基因、标志物、蛋白质组学的临床检测应用20131106
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究、疾病的诊断和治疗，使医学进入了一个
崭新的时代。
不同层次检验分析
• • • • • • 分子水平 (molecular)---群体、更体现个体 生化水平 (biochemistry)---生理、病理生理 细胞水平 (cell)+分子水平 组织水平 (tissue)+分子水平 个体水平 (individual)---分子水平 群体水平 (population)---生化水平、细胞水 平、组织水平
Li J et al. 2010
我国高血压患者多为盐敏感型
血压随盐摄入量增加显著升高
我国盐敏感型高血压占高血压总人群的50%-60%[1]
＊正常 钠摄入量 盐抵抗 盐敏感
正常盐摄入 低盐摄入
血压(mmHg)
＊正常：血压正常的个体
盐敏感：在正常血压个体接受限制盐摄入饮食后，平均动脉压至少有3mmHg的下降， 盐敏感型高血压患者血压随钠的摄入量增加(或减少)有显著的增加(或减少)[2,3]
将基因疗法与血液干细胞疗法相结合的策略 它可能成为治疗某种致命性脑病的有用工具
• • •
单极子 LCROSS月球探测器 对哈勃太空望远镜的修复：
•
2010年科学热点预测，癌细胞的代谢、Alpha 磁分光计、外显子测序与疾病、多能干细胞治 疗神经精神性疾病\人类太空飞行
Breakthrough of the Year 2010
10. Sequencing Bonanza（更便宜的测 序技术）
Breakthrough of the Year 2009
• • • • • • • 始祖种地猿化石 Fermi所探测到的脉冲星 雷帕霉素：研究人员发现，对一种关键性的
信号通路进行调节可在小鼠身上产生延年益寿
石墨烯： 植物的ABA受体 世界首个X射线激光 基因疗法的卷土重来：
Howard D, et al. JAMA. 2003
高血压相关新的分子标志物（三）
Thomas J. Wang, et al. Hypertension. 2007
高血压相关新的分子标志物（四）
Thomas J. Wang, et al. Hypertension. 2007
高血压新的分子标志物研究进展：GGT
种族性，家族性
发病率随年龄的增加而增加
肾上皮钠通道基因的变化，α-Adducin
低肾素可增加高血压发生的风险
Clin Endocrinol (Oxf). 2007 Sep; 67(3):324-34. J Hum Hypertens.2008 Aug;22(8):550-8.
肾素指导降压策略（RTGT）
压患者，设健康人群为对照
组 药物治疗：β受体阻滞剂， 中枢降压药物咪唑林受体 激动剂
Eur Heart J 2012;33:1058-1066
高同型半胱氨酸型高血压的发病
Hcy致高血压机制包括 •1、损伤血管内皮细胞 •2、促进血管平滑肌细 胞增殖 •3、促使载脂蛋白在血 管壁堆积 •还有影响纤溶蛋白活性 等4种假说
促尿钠排泄肽前体C/鸟甘酸环化酶C 5p14-p13 （NPR3）
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
基于遗传背景的高血压分子分型（五）
代谢途径 基因名称 基因定位
其他
ABCB1
ADD1 ADD2 ADD3 CYP3A5 GNB3 EDN-1 LPL
溶质载体12家族成员1
15q15-q21.1
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
基于遗传背景的高血压分子分型（四）
代谢途径 基因名称 类固醇 羟甾类11β脱氢酶2（HSD11B2） 基因定位 16q22
盐皮质激素核受体亚科3，C组，2号 4q31.1 （NR3C2/MLR） 促尿钠排 促尿钠排泄肽前体B（NPPB） 泄肽 促尿钠排泄肽前体A（NPPA） 促尿钠排泄肽前体C（NPPC） 1p36.2 1p36.21 2q24-qter
从 组织细胞的病理、生理变化 来分析和 诊断疾病。 不能从本质上真正认识疾病发生的根本 原因,不能从根本上治愈疾病和阐明疾病的发 病机制
人 体 疾 病 Human Disease
机体水平 致病有机体 （微生物寄生虫等）
（如：malaria） 组织
外伤 Trauma
人体内部系统自身紊乱
原核 (组织）细胞水平
高血压患者GGT升高
Cun-Fei Liu, et al. PLOS ONE. 2012
基于遗传背景的高血压分子分型（一）
代谢途径 基因名称 RAAS 血管紧张素转化酶（ACE）
血管紧张素原（AGT）
基因定位 17q23
1q42-q43
血管紧张素I型受体（AGTR1）
血管紧张素II型受体（AGTR1） CYP11B1 CYP11B2 肾素（REN）
3q21-q25
Xq22-q23 8q22 8q24.3 1q22
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
基于遗传背景的高血压分子分型（二）
代谢途径 基因名称 基因定位
交感神经 肾上腺β1受体（ADRB1） 系统 肾上腺β2受体（ADRB2）
肾上腺β3受体（ADRB3） 多巴胺D1受体（DRD1） 多巴胺D2受体（DRD2） 多巴胺D3受体（DRD3） 神经肽Y（NPY） 神经肽Y受体1（NPY1R）
10q24-q26
5q32-q34 8p21-p11.2 5q35.1 11q23 3q13.3 7p15.1 4q31.3-q32
苯乙醇N-甲基转移酶（PNMT）
提出定义是将基础研究成果转化为有效的临床治疗手段，
强调从实验室到病床旁的连接，通常称之为“从实验台 到病床旁”
转化医学概念延伸
观点:“从实验室到临床使用的应用型研究 ” 延伸：“将研究结果、结论应用到日常临床 及健康保健工作中” 医学科学普及：将成果应用到每个个体之中
人类对疾病的认识
从机体表型来认识疾病,即根据现象和检 查所获知的症状与体征。
《科学》杂志20日公布了本年度10大科学突破
• • • • • • • • • • 希格斯玻色子 丹尼索瓦人基因组 让干细胞形成卵子 好奇号的着陆系统 X射线激光解开蛋白质的结构 基因组的精密工程 马约拉纳费米子 ENCODE项目 大脑/机器界面 中微子混合角
• 20世纪科学取得了两次革命性进展：分子生 物学的成熟和计算机科学的发展
高血压的分子分型的现状
基于肾素水平差异的高血压人群
伴有交感神经兴奋升高的高血压人群
伴有高同型半胱氨酸的高血压人群
盐敏感型高血压
基于新的分子标志物高血压分型
基于遗传背景的高血压分型 基于药物基因组学高血压分型
基于肾素水平差异的分子分型
肾素型原发性高血压 基因中的G460W等多态性，醛固酮合成酶 基因多态性
1.刘杰等，高血压杂志 1999 7(3):251-253
2.Journal of Hypertension 2008, 26:381–391
3.Hypertension. 1996;27:481-490
高血压相关新的分子标志物（一）
John P.A, et al. Circ Res. 2012
高血压相关新的分子标志物（二）
高肾素型高血压
ACEI/ARB和β受体阻滞剂
低肾素型高血压
醛固酮抑制剂、钙拮抗剂和利尿剂
Brown MJ. BMJ 2006;332:833–6
50%高血压交感活性增强
方法：用去甲肾上腺素流溢 *P< 0.05 **P< 0.01 率法来检测骨骼肌血管和肾 脏交感神经的传出活性 研究对象：未经治疗的高血
基因、标志物、蛋白质组学
的临床检测应用进展
中南大学湘雅三医院 袁洪
Breakthrough of the Year 2008
Science杂志公布的2008年度科学研究 十大突破，诊疗技术创新占据了4项
1.
2.
Cellular Reprogramming (细胞重组)
Seeing Exoplanets
多巴胺β羟化酶（DBH）
17q21-q22
9q34
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
基于遗传背景的高血压分子分型（三）
代谢途径 钠离子转 运体 基因名称 钠离子通道αENaC（SCNN1A） 钠离子通道βENaC（SCNN1B） 钠离子通道γENaC（SCNN1G） 溶质载体12家族成员3 基因定位 12p13 16p13-p12 16p13-p12 16q13
9.5
P=0.001
12.1
P<0.001
P=0.002
11.8 9.4
8.2
OR
8 6 4 2 0 1
4.9 3.3 1 3.6 3.2 1.9 1 1 3.53.3
正常BP Hcy正常水平
正常BP Hcy升高
BP升高 Hcy正常水平
BP升高 Hcy升高
中国安庆地区，39165人平均随访期：6.2年
Βιβλιοθήκη Baidu3.
4.
Cancer Genes（癌症基因）
New Mystery Materials
5.
6. 7. 8. 9.
Watching Proteins at Work（观察蛋 白质工作）
Water to Burn The Video Embryo Fat of a Different Color Proton's Mass 'Predicted'
现代分子医学形成了一系列交叉学科
分子遗传学、分子免疫学、分子病理学、
分子血液学、分子肿瘤学、分子病毒学、
分子流行病学等
解释和研究不同的病理、生理现象，甚 至治疗不同的疾病
分子医学（molecular medicine）：
由于分子生物学渗透进入生物学和医学
的每一分支领域，全面推动了生命科学和医
学的各个方面的发展，如疾病的发病机理研
1. 第一个量子机械： 2. 合成生物学: 3. 尼安德特人基因组: 4. HIV预防: 5. 外显子组测序/罕见疾病基因: 6. 分子动力学模拟: 7. 量子模拟器: 8. 下一世代的基因组学: 9. RNA的重新编程: 10. 大鼠的回归:
《科学》杂志公布2011年度10大科学突破
• • • • • • • • • • 治疗和预防艾滋病病毒抗逆转录病毒药物 “隼鸟号”行动 阐述人类起源 获得光合成蛋白 太空中的原始气体 增进了解微生物 具有前途的疟疾苗 奇异的太阳系 专门设计的沸石 清除衰老细胞
获得临床应用极少
肿瘤死亡率未明显降低
部分原因
临床实际问题提出者 往往缺乏较好科研思维 不具备良好研究条件 大量基础研究偏离临床实际 难以在临床上应用
如何拆除基础研究与临床应用之间的障碍?
1992年 Choi DW. 在《Science》杂志首次提出“从实验室到病
床(Bench to Bedside)”的概念。 1996年 Geraghty J. 在《Lancet》杂志第一次提出了“转化医学” 这一新名词 2003年 NIH的Elias. Zerhouni在《Science》
• 21世纪生命科学基础研究是最活跃的前沿科
学：分子生物学、细胞生物学、神经生物学、
生态学
问题
2003-2006年，美国国立健康研 究院（NIH）投入15亿美元用于 肿瘤的基因治疗，获得2.5万篇 研究论文
1970年至今，全球投入超过 4000亿美元的可研经费和大 量人力用于肿瘤的研究，获 得156万篇研究论文
* AHA,血浆thcy>10umol/L
* Beijing Da Xue Xue Bao2007;39:614-8
研究证实：高血压和高Hcy协同增加CVD事件风险
心脑血管事件 脑卒中 心脑血管死亡 脑卒中死亡 CVD Stroke CVD death Stroke death
14 12 10
P<0.001
7q21.1
4p16.3 2p14-p13 10q24.2-q24.3 7q22.1 12p13 6p24.1 8p22
NOS3
PPARG
7q36
3p25
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
真核 细胞
亚细胞结构
胞膜、胞浆 胞核（染色体等）
胞膜、胞浆（包括线粒体 等），胞核（染色体等）
分子水平
蛋白 、糖、脂 核酸（ DNA 、 RNA等）
蛋白 、糖、脂 核酸（ DNA 、 RNA等-）
化学物、空气等
microRNA, siRNA
生命科学的发展过程：
整体水平 细胞水平 分子水平
从整体水平到分子水平示意图
崭新的时代。
不同层次检验分析
• • • • • • 分子水平 (molecular)---群体、更体现个体 生化水平 (biochemistry)---生理、病理生理 细胞水平 (cell)+分子水平 组织水平 (tissue)+分子水平 个体水平 (individual)---分子水平 群体水平 (population)---生化水平、细胞水 平、组织水平
Li J et al. 2010
我国高血压患者多为盐敏感型
血压随盐摄入量增加显著升高
我国盐敏感型高血压占高血压总人群的50%-60%[1]
＊正常 钠摄入量 盐抵抗 盐敏感
正常盐摄入 低盐摄入
血压(mmHg)
＊正常：血压正常的个体
盐敏感：在正常血压个体接受限制盐摄入饮食后，平均动脉压至少有3mmHg的下降， 盐敏感型高血压患者血压随钠的摄入量增加(或减少)有显著的增加(或减少)[2,3]
将基因疗法与血液干细胞疗法相结合的策略 它可能成为治疗某种致命性脑病的有用工具
• • •
单极子 LCROSS月球探测器 对哈勃太空望远镜的修复：
•
2010年科学热点预测，癌细胞的代谢、Alpha 磁分光计、外显子测序与疾病、多能干细胞治 疗神经精神性疾病\人类太空飞行
Breakthrough of the Year 2010
10. Sequencing Bonanza（更便宜的测 序技术）
Breakthrough of the Year 2009
• • • • • • • 始祖种地猿化石 Fermi所探测到的脉冲星 雷帕霉素：研究人员发现，对一种关键性的
信号通路进行调节可在小鼠身上产生延年益寿
石墨烯： 植物的ABA受体 世界首个X射线激光 基因疗法的卷土重来：
Howard D, et al. JAMA. 2003
高血压相关新的分子标志物（三）
Thomas J. Wang, et al. Hypertension. 2007
高血压相关新的分子标志物（四）
Thomas J. Wang, et al. Hypertension. 2007
高血压新的分子标志物研究进展：GGT
种族性，家族性
发病率随年龄的增加而增加
肾上皮钠通道基因的变化，α-Adducin
低肾素可增加高血压发生的风险
Clin Endocrinol (Oxf). 2007 Sep; 67(3):324-34. J Hum Hypertens.2008 Aug;22(8):550-8.
肾素指导降压策略（RTGT）
压患者，设健康人群为对照
组 药物治疗：β受体阻滞剂， 中枢降压药物咪唑林受体 激动剂
Eur Heart J 2012;33:1058-1066
高同型半胱氨酸型高血压的发病
Hcy致高血压机制包括 •1、损伤血管内皮细胞 •2、促进血管平滑肌细 胞增殖 •3、促使载脂蛋白在血 管壁堆积 •还有影响纤溶蛋白活性 等4种假说
促尿钠排泄肽前体C/鸟甘酸环化酶C 5p14-p13 （NPR3）
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
基于遗传背景的高血压分子分型（五）
代谢途径 基因名称 基因定位
其他
ABCB1
ADD1 ADD2 ADD3 CYP3A5 GNB3 EDN-1 LPL
溶质载体12家族成员1
15q15-q21.1
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
基于遗传背景的高血压分子分型（四）
代谢途径 基因名称 类固醇 羟甾类11β脱氢酶2（HSD11B2） 基因定位 16q22
盐皮质激素核受体亚科3，C组，2号 4q31.1 （NR3C2/MLR） 促尿钠排 促尿钠排泄肽前体B（NPPB） 泄肽 促尿钠排泄肽前体A（NPPA） 促尿钠排泄肽前体C（NPPC） 1p36.2 1p36.21 2q24-qter
从 组织细胞的病理、生理变化 来分析和 诊断疾病。 不能从本质上真正认识疾病发生的根本 原因,不能从根本上治愈疾病和阐明疾病的发 病机制
人 体 疾 病 Human Disease
机体水平 致病有机体 （微生物寄生虫等）
（如：malaria） 组织
外伤 Trauma
人体内部系统自身紊乱
原核 (组织）细胞水平
高血压患者GGT升高
Cun-Fei Liu, et al. PLOS ONE. 2012
基于遗传背景的高血压分子分型（一）
代谢途径 基因名称 RAAS 血管紧张素转化酶（ACE）
血管紧张素原（AGT）
基因定位 17q23
1q42-q43
血管紧张素I型受体（AGTR1）
血管紧张素II型受体（AGTR1） CYP11B1 CYP11B2 肾素（REN）
3q21-q25
Xq22-q23 8q22 8q24.3 1q22
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
基于遗传背景的高血压分子分型（二）
代谢途径 基因名称 基因定位
交感神经 肾上腺β1受体（ADRB1） 系统 肾上腺β2受体（ADRB2）
肾上腺β3受体（ADRB3） 多巴胺D1受体（DRD1） 多巴胺D2受体（DRD2） 多巴胺D3受体（DRD3） 神经肽Y（NPY） 神经肽Y受体1（NPY1R）
10q24-q26
5q32-q34 8p21-p11.2 5q35.1 11q23 3q13.3 7p15.1 4q31.3-q32
苯乙醇N-甲基转移酶（PNMT）
提出定义是将基础研究成果转化为有效的临床治疗手段，
强调从实验室到病床旁的连接，通常称之为“从实验台 到病床旁”
转化医学概念延伸
观点:“从实验室到临床使用的应用型研究 ” 延伸：“将研究结果、结论应用到日常临床 及健康保健工作中” 医学科学普及：将成果应用到每个个体之中
人类对疾病的认识
从机体表型来认识疾病,即根据现象和检 查所获知的症状与体征。
《科学》杂志20日公布了本年度10大科学突破
• • • • • • • • • • 希格斯玻色子 丹尼索瓦人基因组 让干细胞形成卵子 好奇号的着陆系统 X射线激光解开蛋白质的结构 基因组的精密工程 马约拉纳费米子 ENCODE项目 大脑/机器界面 中微子混合角
• 20世纪科学取得了两次革命性进展：分子生 物学的成熟和计算机科学的发展
高血压的分子分型的现状
基于肾素水平差异的高血压人群
伴有交感神经兴奋升高的高血压人群
伴有高同型半胱氨酸的高血压人群
盐敏感型高血压
基于新的分子标志物高血压分型
基于遗传背景的高血压分型 基于药物基因组学高血压分型
基于肾素水平差异的分子分型
肾素型原发性高血压 基因中的G460W等多态性，醛固酮合成酶 基因多态性
1.刘杰等，高血压杂志 1999 7(3):251-253
2.Journal of Hypertension 2008, 26:381–391
3.Hypertension. 1996;27:481-490
高血压相关新的分子标志物（一）
John P.A, et al. Circ Res. 2012
高血压相关新的分子标志物（二）
高肾素型高血压
ACEI/ARB和β受体阻滞剂
低肾素型高血压
醛固酮抑制剂、钙拮抗剂和利尿剂
Brown MJ. BMJ 2006;332:833–6
50%高血压交感活性增强
方法：用去甲肾上腺素流溢 *P< 0.05 **P< 0.01 率法来检测骨骼肌血管和肾 脏交感神经的传出活性 研究对象：未经治疗的高血
基因、标志物、蛋白质组学
的临床检测应用进展
中南大学湘雅三医院 袁洪
Breakthrough of the Year 2008
Science杂志公布的2008年度科学研究 十大突破，诊疗技术创新占据了4项
1.
2.
Cellular Reprogramming (细胞重组)
Seeing Exoplanets
多巴胺β羟化酶（DBH）
17q21-q22
9q34
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
基于遗传背景的高血压分子分型（三）
代谢途径 钠离子转 运体 基因名称 钠离子通道αENaC（SCNN1A） 钠离子通道βENaC（SCNN1B） 钠离子通道γENaC（SCNN1G） 溶质载体12家族成员3 基因定位 12p13 16p13-p12 16p13-p12 16q13
9.5
P=0.001
12.1
P<0.001
P=0.002
11.8 9.4
8.2
OR
8 6 4 2 0 1
4.9 3.3 1 3.6 3.2 1.9 1 1 3.53.3
正常BP Hcy正常水平
正常BP Hcy升高
BP升高 Hcy正常水平
BP升高 Hcy升高
中国安庆地区，39165人平均随访期：6.2年
Βιβλιοθήκη Baidu3.
4.
Cancer Genes（癌症基因）
New Mystery Materials
5.
6. 7. 8. 9.
Watching Proteins at Work（观察蛋 白质工作）
Water to Burn The Video Embryo Fat of a Different Color Proton's Mass 'Predicted'
现代分子医学形成了一系列交叉学科
分子遗传学、分子免疫学、分子病理学、
分子血液学、分子肿瘤学、分子病毒学、
分子流行病学等
解释和研究不同的病理、生理现象，甚 至治疗不同的疾病
分子医学（molecular medicine）：
由于分子生物学渗透进入生物学和医学
的每一分支领域，全面推动了生命科学和医
学的各个方面的发展，如疾病的发病机理研
1. 第一个量子机械： 2. 合成生物学: 3. 尼安德特人基因组: 4. HIV预防: 5. 外显子组测序/罕见疾病基因: 6. 分子动力学模拟: 7. 量子模拟器: 8. 下一世代的基因组学: 9. RNA的重新编程: 10. 大鼠的回归:
《科学》杂志公布2011年度10大科学突破
• • • • • • • • • • 治疗和预防艾滋病病毒抗逆转录病毒药物 “隼鸟号”行动 阐述人类起源 获得光合成蛋白 太空中的原始气体 增进了解微生物 具有前途的疟疾苗 奇异的太阳系 专门设计的沸石 清除衰老细胞
获得临床应用极少
肿瘤死亡率未明显降低
部分原因
临床实际问题提出者 往往缺乏较好科研思维 不具备良好研究条件 大量基础研究偏离临床实际 难以在临床上应用
如何拆除基础研究与临床应用之间的障碍?
1992年 Choi DW. 在《Science》杂志首次提出“从实验室到病
床(Bench to Bedside)”的概念。 1996年 Geraghty J. 在《Lancet》杂志第一次提出了“转化医学” 这一新名词 2003年 NIH的Elias. Zerhouni在《Science》
• 21世纪生命科学基础研究是最活跃的前沿科
学：分子生物学、细胞生物学、神经生物学、
生态学
问题
2003-2006年，美国国立健康研 究院（NIH）投入15亿美元用于 肿瘤的基因治疗，获得2.5万篇 研究论文
1970年至今，全球投入超过 4000亿美元的可研经费和大 量人力用于肿瘤的研究，获 得156万篇研究论文
* AHA,血浆thcy>10umol/L
* Beijing Da Xue Xue Bao2007;39:614-8
研究证实：高血压和高Hcy协同增加CVD事件风险
心脑血管事件 脑卒中 心脑血管死亡 脑卒中死亡 CVD Stroke CVD death Stroke death
14 12 10
P<0.001
7q21.1
4p16.3 2p14-p13 10q24.2-q24.3 7q22.1 12p13 6p24.1 8p22
NOS3
PPARG
7q36
3p25
Said El Shamieh, et al. Clinica Chimica Acta.2012
真核 细胞
亚细胞结构
胞膜、胞浆 胞核（染色体等）
胞膜、胞浆（包括线粒体 等），胞核（染色体等）
分子水平
蛋白 、糖、脂 核酸（ DNA 、 RNA等）
蛋白 、糖、脂 核酸（ DNA 、 RNA等-）
化学物、空气等
microRNA, siRNA
生命科学的发展过程：
整体水平 细胞水平 分子水平
从整体水平到分子水平示意图