分子流行病学专家讲座

分子流行病学分子流行病学第1页EPIDEMOLOGY起源于希腊词EPI（在……之中、之上）DEMO（人群）OLOGY（学问、学科）直译为“研究在人群中发生（事情）学科。分子流行病学第2页庞迪亚克汽车与香草冰激凌故事美国通用汽车企业庞迪亚克厂收到一封投诉信：

尊敬总裁先生，您好。

这是我第二次给您写信。我并不埋怨您不给我回信，因为我信中投诉让人以为我可能有点“神经”。但这确实是事实：

我们家有个习惯，就是天天晚饭后大家都喜欢吃冰激淋。而且，喜欢饭后全家人投票决定吃什么类型冰激淋。然后，我开车去超市买。

分子流行病学第3页最近我买了贵厂庞迪亚克新车。从此，我每次去买冰激淋就会发生一件怪事：我每次买香草素冰激淋，车就发动不了，买其它任何种类冰激淋都没有问题，车照常发动。我想告诉您我不是没事找事和您开玩笑，这是真。我想请教您：庞迪亚克轿车里有什么东西造成买香草素冰激淋车就发动不了，买其它任何种类冰激淋都没有问题？莫非庞迪亚克轿车对香草素冰激淋“过敏”？

分子流行病学第4页

庞迪亚克厂厂长很自然怀疑这封信是不是一个正常人写。但他还是派了一个工程师去了解情况。工程师很惊奇地发觉写信人是一个很有教养成功人士，住在一个豪华小区。他于是晚饭后跟车主人一起去买冰激淋。恰好，那天晚上是买香草素冰激淋。自然，车发动不起来。工程师又去了三个晚上。第一晚，买巧克力冰激淋。车顺利发动。第二晚，买草莓冰激淋。车顺利发动。第三晚，又买香草素冰激淋。车又发动不了了。

莫非他轿车真对香草素冰激淋“过敏”？！

分子流行病学第5页工程师是个很理性人。他不相信轿车会对香草素冰激淋“过敏”。

怎么办？

他决定每晚都跟车观察，直到处理问题。同时,他开始统计全部观察过程：天天时间，汽油型号，往返所需时间，等等。

在搜集了几天资料后，他发觉一个规律：买香草素冰激淋时间要比买其它短。

为何？

超市商品摆放：香草素冰激淋放在前面。

现在问题是为何停车时间短就难发动而不是香草素冰激淋问题了。

工程师很快就有答案了：雾化装置需要足够时间冷却才能重新发动。

分子流行病学第6页这个故事告诉我们：

亲眼看到不一定是正确。不过经过科学武装头脑却能够发觉隐藏在现象背后本质。Observationguidedbyscientificthinkingarestillthebestsafeguardagainstbaloneyandsuperstition.科学思维指导观察至今依然是抵抗乱说八道和迷信最好确保。分子流行病学第7页什么是科学思维？

在人类健康和疾病问题上：许多时候我们碰到是和上述故事相同；人类疾病现在也不是单原因了，但能够通过系统调查找出病因或健康危险原因；流行病学能够为我们提供系统调查思绪和方法。什么思绪？什么方法？分子流行病学第8页流行病学发展历史分子流行病学第9页

分子流行病学

（MolecularEpidemiology）分子流行病学是近十几年才快速发展起来一门流行病学新分支，它是由传统流行病学学科发展强烈需求和分子生物学理论和技术取得巨大成就相结合产物。分子流行病学第10页产生背景(一)疾病预防控制中需求传染性疾病耐药性质粒；病原体变异；新发觉传染病。慢性非传染病多病因、多阶段、多基因、长潜隐期。人群易感性生物个体间遗传和环境不一样，易感性差异很大；传统流行病学无法有效测量。分子流行病学第11页产生背景(二)分子生物学快速发展

理论突破如：DNA双螺旋结构，遗传中心法则，遗传密码子，RNA逆转录，断裂基因，操纵子模型，限制性内切酶，DNA聚合酶，DNA连结酶，染色体外遗传物质等。技术创新凝胶电泳技术，核酸体外扩增，DNA测序，蛋白质测序，分子杂交，基因克隆，色谱技术，计算机应用。分子流行病学第12页

发展历程概念演变

国外

1972年，提出“流感分子流行病学”

1977年，提出应用精细技术进行生物材料流行病学研究分子流行病学第13页

1986年，关键是利用试验室方法和分析流行病学，查明环境和宿主病因

1993年，提出流行病学中应用生物标志或生物学测量功效定义

1996年，测量作为暴露和效应生物标志即信息大分子如DNA、RNA和蛋白质分子流行病学第14页国内

1988年，从基因水平分析病原体特征，处理传染源和传输路径等流行病学问题

1992年，从分子至基因水平上研究医学事件分布及其决定原因和调控伎俩学科分子流行病学第15页血清流行病学(seroepidemiology)

应用血清学方法对血清中各种成份（包含抗原、抗体、生化物质等）分布情况进行研究，以说明疾病及健康状态在人群中分布及其影响原因，并在采取预防办法后应用血清学方法来考评其效果。基于血清中生物标志，可列入分子流行病学范围。

分子流行病学第16页

人类基因组流行病学

（humangenomeepidemiology,HuGE）将流行病学与基因组学相结合，研究人群中基因组信息与疾病和健康状态关系。基于核酸生物标志分子流行病学。分子流行病学第17页分子流行病学现实状况研究内容愈加丰富传染病、慢性非传染病、健康状态。研究伎俩越来越多主要是分子生物学方法和技术。应用范围不停扩大流行病学、预防医学、基础医学、生物学、遗传学、环境科学和人类学等。分子流行病学第18页NumbersofPaperswithSubjectWords“MolecularEpidemiology”onMedline136638810733510分子流行病学第19页定义分子流行病学是研究人群中疾病/健康状态相关生物标志分布及其影响原因、医学相关生物群体特征及其与人类疾病/健康关系，制订防治疾病、促进健康策略与办法科学分子流行病学第20页定义注释处理疾病或健康状态生物标志分布等流行病学分支学科研究对象人群、医学相关生物群体等

分子流行病学第21页

三、与传统流行病学关系健康者

“海平面”

疾病“冰山现象”亚临床者患者分子流行病学第22页

健康

疾病主观感觉客观指标健康指标疾病指标

模式I

暴露原因┏━━━━┳━━━━━╋━━━━━┳━━━━┓

健康态←→潜在疾病态←→临界疾病态←→亚临床态←→临床态

┗━━━━┻━━━━━╋━━━━━┻━━━━┛

机体易感性原因模式II健康－疾病连续带示意图亚健康态←→潜在疾病态←→健康态←→临床态亚临床态←→临界疾病态←→分子流行病学第23页传统流行病学暴露疾病分子流行病学暴露内剂量生物有效剂量早期生物效应结构功效改变临床疾病疾病预后暴露标志疾病标志易感标志分子流行病学第24页分子流行病学主要研究内容

疾病病因探讨及病因致病机制研究疾病易感性测定疾病防治办法研究疾病治疗效果和预后评价分子流行病学第25页疾病病因探讨及病因致病机制研究传染病病因及流行规律探讨

已知传染病病原体及流行特点新发觉传染病病原体及流行特点非传染病病因及病因致病机制研究

心血管病研究肿瘤研究分子流行病学第26页传染病预防控制

病原体耐药、新病原体出现、病原体变异、发病谱改变、传染源判定、传输路径复杂化、疫苗免疫效果下降等，大多需要应用分子流行病学来处理。病原体研究疫苗及免疫预防制剂研究防治对策和办法研究及其效果评价分子流行病学第27页慢性非传染病预防控制

暴露测量愈加科学、准确；如将暴露测量分为外暴露、内暴露、生物作用剂量等；易感性研究深入到基因和分子水平；防治办法效果评价愈加有效。分子流行病学第28页健康状态研究

以生物标志为基础健康状态分布及其影响原因研究正在受到人们重视；因为健康相关生物标志准确测量，使健康促进从含糊走向科学；伴随分子流行病学对不一样生物标志分布及其影响原因研究深入，人们对健康和疾病发生、发展过程将有愈加深入、细致了解。

分子流行病学第29页生物标志指能代表生物结构和功效可识别物质。分子事件（molecularevent）或分子生物标志（molecularbiomarker）主要指代表生物结构和功效生物大分子特征。如DNA、RNA、蛋白质等。分子流行病学第30页生物标志物种类暴露标志与疾病或健康状态相关暴露原因生物标志，包含外暴露标志和内暴露标志。效应标志指宿主暴露后产生功效性或结构性改变生物标志，如突变基因、畸变染色体等。易感标志指宿主对疾病发生、发展易感程度生物标志。分子流行病学第31页外环境暴露生物性外暴露标志非生物性外暴露标志主要有细菌、病毒、寄生虫和毒素等主要有空气、水、土壤、农药、电离辐射等理化因子。

一、暴露标志分子流行病学第32页内暴露剂量内暴露标志剂量是指被宿主吸收外源性暴露物质量，这是外源性物质进入人体可靠依据。内剂量测定（internaldosemeters）已被广泛地应用于测定人体对外源性致癌物和有毒物暴露珠平。分子流行病学第33页高敏感度分析方法和免疫测定使对不一样细胞、组织和体液中低浓度化学致癌物及其代谢产物测定成为可能。内暴露剂量生物标志可反应机体在吸收、代谢生物转运过程中个体差异，并可定量地显示体内组织和器官实际暴露珠平和分布。在进行研究设计时，要充分考虑暴露物在体内半衰期。分子流行病学第34页内暴露剂量包含对化学毒物、饮食中营养素和可能致癌剂以及微生物感染测定。比如：吸烟-血或尿中烟草代谢产物可丁宁浓度多环芳烃-尿中1-羟基芘水平饮食暴露-黄曲霉毒素B1(AFB1)和尿中N-亚硝基化合物（N-nitrosocompounds）浓度、血液中营养素水平工作暴露和环境污染

-血清或脂肪组织中杀虫剂DDT（dichloro-diphenyl-trichloroethane）、多氯联苯PCBs（polychlorinatedbiphenyl）、二氧杂芑（Dioxins）环氧化物含量吸烟和环境污染

-尿中致突变因子（mutagenicity）测定。分子流行病学第35页

二、效应标志1、早期生物效应（earlybiologicalresponse）：反应疾病谱中多阶段致癌结果。因为结合到靶组织上外源性物质连续作用，引发组织细胞生物改变，从而产生疾病前期生物标志。分子流行病学第36页早期生物效应包含体细胞改变如：染色体畸变（aberrations）

小片段缺失（smalldeletionorlessofheterozygosity）

点突变（pointmutation）体细胞基因突变形式和特征研究可提醒特异性突变点与特异性环境暴露关系，所以特异性基因突变有可能作为特异性环境暴露指征。分子流行病学第37页2.癌基因和抑癌基因癌基因（oncogen）原癌基因（proto-oncogenes）抑癌基因(TumorSuppressorGenes)对癌基因和抑癌基因研究可加深我们对肿瘤生物学和致癌过程认识。肿瘤癌基因（如Ras基因）和抑制基因(如P53基因)点突变可能是不一样类型肿瘤及特异性环境暴露指征。

分子流行病学第38页分子流行病学第39页Macmahon致癌假设：环境原因可能经过基因突变机制来影响肿瘤发生，而遗传原因在环境原因对肿瘤作用中可能起修饰作用。分子流行病学第40页一些促癌剂、体外生物、自然和人工合成雌、雄激素主要是经过引发基因表示和细胞生长、死亡、分化紊乱造成癌。对这些物质生物效应测定方法正在研究之中。机体组织结构或功效改变引发疾病亚临床阶段和疾病发生过程中效应标志和对进行筛检、诊疗、治疗和预后判断有主要价值疾病标志（Markersofdisease）都是当前医学研究热点。

分子流行病学第41页

三、易感性标志

易感性标志是指能够直接增加肿瘤危险性或者经过修饰环境原因暴露来增加肿瘤危险性遗传多态性（polymorphism）基因及其基因产物，是机体在暴露前就已存在遗传性或取得性可测量指标。即使这一类基因能够增加发病风险，是决定从暴露到发病整个进程主要原因，但并非全部携带突变或多态性基因人都会发生癌症。分子流行病学第42页

高危险易感基因高危险基因含有高度外显性，即有突变基因人其患肿瘤危险很高，但这类基因人群频率很低，环境暴露和这类基因产生交互作用可能性比较小，所以人群归因危险度低。对高危险基因突变检测可用来评定个体发生肿瘤危险性，有利于采取有针对性预防办法，也可用于遗传咨询。分子流行病学第43页大肠癌与家族性腺癌息肉病（FAP)

FAP:我国发病率为1.5/10万20岁出现结直肠息肉40岁以上腺瘤癌变癌变率≈100%FAP与APC亲密相关分子流行病学第44页

低危险易感基因

低危险性易感基因普通都含有基因多态性，致癌危险性较小，主要经过与环境原因协同作用使癌症危险性增高，相对危险度普通小于2，外显率较低，但人群基因多态频率较高，普通大于2%，故人群归因危险性较高。分子流行病学第45页

高危险易感基因和低危险易感基因比较高危险易感基因低危险易感基因外显性高低相对危险度高低归因危险度高低人群归因危险度低高基因频率≤1%＞1%~90%研究类型联接（Linkage）联络（Association）环境影响小非常主要分子流行病学第46页

代谢酶基因这类基因在人群中含有不一样基因型，有些基因型可经过影响代谢过程，经过活化或解毒来增加或降低对致癌物暴露效应。因为代谢酶基因多态在人群中频率相对较高，而且一些肿瘤危险原因（比如吸烟）在人群中也普遍存在，所以代谢酶基因-环境交互作用对人群归因危险性影响较大。分子流行病学第47页

I相代谢酶生物转化I相反应主要包含氧化（oxidation）、还原(reduction)和水解（hydrolysis）。经过I相反应，使化学毒物分子暴露、增加其功效基团或增高其水溶性，成为适合于II相反应底物。其代表如细胞色素P-450酶系，又称为单加氧酶(monooxygenase),属I相代谢酶，是一组能够代谢活化致癌物和细胞毒素代谢酶。分子流行病学第48页

II相代谢酶

经过II相反应，大部分化学毒物生成易于从机体内排泄水溶性结合产物。其代表如谷胱甘肽硫转移酶系GST），是体内主要解毒酶系，它可直接与亲电子化合物反应，增加其水溶性而有利于排出体外，从而到达解毒目标。分子流行病学第49页个体间代谢酶尤其是II相酶活性差异可反应机体对肿瘤易感性差异。分子流行病学第50页Figure.GSTM1andGSTT1genotypingfrombuccalcellDNA.Case5isnullfortheGSTT1genotype.Case2isnullfortheGSTM1genotypeGSTT1GSTM1beta-globin

Case1Case2Case3Case4Case5分子流行病学第51页生物标志筛选

含有很好特异性和稳定性检测方法含有较高灵敏度，特异度高检测方法快速、简便分子流行病学第52页生物标志物特征分子特征化学结构、组成、物理特征和稳定性等时相特征即生物标志在不一样HDC阶段表现和意义个体内变异生物标本采集时间、部位等不一样造成个体间变异不一样生物个体检测结果不相同群体间变异不一样生物群体检测结果不相同储存变异生物标志生物特征、储存条件、储存时间等都会影响其检测结果分子流行病学第53页生物标志检测方法实用性研究样本普通较大一定试验室条件可信性可信性强有效性灵敏度和特异度，注意区分流行病学灵敏度