《肿瘤分子流行病学》

1、1 第五讲第五讲 肿瘤分子流行病学肿瘤分子流行病学 2 l肿瘤分子流行病学是应用流行病学方法研究肿 瘤标志物在高危人群和癌症患者中的分布和影 响因素，对机体致癌物质暴露、生物学效应以 及个体遗传易感性进行测量和评价。 l肿瘤分子流行病学作为肿瘤流行病学的重要分 支，为肿瘤研究提供了新的重要手段和契机， 大大增强了应用流行病学方法开展肿瘤危险性 评价、筛查和诊治手段选择、预后评估、预防 策略制定的能力。 l随着蛋白质组学等新兴学科的加入，肿瘤分子 流行病学正在成为肿瘤学研究领域的重要研究 手段之一。 3 一、概述一、概述 l肿瘤分子流行病学采用流行病学研究方法，结 合分子生物学等新兴学科的理论和

2、技术平台， 通过对有代表性人群从接触危险因素、癌前病 变发展到肿瘤形成过程中一系列肿瘤标志物的 研究，可以准确地测量“暴露”、生物学效应 和遗传易感性，探讨肿瘤发生的机制。 4 一、概述一、概述 l肿瘤标志物是连接实验室检测和传统流行病学 研究的桥梁，通过对研究对象特定生物学标志 物的定性或定量检测，可以评估致癌物暴露和 机体遗传易感性的单独或联合作用。 lBence-Jones蛋白是第一个被报道的肿瘤标志 物（1845）。 l按照肿瘤标志物在从暴露到疾病连续过程中所 处的不同阶段可以分为暴露标志、效应标志和 易感性标志 。 5 二、肿瘤标志物的研究与应用原则二、肿瘤标志物的研究与应用原则 l

3、质量控制原则 要重视肿瘤标志物的效度（灵敏度和特异度） 和信度，保证肿瘤标志物真实反映暴露和疾病 之间的统计学关联。 要注重样品采集、贮存、处理等操作过程的标 准化。不同实验室之间可以有相互监测，用严 格的质量控制系统来实现对肿瘤标志物价值的 持续评估。 6 二、肿瘤标志物的研究与应用原则二、肿瘤标志物的研究与应用原则 l循证医学原则 肿瘤分子流行病学对肿瘤标志物的研究应做到 最佳证据、经验和研究对象意愿的最佳结合， 用“最佳质量证据” 来指导肿瘤标志物的研 究和应用。 肿瘤标志物开发和评估的五阶段原则(NCI)： 第一，探索阶段;第二，临床试验和验证阶段; 第三，回顾性/前瞻性的研究阶段;第

4、四，前瞻 性的筛查阶段;第五，前瞻性的随机试验阶段。 7 二、肿瘤标志物的研究与应用原则二、肿瘤标志物的研究与应用原则 l伦理学原则 上世纪80年代后期，美国学者Beauchamp和 Childress提出了生物医学研究的四个伦理学原 则：自主性、有益、无害、公平。 1997年，联合国教科文组织针对人类基因组和 人权的全球宣言中特别强调了伦理学因素的重 要性。 在收集遗传信息和建立大型数据库时，要取得 社会和研究对象对其研究目的和计划的知情同 意，切实保护每个捐献者的个人利益。 8 三、致癌物的暴露标志三、致癌物的暴露标志 l外暴露标志： l移民流行病学的多项研究结果均揭示了环境因 素在肿瘤的

5、发生、发展过程中的重要性。 l传统意义上对外环境的调查或监测只能对外暴 露做出粗略的估计，难以真实反映人体的反应 性，且存在较大的回忆偏倚和报告偏倚。 9 三、致癌物的暴露标志三、致癌物的暴露标志 l内暴露标志： l充分考虑了致癌物质在吸收、分布、代谢或排 泄上的个体差异，并显示出其在机体特定的组 织或器官中的实际水平。 l如膳食营养状况与肿瘤间关系的研究（高脂与 大肠癌）；EB病毒、Hp与胃癌（淋巴上皮瘤 样癌）关系研究。 10 三、致癌物的暴露标志三、致癌物的暴露标志 l生物有效暴露标志： l这一类标志物主要是以DNA加成物或蛋白质 加成物的形式存在。 l在相同外暴露的前提下，样品中加成物

6、的水平 可以反映研究对象代谢致癌物的能力以及吸收 和分布的个体差异，能够帮助确定体内致癌物 代谢及DNA修复过程中各种酶基因多态性的 影响。 l 常用的加成物测定方法有：酶联免疫吸附试验， 32P后标记技术，质谱、色谱分析等。 11 三、致癌物的暴露标志三、致癌物的暴露标志 l生物有效暴露标志： lDNA加成物： 苯并（a）芘-DNA加成物是人类发现的第一 个致癌物质的DNA加成物。 DNA加成物与肿瘤关系研究最成熟的应该是 AFTB1-N-鸟嘌吟加成物与肝癌发病关系的研 究。 乙烯基DNA加成物是脂质过氧化诱导DNA 损伤的标志物。 12 实例：实例：O6-烷基烷基-2脱氧鸟嘌呤加成物（脱氧

7、鸟嘌呤加成物（O6-MedG） l 70年代初，美国学者发现O6-MedG，并建立了单抗及 放免技术。 l1985年，中科院利用这项技术进行了林县食管癌流行 病学调查，找到了亚硝胺病因学说的证据。 l1986年，陆士新等学者完成了一项食管癌的病例对照 研究和实验性研究。 l 国外学者随后发现， O6-MedG的修复缺陷或受限可诱 发点突变，使原癌基因激活而发生食管癌。 13 三、致癌物的暴露标志三、致癌物的暴露标志 l生物有效暴露标志： l蛋白质加成物： 多为致癌物及其衍生物与血红蛋白或白蛋白 共价结合而形成。 如： 4ABPHb加成物与膀胱癌之间关系 密切。 14 四、致癌物的效应标志四、致

8、癌物的效应标志 l效应标志物主要反映机体接触了致癌物质之后 所发生的多步骤的癌变过程中的某些事件。 l现有的效应标志物主要是基因毒性标志物，包 括DNA缺失、点突变、DNA单链断裂、染色 体异常、癌基因激活等。 15 四、致癌物的效应标志四、致癌物的效应标志 l染色体异常（CA）： lCA是人群中应用最广泛的早期生物学效应标志物。 lCA与肿瘤发生密切相关： 1. 染色体重组在原癌基因活化和抑癌基因失活中起到重要作用； 2.所有类型的肿瘤细胞中都存在真核核型的改变； 3.化学性致癌物常常引起染色单体异常； 4.暴露于电离辐射可以导致双着丝粒等； 5.某些先天性疾病有很高的CA率，且恶性肿瘤的发

9、病率增加。 6. 队列研究显示CA发生率与全肿瘤发病率相关。 16 实例：食管癌（吴玉清等，实例：食管癌（吴玉清等，1986） l食管癌高发与低发家族中，染色体畸变率分别 为5.4%和0.38%。 l经亚硝胺化合物MMC诱发的染色体畸变率分 别为10.8%和4.2%。 l常见的断裂或缺失多发生在1、2、3、11和17 号染色体的某几个特定部位。 lMMC诱发的SCE也显示病例组明显高于对照 组。 17 四、致癌物的效应标志四、致癌物的效应标志 l微核（M N ）： l无着丝粒染色体片段聚集或整个染色体 在复制后期的移动期间被滞留。 l表征染色体的畸变，是对传统的CA分析 的重要改进，能够检测非

10、整倍体，而且 更易实施。 l可作为肿瘤的预测标志物。 18 微核微核 19 四、致癌物的效应标志四、致癌物的效应标志 l次黄嘌吟鸟嘌吟磷酸核糖转移酶(HGPRT) ： lHGPRT基因体细胞突变的检测是人群研究中最早 进行的体细胞突变检测。 lHGPRT参与肿瘤细胞DNA生物合成替代途径。 lWang等在江苏启东肝癌高发区的研究发现， AFTB1高暴露者HGPRT突变的频率要高出19.3倍， 说明HGPRT基因的突变频率可以作为AFTB1暴露 所致长期后果的效应标志物。 20 四、致癌物的效应标志四、致癌物的效应标志 l现代分子生物学认为：遗传信息和表观遗传信 息共同调控生物信息的表达。 l研

11、究表明：每种肿瘤至少有一种基因的启动子 区发生超甲基化；很多基因启动子超甲基化具 有肿瘤类型的特异性。 lCpG岛甲基化在胃癌等多种肿瘤中有报道。 21 五、肿瘤发生的易感性标志五、肿瘤发生的易感性标志 l许多遗传性家族性肿瘤综合征都有基因的高外 显率突变。 l在探讨致癌机制的过程中，总有该因素会“选 择”让一部分人逐步走向癌变，这在考虑暴露 因素施加给宿主的不同免疫压力的同时，更应 该关注宿主遗传易感性对癌变过程的影响。 22 五、肿瘤发生的易感性标志五、肿瘤发生的易感性标志 （一）代谢酶及其基因多态性： l代谢酶有I相和II相之分。 lI相酶主要是细胞色素氧化酶P450家族(CYPs)，它

12、们催 化氧化反应，引入亲电子基团，使致癌物活化。 lII相酶则引入亲水基团，使致癌物代谢排出，如谷胱 甘肽S转移酶(GSTs) ,N-乙酰基转移酶(NATs)、葡萄糖 醛酸结合反应转移酶(UGTs）等。 l代谢酶基因的多态性可以改变相应酶的活化或解毒的 能力，从而增加或降低环境暴露因素的致癌潜能。 23 CYPs家族：家族： l具有最高催化活性的是CYP1A1和CYP2A2，参与多环 芳烃代谢，与吸烟相关的上呼吸道、上消化道、泌尿 道和乳腺的肿瘤有关。 lCYP2E可以催化外源性N-亚硝胺，其多态性与胃癌发 生风险有关 。 lCYP2A6 *2等位基因的479T A 突变的产物具有较低 激活前

13、致癌物的能力，因而对机体有保护作用。 lCYPs也可能在雌激素的代谢中起到一定作用，因而与 乳腺癌的癌变过程有关。 24 GSTs家族家族 ： l主要有四种：GSTA、GSTM、GSTT、GSTP。 l其中由于T1、M1、M3在人群中存在纯合缺失而最常 被研究。 lGSTM1基因发生纯合突变而不能正常表达者，可导致 多种类型肿瘤的发生风险增大。 lGSTM1还参与抗肿瘤物质如异硫氰酸酯的排泄。 l但也有研究表明CSTM1纯合突变型人群表现为低的肿 瘤患病率，还有研究并未发现该基因多态与肿瘤发生 风险的关系。 25 NATs家族家族 ： l主要代谢动物蛋白在高温下产生的杂环胺和多环 芳烃。 lN

14、AT2的慢乙酰化者(S/S基因型)膀胱癌的发病风险 增大，尤其是对接触杂环胺和多环芳烃职业的人。 l在吸烟类型和吸烟量一致的前提下，慢乙酰化基 因型者4-ABP-Hb加成物的水平远高于快乙酰化者。 l与在膀胱癌发生中的保护作用相反，快乙酞化者 结肠癌的发病风险增大。 26 UGTs家族家族 ： l低水平的UGT酶活性可能意味着更 严重的氧化损伤和肿瘤发生风险的 增加。 l有报道停经前美国黑人妇女中，有 变异UGT基因型的乳腺癌的发病风 险约增加1.8倍。 27 其它其它 ： l亚甲基四氢叶酸脱氢酶(MTHFR)：MTHFR可能在调 节与膳食摄入有关的胃癌风险方面起作用。MTHFR基 因677C

15、 T和1298A C的纯合型都会降低酶活性，与 较低的血叶酸水平有关，携带有MTHFR 677T的个体， 胃癌尤其是贲门癌的发病危险增加。 l超氧化物歧化酶(SOD)：相对较高的SOD水平是保护 宿主胃黏膜免受高浓度的毒性ROMs损伤的防御屏障; 而较低的SOD水平使得胃黏膜易受氧化应激损伤，导 致肿瘤形成，也是患者临床预后较差的重要标志。 l儿茶酚氧位甲基转移酶(COMT)：能够灭活儿茶酚， 减少其与DNA结合并诱导损伤，COMT基因型和乳腺 癌的关系随停经状态、体格大小和吸烟状况而不同， 表明其在乳腺癌中的作用可能要依赖于激素环境。 28 五、肿瘤发生的易感性标志五、肿瘤发生的易感性标志

16、（二）DNA修复相关基因多态性 ： lDNA修复是牵涉一系列机制的复杂过程，其相关基因 多态性导致的DNA修复效率与保真度的差异与个体肿 瘤发病风险之间有密切关系。 lX射线交错互补修复基因1(XRCC1)：影响细胞对电离 辐射敏感性，它通过与聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶、 DNA连接酶III和DNA多聚酶R等作用，在DNA损伤单 链断裂修复中起重要作用，与口腔癌、食管癌、膀胱 癌以及乳腺癌的发生有关。 lO6甲基鸟嘌吟DNA甲基转移酶(MGMT)：可将突变或 细胞毒性的加成物从O6甲基鸟嘌吟转移到自身的半胱 氨酸残基上，修复烷基化损伤。MGMT基因的突变(或 多态性)可能会增加个体对烷化剂的易感

17、性。 29 五、肿瘤发生的易感性标志五、肿瘤发生的易感性标志 （三）炎症因子的基因多态性 ： l免疫系统的反应对于肿瘤预防是十分有益的，强大的机体 免疫力有助于个体灭活肿瘤细胞，包括人类白细胞抗原基 因、白介素基因、肿瘤坏死因子基因、环氧化酶基因等炎 症反应相关基因的多态性都与肿瘤发生密切相关。 l波兰的研究发现IL-1B-511CT或IL-1-RN短等位基因纯合型 均导致胃癌的发生风险增大。葡萄牙学者的研究也表明同 时有IL-1B-511T和IL-1RN*2/*2基因型者患胃癌的风险增大。 l中国和日本针对胃癌高危人群的研究表明，亚洲居民与欧 美人不同，该基因的多态可能并不与胃癌有关，但是I

18、L- 1B-511C在未感染Hp人群中可能意味着较大的胃黏膜萎缩 风险。 30 六、蛋白质组学在肿瘤分子流行病学中的应用六、蛋白质组学在肿瘤分子流行病学中的应用 l蛋白质组学主要依靠生物化学手段对细胞所有 蛋白质或蛋白质组进行大规模研究，研究蛋白 显微特征、差异显示和蛋白-蛋白交互作用。 l蛋白质要比基因更接近功能，对蛋白质的研究 通常可以直接导致生物学发现或假说，将极大 地促进后基因组时代对于基因功能的理解。 31 六、蛋白质组学在肿瘤分子流行病学中的应用六、蛋白质组学在肿瘤分子流行病学中的应用 l肿瘤分子流行病学可以借助蛋白质组学技术 的强大力量，找到更为敏感和特异的肿瘤标 志物。 l蛋白

19、质组学技术可以在蛋白质水平研究基因 功能，能够提供大量的蛋白蛋白交互作用的 资料，为生命科学做出重要和直接的贡献。 l蛋白质组学技术通过确认与肿瘤发生相关的 基因表达谱，从而阐明导致肿瘤表型的分子 机制，以选择最适合某一肿瘤类型的治疗方 案。 32 六、蛋白质组学在肿瘤分子流行病学中的应用六、蛋白质组学在肿瘤分子流行病学中的应用 l双向凝胶电泳配合质谱分析乳腺浸润性导管癌蛋白质组 的变化，发现25种表达量显著不同的、28种不同功能的 蛋白质，可作为肿瘤治疗或诊断的候选标志。 l用芯片技术已经识别骨桥蛋白是卵巢癌的一种可能的标 志物。 l美国公司开发了一种卵巢癌筛查的蛋白质组学方法，通 过识别关

20、键蛋白的分布来鉴别卵巢癌，具有较高的灵敏 度和特异度。 l有学者通过直接组织蛋白质组学技术，可以直接从福尔 马林固定石蜡包埋的前列腺肿瘤组织样品来发现蛋白质， 研究者发现428种前列腺表达的蛋白质，并可在pg数量级 上检测PSA。 33 六、蛋白质组学在肿瘤分子流行病学中的应用六、蛋白质组学在肿瘤分子流行病学中的应用 l由于蛋白质的行为由二级结构决定，对依靠亲和 力来捕获靶蛋白的技术体系造成了很大限制。 l运用质谱对确切的化学成分不能常规鉴别，需要 有附加的蛋白质富集和鉴别程序才能识别潜在的 肿瘤标志。 l质谱分析还存在峰高和丰度之间的关系并非线性、 难以实现重复、需要蛋白质指纹图谱数据库为依

21、 据等困难。 l蛋白质组学研究还未开发出类似于PCR的扩增体 系，给检验低丰度蛋白质带来一些困难。 34 七、肿瘤分子流行病学存在的问题七、肿瘤分子流行病学存在的问题 l对肿瘤分子流行病学研究的评估必须建立在对研究设 计和分析进行严格考核的基础上。由于偏倚和混杂因 素的控制不当，不仅导致无价值的结论，甚至违背科 学精神。 l流行病学判断因果关联的一个重要标准是关联的合理 性。 l肿瘤分子流行病学常常孤立地研究某种标志物的重要 性，这种研究的片面性已经越来越突出。 l肿瘤分子流行病学还需要生物学、化学、基础医学、 计算机科学等多学科交叉发展，从而开发出兼具灵敏 性、特异性、精确性的肿瘤标志物和更

22、灵敏、更快速、 高通量、自动化的检测工具，用于肿瘤的预防、诊断 和治疗。 35 八、前瞻性肿瘤分子流行病学实例八、前瞻性肿瘤分子流行病学实例 l确定某种标志物是否能够作为某疾病早期标志 只能通过前瞻性的队列研究和实验性研究来证 实。 l由于前瞻性研究人财物消耗巨大，更重要的是 缺少合适的标志物，导致目前前瞻性的研究依 然较少。 36 实例一：美国国家癌症研究所实例一：美国国家癌症研究所(NCI) l乳腺癌、前列腺癌以及激素相关基因多态性队列联合 研究。 l融合了美国肿瘤协会的肿瘤预防研究队列II 、哈佛队 列研究、国际癌症研究机构的欧洲癌症与营养前瞻性 调查研究、夏威夷和南加州大学的多种族队列研究以 及NCI的前列腺癌、肺癌、结直肠癌、卵巢癌肿瘤筛 查试验和生育酚-胡萝卜素研