2018年腫瘤分子流行病學

1、腫瘤分子流行病學是應用流行病學方法研究腫瘤標志物在高危人群和癌癥患者中的分布和影響因素，對機體致癌物質(zhì)暴露、生物學效應以及個體遺傳易感性進行測量和評價。腫瘤分子流行病學作為腫瘤流行病學的重要分支，為腫瘤研究提供了新的重要手段和契機，大大增強了應用流行病學方法開展腫瘤危險性評價、篩查和診治手段選擇、預后評估、預防策略制定的能力。隨著蛋白質(zhì)組學等新興學科的加入，腫瘤分子流行病學正在成為腫瘤學研究領域的重要研究手段之一。,一、概述,腫

2、瘤分子流行病學采用流行病學研究方法，結合分子生物學等新興學科的理論和技術平臺，通過對有代表性人群從接觸危險因素、癌前病變發(fā)展到腫瘤形成過程中一系列腫瘤標志物的研究，可以準確地測量“暴露”、生物學效應和遺傳易感性，探討腫瘤發(fā)生的機制。 1982年，Perera、Weinstein提出“molecular cancer epidemiology ”。,一、概述,腫瘤標志物是連接實驗室檢測和傳統(tǒng)流行病學研究的橋梁，通過對研究對象特定生物學標

3、志物的定性或定量檢測，可以評估致癌物暴露和機體遺傳易感性的單獨或聯(lián)合作用。Bence-Jones蛋白是第一個被報道的腫瘤標志物（1845）。按照腫瘤標志物在從暴露到疾病連續(xù)過程中所處的不同階段可以分為暴露標志、效應標志和易感性標志 。,二、腫瘤標志物的研究與應用原則,質(zhì)量控制原則 要重視腫瘤標志物的效度（靈敏度和特異度）和信度，保證腫瘤標志物真實反映暴露和疾病之間的統(tǒng)計學關聯(lián)。 要注重樣品采集、貯存、處理等操作過程的

4、標準化。不同實驗室之間可以有相互監(jiān)測，用嚴格的質(zhì)量控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對腫瘤標志物價值的持續(xù)評估。,二、腫瘤標志物的研究與應用原則,循證醫(yī)學原則 腫瘤分子流行病學對腫瘤標志物的研究應做到最佳證據(jù)、經(jīng)驗和研究對象意愿的最佳結合，用“最佳質(zhì)量證據(jù)” 來指導腫瘤標志物的研究和應用。 腫瘤標志物開發(fā)和評估的五階段原則(NCI)：第一，探索階段;第二，臨床試驗和驗證階段;第三，回顧性/前瞻性的研究階段;第四，前瞻性的篩查階段;第五，

5、前瞻性的隨機試驗階段。,二、腫瘤標志物的研究與應用原則,倫理學原則 上世紀80年代后期，美國學者Beauchamp和Childress提出了生物醫(yī)學研究的四個倫理學原則：自主性、有益、無害、公平。 1997年，聯(lián)合國教科文組織針對人類基因組和人權的全球宣言中特別強調(diào)了倫理學因素的重要性。 在收集遺傳信息和建立大型數(shù)據(jù)庫時，要取得社會和研究對象對其研究目的和計劃的知情同意，切實保護每個捐獻者的個人利益。,三、致癌

6、物的暴露標志,外暴露標志：移民流行病學的多項研究結果均揭示了環(huán)境因素在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中的重要性。傳統(tǒng)意義上對外環(huán)境的調(diào)查或監(jiān)測只能對外暴露做出粗略的估計，難以真實反映人體的反應性，且存在較大的回憶偏倚和報告偏倚。,三、致癌物的暴露標志,內(nèi)暴露標志：充分考慮了致癌物質(zhì)在吸收、分布、代謝或排泄上的個體差異，并顯示出其在機體特定的組織或器官中的實際水平。 如膳食營養(yǎng)狀況與腫瘤間關系的研究（高脂與大腸癌）；EB病毒、Hp與胃癌（淋

7、巴上皮瘤樣癌）關系研究。,三、致癌物的暴露標志,生物有效暴露標志：這一類標志物主要是以DNA加成物或蛋白質(zhì)加成物的形式存在。 在相同外暴露的前提下，樣品中加成物的水平可以反映研究對象代謝致癌物的能力以及吸收和分布的個體差異，能夠幫助確定體內(nèi)致癌物代謝及DNA修復過程中各種酶基因多態(tài)性的影響。常用的加成物測定方法有：酶聯(lián)免疫吸附試驗，32P后標記技術，質(zhì)譜、色譜分析等。,三、致癌物的暴露標志,生物有效暴露標志：DNA加成物：

8、 苯并（a）芘-DNA加成物是人類發(fā)現(xiàn)的第一個致癌物質(zhì)的DNA加成物。 DNA加成物與腫瘤關系研究最成熟的應該是AFTB1-N-鳥嘌吟加成物與肝癌發(fā)病關系的研究。 乙烯基－DNA加成物是脂質(zhì)過氧化誘導DNA損傷的標志物。,實例：O6-烷基-2’脫氧鳥嘌呤加成物（O6-MedG）,70年代初，美國學者發(fā)現(xiàn)O6-MedG，并建立了單抗及放免技術。1985年，中科院利用這項技術進行了林縣食管癌流行病學

9、調(diào)查，找到了亞硝胺病因學說的證據(jù)。1986年，陸士新等學者完成了一項食管癌的病例對照研究和實驗性研究。國外學者隨后發(fā)現(xiàn)， O6-MedG的修復缺陷或受限可誘發(fā)點突變，使原癌基因激活而發(fā)生食管癌。,三、致癌物的暴露標志,生物有效暴露標志：蛋白質(zhì)加成物： 多為致癌物及其衍生物與血紅蛋白或白蛋白共價結合而形成。 如： 4－ABP－Hb加成物與膀胱癌之間關系密切。,四、致癌物的效應標志,效應標志物主要反映機體

10、接觸了致癌物質(zhì)之后所發(fā)生的多步驟的癌變過程中的某些事件?，F(xiàn)有的效應標志物主要是基因毒性標志物，包括DNA缺失、點突變、DNA單鏈斷裂、染色體異常、癌基因激活等。,四、致癌物的效應標志,染色體異常（CA）：CA是人群中應用最廣泛的早期生物學效應標志物。CA與腫瘤發(fā)生密切相關： 1. 染色體重組在原癌基因活化和抑癌基因失活中起到重要作用； 2.所有類型的腫瘤細胞中都存在真核核型的改變； 3.化學性致癌物常常

11、引起染色單體異常； 4.暴露于電離輻射可以導致雙著絲粒等； 5.某些先天性疾病有很高的CA率，且惡性腫瘤的發(fā)病率增加。 6. 隊列研究顯示CA發(fā)生率與全腫瘤發(fā)病率相關。,實例：食管癌（吳玉清等，1986）,食管癌高發(fā)與低發(fā)家族中，染色體畸變率分別為5.4%和0.38%。經(jīng)亞硝胺化合物MMC誘發(fā)的染色體畸變率分別為10.8%和4.2%。常見的斷裂或缺失多發(fā)生在1、2、3、11和17號染色體的某幾個特定部位

12、。MMC誘發(fā)的SCE也顯示病例組明顯高于對照組。,四、致癌物的效應標志,微核（M N ）：無著絲粒染色體片段聚集或整個染色體在復制后期的移動期間被滯留。表征染色體的畸變，是對傳統(tǒng)的CA分析的重要改進，能夠檢測非整倍體，而且更易實施?？勺鳛槟[瘤的預測標志物。,,微核,,,,,,四、致癌物的效應標志,次黃嘌吟鳥嘌吟磷酸核糖轉移酶(HGPRT) ：HGPRT基因體細胞突變的檢測是人群研究中最早進行的體細胞突變檢測。 HGPRT參與

13、腫瘤細胞DNA生物合成替代途徑。Wang等在江蘇啟東肝癌高發(fā)區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，AFTB1高暴露者HGPRT突變的頻率要高出19.3倍，說明HGPRT基因的突變頻率可以作為AFTB1暴露所致長期后果的效應標志物。,四、致癌物的效應標志,現(xiàn)代分子生物學認為：遺傳信息和表觀遺傳信息共同調(diào)控生物信息的表達。研究表明：每種腫瘤至少有一種基因的啟動子區(qū)發(fā)生超甲基化；很多基因啟動子超甲基化具有腫瘤類型的特異性。CpG島甲基化在胃癌等多種腫瘤中有報道

14、。,五、腫瘤發(fā)生的易感性標志,許多遺傳性家族性腫瘤綜合征都有基因的高外顯率突變。在探討致癌機制的過程中，總有該因素會“選擇”讓一部分人逐步走向癌變，這在考慮暴露因素施加給宿主的不同免疫壓力的同時，更應該關注宿主遺傳易感性對癌變過程的影響。,五、腫瘤發(fā)生的易感性標志,（一）代謝酶及其基因多態(tài)性： 代謝酶有I相和II相之分。I相酶主要是細胞色素氧化酶P450家族(CYPs)，它們催化氧化反應，引入親電子基團，使致癌物活化。II相酶則

15、引入親水基團，使致癌物代謝排出，如谷胱甘肽S轉移酶(GSTs) ,N-乙?；D移酶(NATs)、葡萄糖醛酸結合反應轉移酶(UGTs）等。代謝酶基因的多態(tài)性可以改變相應酶的活化或解毒的能力，從而增加或降低環(huán)境暴露因素的致癌潛能。,CYPs家族：,具有最高催化活性的是CYP1A1和CYP2A2，參與多環(huán)芳烴代謝，與吸煙相關的上呼吸道、上消化道、泌尿道和乳腺的腫瘤有關。 CYP2E可以催化外源性N-亞硝胺，其多態(tài)性與胃癌發(fā)生風險有關 。

16、CYP2A6 *2等位基因的479T > A 突變的產(chǎn)物具有較低激活前致癌物的能力，因而對機體有保護作用。CYPs也可能在雌激素的代謝中起到一定作用，因而與乳腺癌的癌變過程有關。,GSTs家族 ：,主要有四種：GSTA、GSTM、GSTT、GSTP。其中由于T1、M1、M3在人群中存在純合缺失而最常被研究。GSTM1基因發(fā)生純合突變而不能正常表達者，可導致多種類型腫瘤的發(fā)生風險增大。GSTM1還參與抗腫瘤物質(zhì)如異硫氰酸酯的

17、排泄。但也有研究表明CSTM1純合突變型人群表現(xiàn)為低的腫瘤患病率，還有研究并未發(fā)現(xiàn)該基因多態(tài)與腫瘤發(fā)生風險的關系。,NATs家族 ：,主要代謝動物蛋白在高溫下產(chǎn)生的雜環(huán)胺和多環(huán)芳烴。 NAT2的慢乙?；?S/S基因型)膀胱癌的發(fā)病風險增大，尤其是對接觸雜環(huán)胺和多環(huán)芳烴職業(yè)的人。在吸煙類型和吸煙量一致的前提下，慢乙?；蛐驼?-ABP-Hb加成物的水平遠高于快乙酰化者。與在膀胱癌發(fā)生中的保護作用相反，快乙酞化者結腸癌的發(fā)病風險

18、增大。,UGTs家族 ：,低水平的UGT酶活性可能意味著更嚴重的氧化損傷和腫瘤發(fā)生風險的增加。 有報道停經(jīng)前美國黑人婦女中，有變異UGT基因型的乳腺癌的發(fā)病風險約增加1.8倍。,其它 ：,亞甲基四氫葉酸脫氫酶(MTHFR)：MTHFR可能在調(diào)節(jié)與膳食攝入有關的胃癌風險方面起作用。MTHFR基因677C> T和1298A > C的純合型都會降低酶活性，與較低的血葉酸水平有關，攜帶有MTHFR 677T的個體，胃癌尤其是賁門癌

19、的發(fā)病危險增加。超氧化物歧化酶(SOD)：相對較高的SOD水平是保護宿主胃黏膜免受高濃度的毒性ROMs損傷的防御屏障;而較低的SOD水平使得胃黏膜易受氧化應激損傷，導致腫瘤形成，也是患者臨床預后較差的重要標志。兒茶酚氧位甲基轉移酶(COMT)：能夠滅活兒茶酚，減少其與DNA結合并誘導損傷，COMT基因型和乳腺癌的關系隨停經(jīng)狀態(tài)、體格大小和吸煙狀況而不同，表明其在乳腺癌中的作用可能要依賴于激素環(huán)境。,五、腫瘤發(fā)生的易感性標志,（二）D

20、NA修復相關基因多態(tài)性 ： DNA修復是牽涉一系列機制的復雜過程，其相關基因多態(tài)性導致的DNA修復效率與保真度的差異與個體腫瘤發(fā)病風險之間有密切關系。X射線交錯互補修復基因1(XRCC1)：影響細胞對電離輻射敏感性，它通過與聚腺苷酸二磷酸核糖轉移酶、DNA連接酶III和DNA多聚酶R等作用，在DNA損傷單鏈斷裂修復中起重要作用，與口腔癌、食管癌、膀胱癌以及乳腺癌的發(fā)生有關。O6甲基鳥嘌吟DNA甲基轉移酶(MGMT)：可將突變或細胞

21、毒性的加成物從O6甲基鳥嘌吟轉移到自身的半胱氨酸殘基上，修復烷基化損傷。MGMT基因的突變(或多態(tài)性)可能會增加個體對烷化劑的易感性。,五、腫瘤發(fā)生的易感性標志,（三）炎癥因子的基因多態(tài)性 ： 免疫系統(tǒng)的反應對于腫瘤預防是十分有益的，強大的機體免疫力有助于個體滅活腫瘤細胞，包括人類白細胞抗原基因、白介素基因、腫瘤壞死因子基因、環(huán)氧化酶基因等炎癥反應相關基因的多態(tài)性都與腫瘤發(fā)生密切相關。波蘭的研究發(fā)現(xiàn)IL-1B-511C>T或I

22、L-1-RN短等位基因純合型均導致胃癌的發(fā)生風險增大。葡萄牙學者的研究也表明同時有IL-1B-511T和IL-1RN*2/*2基因型者患胃癌的風險增大。中國和日本針對胃癌高危人群的研究表明，亞洲居民與歐美人不同，該基因的多態(tài)可能并不與胃癌有關，但是IL-1B-511C在未感染Hp人群中可能意味著較大的胃黏膜萎縮風險。,六、蛋白質(zhì)組學在腫瘤分子流行病學中的應用,蛋白質(zhì)組學主要依靠生物化學手段對細胞所有蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)組進行大規(guī)模研究，研究

23、蛋白顯微特征、差異顯示和蛋白-蛋白交互作用。蛋白質(zhì)要比基因更接近功能，對蛋白質(zhì)的研究通?？梢灾苯訉е律飳W發(fā)現(xiàn)或假說，將極大地促進后基因組時代對于基因功能的理解。,六、蛋白質(zhì)組學在腫瘤分子流行病學中的應用,腫瘤分子流行病學可以借助蛋白質(zhì)組學技術的強大力量，找到更為敏感和特異的腫瘤標志物。蛋白質(zhì)組學技術可以在蛋白質(zhì)水平研究基因功能，能夠提供大量的蛋白蛋白交互作用的資料，為生命科學做出重要和直接的貢獻。蛋白質(zhì)組學技術通過確認與腫瘤發(fā)生

24、相關的基因表達譜，從而闡明導致腫瘤表型的分子機制，以選擇最適合某一腫瘤類型的治療方案。,六、蛋白質(zhì)組學在腫瘤分子流行病學中的應用,雙向凝膠電泳配合質(zhì)譜分析乳腺浸潤性導管癌蛋白質(zhì)組的變化，發(fā)現(xiàn)25種表達量顯著不同的、28種不同功能的蛋白質(zhì)，可作為腫瘤治療或診斷的候選標志。用芯片技術已經(jīng)識別骨橋蛋白是卵巢癌的一種可能的標志物。美國公司開發(fā)了一種卵巢癌篩查的蛋白質(zhì)組學方法，通過識別關鍵蛋白的分布來鑒別卵巢癌，具有較高的靈敏度和特異度。有

25、學者通過直接組織蛋白質(zhì)組學技術，可以直接從福爾馬林固定石蠟包埋的前列腺腫瘤組織樣品來發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)，研究者發(fā)現(xiàn)428種前列腺表達的蛋白質(zhì)，并可在pg數(shù)量級上檢測PSA。,六、蛋白質(zhì)組學在腫瘤分子流行病學中的應用,由于蛋白質(zhì)的行為由二級結構決定，對依靠親和力來捕獲靶蛋白的技術體系造成了很大限制。運用質(zhì)譜對確切的化學成分不能常規(guī)鑒別，需要有附加的蛋白質(zhì)富集和鑒別程序才能識別潛在的腫瘤標志。質(zhì)譜分析還存在峰高和豐度之間的關系并非線性、難以實現(xiàn)

26、重復、需要蛋白質(zhì)指紋圖譜數(shù)據(jù)庫為依據(jù)等困難。蛋白質(zhì)組學研究還未開發(fā)出類似于PCR的擴增體系，給檢驗低豐度蛋白質(zhì)帶來一些困難。,七、腫瘤分子流行病學存在的問題,對腫瘤分子流行病學研究的評估必須建立在對研究設計和分析進行嚴格考核的基礎上。由于偏倚和混雜因素的控制不當，不僅導致無價值的結論，甚至違背科學精神。流行病學判斷因果關聯(lián)的一個重要標準是關聯(lián)的合理性。腫瘤分子流行病學常常孤立地研究某種標志物的重要性，這種研究的片面性已經(jīng)越來越突出

27、。腫瘤分子流行病學還需要生物學、化學、基礎醫(yī)學、計算機科學等多學科交叉發(fā)展，從而開發(fā)出兼具靈敏性、特異性、精確性的腫瘤標志物和更靈敏、更快速、高通量、自動化的檢測工具，用于腫瘤的預防、診斷和治療。,八、前瞻性腫瘤分子流行病學實例,確定某種標志物是否能夠作為某疾病早期標志只能通過前瞻性的隊列研究和實驗性研究來證實。由于前瞻性研究人財物消耗巨大，更重要的是缺少合適的標志物，導致目前前瞻性的研究依然較少。,實例一：美國國家癌癥研究所(NC

28、I),乳腺癌、前列腺癌以及激素相關基因多態(tài)性隊列聯(lián)合研究。融合了美國腫瘤協(xié)會的腫瘤預防研究隊列II 、哈佛隊列研究、國際癌癥研究機構的歐洲癌癥與營養(yǎng)前瞻性調(diào)查研究、夏威夷和南加州大學的多種族隊列研究以及NCI的前列腺癌、肺癌、結直腸癌、卵巢癌腫瘤篩查試驗和α生育酚β-胡蘿卜素研究的資料和生物樣品。共研究了6160例乳腺癌和8850例前列腺癌患者發(fā)病過程中53個候選基因突變(或多態(tài)性)的影響以及與環(huán)境的交互作用。經(jīng)過協(xié)調(diào)的資料融合可

29、以保證不同研究間基因型的標準化而確保基因突變研究的可比性。,實例二：國際癌癥研究機構(IARC),CA和腫瘤風險的隊列研究。共有來自克羅地亞、匈牙利、立陶宛、波蘭和斯洛文尼亞的6430名健康人，隨訪從1978年到2002年。研究表明：高、中CA水平與低CA水平相比，RR分別為1.81、1.78 ，這種關聯(lián)在胃癌發(fā)病中表現(xiàn)最強。 該研究進一步明確了CA與腫瘤發(fā)生風險之間的關系。,實例三：芬蘭 Maattanen等,評估血清PSA在前

30、列腺腫瘤篩查中的特異度的隨機對照試驗。 共對32000人進行篩檢。結果：PSA<=4.0ug/L或者PSA在3.0~3.9之間同時輔助試驗(直腸指診)陰性定為篩查陰性。第一輪篩查的特異度達0.933(95%CI=0.929-0.936)?？傮w而言，芬蘭PSA篩查試驗的特異性較好。,實例四：北京大學臨床腫瘤學院,通過根除Hp預防胃癌的人群干預試驗。 山東臨朐胃癌高發(fā)現(xiàn)場，1994年Hp抗體檢測陽性的3365人隨機進入了阿莫西