[医药卫生]分子流行病学概述及我国分子流行病

表2 肺腺癌病人和普通人群对照中KRAS2 Rsal等位 基因的基因型频率 基因型
a
普通人群
A1/A1
A1/A2 A2/A2 计
96
68 15 179
肺腺癌 观察数 期望数b 81.5 89 59 4 152 57.8
12.7
152
注：a：等位基因A1为无酶切位点；A2为有酶切位点； b：按普通人群的频率推算所得； c：卡方检验Ρ =0.025。
分子流行病学概述及我国分子 流行病学研究现状
提纲：
一、分子流行病概述 (一)定义 (二)分子流行病学研究内容和范围 (三)分子流行病学常用的主要研究方法 二、我国分子流行病学研究现状 (一)病原体分型和检测研究 (二)人群中疾病流行规律、传播机理研究 (三)在慢性病研究中的应用 (四)在遣传性疾病研究中的应用 (五)在疾病防治方面的应用 三、存在问题和前景 (一)存在问题 (二)前景
图2 分子流行病学和癌的发展过程及其三级预防策略
3．疾病易感性的测定 个体对疾病都存在一定的感受性，称之为易 感性。以往一般认为，只有传染病才有确定的 易感性，可以用测定机体内是否存在某种特异 性保护（中和）抗体的方法了解其对某种传染 病是否具有易感性或免疫力。然而，近来分子 生物学与免疫学研究发现，机体对很多疾病也 同样存在着易感性，且往往与个体的某些基因 型别或序列或其表达产物有关，如果与遗传有 联系，往往称之为遗传易感性（尤其慢性病）。 同时还发现很多传染性疾病的易感性，除了与 能刺激机体产生特异性抗体的致病微生物有关 外，也和机体的某些基因类型有联系，因为后 者决定了机体对致病微生物的免疫反应的方式 与强度。
一、分子流行病学概述
（一）定义 分子流行病学是应用先进的实验技术测量生 物学标志，结合流行病学现场研究方法，从分子 水平阐明疾病的病因及其相关的致病过程，并提 出与评价相应防治措施的科学。这一定义包含了 几个要点：（ 1 ）分子流行病学是流行病学的一 个分支，是传统流行病学与新兴的生物学技术， 特别是分子生物学技术之间的一门边缘学科、交 叉学科；（ 2 ）分子流行病学的主要研究对象是 各种生物学标志；（ 3 ）与传统流行病学不同， 分子流行病学还研究暴露因子引起疾病的相关过 程，以测定各种易感性标志，并提出针对性预防 措施，尤其是阻断暴露因子进入体内后致病进程 的初级预防措施。
流行病学是研究人群中疾病和健康的分 布，探索影响分布的因素，并在此基础上制 定预防策略的措施的一门学科。一直以来， 流行病学在疾病的预防和治疗，疾病危险因 素的研究和控制方面都起着十分重要的作用。 近二三十年来，生物学技术尤其是分子生物 学技术取得了突破性进展，并逐渐渗透到各 个医学领域。分子生物学的理论和技术不断 应用于传统的流行病学，并在此基础上形成 了一门新的分支学科——分子流行病学。
（3）传染源的追索 判定传染来源或两人 之间的传播关系应符合如下4条原则：①A（传 染源）与 B （受染者）的接触是有效接触（暴 露）；②接触发生在 A 的传染期内；③ B 的发 病时间是在暴露后该病最短与最长潜伏期之间； ④ A 与 B 受染致病的血清学型别一致。如今看 来，第④条应该用基因型别来代替，而基因序 列的测定与型别差异的鉴定虽然比较复杂与精 细，但可靠得多。
图1 传统流行病学与分子流行病学的关系（Schulte，1993）
表1 传统和分子流行病学的比较 Βιβλιοθήκη 统流行病学 分子流行病学推动力
研究水平 研究样式 认识论策略 预测水平
公共卫生
人群
现代科学
个体/器官组织/细胞/分子 临床/实验 自下而上 个体
人口统计学/社会科学 自上而下 人群
综合上述国内外学者的分子流行病学 研究实践及其对分子流行病学的理解，提 出如下定义：分子流行病学是应用先进的 实验技术测量生物学标志，结合流行病学 现场研究方法，从分子水平阐明疾病的病 因及其相关的致病过程，并提出与评价相 应防制措施的科学。
美国1990~1991年报道佛罗里达一个口腔 诊所有1名患有艾滋病的牙医，被他看过病的 患者中有7名后来感染了HIV，然而经过分子 流行病学研究发现，其中5名患者的HIV与牙 医的HIV有共同的氨基酸特异模式（signature pattern），而且序列的差异率<5.0%，为同一 病毒株；而另2名患者的HIV则与牙医的不同。 因此，通过序列分析，从分子水平确定了前5 名病人的HIV感染是由牙医引起，而后2名病 人的传染来源则不是牙医。
（1）传播范围的确定 按照传染病流行病 学基本理论，在一次爆发或流行中，其受染范 围的确定应根据如下原则：在爆发或流行期间， 有共同或有效暴露史，经过一个平均潜伏期发 病或出现急性感染的生物学标志可判定为受染 者，然后总计受染人员，结合这些人员活动的 区域，以确定受染或流行涉及范围。可是，过 去测定的生物学标志主要是属于血清学、免疫 学、微生物学范围，缺乏基因型标志，因而可 能出现错误的判断。分子流行病学研究缩小了 常规流行病学调查所推测受染范围，从基因水 平上证实爆发的受染人数与传染来源。
1．实验技术 （1）基因序列分析 通过需测定的基因 （靶基因）序列提取，克隆入测序载体或用 PCR直接电泳测序。这是测定基因核酸序列及 其类型、突变部位与方式的最可靠的方法，在 传染病与非传染病分子流行病学研究中都十分 常用。但技术操作比较复杂，分析也需细致并 具备一定经验，在国内，目前还只在一些大学、 研究所、大医院等开展，表3常用检测基因变 异方法。
2．危险因子致病机制的研究 分子流行病学不仅研究环境与宿主体 内的致病因子，而且着重研究这些致病 的危险因素，特别是化学物质与生物活 性物质从暴露开始至疾病发生全过程的 各个环节。
癌症发病的分子流行病学研究是个典型的例子。 20 多年来，对与 癌相关的各种生物学标志，致癌物的种种生物效应标志，如 DNA 加成 物（adduct）等等进行了十分广泛的研究，有关报道相当丰富，积累了 很多资料，提出了一些很有意义的假设。目前认为，致癌化学因子进入 体内，最终引起临床癌症过程的基本框架大致如下。致癌作用是多阶段 的，正常细胞转变为癌细胞经历了致癌作用累积而又连续的几个阶段： 启动（ initiation ）、促进（ promotion ），转化（ conversion ）和发展 （progression）。在启动阶段，机体暴露于环境致癌化学物质，致癌物 进入体内需经代谢活化（metabolic activation），变成反应性亲电物质 （reactive electrophilic form），再与DNA反应形成DNA加成物。在致 癌物进入体内后，这种反应通常仅需几小时就可完成。当DNA 复制时， 这种对 DNA的化学损伤可引起基因的变化，这些基因的变化如果逃避 了 DNA 修复作用，就会被固定下来。某些基因损伤可造成癌基因的活 化或抑癌基因的失活，从而使正常细胞变成启动细胞。这个过程往往仅 需几天时间。但促进过程却是人类致癌过程中最长的阶段，启动细胞呈 克隆样扩展需10年甚至更长。促进阶段的细胞还需经过进一步的基因改 变，并获得侵袭性与转移的恶性表型，才能进入转化与发展阶段，而这 后2个阶段大概需1~2年的时间。
（2）传播途径的判定 以往，传染病流行中传播途径或传 播媒介的调查通常使用排除法，同时尽可能在媒介物中分离 到引起流行的病原体或检测到病原学标志。近来分子流行病 学研究引入一些新的技术，如分子进化诊断（molecular evolutionary diagnosis）。例如，不少分析性流行病学研究与 血清流行病学研究均认为丙肝病毒（HCV）可经性传播途径 感染配偶。然而，出人意料的是，在1993年东京国际病毒性 肝炎会议有2篇报道，用分子进化法进行的研究提出了相反的 意见。如Ohno筛检50对至少有一方抗-HCV阳性的夫妇，发 现仅4对夫妇双方抗-HCV均阳性。用PCR扩增、测序分型， 结果其中2对配偶男女之间的HCV RNA彼此的基因型别不同， 由此可排除性传播所至；另2对夫妇之间型别相同，用分子进 化诊断判定男女病毒株的分株时间（divergence time），发 现第1对配偶的分株时间发生在45~52年前，而结婚却才32年； 第2对配偶分株时间已有30~34年，结婚时间则在25年前。基 于这些研究结果，作者认为HCV经性传播的可能性很小。
（2）非传染病的预防 由于分子流行病学不仅研究 疾病的危险因素，而且研究其引起疾病整个过程中的 所有环节，也即研究这些致病因子的致病机制，因此， 这就为疾病的三级预防特别是第I、II级预防采取针对 性措施奠定了科学的基础。在这个意义上也可以说， 分子流行病学的建立，为疾病的三级预防开辟了十分 广阔的前景。 图 -2 以癌症为例，描绘了应用分子流行病学方法 研究致癌因子导致正常细胞基因改变 === 选择性克隆 扩增 ==== 基因改变 ==== 细胞异质化 ==== 临床癌症过 程的主要阶段，以及针对这些改变所能采取的不同阶 段的具体预防与干预措施：防止暴露、预防最终致癌 因子的形成、阻断其与宿主基因间的相互作用、抑制 癌前起始或启动细胞的产生、抑制选择性克隆的扩散、 早期诊断、手术与放射治疗、化学治疗；预防复发与 继发肿瘤。
意大利学者Dragani在1996年名古屋会议上 报告，以前一般认为肺癌的家庭聚集性很少见， 故基因因素的作用很小。但他从小鼠模型发现 染色体上存在易感或抑制肺癌的基因位点。此 后作者在人群中选择病理确诊的肺腺癌 125 例 作为病例组，另在健康供血员人群中随机选择 179 名作普通人群对照检测显示，在 KRAS2 基 因第 2 外显子下游有个基因位点与拮抗肺癌产 生并延长肺癌患者的生存期有关。
4．流行规律的研究 这方面研究最多的是传染病。在传播范围 的确定，传播途径的判断与传染源的追索方面， 分子流行病学可以发挥无与伦比的作用。因为 以往常常是根据宏观流行病学调查分析，再辅 以病原体分离与血清学分型来分析流行规律。 然而近年的很多分子流行病学的研究表明，上 述的方法有时不够精确。例如，尽管传染源与 接触者之间的病原体的血清学型别一致，但如 果基因型不一致，就不能确切判定两者的传播 关系。
（二）分子流行病学研究内容和范围
1．疾病病因的探讨 疾病的发生，大多是环境因素与遗传因素 同时起作用。只是有些疾病以环境因素为主， 有些则正好相反。遗传因素起重要作用的疾病 往往与基因有关，这不言而喻；而很多与环境 因素有关的疾病，也常常需从基因方面去研究， 因为环境因素可以通过宿主的基因突变或异常 表达引起疾病。因此，分子流行病学研究在这 方面起着非常重要的作用。
5．防制措施的研究 （1）传染病预防 因为在传染病流行的研究中应用了 分子生物学等现代技术，对传播与流行范围的确定，传 播途径、传播媒介与因子以及传染来源的推断更为精确， 所以提出的控制措施更有针对性，更有成效。 传染病预防中最可靠的手段是疫苗接种。已有很多传 染病由于实施了安全、有效、广泛的免疫接种，发病率 已大幅度地下降。 但少数疫苗由于某些原因可以使极个别疫苗接种者发 生被免疫的疾病。过去，仅能根据接种史与分离病原体 作血清学或生化反应来进行判断，但可靠性不强。而现 在用分子生物学技术作基因序列分析可以确实地判定是 否为疫苗株引起的发病。
对于常见的慢性疾病的遗传易感性的分析， 可以应用同时检测特异基因标志的病例对照研 究进行。例如，如果某个特异性的等位基因在 某病病人中明显高于对照，这就提示该等位基 因的存在可能使机体对某病具有一定的易感性。 目前，与遗传易感性相关研究较多的一个基因 区域是人类第6号染色体短臂上的人类白细胞抗 原（HLA），其原因可能有二，首先HLA基因 区有高度的多态性，其次为HLA的功能是介导 对特异性抗原的免疫反应。Erlich的研究发现， HLAⅡ类单倍体（DRB1﹡1501-DQ B1﹡0602） 的比例在受到人乳头瘤状病毒（HPV）16型感 染的宫颈癌与重度异常增生的病人中明显升高。
图2 分子流行病学和癌的发展过程及其三级预防策略
（三）分子流行病学常用的主要研究方法

分子流行病学在某种意义上讲，是一 种流行病学宏观与实验室微观结合的方 法学，需要现场流行病学调查研究与实 验室先进的检测技术相结合。因此，分 子流行病学的研究方法大致可以分为二 大类：实验室技术与流行病学现场研究 方法。