《分子流行病学》PPT课件.ppt
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1、1,分子流行病学Molecular Epidemiology,流行病学教研室王安辉,2,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?定义分子流行病学做什么?任务分子流行病学如何做?方法,3,一、分子流行病学为何产生?,实践需求是学科发展的根本动力疾病防治中新问题分子生物学的发展,动力,4,吸烟,Molecular Epidemiology,5,疾病的“冰山现象”,6,二、分子流行病学怎样产生?,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,7,分子生物学技术突破,DNA双螺旋结构限制性内切酶重组DNA技术DNA碱基序列测定(1980)聚合酶链式
2、反应法(1987Mullis),8,9,10,11,G050035(肺腺癌)EGFRExon 21 L833V and H835L,T2497GL833V,A2504TH835L,12,发展历程,分子流行病学产生于20世纪70年代,发展状大在90年代1972年,Kilbourne 提出“流感的分子流行病学”1977年,法国Higginson提出应用精细技术进行生物材料流行病学研究,13,1986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,Schulte 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
3、和蛋白质,14,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,轮状病毒腹泻、大肠杆菌腹泻等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,15,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,16,人类基因组流行病学(human genome epidemiology,HuGE),应用流行病学与基因组信息相结合的研究方法,开展以人群为基础的研究,评价基因组信息(基因或基因变异及其相应编码的产物)对人群健康和疾病的流行病学意义,是遗传流行病学与分子流行病学交叉的
4、前沿领域,17,分子流行病学现状,研究内容更加丰富:从研究传染病开始,拓展到流行病研究的更多领域 研究手段越来越多:芯片技术、色谱分析、蛋白质谱分析等应用范围不断扩大:传染病、非传染病、健康相关事件等,18,三、分子流行病学是什么?,分子流行病学是阐明疾病与健康状态相关标志(或分子事件)在人群和生物群体中的分布及其影响因素,并研究防治疾病、促进健康的策略与措施的科学“分子”指运用分子生物学的技术方法来解决流行病学中的问题,19,国际上的定义,The term“molecular epidemiology”may be used to describe such an Approach:the
5、incorporation of molecular,cellular,and other biologic measurements into epidemiologic research.,20,生物学标志(biological markers,biomarkers),1、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、免疫学的遗传学的或生理功能等 2、分子流行病学关注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),21,主
6、要生物学标志,按从暴露到疾病的连续事件分为 1、暴露标志(exposure marker,EM)2、效应标志(effective marker)3、易感性标志(susceptibility marker,SM),22,1、暴露生物标志 exposure biomarker,与疾病或健康状态有关的暴露因素的生物标志,称为暴露标志分为外暴露标志和内暴露标志,23,外暴露标志:是指暴露因素进入机体之前的标志和剂量,如病毒、细菌、生物毒素、吸烟烟雾、环境物质等 内暴露标志:是指暴露因素进入机体之后的标志;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
7、的可丁宁(cotinine),24,体内剂量标志,环境暴露物质,生物学标标志,生物材料,25,2、效应标志,指宿主暴露后产生功能性或结构性变化的生物标志,如突变的基因、畸变的染色体、特异蛋白等 包括疾病标志(disease marker)健康状态标志(health marker),26,健康状态标志(health condition marker,HCM)早期生物效应标志(early biological effect marker,EBEM)结构和功能改变标志(altered structure and function marker,ASFM),27,病理标志(pathological m
8、arker,PM)亚临床态(sub-clinical condition marker,SCCM)临床疾病标志(clinical disease marker,CDM),28,29,3、易感性标志 susceptibility marker,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,30,易感性,31,四、分子流行病学做什么?任务,(一)疾病病因的探讨 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,
9、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 分子流行病学研究有着非常重要的作用,32,(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,33,大肠癌发生的基因异常模式,正常上皮,上皮形成过度,早期腺癌,中期腺癌,晚期腺癌,癌转移,34,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,35,肿瘤发生过程,促进 promotion,启动 initiation,转化 inversion,发展
10、progression,36,例如,大量的流行病学调查显示,黄曲霉毒素(aflatoxin,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,37,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,38,(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,39,19
11、87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,40,41,载脂蛋白-100第10、708位碱基突变,结合力下降,42,(四)流行规律研究,传染病流行规律在传播范围的确定;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,43,1.传播范围的确定,按照传染病流行病学基本理论,在一次暴发或流行中,其受染范围的确定应根据如下原则 在暴发或流行期间,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,44,可是,过去测定的
12、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,45,举例:,以色列海法市(Haifa)Rambam医学中心的急性乙型肝炎暴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-)入院,均死亡 8月17日又有1例(患者)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),46,流行病学调查发现:,患者-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暴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,47,研究者此后
13、又考虑到病人在此暴发中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,48,结果意外地发现,传染源、病人-、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,49,结果提示,此次暴发是由HBV的突变株引起 病人不是这次暴发中的病例,引起其发病的病毒株不同于传染源与其他5名病人,50,2.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
14、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),51,3.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A(传染源)与B(受染者)的接触是有效接触接触发生在A的传染期内B的发病时间是在暴露后该病最短与最长潜伏期之间A与B受染致病的血清学型别一致如今看来,第条应该用基因型别来代替,52,(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,53,传染病预防中最可靠的手段是疫苗
15、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,54,2.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因此,这就为疾病的预防特别是第二级预防采取针对性措施奠定了科学的基础,55,(六)其他方面的研究,除了上述五个方面的研究范围外,分子流行病学在传染病病原体进化、人群健康的影响因素及其遗传背景等方面的研究也将发挥重要作用,56,五、分子流行病学怎么做?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
16、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,57,(一)实验室技术,分子流行病学中使用的实验室技术相当广泛,因为只要检测与致病因子及其致病机制中相关的生化、生理、免疫、分子、遗传等的生物学标志的技术均可被应用于分子流行病学研究同时需要指出的是,现今的一些分子技术有可能在将来被取代而废弃,58,常用的是:血清学、免疫学、生物化学、分子生物学技术等常用的技术操作:ELISA,RIA、免疫组织化学、质粒提取、限制性内切酶图谱分析、DNA杂交、多聚酶链反应、分子克隆、核酸序列分析等,59,(二)现场流行病学研究方法,在传统的流行病学研究中,结合检
17、测一些生物学标志,以从分子水平更深层次揭示病因联系或致病因子的致病机制,是目前比较常见的分子流行病学研究模式,60,现场流行病学方法,描述性研究分析性研究:病例对照研究、队列研究(病例-病例研究、巢式病例对照研究)实验性研究,61,目前比较常用的有下面2种,巢式(套式、嵌入式)病例对照研究(nested case control study)病例-病例研究(case-case study),62,1.巢式病例对照研究(nested case control study),运作开始是按队列研究的方式进行:选择一队列,收集基线资料采集所需研究的生物学标志的组织或体液标本储存备用然后随访到出现能满足
18、病例对照研究样本量的病例数为止,63,把这些病例作为病例组,按配比条件,从同一队列中选择1或数个非病例作对照,抽出病例与对照的基线资料并检测收集的标本,进行病例对照研究,64,2.病例-病例研究(case-case study),在病例对照研究的病例组中,临床类型可以不同,如脑卒中有出血型、缺血型,冠心病有心梗型、无心梗型 某些生物学标志往往也是不均一的,即部分病例有某种生物学标志,而其余的则没,65,那么就可把不同的临床类型或具有标志的这些病例与无标志的病例,按病例对照研究的方式处理资料,以探讨不同临床类型的危险因素的差异或者这个生物学标志与该疾病的其他危险因素之间的关系和相互作用,66,传
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