前瞻性研究 传统流行病学
暴露
？
回顾性研究
疾病
分子流行病学
暴露
疾病
传统Байду номын сангаас行病学与分子流行病学的关系（EDC模型） （Schulte,1993）
分子流行病学？
Gene discovery & Characterization SNPs Haplotypes Medical Practice
etiology diagnosis treatment prevention
结核杆菌DNA指纹图谱有助于基因分型
流行病学常用 结核杆菌基因 分型方法
IS6110-RFLP Spoligotyping MIRU-VNTR
• Bauer等对丹麦1549株结核菌进行IS6110为 基础的DNA指纹分析，成簇率49%。同样 方法检测格陵兰岛成簇率为79%。
J Clin Microbiol,1998
time-of-flight (MALDI) mass spectrometry Dynamic allele-specific hybridization (DASH) DNA-chip analysis DHPLC
illumina 高通量基因分型平台
7900 RealTime PCR SNPstream基因分型系统
Collins et al., Nature, 2003
分子流行病学常用技术及方法
核酸技术（DNA & RNA）
核酸体外扩增 （PCR） 核酸电泳图谱 核酸酶切电泳图谱 （RFLP） 扩增片断长度多态性（AFLP） 核酸分子杂交 有原位杂交、斑 点杂交、转印杂交（包括 Southern blot检测DNA和 Northern blot检测RNA）等。 核酸序列分析
TaqMan OpenArray
TaqMan OpenArray Genotyping Plates
MassARRAY
Integrated Components
Automated Liquid Handler SpectroPREPTM
MALDI-TOF Mass Spectrometer SpectroREADERTM Miniaturized Biochip SpectroCHIPTM
体内剂量标志
生物学标志 可替咛（Cotinine） 铅 黄曲霉素 1-羟基芘 环境暴露物质 香烟中的尼古丁 环境中的铅 食物原料 多环芳烃(PAHs) 生物材料 体液 体液和组织（发、指甲、牙齿） 体液 尿液
生物有效剂量标志
生物学标志 DNA加合物 蛋白质加合物 （血红蛋白） 环境暴露物质 苯并（a）芘、 亚硝胺 环氧乙烯 生物材料 白细胞 红细胞
Nanoliter Dispenser SpectroJETTM Automated Analysis SpectroTYPERTM
核酸分子杂交
蛋白质检测鉴定系统
SDS-PAGE
酶联免疫吸附试验（ELISA）
高效液相色谱(HPLC, LC/MS/MS)
Affordable Highthroughput Platform Service
What is a SNP? 基因多态性 A mutation in the DNA sequence with a frequency of >1%
单核苷酸多态与个体疾病易感性差异
研究问题 1:
为何只有少于 20%的吸烟者发生肺癌（一生中）?
Genetic susceptibility? Exposure
1a, 1b 2a, 2b, 2c, 3a
4 4 1a, 1b, 2b, 3a 5a 1b, 3a
2a
1b 1b, 6 3b 1b, 3a
Clinical Microbiology Reviews, 2000, 13(2) 223-235
SARS病毒来源及变异分析
如SARS 在广东流行可分三个阶段: 早期由病人分离到的SARS 病毒与果子 狸分离到的SARS 病毒高度同源,因此 怀疑SARS 是一种动物来源的疾病。 中期SARS 病毒分子结构稳定, 病毒传 播力强, 超级传播事件发生多。 后期SARS 病毒碱基缺失可达几百个， 病毒的传播力大大减少。
CIR by 70 yrs M: 15.9%
Cancer
SNPs？
F: 9.5%
(Peto, BMJ, 2000)
Cancer-free
Screening, prevention
基因检测危险度评价
研究问题 2:
为何有的病人对化疗药物有效而另一些病人则无效 ?
SNPs？
Chemotherapy
No response
Beijing家族结核菌株在全球的分布
不明原因疾病爆发调查
• 江苏省北部地区(苏北) 在2003年1-7月爆发了较 大规模的无菌性脑膜炎, 涉及范围之广、发病人 数之多,在国内较少见。
疾病暴发原因分析
• 问卷调查收集基本资料 • 血清学检测 • 病原体分离培养
• Echo30 型肠 道病毒感染

Response
NSCLC
SNPs & Chemosensitivity
从科学研究
临床实践
Human Genome Project
Biology SNPs Response Disease
Prevention
SNPS=Single Nucleotide Polymorphisms
人类基因组计划
分子流行病学进展及其在疾病 预防控制中的应用
分子流行病学的定义
（Molecular Epidemiology）
• 分子流行病学是阐明疾病和健康状态相关生物标 志（或分子事件）在人群和生物群体中的分布及 其影响因素，并研究防制疾病、促进健康的策略 与措施的科学。 • 应用先进的技术测量生物学标志的分布情况，结 合流行病学现场研究方法，从分子或基因水平阐 明疾病的病因及其相关的致病过程。
二、效应标志（effect marker）
传染病 酶学的改变，血液生化（免疫）指标的变化 病原体基因的整合
慢性非传染性疾病（危险性预测）
主要是基因毒性标志物，包括癌基因激活、 点突变和染色体异常
基因表达异常和代谢异常
基因突变或染色体畸变
生物学效应标志
生物学标志
染色体 畸变 姊妹染色体单体交换 微核（micronuci） 点突变 诱变化学物
Human Genome Project HapMap Project
分子流行病学的特点
• 与传统流行病学不同
– 研究的水平不同 – 所解决的问题不同
• 分支
– 肿瘤分子流行病学 – 传染病分子流行病学 – ……
• 与分子生物学的区别
– 研究对象不同（人群） – 研究内容和方向不同（强调与 宏观暴露的关系） – 研究方法不同（流行病学思维 和方法）
上海预防医学杂志2005
传染病传播途径分析
案例：1990年7月，美国佛罗里达州一名AIDS妇女， 怀疑在当地一牙科诊所手术时感染了HIV，因为该 诊所的牙科医生也是一名AIDS患者。随后当地卫 生部门对该牙医诊治过的一千余名患者进行HIV检 测，共发现7名HIV感染者有在该诊所的就诊史。
那么这7名HIV感染者是否与该牙医有关呢？
环境暴露物质
诱变化学物
生物材料
白细胞 白细胞 上皮
HGPRT*
胸苷激酶 癌基因激活 原嘌呤比例升高 乙酰胆碱脂酶降低 化学致癌原[苯并（a）芘] 铅 有机磷杀虫剂
白细胞
白细胞 组织 红细胞 血浆
三、易感性标志（环境-基因）
（一）遗传性疾病 HNPCC, BRCA1/2 （二）慢性病（易感性分子标志物） DNA修复通路（肺癌、肠癌） 代谢酶系统（膀胱癌） （三）传染病 免疫系统（HLA） 炎症通路
（二）疾病易感性的测定
（传染病和非传染病） 例：恶性肿瘤的形成过程及其影响因素 活化 解毒 损伤 修复 增生 凋亡
前致 癌物
终致 癌物
DNA 损伤
基因 突变
癌前 病变
恶性 肿瘤
遗传易感性因素
测定疾病易感性，可以进行高风险人群筛选，采取 更有效的预防和控制措施

高危险易感基因（高外显性） 连锁研究(linkage!) 如BRCA1、BRCA2与乳腺癌（40-80％） 一般人群中频率<1％，RR和AR高，PAR较低！

低危险易感基因（低共显基因）
相关性研究（association！） 如代谢酶基因（I相、II相） DNA修复基因 细胞周期调节基因等
一、暴露标志（exposure marker）
（一）外暴露标志 主要指环境因素暴露，包括生物性因素和非生物性因素 1、生物性病原因子的鉴定 2、病原生物进化变异规律（进化树） 3、环境化学污染物（非生物因素）暴露 （二）内暴露标志 1、传染性疾病： 感染状况、抗原抗体检测、病原体基因监测 2、慢性非传染性疾病 内暴露剂量、 生物效应剂量
进化树分析
牙医及病人 A,B,C,E,G
当地对照 病人F
病人D
揭示传染病传播机制
• 以结核为例：与结核病人密切接触，感染和发病的 危险增加。这些接触者与源病例之间，是否产生了 结核分枝杆菌的传播？ • 开展结核病成“簇”性研究，可以从分子角度解答 这样的问题。
• 成簇的过程就是用聚类分析对分离株的基因进行分 型或分群的过程，可以分析结核病的传染源和传播 途径。
色谱（质谱）技术：
高效液相色谱技术HPLC）、液相 蛋白色谱技术（FPLC）等。
单核苷酸多态性（SNP）检测技术
PCR-RFLP
PCR-SSCP, PCR-based resequencing Real-time PCR
Matrix-assisted laser desorption/ionization