismandLungCancerRiskXRCC1GenotypeCases(710)Controls(710)AdjustedOR(95%CI)No%No%XRCC1T-77CTT(ref.)50070.455878.61.00CT19827.914820.91.51(1.17-1.94)

CC121.740.62.98(0.93-9.59)CT/CC21029.615221.41.55(1.21-1.98)

Callele22215.615611.0P=0.0003HuZ,

…ShenH.

Pharmacogenetics&Genomics202315(7):457-64.

第51页XRCC1T-77CandCumulativeSmokingPack-yearsofsmoking-77TT-77CT/CCAdjustedORHuZ,

…ShenH.

Pharmacogenetics

&genomics202315(7):457-64.Pvalueforthetestofadditivegene-smokinginteraction:0.027

第52页肺癌GWAS第53页（三）疾病防治措施研究