基于TZL的分子流行病学研究：食管癌及动脉粥样硬化

【摘要】近年来,随着工业化、城镇化、老龄化进程的加快,慢性病患病、死亡呈现持续、快速增长趋势,其中恶性肿瘤和心血管疾病成为我国居民的主要死因之一。由复旦大学、北京大学、国家人类基因组南方研究中心、江苏省疾病预防控制中心和泰州市疾病预防控制中心等单位的科学家发起和参与的“泰州人群健康跟踪调查”项目(TZL)是以泰州市全市城镇居民为目标人群进行中国人群慢性病分子流行病学研究。该研究通过建立泰州20万人的健康队列,进行长期跟踪调查,期望探索中国经济转型期重大慢性疾病(各种常见恶性肿瘤、心脑血管疾病、代谢性疾病等)分子流行病学队列研究需要解决的共性关键问题,阐明若干环境和遗传因素与重大疾病发生发展、治疗和转归的关系,为国人慢性病防治工作做出贡献。本论文在TZL建设的基础上,整合现有队列资源和医院资源,分两部分就慢性病中两大主要疾病——恶性肿瘤(食管癌为代表)和心脑血管疾病(动脉粥样硬化为代表)展开研究。第一部分为食管癌的环境病因学研究,此部分在一个严格、科学设计的人群为基础病例对照研究基础上,系统的评价各种行为相关因素和环境微生物(主要为口腔菌群)与食管癌发生的关系；第二部分为动脉粥样硬化相关表型的遗传易感性研究,此部分在泰州队列的基础上结合医院收集的丰富病例资源,运用多种分子生物学手段,探索遗传易感性对心脑血管疾病的贡献。第一部分中,我们首先分析了泰州市下辖泰兴市近年的食管癌发病情况,发现2003～2010年食管癌的发病粗率为60.67/10万,0-74岁累积发病率为4.62%；8年中新发病例数5810例,男性多于女性,男性发病年龄高于女性,每年发病的绝对人数基本保持平稳；发病趋势分析发现女性发病率有明显的下降趋势,平均每年下降3.07%,男性和男女合并未见显著的变化趋势。其次,通过对583例食管鳞癌病例和774例对照人群的生活方式评估中也鉴定出一些食管癌的危险因素,我们证实了饮酒可能是食管鳞癌的独立风险因子,OR值为2.21(1.68～2.90),随着饮酒年限和饮酒频率的增加,患食管鳞癌的风险也在增加。另外,自来水饮用年限的增加,对食管鳞癌的发生有明显的保护作用,当饮用年限超过5年时OR值为0.56(0.35-0.88)。我们还分析了食物保存方式对食管癌的影响,不使用冰箱和不使用密闭容器均与高的食管癌危险度有关,OR值分别为2.33(1.72～3.14)和2.99(2.10～4.25)。每天刷牙少于一次或者不刷牙者,OR值为2.02(1.56～2.62)。最后本部分还应用barcoded454测序技术在中国人群的食管鳞癌样本中,首次进行了口腔菌群的宏基因组学研究,共获得451,187条高质量序列,展现了该人群中特有的口腔菌群多样性组成。发现拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)为该人群中优势的细菌门。在门的水平上并未鉴定出年龄组和性别之间的明显差异。p多样性分析显示在100例食管鳞癌病例中存在明显的亚组,但并未找到这种亚组分组的原因。综上所述,我们通过一项严格设计的人群为基础病例对照研究,系统的分析了食管癌的环境病因学,鉴定出一些同泰兴市食管癌高发有关的环境危险因素,包括饮酒、饮水、口腔卫生状况和口腔菌群等。第二部分中,我们选取动脉粥样硬化相关表型研究心脑血管疾病的遗传易感性。由动脉粥样硬化导致的心脑血管疾病称为动脉粥样硬化性心血管疾病(ASCVD)如冠心病、脑卒中等,此类疾病已经成为现代社会中最主要的致死和致残的原因。近期,已有多个GWAS对冠心病、心肌梗死以及与动脉粥样硬化紧密相关的一些性状如血脂浓度的相关基因和位点进行了研究和报道。但在这些不同研究中,尽管每个研究小组尽量采用相同的研究策略和类似的技术手段,却仅有少量的基因和位点是能够在不同的全基因组关联分析研究项目中得以相互的重复验证。由此,我们认为在西方人群中发现的一些GWAS阳性位点,有必要在中国人群中进行验证。首先,我们进行了一项两阶段的关联研究。第一阶段包括451例缺血性脑卒中病例和462例正常对照,在这些样本中验证92个GWAS发现的阳性位点是否同中国人群的动脉硬化性心脑血管疾病(ASCVD)相关,其中79个是脂代谢相关GWAS-SNP,13个是冠心病相关GWAS-SNP。第二阶段包括一组缺血性脑卒中病例对照(779病例和836对照)和一组心肌梗死病例对照(824病例和737对照)。研究中我们发现：位于KLF14基因上游的rs4731702-T等位基因可显著的降低心肌梗死的风险性(OR=0.72,P<3.85×10-3);rs4731702-T等位基因也可显著降低ASCVD发病的风险(OR=0.78,P<5.43×10-4);我们还发现位于KLF14基因外显子上的非同义突变rs111400400(Ser58Pro)同心肌梗死相关。本部分中另外一个重要的发现是KCNQ1基因上的基因多态性首次被发现同血脂水平相关,而血脂是动脉粥样硬化关系最为紧密的独立危险因素。近年来的GWAS研究曾多次报道KCNQ1基因与二型糖尿病及胰岛素代谢相关,本部分中我们在一组小样本维吾尔族人群中(N=478)和一组TZL汉族人群中(N=2485)研究KCNQ1基因的基因多态性是否同包括脂类指标在内的代谢性表型相关。我们发现：rs2237892-T等位基因可以显著的降低血浆甘油三酯(TG)水平(P=0.001);rs12720449的G等位基因也可以显著降低血浆TG水平,而且此等位基因的频率在高加索人群和东亚人群差异很大(分别为0.2%和14%)；此外,rs1057128-A等位基因也显著的降低血浆TG水平。综上所述,我们发现KLF14基因内和附近的遗传变异和动脉硬化性心脑血管疾病相关；而且我们也首次报道了KCNQ1基因上的非同义突变rs12720449和血浆甘油三酯水平相关。TZL队列平台作为一个基于中国人群健康研究的大型队列,已经逐渐显示其在病因学研究中的作用。我们通过队列基础上的横断面研究和病例对照研究初步探索重大慢性疾病(如食管癌和动脉粥样硬化)的分子流行病学特征。本论文结合最新的分子生物学技术和分析方法对食管癌和动脉粥样硬化相关表型的分子流行病学做了探索尝试并发现了一些研究结果,期望可以为后续的研究和慢性病的防治工作提供有用的线索。
【作者】陈兴栋；
【导师】金力；
【作者基本信息】复旦大学，遗传学，2012，博士
【关键词】食管癌；动脉硬化性心脑血管疾病；分子流行病学；泰州人群健康跟踪调查；宏基因组；遗传易感性；

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