分子流行病学

分子流行病学 MolecularEpidemiology 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 biologicalmarkers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 molecularbiomarker 如生物大分子 biologicalmacromolecule 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 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 HCMEBEMASFMPMSCCMCDM 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 exposurebiomarker 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 externalexposuremarker EEM 内暴露标志 internalexposuremarker IEM 生物作用标志 biologicallyactivemarker BAM 第二节研究内容 2 效应生物标志 effectbiomarker 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 earlybiologicaleffectmarker EBEM 结构和功能改变标志 alteredstructureandfunctionmarker ASFM 病理标志 pathologicalmarker PM 临床疾病标志 clinicaldiseasemarker CDM 健康状态标志 healthconditionmarker HCM 第二节研究内容 3 易感性生物标志 susceptibilitybiomarker 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2 3 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37 56 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CCR5 32突变 CCR5 32突变导致HIV 1的gp120不能与CCR5 32有效结合 表现为机体对HIV 1感染的遗传抵抗力 CCR5 32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2 4年或更长的时间 CCR5 32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2 5 在中国人为0 119 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 biologicalspecimenbank 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 agarosegelelectrophoresis 脉冲电泳 pulsedfieldgelelectrophoresis PFGE 聚合酶链反应 polymerasechainreaction PCR 核酸杂交 nuclearacidhybridization 核酸测序 DNAsequencing 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HBV2551 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 P 0 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 第四节发展与应用前景 第四节发展与应用前景 传染病预防控制慢性非传染病预防控制健康状态研究 一 传染病预防控制 第四节发展与应用前景 病原体研究人群感染和传染源研究传播途径研究人群易感性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 二 慢性非传染病预防控制 第四节发展与应用前景 暴露测量更加准确细微效应可以测量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 三 健康状态研究 第四节发展与应用前景 重视以生物标志为基础的健康状态分布及其影响因素研究健康相关生物标志精确测量 使健康促进从模糊走向科学更深入 细致了解健康和疾病发生 发展过程