分子流行病学(研究生,3学时)

(三)疾病易感性的测定

近来分子生物学与免疫学研究发现，如 同传染病一样，机体对慢性病也同样存 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。
举例：

1987年国外学者发现了一种新的病症，家族性载脂蛋 白-100缺陷，由于其低密度脂蛋白受体结合力下降， 发生高脂血症。 结合力下降是由于载脂蛋白-100第10、708位碱基突 变所造成 建立了等位基因特异性PCR检测这个突变位点的试验

分子流行病学是一门以流行病学现场研究为基础，结
合相关的生物学标志的测量，从宏观与微观水平综合 研究疾病及其相关事件的病因、分布和流行规律，以 制定和评价预防措施和促进健康的科学。

从上述定义中可看出，分子流行病学研究中，宏观的 群体现场研究是基础，微观的个体分子生物学标志研 究是核心，宏观和微观研究的结合是解决问题的关键。

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 R扩增、测序分型，结果发现：

其中2对配偶男女之间的HCV RNA彼此的基 因型别不同； 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 才25年。
生物学标志(biological markers， biomarkers)
（一）概念 是指从暴露到疾病各个连续过程中 可测量的、能反映结构和功能改变的各种细胞 的、生物化学的、免疫的或分子的物质。 但分子流行病学常常需更加敏感地反映机体在 分子水平的微小变化，因此有人把能反映分子 水平、基因水平的DNA损伤、变异和表达异常 的蛋白分子的生物学标志称为分子生物学标志 (molecular biomarkers)。
分子流行病学 Molecular Epidemiology
第四军医大学流行病学教研室 闫永平
主要内容
分子流行病学为何产生？ 动力
分子流行病学怎样产生？ 条件
分子流行病学是什么？
分子流行病学干什么？
定义
任务
分子流行病学怎么干？
方法
一、分子流行病学为何产生？ 动力
实践需求是学科发展的根本动力
如：SARS防治中存在的问题
国际上的定义

The term ”molecular epidemiology” may be used to describe such an Approach: the incorporation of molecular, cellular, and other biologic measurements into epidemiologic research.
四、分子流行病学干什么？ 任务
(一)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。 遗传因素起重要作用的疾病往往与基因有关； 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。
(五)防制措施的研究
1. 传染病预防 由于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。 同时，传染病预防中最可靠的手段是疫苗接 种。但在疫苗预防注射方面尚存在一些问题， 如接种的效果，接种的副作用。近来由于分子 流行病学研究的进展，对一些问题有了比较清 晰的了解。

分子流行病学从九十年代初期开始逐渐引入到了我国
流行病学的教学中，1998年由第四军医大学主编出版 了国内首本《分子流行病学》专著。

1999年和2001年分别由北京医科大学和天津医科大学 主编出版的供预防医学专业和临床医学专业本科生用 的《流行病学》统编教材也相继纳入了分子流行病学 章节。
三、分子流行病学是什么? 定义
传统流行病学的研究方法 暴露 疾病 举例： 吸烟 肺癌 过程? 机理？

“Black box” Exposure Disease
Molecular Epidemiology
二、分子流行病学怎样产生？ 条件

学科分化、交叉和融合是学科发展的基本规
律


分子生物学的发展
分子遗传学的发展

生物与化学分析技术的发展
举例1：


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Dragani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。 此后作者在人群中进行了病例对照研究， 结果显示，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。
表1 肺腺癌病人和普通人群对照中KRAS2 等位基因的基因型频率
•
•
病例的诊断
环境消毒
密接的管理
消毒剂滥用
背景
传染病 耐药性菌株出现 病原体变异 新的病原微生物 慢性病 生物个体、群体间遗传变异 实验研究
问题
鉴定，分布特征，影响因素,传染 源追踪，传播途径确定，阐明流 行规律，防控措施 SARS等 多病因、多阶段、多基因、长潜 伏期 因果判断困难 易感性差异 从分子水平提出了很多病因假设 （如毒物大分子加成物、癌基因、 抑癌基因等），需要流行病学在 人群进行深入研究
结果意外地发现


传染源、病人① - ④、⑥这6人的HBV的 前C区1898与1901位核苷酸均发生了点 突变，此外在X、前C与C区还有很多突 变； 而患者⑤与4名对照患者(4名该医学中心 的急性乙肝)的病毒株却无此突变。
结果提示


此次爆发是由HBV的突变株引起； 病人⑤不是这次爆发中的病例，引起其 发病的病毒株不同于传染源与其他5名病 人。
举例：疫苗株引起的感染


如1990年Forsey报告，英国1988年10月开始使用麻疹、腮腺炎、 风疹三联疫苗，此后出现3例腮腺炎病毒性脑膜炎；同时在加拿 大发现类似病例8人，前西德1人。 作者收集：8名Urabe疫苗株接种者的发病株 6名未接种疫苗的临床病例的病毒株 2种疫苗株(分别为Urabe与Jeryl)



例如，大量的流行病学调查显示，黄曲 霉毒素（AFT）是肝癌发生的主要危险因 素。 进一步的分子流行病学研究发现，AFT可 在体内氧化酶的作用下，形成AFT环氧化 物，其易与肝细胞内的DNA分子N7鸟嘌呤 残基结合，从而造成DNA的损伤。 另外，研究还发现肝脏解毒酶之一，谷 胱甘肽转硫酶（GST）在肝癌患者的肝组 织中的T1基因缺失比例远远高于对照组。
2.效应标志
（1）早期效应标志 由于结合到靶细胞上的外源 性物质的持续作用，引起组织与细胞的生物学 或生化学的变化，从而产生疾病前期的生物学 标志。例如，吸烟导致肿瘤的抑癌基因p53序 列上的一些特殊部位发生G到T的突变而使其失 活。 （2）疾病标志 是从暴露到发病的整个过程中 最终的效应标志，是组织结构或功能改变的结 果。所以这类标志也是疾病筛检和诊断的标志。 它往往代表疾病的亚临床阶段或者它本身就是 疾病的表现。
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 研究引入了一些新的技术，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可经性传播途径 感染配偶。 然而，出人意料的是，有人用分子进化 法进行的研究提出了相反的意见。

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。

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。

作者认为HCV经性传播的可能性很小
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： ① A(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。
3.易感性标志



是指宿主体内在暴露之前就已存在的遗传性或 获得性的、决定着因暴露而导致疾病发生可能 性的可测量指标。 易感性与暴露至疾病发生的整个过程中的每一 个环节均有关系，是决定暴露至发病整个进程 的重要因素。 例如，在吸烟量相似的吸烟者群体中，作为效 应标志的苯并芘-DNA加成物的水平，在不同个 体可相差2-100倍，其原因可能就是由于宿主 的遗传易感性不同造成，从而可使个体由吸烟 导致肺癌发生的过程和结局也不同。
进行了流行病学研究，显示此突变携带者中，50岁时男 性40%、女性20%患冠心病

表明这些携带者为冠心病的易感者

很多传染性疾病的发生也存在易感性问 题，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。
(四)流行规律的研究

携带KRAS2A2等位基因的患者平均生存期：56个月 携带A1/A1纯合子基因型的患者：30个月
表明具有A2等位基因型的患者预后较好。
(二)危险因子致病机制的研究


癌症发病的分子流行病学研究是个典型 的例子。 肿瘤的病因十分复杂，是环境和宿主多 因素作用的结果。从分子水平看，肿瘤 的发生与发展与癌基因激活和抑癌基因 失活密切相关。但究竟是哪些危险因素 起作用，其作用机制是什么？分子流行 病学研究将会提供进一步的证据。
肺腺 癌
基因型 普通人群 观察数 观察数a
A1/A1
A1/A2
96
68
89
59
81.5
57.8
A2/A2
计
15
179
4
152
12.7
152
a：按普通人群的频率推算所得 ，P=0.025

因此，提示人群中A2/A2 基因型与拮抗肺癌产 生有关。 同时他对肺腺癌的全部存活者进行了随访研究， 发现：


举例：

以色列海法市(Haifa)Rambam医学中心的 急性乙型肝炎爆发的分子流行病学调查 就是典型的一个例子。

1986年6月7日至26日有4例暴发性乙型肝 炎(患者①-④)入院，均死亡； 8月17日又有1例(患者⑥)同样入院后病故 经过血清学调查又发现1例亚临床乙肝(患 者⑤)。
流行病学调查发现：
（二）主要生物学标志

生物学标志种类繁多，分类方法尚未统 一，但可按从暴露到疾病的连续事件， 主要分为:

暴露标志(exposure marker) 效应标志(effective marker ) 易感性标志(susceptibility marker)
1. 暴露标志
（1）外暴露标志 主要指宿主对环境因素的暴露标志。 如：细菌、病毒、农药等物理和化学因子。 （2）内暴露标志 指宿主暴露于上述生物性的和非生物 性的因子后在其体内可测量到的相关标志。有人称之 为体内剂量（internal dose）。如烟草中尼古丁 (nicotine)的代谢产物尿中的可丁宁(cotinine)。 （3）有效暴露标志 指已与靶组织细胞内DNA或蛋白质相 互作用的外源性物质或其反应产物的含量标志，又称 为分子剂量（molecular dose）。如暴露于苯并芘后， 在淋巴细胞中能检测到特异的DNA加成物(adduct)。 显然，它是比外暴露标志与内暴露标志更具说明力的 剂量标志。



患者①-⑥于同年4月23日至6月28日同住 在一个病房，有共同暴露史，经描述性 与分析性流行病学调查，确定这是一次 乙肝的爆发流行； 传播时间很可能在4月29日； 传染来源为一名HBsAg携带者，当时也 住在同一病房。

研究者此后又考虑到病人在此爆发中5名 均为致死性的暴发性肝炎，且潜伏期非 常短；而传染来源，即那名HBsAg携带 者为抗HBe阳性的慢性肝病患者，故决 心弄清其基因有否特殊的突变。