第十六章-分子流行病学--课件

第第十十六六章章第一节第一节 概概 述述第二节第二节 研究内容研究内容第三节第三节 研究方法研究方法第四节第四节 发展与应用前景发展与应用前景第一节第一节 概概 述述 产生与发展历程产生与发展历程分子流行病学定义分子流行病学定义与传统流行病学关系与传统流行病学关系一一、产生与发展历程产生与发展历程 产生背景产生背景 疾病防治中新问题疾病防治中新问题 传染性疾病传染性疾病 病原体变异与疾病预防控制病原体变异与疾病预防控制 抗生素与耐药抗生素与耐药 新发现传染病新发现传染病 第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 慢性非传染病慢性非传染病 多病因、多阶段、多基因、长潜隐期多病因、多阶段、多基因、长潜隐期 暴露暴露发病（死亡）关系发病（死亡）关系 人群易感性人群易感性 遗传和环境不同导致易感性差异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实验医学病因假设和防治措施的人群检验第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 分子生物学的发展分子生物学的发展 理论突破理论突破 DNADNA双螺旋结构、遗传中心法则、双螺旋结构、遗传中心法则、RNARNA逆转录等逆转录等 技术创新技术创新 凝胶电泳技术、分子杂交、基因克隆等凝胶电泳技术、分子杂交、基因克隆等第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 发展历程发展历程 概念演变概念演变 国外国外 19721972年，提出年，提出“流感分子流行病学流感分子流行病学”19771977年，提出应用精细技术进行生物材料流行年，提出应用精细技术进行生物材料流行第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述病学研究病学研究 19861986年，核心是运用实验室方法和分析流行病学，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查明环境和宿主病因 19931993年，提出流行病学中应用生物标志或生物学测年，提出流行病学中应用生物标志或生物学测量的功能定义量的功能定义 19961996年，测量作为暴露和效应的生物标志即信息大年，测量作为暴露和效应的生物标志即信息大分子如分子如DNADNA、RNARNA和蛋白质和蛋白质第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述国内国内 19881988年，从基因水平分析病原体特征，解决传染年，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源和传播途径等流行病学问题 19921992年，从分子至基因水平上研究医学事件分布年，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及其决定因素和调控手段的学科 第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述血清流行病学血清流行病学(seroepidemiology)应用血清学方法对血清中各种成分（包括抗原、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。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基于血清中生物标志，可列入分子流行病学的范畴。范畴。第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 人类基因组流行病学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。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。基于核酸生物标志的分子流行病学。第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 分子流行病学现状分子流行病学现状 研究内容更加丰富研究内容更加丰富 研究手段越来越多研究手段越来越多 应用范围不断扩大应用范围不断扩大第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述二、分子流行病学二、分子流行病学定义定义 研究人群中疾病研究人群中疾病/健康状态相关生物标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特征及其与人类疾病/健康的关系，制定防健康的关系，制定防治疾病、促进健康的策略与措施的科学治疾病、促进健康的策略与措施的科学第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 定义注释定义注释 解决疾病或健康状态生物标志分布等解决疾病或健康状态生物标志分布等 流行病学分支学科流行病学分支学科 研究对象研究对象 人群、医学相关生物群体等人群、医学相关生物群体等 第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 研究内容研究内容 疾病和健康状态相关生物标志的分布规律，生物标志疾病和健康状态相关生物标志的分布规律，生物标志与疾病和健康关系，以及其影响生物标志分布的因素与疾病和健康关系，以及其影响生物标志分布的因素 医学相关生物的群体特征、与人类疾病和健康的关系医学相关生物的群体特征、与人类疾病和健康的关系 制定和评价防治疾病、促进健康的策略和措施制定和评价防治疾病、促进健康的策略和措施 特征特征 生物标志和群体分布生物标志和群体分布第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 三、与传统流行病学关系健 康 者 “海平面海平面”图图16-1 16-1 疾病的疾病的“冰山现象冰山现象”亚临床者患者第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 健 康 疾 病主观感觉主观感觉客观指标客观指标健康指标健康指标疾病指标疾病指标 模式模式I I 暴露因素暴露因素 健康态健康态 潜在疾病态潜在疾病态临界疾病态临界疾病态亚临床态亚临床态临床态临床态 机体易感性因素机体易感性因素模式模式IIII图图16-2 16-2 健康疾病连续带示意图健康疾病连续带示意图第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述亚健康态亚健康态潜在疾病态潜在疾病态健康态健康态临床态临床态亚临床态亚临床态临界疾病态临界疾病态A 暴露暴露 疾病疾病 易感性易感性分子流行病学分子流行病学B 暴露暴露内暴露内暴露早期生物学效应早期生物学效应结构和功能变异结构和功能变异临床疾病临床疾病 易感性易感性 暴露暴露内暴露内暴露早期生物学效应早期生物学效应续发生物学效应续发生物学效应健康状态健康状态 易感性易感性 图图16-3 16-3 传统流行病学与分子流行病学的关系传统流行病学与分子流行病学的关系传统流行病学传统流行病学第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述 第二节第二节 研究内容研究内容生物标志生物标志暴露测量暴露测量效应测量效应测量易感性测量易感性测量 疾病防治效果评价疾病防治效果评价 一、一、生物标志生物标志种类种类暴露生物标志暴露生物标志(exposure biomarker)定义定义与疾病与疾病/健康状态有关的暴露因素的生物标志健康状态有关的暴露因素的生物标志 外暴露标志外暴露标志(external exposure marker,EEM)内暴露标志内暴露标志(internal exposure marker,IEM)生物作用标志生物作用标志(biologically active marker,BAM)第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容 效应生物标志效应生物标志(effect biomarker)定义定义指宿主暴露后产生功能或结构性改变的生物标志指宿主暴露后产生功能或结构性改变的生物标志 早期生物效应标志早期生物效应标志(early biological effect marker,EBEM)结构和功能改变标志结构和功能改变标志 (altered structure and function marker,ASFM)病理标志病理标志(pathological marker,PM)临床疾病标志临床疾病标志(clinical disease marker,CDM)健康状态标志健康状态标志(health condition marker,HCM)第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容 易感性生物标志易感性生物标志(susceptibility biomarker)定义定义指在暴露因素作用下，宿主对疾病发生、发展易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感程度的生物标志易感性易感性 与宿主的遗传特征、生长发育、营养等有关。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。宿主在不同疾病阶段，可以具有不同的易感性标志。第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容 生物标志选定生物标志选定 生物标志的筛选生物标志的筛选 研究目的研究目的 候选生物标志特征的意义候选生物标志特征的意义 检测方法的有效性检测方法的有效性第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容 生物标志特性生物标志特性 分子特性分子特性 时相特性时相特性 个体内变异个体内变异 个体间变异个体间变异 群体间变异群体间变异 储存变异储存变异 第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容检测方法检测方法 实用性实用性 可信性可信性 有效性有效性 灵敏度、特异度灵敏度、特异度第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容常用的生物标志常用的生物标志传染病生物标志传染病生物标志 表表16-1 16-1 传染病研究常用的生物标志传染病研究常用的生物标志类别类别生物标志生物标志意义意义病原体核酸病原体核酸病毒和细菌病毒和细菌DNADNA、RNA,RNA,质粒质粒DNADNA、噬菌、噬菌体体DNADNA、转座子、转座子DNADNA，病原体基因多态性，病原体基因多态性等等病原体特征研究，病原体分类、检病原体特征研究，病原体分类、检定，传染源、传播途径确定，耐药定，传染源、传播途径确定，耐药检测及机制研究，人群感染状况等检测及机制研究，人群感染状况等病原体蛋白病原体蛋白病原体特异蛋白（包括酶蛋白）结构、病原体特异蛋白（包括酶蛋白）结构、表达量及功能活性表达量及功能活性同上同上病原体抗原病原体抗原蛋白抗原，多糖抗原，脂类抗原蛋白抗原，多糖抗原，脂类抗原病原体分类、检定，传染源、传播病原体分类、检定，传染源、传播途径确定，人群感染状况等途径确定，人群感染状况等人体血清抗体人体血清抗体血清血清IgGIgG、IgMIgM等等人群感染状况、免疫水平，疫苗接人群感染状况、免疫水平，疫苗接种效果评价等种效果评价等人体基因组人体基因组基因结构、表达、调控，基因多态性基因结构、表达、调控，基因多态性机体易感性机体易感性第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容慢性非传染病的生物标志慢性非传染病的生物标志 表表16-2 16-2 慢性非传染性疾病常用的生物标志慢性非传染性疾病常用的生物标志类别类别生物标志生物标志意义意义核酸类核酸类基因组、癌基因、抗癌基因、修复基因、基因组、癌基因、抗癌基因、修复基因、酶代谢基因结构、功能及多态性，酶代谢基因结构、功能及多态性，mRNAmRNA；病原体；病原体DNADNA、RNARNA等等疾病诊断及分布，疾病易感性、疾病诊断及分布，疾病易感性、环境危险因素研究，健康状态环境危险因素研究，健康状态评价，人类学研究等评价，人类学研究等蛋白类蛋白类蛋白质结构、表达量及功能活性蛋白质结构、表达量及功能活性疾病诊断及分布，疾病易感性、疾病诊断及分布，疾病易感性、环境危险因素研究，健康状态环境危险因素研究，健康状态评价等评价等酶类酶类酶的结构、表达量及功能活性酶的结构、表达量及功能活性同上同上抗原抗体抗原抗体类类疾病特异抗原、抗体疾病特异抗原、抗体疾病诊断及分布，疾病易感性，疾病诊断及分布，疾病易感性，环境危险因素研究等环境危险因素研究等其他类其他类糖类、脂类、激素类、多胺类、细胞因糖类、脂类、激素类、多胺类、细胞因子类等子类等疾病诊断及分布，病因研究，疾病诊断及分布，病因研究，疾病易感性，健康状态评价疾病易感性，健康状态评价第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容二、暴露测量二、暴露测量 外暴露研究外暴露研究第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容检测鉴定生物性病原因子检测鉴定生物性病原因子 流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌 研究病原生物进化变异规律研究病原生物进化变异规律 o o157157大肠杆菌大肠杆菌确定传播途径确定传播途径 S.munchen菌感染菌感染 测量非生物性因素暴露测量非生物性因素暴露 吸烟烟雾吸烟烟雾 内暴露研究内暴露研究传染性疾病传染性疾病 人体感染状况人体感染状况 追踪传染源追踪传染源慢性非传染病慢性非传染病 内暴露水平内暴露水平 生物作用水平生物作用水平第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容三、效应测量三、效应测量第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容传染病传染病 慢性非传染病慢性非传染病 健康状态健康状态 免疫效应免疫效应病理性效应病理性效应基因表达和代谢异常基因表达和代谢异常 基因突变或染色体畸变基因突变或染色体畸变第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容四、易感性测量四、易感性测量遗传性疾病遗传性疾病 Huntington病病应应用用分分子子流流行行病病学学方方法法很很快快确确定定了了HD基因紧密连锁遗传位点基因紧密连锁遗传位点D4S10及其及其DNA标志标志 慢性非传染病慢性非传染病 载载脂脂蛋蛋白白E(apoE)不不同同基基因因型型在在动动脉脉粥粥样样硬硬化化和和冠心病发病中易感性不同冠心病发病中易感性不同传染病传染病 不同基因特征的人群对不同基因特征的人群对HIV的易感性差异很大的易感性差异很大传染病传染病 预防接种效果评价预防接种效果评价 预防接种相关疾病研究预防接种相关疾病研究慢性非传染病慢性非传染病第二节第二节第二节第二节 研究内容研究内容研究内容研究内容五、疾病防治效果评价五、疾病防治效果评价潜隐期长潜隐期长多影响因素多影响因素 第三节 研究方法测量指标与标本采集测量指标与标本采集现场调查研究方法现场调查研究方法实验室检测技术实验室检测技术研究设计研究设计 一、测量指标与标本采集一、测量指标与标本采集 测量指标的选择测量指标的选择 生物标本选择的一般原则生物标本选择的一般原则 测量指标：暴露指标、效应指标、易感性指标测量指标：暴露指标、效应指标、易感性指标标本采集标本采集 生物标本库生物标本库(biological specimen bank,BSB)第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法描述性研究描述性研究病例对照研究病例对照研究病例病例研究病例病例研究队列研究队列研究巢式病例对照研究巢式病例对照研究实验性研究实验性研究第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法二、现场调查研究方法二、现场调查研究方法三、实验室检测技术三、实验室检测技术核酸技术核酸技术核酸凝胶电泳核酸凝胶电泳 琼脂糖凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳(agarose gel electrophoresis)脉冲电泳脉冲电泳(pulsed field gel electrophoresis,PFGE)聚合酶链反应聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)核酸杂交核酸杂交(nuclear acid hybridization)核酸测序核酸测序(DNA sequencing)第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法 蛋白质技术蛋白质技术 凝胶电泳凝胶电泳、蛋白转印杂交、蛋白转印杂交 酶学技术酶学技术 免疫组化、多位点酶电泳技术免疫组化、多位点酶电泳技术 生物芯片技术生物芯片技术 基因芯片基因芯片 其他检测技术其他检测技术 实验中的质量控制实验中的质量控制第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法四、研究设计四、研究设计设计设计研究目的和路线研究目的和路线第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法表表16-3 16-3 生物标志的研究路线及意义生物标志的研究路线及意义研究路线研究路线研究生物标志研究生物标志研究目的和意义研究目的和意义1EEM IEM外暴露与内暴露的关系，确定暴露标志的有效性外暴露与内暴露的关系，确定暴露标志的有效性2EEM BAM外暴露对生物作用标志的影响，确定暴露标志的有效性外暴露对生物作用标志的影响，确定暴露标志的有效性3EEM EBEM外暴露对早期生物效应的影响，确定暴露的生物效应外暴露对早期生物效应的影响，确定暴露的生物效应4EEM ASFM外暴露对结构和功能改变的影响，探讨暴露的致病性外暴露对结构和功能改变的影响，探讨暴露的致病性5EEM PM外暴露对病理标志的影响，探讨暴露的致病性外暴露对病理标志的影响，探讨暴露的致病性6EEM CDM外暴露对临床疾病标志的影响，探讨暴露的致病性外暴露对临床疾病标志的影响，探讨暴露的致病性7EEM HCM外暴露对健康状态的影响，探讨暴露的健康效应外暴露对健康状态的影响，探讨暴露的健康效应8IEM BAM内暴露与生物作用标志的关系，确定内暴露标志的有效性内暴露与生物作用标志的关系，确定内暴露标志的有效性9IEM EBEM内暴露对早期生物效应的影响，确定内暴露标志的有效性内暴露对早期生物效应的影响，确定内暴露标志的有效性10IEM ASFM内暴露对结构和功能改变的影响，探讨暴露的致病性内暴露对结构和功能改变的影响，探讨暴露的致病性IEM 余类推，似研究路线余类推，似研究路线5、6、7BAM EBEM生物作用标志与早期生物效应的关系，探讨暴露效应真实性生物作用标志与早期生物效应的关系，探讨暴露效应真实性BAM ASFM生物作用标志与结构和功能变异的关系生物作用标志与结构和功能变异的关系BAM 余类推，似研究路线余类推，似研究路线5、6、7EBEM ASFM确定早期生物效应的致病意义确定早期生物效应的致病意义EBEM 余类推，似研究路线余类推，似研究路线5、6、7ASFM PM探讨探讨ASFM的病理意义及早期诊断价值的病理意义及早期诊断价值ASFM 余类推，似研究路线余类推，似研究路线6、7Mexp+Msus EBEM,ASFM,PM,CDM,HCM探讨不同暴露和易感性因素与效应结局的关系探讨不同暴露和易感性因素与效应结局的关系第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法 设计要点设计要点 研究目的研究目的 创新性、实用性、可行性创新性、实用性、可行性 测量指标测量指标 结局指标、暴露指标、易感性指标结局指标、暴露指标、易感性指标 测量方法测量方法 用成熟的方法用成熟的方法 调查方法与样本调查方法与样本 样本有代表性，适量样本有代表性，适量 结果与分析结果与分析 质量控制质量控制 注意事项注意事项第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法常见偏倚常见偏倚选择偏倚选择偏倚 样本选择偏倚、标本采集偏倚样本选择偏倚、标本采集偏倚信息偏倚信息偏倚 检测偏倚、标本储存偏倚检测偏倚、标本储存偏倚混杂偏倚混杂偏倚第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法研究实例研究实例 1 1研究题目研究题目 波兰某工业区环境中芳香族化合物暴露人群的波兰某工业区环境中芳香族化合物暴露人群的DNADNA加合物研究加合物研究测量指标测量指标 DNADNA加合物加合物/淋巴细胞淋巴细胞DNADNA（介质）（介质）测量方法测量方法 荧光检测竞争荧光检测竞争ELISA法、法、DNADNA加合物加合物32P32P后标记技术后标记技术研究设计研究设计 横断面分析研究横断面分析研究 暴露组暴露组 煤焦油作业工人煤焦油作业工人 对照组对照组 当地城市居民、近郊农民当地城市居民、近郊农民 排除年龄、吸烟、其他职业暴露等因素影响排除年龄、吸烟、其他职业暴露等因素影响 比较比较3 3组组DNADNA加合物水平加合物水平第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法结果分析结果分析 当当地地城城市市居居民民（1919例例）与与煤煤焦焦沥沥青青作作业业工工人人（6363例）的例）的DNADNA加合物水平和谱型相似加合物水平和谱型相似 近近郊郊农农民民（1515例例）的的DNADNA加加合合物物水水平平仅仅为为煤煤焦焦油作业工人的油作业工人的1/21/2或或1/31/3 结论结论 环环境境中中芳芳香香族族化化合合物物（煤煤焦焦油油）暴暴露露可可导导致致体内体内DNADNA加合物水平加合物水平质量控制质量控制 每份标本同时在不同实验室检测每份标本同时在不同实验室检测 结果一致性好结果一致性好(r=0.66,=0.66,p0.01)0.01)第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法研究实例研究实例 2 2研究题目研究题目 应用应用HBV-DNA序列多态性研究序列多态性研究HBV的传播的传播测量标志测量标志 HBV 2551-2650HBV 2551-2650位点核酸序列位点核酸序列/血清血清HBV-DNA HBV-DNA 测量方法测量方法 ELISA法和法和PCRPCR法法 研究设计研究设计 类病例对照研究（病例病例研究）类病例对照研究（病例病例研究）9696名名HBeAg阳性儿童和用阳性儿童和用ELISAELISA检测检测HBVHBV血清阳性的血清阳性的9797名父母名父母 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结果分析 该序列在儿童和父母之间是非随机分配的（该序列在儿童和父母之间是非随机分配的（P0.00005)P0.00005)结论结论 HBVHBV具有家庭内传播具有家庭内传播质量控制质量控制 关于家庭成员之间关于家庭成员之间1%1%的序列差异的解释的序列差异的解释 排除了排除了PCRPCR错配可能错配可能第三节第三节第三节第三节 研究方法研究方法研究方法研究方法 第四节 发展与应用前景第四节第四节第四节第四节 发展与应用前景发展与应用前景发展与应用前景发展与应用前景传染病预防控制传染病预防控制慢性非传染病预防控制慢性非传染病预防控制健康状态研究健康状态研究 一、一、传染病预防控制传染病预防控制第四节第四节第四节第四节 发展与应用前景发展与应用前景发展与应用前景发展与应用前景病原体研究病原体研究人群感染和传染源研究人群感染和传染源研究传播途径研究传播途径研究人群易感性研究人群易感性研究疫苗及免疫预防制剂研究疫苗及免疫预防制剂研究防治对策和措施研究及其效果评价防治对策和措施研究及其效果评价二、慢性非传染病预防控制二、慢性非传染病预防控制 第四节第四节第四节第四节 发展与应用前景发展与应用前景发展与应用前景发展与应用前景暴露测量更加准确暴露测量更加准确细微效应可以测量细微效应可以测量易感性研究深入到基因和分子水平易感性研究深入到基因和分子水平 防治措施效果的评价更加有效防治措施效果的评价更加有效三、健康状态研究三、健康状态研究 第四节第四节第四节第四节 发展与应用前景发展与应用前景发展与应用前景发展与应用前景重重视视以以生生物物标标志志为为基基础础的的健健康康状状态态分分布布及及其其影影响因素研究响因素研究 健健康康相相关关生生物物标标志志精精确确测测量量，使使健健康康促促进进从从模模糊走向科学糊走向科学更深入、细致了解健康和疾病发生、发展过程更深入、细致了解健康和疾病发生、发展过程