分子流行病学

,分子流行病学,Molecular Epidemiology,第一节 概 述,产生与发展历程分子流行病学定义与传统流行病学关系,一、产生与发展历程(一) 产生背景 1、疾病防治中新问题 传染性疾病 病原体变异与疾病预防控制 抗生素与耐药 新发现传染病,第一节 概 述,慢性非传染病 多病因、多阶段、多基因、长潜隐期 暴露发病（死亡）关系 人群易感性 遗传和环境不同导致易感性差异 传统流行病学无法有效测量 实验医学病因假设和防治措施的人群检验,第一节 概 述,2、分子生物学的发展 理论突破 DNA双螺旋结构、遗传中心法则、RNA逆转录等 技术创新 凝胶电泳技术、分子杂交、基因克隆等,第一节 概 述,（二）发展历程 1、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,第一节 概 述,1986年，核心是运用实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 测量的功能定义 1996年，测量作为暴露和效应的生物标志即信息 大分子如DNA、RNA和蛋白质,第一节 概 述,国内 1988年，从基因水平分析病原体特征，解决传染源和传播途径等流行病学问题 1992年，从分子至基因水平上研究医学事件分布及其决定因素和调控手段的学科,第一节 概 述,二、分子流行病学定义 研究人群中疾病/健康状态相关生物标志的分布及其影响因素、医学相关生物群体特征及其与人类疾病/健康的关系，制定防治疾病、促进健康的策略与措施的科学,第一节 概 述,生物标志(biological markers或biomarkers, 简称M或BM)是指能代表生物结构和功能的可识别（即可检测）物质特征。 分子流行病学中应用的生物标志多是分子生物标志(molecular biomarker)，如生物大分子(biological macromolecule)物质核酸、蛋白质、脂类、抗体等 医学相关生物群体是指与人类健康和疾病具有较密切关系的生物群体,研究方法（群体调查） 解决疾病或健康生物标志的分布是什么(what)、为什么(why)和怎么办(how)的一系列课题。研究对象 人群、与疾病和健康密切相关的生物群体等。,研究内容 分布（疾病和健康）、影响因素、疾病防治和健康促进的策略和措施。学科特征 生物标志、群体、现场、应用；是传统流行病学宏观调查研究和分子生物学等微观检测的有机结合。,分子流行病学现状 研究内容更加丰富 研究手段越来越多 应用范围不断扩大,第一节 概 述,血清流行病学(seroepidemiology) 应用血清学方法对血清中各种成分（包括抗原、抗体、生化物质等）的分布情况进行研究，以阐明疾病及健康状态在人群中的分布及其影响因素，并在采取预防措施后应用血清学方法来考核其效果。 基于血清中生物标志，可列入分子流行病学的范畴。,第一节 概 述,人类基因组流行病学 （human genome epidemiology, 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的关系。 基于核酸生物标志的分子流行病学。,第一节 概 述,三、与传统流行病学关系,健 康 者,“海平面”,疾病的“冰山现象”,亚临床者,患者,第一节 概 述,传统流行病学,血清流行病学,分子流行病学,健 康 疾 病,主观感觉,客观指标,健康指标,疾病指标,模式I 暴露因素 健康态 潜在疾病态临界疾病态亚临床态临床态 机体易感性因素,模式II,图16-2 健康疾病连续带示意图,第一节 概 述,亚健康态,潜在疾病态,健康态,临床态,亚临床态,临界疾病态,A 暴露 疾病 易感性,分子流行病学,B 暴露内暴露早期生物学效应结构和功能变异临床疾病 易感性 暴露内暴露早期生物学效应续发生物学效应健康状态 易感性 图16-3 传统流行病学与分子流行病学的关系,传统流行病学,第一节 概 述,暴露生物标志- 外暴露标志(EEM)与剂量(EED) 内暴露标志(IEM)与剂量(IED) 生物作用标志(BAM)与剂量(BAD) _ 健康疾病连续带：健康态亚健康态潜在疾病态临界疾病态亚临床态临床态效应生物标志： HCM EBEM ASFM PM SCCM CDM 易感生物标志-易感标志与水平(SM & SL),暴露 - 暴露(E)与剂量(ED) 结局 - 健康态(HC) 机体临床态(CD) (健康疾病连续带),传统流行病学,分子流行病学,第二节 研究内容,生物标志暴露测量效应测量易感性测量 疾病防治效果评价,一、生物标志（一）种类 1、暴露生物标志(exposure biomarker)定义与疾病/健康状态有关的暴露因素的生物标志 外暴露标志(external exposure marker , EEM ) 内暴露标志(internal exposure marker , IEM) 生物作用标志(biologically active marker, BAM),第二节 研究内容,2、效应生物标志(effect biomarker)定义指宿主暴露后产生功能或结构性改变的生物标志 早期生物效应标志(early biological effect marker, EBEM) 结构和功能改变标志 (altered structure and function marker, ASFM) 病理标志(pathological marker, PM) 临床疾病标志(clinical disease marker, CDM) 健康状态标志(health condition marker, HCM),第二节 研究内容,3、易感性生物标志(susceptibility biomarker)定义指在暴露因素作用下，宿主对疾病发生、发展易感程度的生物标志 易感性 与宿主的遗传特征、生长发育、营养等有关 宿主在不同疾病阶段，可以具有不同的易感性标志,第二节 研究内容,（二） 生物标志选定1、 生物标志的筛选 研究目的 候选生物标志特征的意义 检测方法的有效性,第二节 研究内容,2、生物标志特性 分子特性 时相特性 个体内变异 个体间变异 群体间变异 储存变异,第二节 研究内容,3、检测方法 实用性 可信（靠）性 有效性 灵敏度、特异度,第二节 研究内容,（三）常用的生物标志1、传染病生物标志,表16-1 传染病研究常用的生物标志,第二节 研究内容,生物标志在流行病学研究过程中的演变（乙型肝炎、肝癌） 阶段 生物学标志种类 乙肝标志 肝癌标志 传统流行病学 危险因素 透析、输血、家族 肝炎史、霉食品（机体） 史 、接种 史等 饮水、家族史等 血清流行病学 体内剂量 两对半 HBV、HCV、HGV（表型） 生物效应 DNA多聚酶 AFP、黄曲霉素分子流行病学 生物微观 DNA、核酸序列 DNA、p53基因突变（分子基因） 结构改变 基因组、蛋白质 黄曲霉素白蛋白 改变、S、C、P 加合物、癌（抗癌） X区 基因,2、慢性非传染病的生物标志,表16-2 慢性非传染性疾病常用的生物标志,第二节 研究内容,二、暴露测量（一） 外暴露研究,第二节 研究内容,检测鉴定生物性病原因子 流感嗜血杆菌 研究病原生物进化变异规律 o157大肠杆菌确定传播途径 S.munchen菌感染 测量非生物性因素暴露 吸烟烟雾,（二）内暴露研究传染性疾病 人体感染状况 追踪传染源慢性非传染病 内暴露水平 生物作用水平,第二节 研究内容,三、效应测量,第二节 研究内容,（一）传染病 （二）慢性非传染病 （三）健康状态,免疫效应病理性效应,基因表达和代谢异常 基因突变或染色体畸变,第二节 研究内容,四、易感性测量,（一）遗传性疾病 Huntington病应用分子流行病学方法很快确定了HD基因紧密连锁遗传位点D4S10及其DNA标志 （二）慢性非传染病 载脂蛋白E(apoE)不同基因型在动脉粥样硬化和冠心病发病中易感性不同（三）传染病 不同基因特征的人群对HIV的易感性差异很大,乳腺癌是女性常见的肿瘤，研究发现重要的两个危险因素是年龄和家族史。在一般人群中，危险性随着年龄的增加而增加；具有家族史的RR为23， 而且危险性的大小受家族成员患乳腺癌年龄的影响。,在乳腺癌的家族研究中发现两个易感基因：BRCA1和BRCA2。 正常的BRCA1和BRCA2，有控制细胞生长、分化，具有抑制细胞周期，促使细胞成熟和诱导凋亡的功能。 携带BRCA1或BRCA2突变型的个体在一生中患乳腺癌的累积发病率为3756。,HIV-1是利用靶细胞上的CD4分子和趋化因子受体（又称HIV-1的协同受体）作为进入细胞门户。 已报道的协同受体有趋化因子受体5号（CCR5）、4号（CXCR4）、2号（CCR2）和3号（CCR3）。其中CCR5和CXCR4为主要协同受体。,CCR5是体内启动HIV-1感染所必需。其基因编码区第185位氨基酸以后发生了32个碱基缺失，称之为CCR532突变。 CCR532突变导致HIV-1的gp120不能与CCR532有效结合，表现为机体对HIV-1感染的遗传抵抗力。 CCR532突变后靶细胞的感染性减少和体内病毒负荷量降低，AIDS的发病延缓24年或更长的时间。,CCR532基因型的人群分布很有特点，突变率在美国白种人和欧洲后裔中约为10，在欧洲、中东和印度为25，在中国人为0119，提示中国人群对HIV-1易感性高。,（一）传染病 预防接种效果评价 预防接种相关疾病研究（二）慢性非传染病,第二节 研究内容,五、疾病防治效果评价,潜隐期长多影响因素,第三节 研究方法,测量指标与标本采集现场调查研究方法实验室检测技术研究设计,一、测量指标与标本采集（一） 测量指标的选择 生物标本选择的一般原则 测量指标：暴露指标、效应指标、易感性指标,第三节 研究方法,（二）标本采集 包括病原的和人体的生物标本。常用的生物标本有：微生物标本、血液（血清）标本、组织标本、其他生物标本（如唾液、胃液、尿液、精液、头发、媒介生物等）。 生物标本库(biological specimen bank , BSB)：将储存有一种类型或多种类型生物标本，并能保持它们的生物活性以供研究之用的系统。注意：避免污染、结果一致、背景资料和鉴别标识,描述性研究病例对照研究病例病例研究队列研究巢式病例对照研究实验性研究,第三节 研究方法,二、现场调查研究方法,三、实验室检测技术核酸技术核酸凝胶电泳 琼脂糖凝胶电泳(agarose gel electrophoresis) 脉冲电泳(pulsed field gel electrophoresis, PFGE)聚合酶链反应(polymerase chain reaction, PCR)核酸杂交(nuclear acid hybridization)核酸测序(DNA sequencing),第三节 研究方法,蛋白质技术 凝胶电泳 、蛋白转印杂交 酶学技术 免疫组化、多位点酶电泳技术 生物芯片技术 基因芯片 其他检测技术 实验中的质量控制,第三节 研究方法,四、研究设计,（一）设计 1、研究目的和路线,第三节 研究方法,表16-3 生物标志的研究路线及意义,第三节 研究方法,2、设计要点 研究目的 创新性、实用性、可行性 测量指标 结局指标、暴露指标、易感性指标 测量方法 用成熟的方法 调查方法与样本 样本有代表性，适量 结果与分析 质量控制 注意事项,第三节 研究方法,（二）资料分析传统流行病学指标 血清流行病学分析 遗传关系分析 遗传多态性分析,（三）实验中的质量控制一般实验质量控制设立多重对照：标准、空白、重复对照重复试验,（四）常见偏倚选择偏倚 样本选择偏倚、标本采集偏倚信息偏倚 检测偏倚、标本储存偏倚混杂偏倚,第三节 研究方法,研究实例 1研究目的 应用核酸测序追踪HIV传染源测量指标 HIV/外周血单核细胞（介质）测量方法 PCR和核酸测序法方法 横断面研究对象 1名牙科医生（HIV携带者，可疑传染源），7名HIV感染者（牙科医生曾治疗的病人），35名当地的HIV感染者,第三节 研究方法,结果 牙医HIV株与其曾治疗的病人中的5株具有克隆关系，其他株遗传关系较远结论 牙医是其曾治疗的5名病人HIV感染的传染源,第三节 研究方法,研究实例 2研究题目 应用HBV-DNA序列多态性研究HBV的传播测量标志 HBV 2551-2650位点核酸序列/血清HBV-DNA 测量方法 ELISA法和PCR法 研究设计 类病例对照研究（病例病例研究） 96名HBeAg阳性儿童和用ELISA检测HBV血清阳性的97名父母 假设该位点核酸序列在儿童与父母之间分配是随机的结果分析 该序列在儿童和父母之间是非随机分配的（P0.00005) 结论 HBV具有家庭内传播质量控制 关于家庭成员之间1%的序列差异的解释 排除了PCR错配可能,第三节 研究方法,第四节 发展与应