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1、分子流行病学复习与思考题1、生物标志: 生物标志是生物体内发生的与发病机制有关联的关键事件的指示物，是机体由于接触各种环境因子所引起机体器官、细胞、亚细胞的生理、生化、免疫和遗传等任何可测定的改变。分为三类。1.暴露生物标志：内剂量生物标志；生物有效剂量生物标志。2.效应生物标志：指机体内可测量的生化、生理或其他方面的改变。3.易感性生物标志：是指机体接触某种特定环境因子时的反应能力的一类生物标志。2、生物芯片：生物芯片，又称蛋白芯片或基因芯片，它们起源于DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA或其他样品分子（例如蛋白，因子或
2、小分子）进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。技术起源：核酸分子杂交。用途分类：生物电子芯片、生物分析芯片。3、探针：基因探针（probe）又称“寡核苷酸探针”，简称“探针”，就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列，它可以包括整个基因，也可以仅仅是/基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。基因探针通过分子杂交与目的基因结合，产生杂交信号，能从浩翰的基因组中把目的基因显示出来。根据杂交原理，作为探针的核酸序列至少必须具备以下两个条件：应是单链，若为双链，必须先行变性处理。应带有容易被检测的标记。它可以包括整个基因，也可以仅仅是
3、基基因探针因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。4、易感性标志：是关于个体对外源化学物的生物易感性的指标，包括反映机体先天具有或后天获得的对接触外源性物质产生反应能力的指标。5、基因免疫：又称DNA免疫、核酸疫苗、DNA疫苗、体细胞转基因免疫，是一种将靶抗原编码基因置于真核表达调控元件的调控下，将该质粒DNA（裸DNA免疫 ）直接进行动物体内接种，并以与自然感染类似的方式呈递抗原，诱生特异性体液和细胞免疫应答的新理论和技术。6、生物标志的特性：(1) 分子特性 化学结构和组成；物理特性；稳定性等；(2) 时相特性 生物标志在正常情况下可能并不存在，只有在暴露后才出现；或虽
4、然存在，但处于正常水平的表达，只在致病因子暴露后才发生改变；(3) 个体内变异 时间、部位的变异；(4) 个体间变异 生理、生化测定值的范围，个体的易感性；(5) 群体间变异 年龄、性别、民族；(6) 储存7、选择物标志的系统方法及一般原则：系统方法：按照系统科学的观点、理论，把研究对象视为系统并以此解决认识和实践中的各种问题的方法的总称。研究系统与要素、要素与要素、要素与系统、系统与环境的相互作用和变化规律，以综合地、整体地把握对象，精确地考察对象的各种关系、运动和变化规律，有效地认识和最佳地处理和改造对象。一般原则：具体见生物标志P33-39(1)整体性原则：(2)动态性原则:(3)最优化
5、原则；(4)模型化原则；8、生物标志的时相特征：生物标志在正常情况下可能并不存在，只有在暴露后才出现；或虽然存在，但处于正常水平的表达，只在致病因子暴露后才发生改变(高表达或低表达)9、芯片实验室：是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检测等基本操作单位集成或基本集成一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析的一种技术。通过分析化学、微机电加工、计算机、电子学、材料科学与生物学、医学和工程学等交叉来实现化学分析检测即实现从试样处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化这一目标。10、暴露生物标志：生物标志的一种，是指研究对象接触过某
6、种待研究的物质（如重金属）、具备某种待研究的特征（年龄、性别及遗传等）或行为（如吸烟）。可分为：外暴露和内暴露，外暴露：暴露因素进入机体前的标志和剂量，内暴露：暴露因素进入机体后的标志。11、分子流行病学产生的背景及特征背景：疾病防治中的新问题：1病原微生物的多样性、多变性和抗生素的广泛应用导致各种耐药病原体不断出现，而且具有广泛传播趋势，应用传统流行病学方法也不能给予很好的回答和解决。2慢性非传染病：多病因、多阶段、多基因、长期暴露导致发病或死亡的关系。3人群易感性：遗传和环境导致易感性差异，传统流行病学无法有效测量。4实验医学病因假设和防治措施的人群实验分子流行病学的特点：（一）与传统流行
7、病学的区别1研究的水平不同2所解决的问题不同（二）与分子生物学的区别1研究对象不同2研究内容和方向有所不同12、表观遗传：是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如DNA甲基化和染色质构象变化等；表观遗传学是研究在没有DNA序列改变的情况时，基因功能的可逆的、可遗传的改变；也指生物发育过程中包含的程序的研究。13、分子流行病学在慢性非传染性疾病防治中应用答：分子流行病学在慢性非传染性疾病的病因探索、发病机制研究以及集体易感性测定等方面，做出了巨大的贡献。(1)探索疾病的病因及发病机制：传统流行病学仅仅从病因或者危险因素的暴露出发，研究疾病发生或死亡的结局，缺乏暴露-疾病之间的系列过程或事件
8、的研究。分子流行病学把流行病学方法与分子生物学技术相结合，选择多种生物标志，探讨疾病的全过程及各事件间的内在联系，在基因水平及分子水平阐述疾病发生的机制，为确定暴露与疾病之间的因果关系提供更可靠的证据。(2)评估个体易感性和确定高危人群：分子流行病学可以根据环境危险因素与遗传易感因素的交互作用来确定疾病的危险度，进而用于筛选对特定因子敏感的个体及亚群。(3)慢性病防制措施的制定及其效果评价：分子流行病学不仅研究疾病的危险因素，而且研究从危险因素暴露到疾病发生过程中一系列尚未知晓的事件，因此可以为慢性病的三级预防特别是第一、第二级预防提供更科学的证据。(4)辅助疾病早期诊断及临床个体化治疗:分子
9、生物学技术可以检出与癌变相关的早期生物学改变，从而作为肿瘤早期诊断的辅助指标。14、分子流行病学在传染病防治中的应用答: 传染性疾病的分子流行病学研究主要是指针对某一种传染病的病原体在基因水平上分析其特征，从而更准确地解决传染病相关的传染源、传播途径等流行病学问题。主要包括以下几个方面;(1)病原体的分离和检测：研究病原生物分型分类和鉴定的最有效手段是传染病分子流行病学的重要使命。由于病原体表型特征的不稳定性和易变性，以表型特征进行研究的方法存在缺陷。而遗传学分型稳定可靠，可以作为鉴定和诊断的重要依据。(2)病原生物进化变异规律研究：近年来出现许多新的传染病，如艾滋病、新型肝炎、出血热等，严重
10、危害人们健康和生命；同时许多老的传染病又逐渐成为重要的公共卫生问题，如结核、性病。因此，研究病原生物体遗传关系和进化变异规律成为分子流行病学研究的重要内容。(3)传染源追踪：过去在分析传染源时，由于检测方法的灵敏度和特异度不够，经常遇到传染源无法确定的情况，给防治工作带来了困难。分子流行病学的发展，使得这些难题得到解决。(4)确定传播途径：过去，传染病流行中的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。分子流行病学的发展引入一些新的分子生物学技术，从而可以更准确地确定传播途径。(5)传染病防制措施及其效果评价：分子流行病学在传染病的研究
11、中应 用了分子生物学等现代技术，对传染源的追踪，传染途径、传播媒介和易感人群的确立更为精确，因此据此而提出的防治措施更有针对性和成效。15、分子流行病学与传统流行病学区别与联系是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，并研究疾病的防治和促进健康的策略和措施的科学。是流行病学与分子生物学的交叉学科。（一）与传统流行病学的区别1研究的水平不同2所解决的问题不同（二）与分子生物学的区别分子流行病学与传统流行病学既是一个统一体，也有各自不同的特征，传统流行病学在研究暴露与疾病关系时，常常使用“黑箱”理论。发病和死亡测量可以直接
12、反映人群疾病和健康状况，但由于黑箱的存在，使暴露与疾病关系的判断显得缺乏直接证据。分子流行病学通过疾病不同阶段暴露标志、效应标志和易感性标志测量及影响因素研究，可以全面阐明疾病自然史，即暴露-发病连续带(exposure- disease continuum, EDC)，从而揭示“黑箱”秘密，制定更有效的防治疾病、促进健康的策略与措施，并评价其效果。1研究对象不同2研究内容和方向有所不同16、结合分子流行病学，谈谈巢式病例对照研究设计的原则巢式病例对照研究是将病例对照研究与队列研究的设计思路重新组合杂交后形成的一种新的设计思路, 其设计原则是: 首先根据一定的条件确定某一个人群作为研究的队列
13、, 收集队列中每个成员的有关资料信息和/ 或生物标本(最常用的是血清，也可以是白细胞或其他组织) 等分子遗传学资料, 对该队列随访一段事先规定好的时间 , 将发生在该队列内的某病( 即所要研究的疾病) 的新发病例全部挑选出来, 组成病例组, 并为每个病例选取一定数量的研究对象作为对照组, 对照应为该队列内部, 在其对应的病例发病时尚未发生相同疾病的人,素进行匹配( 此即危险集抽样) , 然后分别抽出病例组和对照组的相关资料及生物标本进行检查、整理,最后按病例对照研究( 主要是匹配病例对照研究) 的分析方法进行资料的统计分析和推论。17、举例谈谈开展分子流行病学研究设计的原则(1) 研究目的：明
14、确该研究可能阐明或解决的问题，充分考虑创新性、实用性、可行性。(2) 测量指标：根据研究目的和研究路线确定。一类为结局指标，一般为生物标志指标，一类为影响因素指标，一般为生物标志指标。(3) 测量方法：对于生物指标，要结合研究目的和实验室条件合理选择，最好为成熟检测方法，还要考虑进行数值测量还是分类测量。(4) 调查方法与样本：确定调查研究方法是描述性、分析性还是干预性研究。样本选择，样本来源的地区和人群、样本大小，标本采集和储存要求。(5) 结果与分析：设计中要预测研究结果根据选择测量指标和测量方法确定资料分析方法。即绿或比分析、定量分析、遗传关系分析等。并要制定总结、分析、结果报告的具体计
15、划。(6) 质量控制：注重现场质量控制同时，要特别注重实验室的质量控制，制定监控和核查计划。(7) 注意事项：在研究的不同阶段都要注意一些关键问题及处理办法，最好有预实验。17、人类基因组流行病学( human genome epidemiology,HuGE)：把基因组作为一个整体,探讨基因改变对人群健康和疾病危险度的影响, 研究基因之间及其与环境的相互作用的定量关系, 为疾病诊断、治疗以及行为、环境干预提供依据。18、质粒（Plasmid）是附加到细胞中的非细胞的染色体或核区DNA原有的能够自主复制的较小的DNA分子（即细胞附殖粒、又胞附殖粒）。大部分的质粒都是环状构型，目前也发现有少数的
16、质粒属于线性构形，它存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，乃至于植物的线粒体等胞器中。天然质粒的DNA长度从数千碱基对至数十万碱基对都有。一个细胞里面可以有一种乃至于数种的质粒同时存在。有时有些质粒含有某种抗药基因（如大肠杆菌中就有含有抗四环素基因的质粒）。有一些质粒携带的基因则可以赋予细胞额外的生理代谢能力，乃至于在一些细菌中提高它的致病力。一般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用。它是基因工程最常见的运载体。19、基因的多态性（polymorphism）在一个生物群体中，同时和经常存在两种或多种不连续的变异型或基因型(genotype)或等位基因(allele)，亦称遗传多态性，
17、从本质上来讲，多态性的产生在于基因水平上的变异，一般发生在基因序列中不编码蛋白的区域和没有重要调节功能的区域。对于一个体而言，基因多态性碱基顺序终生不变，并按孟德尔规律世代相传。人类基因多态性既来源于基因组中重复序列拷贝数的不同，也来源于单拷贝序列的变异，以及双等位基因的转换或替换。通常分为3大类:DNA片段长度多态性、DNA重复序列多态性、单核苷酸多态性。20、人类基因组计划(human genome project, HGP) 由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动，美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。通过测定组成人类染色
18、体（指单倍体）中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，达到破译人类遗传信息的最终目的。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划21、后基因组计划（post genome project ）：人类基因组计划的实施导致了基因组学(genomics)的诞生,而其快速推进促使了功能基因组计划的开展,使得蛋白质组学(proteomics)很快成为了一门新兴学科并得到了迅猛发展,被人们称为后基因组计划。它是在基因组全序列测定完成后，对基因组的结构、表达、修复、功能等进行研究的计划。是包括功能基因组和蛋
19、白质组等研究的国际合作计划。2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家Collins F博士在华盛顿隆重宣布：人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划(HGP)的所有目标全部实现。这标志“人类基因组计划”胜利完成和“后基因组时代”的正式来临。22、蛋白质组计划（proteomic project ）：人类蛋白质组组织(HUPO)于2001年成立,倡导实施人类蛋白质组计划(HPP),旨在系统解析人体组织所有蛋白质,进一步全面揭示生命活动的本质。2003年4月，历时13年的“国际人类基因组计划”正式完成。但仅仅测绘出基因组序列，并非这一计划的最终目的，必须对其编码产物蛋白质组进行系统深
20、入的研究，才能真正实现基因诊断和基因治疗。人类蛋白质组研究成为继人类基因组计划之后生物科技发展的重要课题。从2002年起相继启动了人类血浆蛋白质组计划(HPPP)、人类肝脏蛋白质组计划(HLPP)、人类蛋白质组标准化计划(HPSI)、人类脑蛋白质组计划(HBPP)等,并在加拿大成立总部,全面协调HPP的实施。由于中国在蛋白质研究方面的雄厚实力，因而成为“人类肝脏蛋白质组计划”（HLPP）的牵头国。23、Southern印迹杂交: Southern印迹杂交是进行基因组DNA特定序列定位的通用方法。其基本原理是：具有一定同源性的两条核酸单链在一定的条件下，可按碱基互补的原则特异性地杂交形成双链。一
21、般利用琼脂糖凝胶电泳分离经限制性内切酶消化的DNA片段，将胶上的DNA变性并在原位将单链DNA片段转移至尼龙膜或其他固相支持物上，经干烤或者紫外线照射固定，再与相对应结构的标记探针进行杂交，用放射自显影或酶反应显色，从而检测特定DNA分子的含量24、The Cancer Genome Atlas (TCGA) 癌症基因组图谱计划。TCGA计划目的是希望能够全面的、系统性的了解恶性肿瘤的形成、生长、转移等过程的生物学基础，以及与病理机制相关的基因组变化，促进癌症的早期诊断和加速癌症治疗的发展步伐，并且能进一步的预防癌症的发生。TCGA在数据挖掘中的应用: 突变分析 拷贝数分析 mRNA和microRNA表达与DNA甲基化分析 信号通路分析25、ENCODE计划：ENCODE(Encyclopedia of DNA Elements ) ( DNA元素百科全书 )计划，最终目标是描绘出人类基因组的功能元件。对该计划扩展，包括将对人类基因组破译工作扩展到整个基因组。是人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）完成之后，又一重要的跨国基因组学研究项目。26、全基因组关联研究（Genome Wide Association Studies,GWAS）检测特定物种中不同个体间的全部或大部分基因，从而了解不同个体间的基因变化有多大的一种方法。8 / 8