流行病學(xué) (第5版)：16.分子流行病學(xué)-復(fù)雜性疾病的研究策略

1、分子流行病學(xué)molecular epidemiology 講授的主要內(nèi)容分子流行病學(xué)產(chǎn)生的背景分子流行病學(xué)的發(fā)展分子流行病學(xué)與傳統(tǒng)流行病學(xué)的關(guān)系分子流行病學(xué)主要研究內(nèi)容復(fù)雜性疾病的研究方法與策略研究實(shí)例分子流行病學(xué)產(chǎn)生的背景1：疾病預(yù)防控制中的現(xiàn)實(shí)需求由于病原體耐藥性的產(chǎn)生，病原體的變異，以及新傳染病的出現(xiàn)等問題，給傳統(tǒng)的傳染性疾病的防治研究方法提出了新的挑戰(zhàn)。由于慢性非傳染性疾病（復(fù)雜性疾?。┚哂卸嗖∫颉⒍嚯A段、多基因、長潛隱期的特點(diǎn)，給傳統(tǒng)的病因?qū)W研究方法提出了新的挑戰(zhàn)。如何把基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的最新實(shí)驗(yàn)研究成果應(yīng)用到人群用于防治措施的評價和檢驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)研究的最終目標(biāo)，向流行病學(xué)工作者提出了新的

2、挑戰(zhàn)。2：相關(guān)學(xué)科的理論和技術(shù)發(fā)展提供了條件以人類基因組計劃的完成和后基因組計劃的開展為主線的相關(guān)學(xué)科發(fā)展，促進(jìn)人們對生命的本質(zhì)的認(rèn)識更加深入，醫(yī)學(xué)理論取得了進(jìn)一步突破。此外，隨著凝膠電泳技術(shù)，核酸體外擴(kuò)增技術(shù)，DNA測序，蛋白質(zhì)測序，分子雜交技術(shù)等生物學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為分子流行病學(xué)的產(chǎn)生提供了理論和技術(shù)條件。分子流行病學(xué)的發(fā)展研究內(nèi)含更加豐富 傳染病慢性非傳染病、健康狀態(tài)。研究手段越來越多 各種分子生物學(xué)方法和技術(shù)的廣泛使用。如DNA測序、蛋白質(zhì)測序、分子雜交、生物芯片技術(shù)。 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大 整個預(yù)防醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境科學(xué)等。分子流行病學(xué)與傳統(tǒng)流行病學(xué)的關(guān)系暴

3、露E生物學(xué)效應(yīng)劑量BED內(nèi)暴露劑量ID預(yù)后PS臨床疾病CD結(jié)構(gòu)和功能的改變ASF早期生物學(xué)效應(yīng)EBE易感性標(biāo)志暴露易感性效應(yīng)（疾?。﹤鹘y(tǒng)流行病學(xué)分子流行病學(xué)暴露-?-疾病暴露標(biāo)志效應(yīng)標(biāo)志分子流行病學(xué)與傳統(tǒng)流行病學(xué)的關(guān)系結(jié) 論 傳統(tǒng)流行病學(xué)在研究暴露與疾病的關(guān)系時，常常使用“黑箱”理論。使暴露與疾病關(guān)系的判斷缺乏直接證據(jù)。分子流行病學(xué)通過疾病不同階段暴露標(biāo)志、效應(yīng)標(biāo)志和易感性標(biāo)志測量及影響因素研究，可以全面闡明疾病自然史，即暴露發(fā)病連續(xù)帶，從而揭示“黑箱”秘密，制定更加有效的防治疾病、促進(jìn)健康的策略與措施，并評價其效果。分子流行病學(xué)主要研究內(nèi)容暴露標(biāo)志與測量暴露標(biāo)志的定義 與疾病或健康狀態(tài)有關(guān)的

4、暴露因素的生物標(biāo)志，包括外 暴露標(biāo)志和內(nèi)暴露標(biāo)志。外暴露標(biāo)志 是指暴露因素進(jìn)入機(jī)體之前的標(biāo)志和劑量，如病毒、細(xì)菌、生物毒素、汽車尾氣等。內(nèi)暴露標(biāo)志 指暴露因素進(jìn)入機(jī)體之后的標(biāo)志，對生物性病原因子，可以是生物病原因子本身、其代謝產(chǎn)物或與宿主體內(nèi)生物大分子結(jié)合產(chǎn)物，像病毒整合基因、生物毒素-DNA加合物等；對非生物性病原因子,可以是體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)分子、代謝產(chǎn)物或與宿主靶體結(jié)合物等。 分子流行病學(xué)主要研究內(nèi)容暴露標(biāo)志與測量外暴露標(biāo)志測量的應(yīng)用 鑒定生物性病原因子：流感嗜血桿菌的主要毒力因子是b型萊膜 研究病原生物進(jìn)化變異規(guī)律：如SARS、O157大腸桿菌腸炎。確定傳播途徑：如1981年在美國通過大麻傳播的

5、S.munchen菌感染爆發(fā)。 非生物性因素的暴露測量：煙草中尼古丁代謝產(chǎn)物可的寧測量分子流行病學(xué)主要研究內(nèi)容暴露標(biāo)志與測量內(nèi)暴露標(biāo)志測量的應(yīng)用傳染性疾?。簯?yīng)用分子生物學(xué)方法直接檢測人體內(nèi)病原體的生物大分子物質(zhì)，如核酸。蛋白質(zhì)等，可用于感染狀況和傳染源追蹤。 慢性非傳染性疾病：由于個體差異和物資特性、接觸途徑的不同，測定外暴露劑量難以準(zhǔn)確判斷其在疾病中的作用，而通過檢測體內(nèi)細(xì)胞、組織、血液等生物標(biāo)本中的內(nèi)暴露劑量和生物效應(yīng)劑量，有利于闡明暴露早期生物效應(yīng)疾病之間的關(guān)系。分子流行病學(xué)主要研究內(nèi)容易感性標(biāo)志與測量易感標(biāo)志的定義 指宿主對疾病發(fā)生、發(fā)展易感程度的生物標(biāo)志。易感性測量的應(yīng)用遺傳性疾病應(yīng)

6、用分子流行病學(xué)方法確定Huntington病（遺傳性舞蹈?。┦怯捎贖D基因緊密連鎖遺傳位點(diǎn)D4S10及其DNA標(biāo)志所致。 慢性非傳染病 載脂蛋白E(apoE)不同基因型在動脈粥樣硬化和冠心病發(fā)病中的易感性是不同的。 傳染病 不同基因特征的人群對HIV的易感性存在很大的個體差異。 分子流行病學(xué)主要研究內(nèi)容效應(yīng)標(biāo)志與測量效應(yīng)標(biāo)志的定義 指宿主暴露后產(chǎn)生功能性或結(jié)構(gòu)性變化的生物標(biāo)志，如突變的基因、畸變的染色體等。效應(yīng)測量的應(yīng)用傳染病 免疫效應(yīng)，如某個免疫指標(biāo)的改變 病理性效應(yīng)， 慢性非傳染病 基因表達(dá)異常和代謝異常，如生理、生化變化 基因突變或染色體畸變，如組織，器官形態(tài)學(xué)改變 健康狀態(tài) 分子流行病

7、學(xué)主要研究內(nèi)容生物標(biāo)志的用途（總結(jié)）1 暴露的精確測量2 早期生物學(xué)反應(yīng)的顯示3 宿主易感性的判定4 疾病篩檢與診斷5 治療試驗(yàn)與干預(yù)措施效果的評估6 預(yù)后的估計7 疾病發(fā)病機(jī)制和病因研究8 其它，如健康效應(yīng)分子流行病學(xué)定義 分子流行病學(xué)是在人群現(xiàn)場流行病學(xué)研究中應(yīng)用分子生物學(xué)理論與技術(shù)，研究和應(yīng)用各種生物學(xué)標(biāo)志物，從分子基因水平研究病因、流行因素及防治措施。 復(fù)雜性疾病的基本概念表現(xiàn)特點(diǎn)發(fā)病條件作用模式表現(xiàn)形式復(fù)雜性疾病常用研究方法研究設(shè)計方法患病同胞對設(shè)計 患病家系成員設(shè)計 患病先證者核心家系設(shè)計 一般病例對照設(shè)計分子遺傳實(shí)驗(yàn)研究方法候選基因的選擇實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法DNA突變篩查技術(shù)(多態(tài)性篩查

8、技術(shù)) 基因型分析技術(shù)全基因組掃描技術(shù)統(tǒng)計分析方法復(fù)雜性疾病研究存在的問題與思考復(fù)雜性疾病未來研究策略復(fù)雜性疾病的研究方法與策略復(fù)雜性疾病的基本概念表現(xiàn)特點(diǎn)發(fā)病條件作用模式表現(xiàn)形式 表現(xiàn)特點(diǎn)不符合經(jīng)典的孟德爾遺傳規(guī)律表現(xiàn)為多基因遺傳基因型不完全外顯表型變異的環(huán)境修飾遺傳基因的異質(zhì)性發(fā)病條件G1G2E3E1E2G2G3E5E3E4G1-G3: Genetic FactorsE1-E5: Environmental FactorsSufficient Cause ISufficient Cause II表現(xiàn)形式復(fù)雜性疾病常用研究方法研究設(shè)計方法分子遺傳實(shí)驗(yàn)研究方法候選基因的選擇實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法多態(tài)性篩

9、查技術(shù) (DNA突變篩查技術(shù)) 基因型分析技術(shù)全基因組掃描技術(shù)統(tǒng)計分析方法研究設(shè)計方法患病同胞對設(shè)計 患病家系成員設(shè)計 患病先證者核心家系設(shè)計 一般病例對照設(shè)計 患病同胞對設(shè)計患病同胞對表型不一致同胞對患病同胞對設(shè)計優(yōu)點(diǎn):可以進(jìn)行非參數(shù)統(tǒng)計分析。研究對象相對容易收集。缺點(diǎn):檢驗(yàn)效能相對較低樣本量要求較大患病家系成員設(shè)計優(yōu)點(diǎn):具有明顯的孟德爾遺傳特點(diǎn)。遺傳方式確定（常顯、常隱或X連鎖）。缺點(diǎn):如果指定的遺傳方式不正確，可能導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。難以收集到家系全部人員。患病家系成員設(shè)計患病先證者核心家系設(shè)計優(yōu)點(diǎn):可以進(jìn)行非參數(shù)統(tǒng)計分析。研究對象相對容易收集。缺點(diǎn):統(tǒng)計分析時僅僅雜合子的雙親可以有效利用。

10、對于遲發(fā)性疾病難以收集到雙親資料?；疾∠茸C者核心家系設(shè)計一般病例對照設(shè)計優(yōu)點(diǎn):相對容易收集到資料。 投入少，產(chǎn)出高。缺點(diǎn):由于存在連鎖不平衡和種群分層，容易導(dǎo)致假陽性或假陰性。一般病例對照設(shè)計分子遺傳實(shí)驗(yàn)研究方法易感性基因的選擇實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法多態(tài)性篩查技術(shù) (DNA突變篩查技術(shù)) 基因型分析技術(shù)全基因組掃描技術(shù)復(fù)雜性疾病常用研究方法可能具有重要功能意義的SNP位于外顯子區(qū)并改變氨基酸序列的SNP位于基因表達(dá)調(diào)控區(qū)如啟動子、增強(qiáng)子、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合區(qū)、加尾信號的SNP位于外顯子和內(nèi)含子交界區(qū)域的SNP易感基因的選擇根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報道進(jìn)行選擇根據(jù)生物學(xué)通路進(jìn)行選擇，如生化，代謝，調(diào)節(jié)通路上發(fā)揮作用的基因易

11、感基因的選擇如早產(chǎn)的生物通路與易感基因子宮感染：白介素(IL1)、(IL2)、(IL4)、(IL6)、(IL8)、(IL10)，腫瘤壞死因子(TNF)和干擾素(INF)；母嬰應(yīng)激：促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)，促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)受體，促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素結(jié)合蛋白(CRHBP)；內(nèi)分泌功能紊亂：雌激素、孕酮及其受體；早發(fā)子宮收縮：催產(chǎn)素(OT)、催產(chǎn)素受體、前列腺素E2 (PGE2 )，前列腺素PGF2 及其受體，環(huán)氧酶1(Cox-1)，環(huán)氧酶2（COX-2），連接素43(Cx-43);生長調(diào)節(jié)激素紊亂：垂體和胎盤生長素(GH)及其受體，胰島素樣生長因子(IGFs )及

12、其受體，胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白，胰島素及其受體；胎盤供血不足：MTHFR，雷登凝血因子V，纖溶酶原活化抑制劑(胎盤型)(PAI2)；環(huán)境毒物的個體易感性：GSTM1，GSTT1，CYPIAI，CYPIAI，CYP2D6，CYP2E1，NAT2，NQO1，ALDH2和EPHX。 易感基因的選擇實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法DNA突變篩查技術(shù) (多態(tài)性篩查技術(shù) ) 基因型分析技術(shù)全基因組掃描技術(shù)DNA突變的表現(xiàn)特點(diǎn)許多SNP可以引起基因功能的改變大部分SNP是未知的SNP可用于疾病相關(guān)基因定位研究在不同人群中存在分布特異性DNA突變篩查的用途在相關(guān)人群中系統(tǒng)分析評估已知基因逐步建立相關(guān)人群多態(tài)性數(shù)據(jù)庫篩選可供基因

13、型分析使用的單核苷酸多態(tài)性單核苷酸多態(tài)性功能預(yù)測、評估基于分子雜交的實(shí)驗(yàn)方法，如Southern Blotting基于序列分析方法，如DHPLCDNA突變篩查的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法DNA突變篩查技術(shù)特點(diǎn)成本高小樣本，多個基因，結(jié)果需用Sequencing確定周期長技術(shù)要求高，自動化程度低實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法多態(tài)性篩查技術(shù) (DNA突變篩查技術(shù)) 基因型分析技術(shù)全基因組掃描技術(shù)基因型分析技術(shù)特點(diǎn)成本低樣本量大，多個基因/多個位點(diǎn)周期短自動化程度高例如：PCR-RFLP實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法多態(tài)性篩查技術(shù) (DNA突變篩查技術(shù)) 基因型分析技術(shù)全基因組掃描技術(shù)全基因組掃描技術(shù)最大規(guī)模的基因型分析方法組織、管理、效益掃描的多

14、態(tài)性位點(diǎn)，幾百幾十萬個大量樣本統(tǒng)計分析方法復(fù)雜性疾病常用研究方法統(tǒng)計分析方法表型與基因型一般統(tǒng)計分析病例-父母三結(jié)構(gòu)資料對數(shù)線性模型分析病例-父母三結(jié)構(gòu)資料的TDT分析 同胞數(shù)據(jù)SDT分析以家系為基礎(chǔ)的關(guān)聯(lián)分析 (FBAT)多位點(diǎn)基因的單倍體型構(gòu)建分析 基因環(huán)境（基因）交互作用分析統(tǒng)計分析方法表型與基因型一般統(tǒng)計分析 分析基因型與表型的關(guān)系，也就是比較不同基因型的研究對象的表型是否存在差異，如基因型不同，表型也顯著不同，則表示兩者有關(guān)。 表型為連續(xù)型變量的基因型之間比較可用t-檢驗(yàn)、方差分析、線性回歸等統(tǒng)計方法。表型為分類型變量的基因型之間比較可用卡方檢驗(yàn)、LOGISTIC回歸等統(tǒng)計方法。 統(tǒng)

15、計分析方法病例-父母三結(jié)構(gòu)資料的TDT分析 TDT分析要求有患病先證者及其父母三人的基因型，觀察某等位基因從父母到子女的傳遞。理論上，父親的兩個等位基因傳遞子女的概率各為50%，母親的兩個等位基因傳遞子女的概率也各為50%。如某一等位基因從父母傳遞給患病的子女的概率大于50%，表示傳遞不平衡。傳遞不平衡檢驗(yàn)(TDT)能發(fā)現(xiàn)與疾病直接有關(guān)的基因，或與疾病基因相連鎖的基因。但是TDT要求收集患者的雙親標(biāo)本，這對一些發(fā)病較晚的疾病是個難題。它主要用于分析定性性狀（如是否患?。贿m用于定量性狀（如血糖、胰島素等表型資料）的分析。 統(tǒng)計分析方法病例-父母三結(jié)構(gòu)資料對數(shù)線性模型分析 前面介紹的傳遞不平衡

16、檢驗(yàn)(TDT)根據(jù)病例及其父母三人基因型，分析某種等位基因從父母傳遞給患病子女的概率。所發(fā)現(xiàn)的與疾病有聯(lián)系的基因既可能是與疾病直接有關(guān)的基因，也可能是與疾病基因相連鎖的基因。但某些表型如出生體重、出生缺陷等，可能是傳遞到子女（胎兒）的基因的作用，也可能是母親基因的起作用，或者通過子宮內(nèi)環(huán)境起作用。TDT不能區(qū)別這些表型（如低出生體重、早產(chǎn)）的發(fā)生是胎兒的基因的作用，還是母親基因的作用。運(yùn)用對數(shù)線性模型分析可以區(qū)別這兩種作用，并可檢驗(yàn)?zāi)赣H基因與胎兒基因的交互作用。 統(tǒng)計分析方法同胞數(shù)據(jù)SDT分析 前面介紹的TDT分析和對數(shù)線性模型分析均需要有患病先證者及其父母三人的基因型，但有些疾病特別是一些慢

17、性復(fù)雜性疾病，發(fā)病晚，患者父母親往往已不健在，很難獲得完整的患者父母親基因型資料，無法進(jìn)行TDT分析。SDT分析克服了這一缺陷，只需要同胞的基因型資料，不需要父母的基因數(shù)據(jù)，它比較患病的同胞與非患病的同胞某位點(diǎn)某等位基因出現(xiàn)的比例。理論上，這兩種家系數(shù)相等，如兩種家系數(shù)顯著不等，表示該基因與患病與否有關(guān)，該基因可能是與疾病直接有關(guān)的基因，也可能是與疾病基因相連鎖的基因。主要用于分析定性性狀（如是否患?。?，不適用于定量性狀（如血糖、胰島素等表型資料）的分析。統(tǒng)計分析方法以家系為基礎(chǔ)的關(guān)聯(lián)分析 (FBAT) FBAT以核心家系為單位計算每個核心家系數(shù)的基因型（X）的分布概率與統(tǒng)計量“S”（統(tǒng)計量S

18、是表型T與基因型X的乘積），然后累加各核心家系的統(tǒng)計量S及S的方差與協(xié)方差，進(jìn)行卡方檢驗(yàn)。FBAT既適應(yīng)于定性資料又適應(yīng)于定量資料，并且可以先對表型變量經(jīng)有關(guān)混雜因素進(jìn)行調(diào)整，將調(diào)整后的殘差值或校正值放入FBAT程序中進(jìn)行分析，這樣得到的結(jié)果就是經(jīng)過混雜因素調(diào)整后的關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果。FBAT適用于各種類型的家系結(jié)構(gòu)。有父母雙親、只有單親、雙親均無、一個同胞、多個同胞的家系都可混合在一起應(yīng)用。統(tǒng)計分析方法多位點(diǎn)基因的單倍體型構(gòu)建分析 單倍體型（Haplotype）是指同一條染色體上緊密相連的一些位點(diǎn)(或基因)的組合。不同位點(diǎn)間排列距離越近，在減數(shù)分裂時發(fā)生重組的可能性就越小，以同一單倍體型整體傳遞

19、給子代的可能性也就越大。單倍體型分析的可以幫助研究者進(jìn)一步驗(yàn)證在連鎖分析中所取得的數(shù)據(jù)，排除假陽性；通過多個位點(diǎn)的單倍體型排列，還可以使某些多態(tài)性不夠充分的單個位點(diǎn)的信息得以應(yīng)用。 單倍體型分析通常采用置換法，通過對病例與對照兩組分別構(gòu)建單倍體型并計算各型頻率進(jìn)行的卡方檢驗(yàn)，得出P值；隨機(jī)分配每個研究對象是病例還是對照，用假定的病例對照數(shù)據(jù)重復(fù)上述的單倍體型構(gòu)建及兩組單倍體型頻率，重復(fù)置換1000次，得出1000個P值，觀察從假定的病例對照數(shù)據(jù)得來的P值小于從實(shí)際的病例對照分組樣本得來的P值的比例（百分率），該比例即為兩組比較的P值。統(tǒng)計分析方法基因基因（環(huán)境）交互作用分析 在復(fù)雜性疾病的發(fā)病

20、過程中，由于基因的變異加環(huán)境和生活習(xí)慣等因素的共同影響，使得每個人對不同的疾病的易感性不同?；蚧颍ōh(huán)境）交互作用分析A: High-risk genotypeE: Environmental factorMethod I:OREA+=A11* B01 / A01* B11 OREA-= A10* B00 / A00* B10 R= OREA+/ OREA-Method II:Logit(Y=1)=0+AXA+EXE+AEXA*XE+XA: 1=susceptible0=elseXE: 1=exposure present0=elseTest of Gene-Environment Inte

21、raction:H0: AE=0vs.H0: AE0A: Susceptiple alleleE: Environmental factorY=0+AXA+EXE+AEXA*XE+XA: 1=susceptible0=elseXE: 1=exposure present0=elseTest of Gene-Environment Interaction:H0: AE=0vs.H0: AE0基因基因（環(huán)境）交互作用分析復(fù)雜性疾病研究存在的問題與思考問題1：在多基因疾病的發(fā)生發(fā)展演變過程中一個功能基因的改變會引起多少蛋白質(zhì)發(fā)生變化？一個功能蛋白質(zhì)的改變是多少基因相互調(diào)控的結(jié)果？在目前人們檢測到的一

22、個疾病的基因、蛋白質(zhì)改變中，哪些真正發(fā)揮作用？哪些屬于潛在的變化？ 問題2：微效基因的困擾，以及由此導(dǎo)致的易感基因難以選擇 復(fù)雜性疾病的特點(diǎn)往往是由多個中效、微效基因共同決定疾病的復(fù)雜性狀，僅一個基因的改變對疾病的發(fā)生、發(fā)展的影響不大，其中某一或某些基因位點(diǎn)僅對應(yīng)于該疾病的某個亞型、某個癥狀或體癥產(chǎn)生影響。誰是疾病原發(fā)基因？誰是疾病繼發(fā)基因？ 問題3：遺傳與環(huán)境因素的交互作用分離 復(fù)雜性疾病的發(fā)病率，即疾病外顯性取決于以后環(huán)境因素影響的性質(zhì)及程度。目前按臨床表現(xiàn)進(jìn)行分類診斷的一個疾病，實(shí)際上可能是由一組致病基因、或易感基因、或環(huán)境因素不同，而表型相似的疾病組成，如糖尿病。群體中也存在具有遺傳易

23、感性但不發(fā)病或尚未發(fā)病的亞群。缺乏對疾病形成過程中環(huán)境作用的有效控制途徑，必然導(dǎo)致研究對象的內(nèi)部異質(zhì)性，從而影響疾病相關(guān)基因的研究。 問題4：疾病基因型與表型存在復(fù)雜的關(guān)系 疾病基因型與表型存在多因素致病、多基因調(diào)控、涉及多個層次、臨床表現(xiàn)型復(fù)雜等特征。如內(nèi)風(fēng)濕型關(guān)節(jié)炎的病理、免疫學(xué)改變雖然相似，但其臨床表現(xiàn)、基因表達(dá)譜改變卻呈現(xiàn)出多樣性。同時，復(fù)雜病的遺傳易感性不一定是對疾病表型本身的直接影響，而可能僅是對疾病中間性狀影響的間接后果。問題5：環(huán)境暴露評價方法的有效性存在回憶偏性長期暴露過程中存在復(fù)雜的交互作用形式缺乏評價暴露劑量的分子標(biāo)志物暴露的時間窗口難以確定 問題6：統(tǒng)計分析手段的局限性

24、 單基因遺傳病因素單一，基因型表型關(guān)系清晰，已經(jīng)形成了較為成熟的患病家系研究、病例/對照分析法、患病同胞對法（SDT） 、傳遞不平衡檢驗(yàn)法（TDT，F(xiàn)BT），以及基于遺傳圖譜的連鎖分析、基于群體病例對照的關(guān)聯(lián)分析、基于物理圖譜的定位克隆等策略與方法。而復(fù)雜疾病的致病基因則很難通過以上分析方法來確定，導(dǎo)致從可能的疾病易感位點(diǎn)到致病基因的跨越也充滿困難。復(fù)雜性疾病未來研究策略 從“序列結(jié)構(gòu)功能”的生物學(xué)觀點(diǎn)是既往復(fù)雜性疾病機(jī)制研究的基礎(chǔ)，即認(rèn)為基因組本身包含蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的所有必需信息，當(dāng)前從“相互作用網(wǎng)絡(luò)功能”的模式出發(fā)，在轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組層次研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的豐富信息成為后基因

25、組學(xué)（功能基因組研究）時代的前沿和熱點(diǎn)。這為深入開展復(fù)雜性疾病研究提供了可能。 復(fù)雜性疾病未來研究策略 生物通路的選擇：目前基因組研究已重視對生命基本過程的分析，以及對基因調(diào)控、信號傳導(dǎo)等的研究，候選基因的選擇需要集中在主要的代謝通路、調(diào)控通路，從而避免由于基因分散導(dǎo)致的檢測效能減少。因此，在復(fù)雜疾病基因組分析中應(yīng)注重對基因功能以及相關(guān)生化通路的闡明。復(fù)雜性疾病未來研究策略 候選基因數(shù)量的選擇I：復(fù)雜疾病同一表型可能是由于同一代謝途徑或信號傳遞途徑上不同基因發(fā)生突變的結(jié)果，在一個群體中孤立地研究某一個或幾個熱門基因?qū)㈦y以得出滿意的結(jié)論。復(fù)雜性疾病未來研究策略 候選基因數(shù)量的選擇II：試驗(yàn)設(shè)計中

26、對疾病相關(guān)基因的選擇應(yīng)盡可能避免遺漏，如果致病基因的作用具有累加性，仍有可能準(zhǔn)確地找到致病相關(guān)基因。候選基因組合中的最佳基因數(shù)目取決于樣本數(shù)和基因缺失比率。孤立地研究單個基因與復(fù)雜疾病的關(guān)系往往不是最優(yōu)選擇，并經(jīng)常會導(dǎo)致信息利用的不充分。 復(fù)雜性疾病未來研究策略 實(shí)驗(yàn)室技術(shù)方面：芯片生物信息分析與多層次信息融合解析復(fù)雜疾病基因型表型的關(guān)系。基因芯片，DNA芯片，以及蛋白芯片等高通量檢測技術(shù)，使得高密度的數(shù)以萬計的探針分子以及對雜交信號進(jìn)行的檢測分析變得切實(shí)可行，是高效、大規(guī)模獲取相關(guān)生物信息的主要手段。此外，基因表達(dá)譜等芯片數(shù)據(jù)的生物信息分析，將成為在基因轉(zhuǎn)錄、表達(dá)水平研究臨床疾病的分子機(jī)制、

27、疾病診斷和藥物篩選中發(fā)揮重要作用。 復(fù)雜性疾病未來研究策略 統(tǒng)計分析方向I：復(fù)雜性疾病的基因研究在設(shè)計上可表述為通過病例和對照樣本的收集和一定數(shù)量SNPs的檢測（可看著向量X），從而尋找疾病和向量X之間的關(guān)系?，F(xiàn)有的基于連鎖的分析、關(guān)聯(lián)分析的研究多是針對X的單個分量展開，忽略了各分量之間的關(guān)系。今后對基因的相互作用、多個基因組合與疾病關(guān)系的研究（多個分量）將日益受到關(guān)注。 復(fù)雜性疾病未來研究策略 統(tǒng)計分析方向II：由于復(fù)雜疾病的機(jī)制涉及多個基因的累加作用，以及某些環(huán)境因子的作用，這些基因的SNPs及其特定組合(單倍型)可能是造成疾病易感性最重要的原因。隨著SNPs的不斷發(fā)現(xiàn)和人類第三代遺傳標(biāo)記

28、圖的繪制等進(jìn)展，與疾病相關(guān)的人類基因信息數(shù)據(jù)庫、與基因組多態(tài)性和基因突變有關(guān)的數(shù)據(jù)庫相繼建立，為從SNPs探討復(fù)雜性疾病的機(jī)制提供了可能。因此，對疾病相關(guān)調(diào)節(jié)通路的候選基因進(jìn)行SNPs的關(guān)聯(lián)研究，可能是多基因疾病研究取得突破的希望所在。 復(fù)雜性疾病未來研究策略 統(tǒng)計分析方向III：分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)建?；虻慕Y(jié)構(gòu)或種類決定物種，基因的功能或表達(dá)則決定生命的健康、疾病等狀態(tài)。基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、蛋白調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、代謝網(wǎng)絡(luò)等分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究，是理解基因組功能、進(jìn)而理解復(fù)雜疾病本質(zhì)正在發(fā)展的方向，并將為復(fù)雜性疾病多基因之間的關(guān)系、基因型表型各部分、各層次的相互作用、調(diào)控通路提供背景和依據(jù)。目前分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)大多為局

29、部網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)研究，如何利用數(shù)學(xué)模型對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、蛋白調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、代謝網(wǎng)絡(luò)、生化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，構(gòu)建人類基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，從而最終解釋復(fù)雜疾病的病因?qū)⑹俏磥硌芯康闹攸c(diǎn)。 研究實(shí)例實(shí)例一Polymorphisms of the Paraoxonase Geneand Risk of Preterm Delivery Dafang Chen, Yonghua Hu, Changzhong Chen, Fan Yang, Lihua Wang, Jianping LiEpidemiology, 2004;15:466-470BackgroundHuman paraoxonase (PON，對氧磷酶 ) is

30、 an enzyme involved in vasodilation and thrombosis. Disruption of blood blow through the placenta could be part of the pathophysiological mechanism leading to preterm delivery.Study PurposeTo examine the association between polymorphisms in 2 paraoxonase genes (PON1 and PON2 ) and preterm delivery.T

31、wo paraoxonase genes, PON1 Q192R, PON2 A148G, and PON2 S311C, are used to assess mother-infant interactionsStudy PopulationA Total of 185 families, each including infant and parents.80 case families.105 control families.ProceduresEligible infants were enrolled postpartumEpidemiological data by quest

32、ionnaire interview Clinical data by medical record reviewPON1 Q192R, PON2 A148G, and PON2 S311C genotypes were determined for all families by PCR-RELPResultsSummaryNo statistical evidence of non-mendelian transmission in control-parent-triads using the TDT test. There is an associations among homozy

33、gous carriers of the variant alleles at two sites (RR for PON1 and CC for PON2) in case-parent-triads using log-linear modeling. There was no evidence of interaction between the childs and mothers genotypes. 實(shí)例二Genetic Susceptibility to Benzene and Shortened GestationXiaobin Wang, Dafang Chen, Tianh

34、ua Niu, Zhaoxi Wang, Louise Ryan, Thomas Smith, David C. Christiani, Barry Zuckerman, Xiping XuAm J. Epidemiol, 2000;152:693-700BackgroundBenzene is a known reproductive toxinBenzene is a commonly used solvent in industry An estimated 10 million US workers are exposed to benzeneMost Americans are ex

35、posed to minor amounts of benzene through various sourcesBackgroundMetabolism is essential to benzene detoxificationIt is speculated that an individuals reproductive risk associated with benzene exposure may be modified by genetic variation in metabolic detoxification activityStudy PurposeTo examine

36、 genetic susceptibility to benzene and length of gestation Two metabolic genes, CYP1A1 and GSTT1, are used to assess gene-benzene interactionsStudy Population542 Chinese female workers302 women with no organic solvent exposure240 women with very low levels of benzene exposureProceduresEligible women

37、 were enrolled postpartumEpidemiological data by questionnaire interview Clinical data by medical record reviewCYP1A1 and GSTT1 genotypes were determined for all mothers by PCR-RFLPResultsGestational Age by Maternal Benzene Exposure Status and CYP1A1 and GSTT1 GenotypesSummaryThis study demonstrates that benzene exp