分子流行病学在疾病预防控制中的应用.ppt

分子流行病学进展及其在疾病预防控制中的应用,分子流行病学的定义 （Molecular Epidemiology）,分子流行病学是阐明疾病和健康状态相关生物标志（或分子事件）在人群和生物群体中的分布及其影响因素，并研究防制疾病、促进健康的策略与措施的科学。 应用先进的技术测量生物学标志的分布情况，结合流行病学现场研究方法，从分子或基因水平阐明疾病的病因及其相关的致病过程。,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的关系（EDC模型） （Schulte,1993）,暴露,疾病,Medical Practice etiology diagnosis treatment prevention,分子流行病学？,Gene discovery & Characterization SNPs Haplotypes,Human Genome Project HapMap Project,分子流行病学的特点,与传统流行病学不同 研究的水平不同 所解决的问题不同 与分子生物学的区别 研究对象不同（人群） 研究内容和方向不同（强调与宏观暴露的关系） 研究方法不同（流行病学思维和方法） 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 ,分子流行病学的发展趋势 研究手段越来越多,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、危险度评估、早期诊断、个体化治疗）,生物标志（biological markers, biomarkers）是可以测量的、能代表生物结构和功能的大分子物质，如DNA、RNA (miRNA)或抗原、抗体、蛋白质（酶）等。,分子流行病学的主要研究内容：生物标志,一、暴露标志（exposure marker）,（一）外暴露标志 主要指环境因素暴露，包括生物性因素和非生物性因素 1、生物性病原因子的鉴定 2、病原生物进化变异规律（进化树） 3、环境化学污染物（非生物因素）暴露 （二）内暴露标志 1、传染性疾病： 感染状况、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,体内剂量标志,可替咛（Cotinine）,香烟中的尼古丁,体液,铅,环境中的铅,体液和组织（发、指甲、牙齿）,黄曲霉素,食物原料,体液,二、效应标志（effect marker）,传染病 酶学的改变，血液生化（免疫）指标的变化 病原体基因的整合 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 基因表达异常和代谢异常 基因突变或染色体畸变,生物学效应标志,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,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 对白喉毒素敏感的基因定位在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,What is a SNP? 基因多态性,A mutation in the DNA sequence with a frequency of 1%,单核苷酸多态与个体疾病易感性差异,Cancer,Exposure,Cancer-free,CIR by 70 yrs M: 15.9% F: 9.5%,(Peto, BMJ, 2000),Genetic susceptibility?,Screening, prevention,研究问题 1:,为何只有少于 20%的吸烟者发生肺癌（一生中）?,SNPs？,基因检测- 危险度评价,NSCLC,No response,Response,Chemotherapy,SNPs & Chemosensitivity,SNPs？,研究问题 2:,为何有的病人对化疗药物有效而另一些病人则无效?,从科学研究 临床实践,Human Genome Project,Biology,Response,Disease,Prevention,Collins et al., Nature, 2003,人类基因组计划,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(human genome epidemiology, HuGE)的概念，定义：应用流行病学与基因组信息相结合的研究方法，开展以人群为基础的研究，评价基因组信息（基因或基因变异及其相应编码的产物）对人群健康和疾病的流行病学意义。,分子流行病学常用技术及方法,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Southern blot检测DNA和Northern blot检测RNA）等。 核酸序列分析 蛋白质技术 蛋白质分离鉴定技术主要有：电泳、凝胶电泳、蛋白质转印杂交（Western blot）、色谱分析、蛋白质测序等。,酶学技术 包括定性和定量检测，要求一定的条件。 多位点酶电泳（multilocus enzyme electrophoresis, 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。,PCR-RFLP PCR-SSCP, PCR-based resequencing Real-time PCR Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight (MALDI) mass spectrometry Dynamic allele-specific hybridization (DASH) DNA-chip analysis DHPLC,单核苷酸多态性（SNP）检测技术,illumina 高通量基因分型平台,7900 Real-Time PCR,SNPstream基因分型系统,TaqMan OpenArray,TaqMan OpenArray Genotyping Plates,Automated Liquid Handler SpectroPREPTM,Nanoliter Dispenser SpectroJETTM,MALDI-TOF Mass Spectrometer SpectroREADERTM,Automated Analysis SpectroTYPERTM,Miniaturized Biochip SpectroCHIPTM,MassARRAY Integrated Components,核酸分子杂交,蛋白质检测鉴定系统,SDS-PAGE,酶联免疫吸附试验（ELISA）,高效液相色谱(HPLC, LC/MS/MS),Accessible Genome and Genetic Variation database,Affordable High-throughput Platform Service,分子流行病学在疾病预防和控制中的应用,（一）病因的探讨及病因致病机制的研究 1、传染病病因及流行规律的探讨 研究已知或新发传染病的病原体和流行特点 病原学诊断（基因诊断）、基因分型 研究分布特点，传染源追踪和传播途径确定 观察病原体在体内持续时间和消长规律,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,不同基因型HCV，其临床表现以及对抗病毒治疗的敏感程度有显著差异。 1b型对干扰素治疗的持续应答率为20%，而非1b型对干扰素治疗的持续应答率可达60-70%。,1a, 1b 2a, 2b, 3a,1a, 1b 2a, 2b, 2c, 3a,4,5a,1b,1b, 6,1b, 3a,1b, 3a,3b,4,Clinical Microbiology Reviews, 2000, 13(2) 223-235,HCV 1b型是我国主要流行型,1a, 1b, 2b, 3a,2a,如SARS 在广东流行可分三个阶段: 早期由病人分离到的SARS 病毒与果子狸分离到的SARS 病毒高度同源,因此怀疑SARS 是一种动物来源的疾病。,上海预防医学杂志2005,SARS病毒来源及变异分析,中期SARS 病毒分子结构稳定, 病毒传播力强, 超级传播事件发生多。 后期SARS 病毒碱基缺失可达几百个，病毒的传播力大大减少。,案例：1990年7月，美国佛罗里达州一名AIDS妇女，怀疑在当地一牙科诊所手术时感染了HIV，因为该诊所的牙科医生也是一名AIDS患者。随后当地卫生部门对该牙医诊治过的一千余名患者进行HIV检测，共发现7名HIV感染者有在该诊所的就诊史。 那么这7名HIV感染者是否与该牙医有关呢？,传染病传播途径分析,Science 1992,针对这一问题可采取的分析方法： 1、传统流行病学分析方法：接触者调查，分析感染者可能的危险行为如输血、静脉吸毒、不安全性行为等。 2、分子流行病学方法：比较HIV病毒基因序列的差异，分析不同病例感染株遗传关系的远近。,Science 1992,与牙医感染株的遗传变异性比较,与对照感染株的遗传变异性比较,病人D,当地对照,牙医及病人A,B,C,E,G,病人F,进化树分析,以结核为例：与结核病人密切接触，感染和发病的危险增加。这些接触者与源病例之间，是否产生了结核分枝杆菌的传播？ 开展结核病成“簇”性研究，可以从分子角度解答这样的问题。 成簇的过程就是用聚类分析对分离株的基因进行分型或分群的过程，可以分析结核病的传染源和传播途径。,揭示传染病传播机制,结核杆菌DNA指纹图谱有助于基因分型,流行病学常用 结核杆菌基因分型方法 IS6110-RFLP Spoligotyping MIRU-VNTR,Bauer等对丹麦1549株结核菌进行IS6110为基础的DNA指纹分析，成簇率49%。同样方法检测格陵兰岛成簇率为79%。,J Clin Microbiol,1998,Beijing家族结核菌株在全球的分布,江苏省北部地区(苏北) 在2003年1-7月爆发了较大规模的无菌性脑膜炎,涉及范围之广、发病人数之多,在国内较少见。,不明原因疾病爆发调查,疾病暴发原因分析,问卷调查收集基本资料 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2000年分离株的亲缘关系最近；但自成一簇，与国外毒株存在地区差别。,2、非传染病的病因及病因致病机制的研究 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,例：恶性肿瘤的形成过程及其影响因素,前致 癌物,终致 癌物,DNA 损伤,基因 突变,癌前 病变,恶性肿瘤,遗传易感性因素,（二）疾病易感性的测定 （传染病和非传染病）,测定疾病易感性，可以进行高风险人群筛选，采取更有效的预防和控制措施 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） 相关性研究（association！） 如代谢酶基因（I相、II相） DNA修复基因 细胞周期调节基因等,XRCC1 T-77C Polymorphism and Lung Cancer Risk,Hu Z, Shen H. Pharmacogenetics & Genomics 2005 15(7): 457-64.,XRCC1 T-77C and Cumulative Smoking,Pack-years of smoking,-77TT -77CT/CC,Adjusted OR,Hu Z, Shen H. Pharmacogenetics & genomics 2005 15(7): 457-64.,P value for the test of additive gene-smoking interaction: 0.027,肺癌,GWAS,（三）疾病防治措施的研究,1、传染病的预防 （1）新疫苗的研制（抗原表位筛选与克隆）核酸疫苗 （2）研究疫苗预防效果与疫苗无应答的关系，如对乙肝疫苗低应答或无应答人群中，白种人和日本人携带HLA-DR3和HLA-DR7比率较高；而中国人HLA-DR14-DR52基因的携带率较高 （3）疫苗株引起的感染,2、非传染病的防治 高危易感人群的筛选，个体化干预 作为抗氧化剂的胡萝卜素可减少或防止DNA的损伤 叶酸可改变DNA甲基化或减少染色体断裂,（四）疾病诊治效果和预后评价,1、治疗效果评价 从分子水平研究药物治疗后体内某些指标的变化情况（传染病和非传染病） 2、疾病预后的评价 胃癌病人nm23基因、P27KIPI基因、TGF-BRI基因表达与生存率的关系，结果发现，癌组织内上述基因高表达组手术后3年和