【課件教案】 從基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)到轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué) 高血壓發(fā)病機(jī)制研究趨向

從基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)

到轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)

-高血壓發(fā)病機(jī)制研究趨向

朱鼎良上海市高血壓研究所從基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)

到轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)

-高血壓發(fā)病機(jī)制研究近代生命科學(xué)研究的發(fā)展趨勢大科學(xué)時(shí)代在傳統(tǒng)生物學(xué)基礎(chǔ)之上集數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、工程學(xué)、計(jì)算機(jī)信息科學(xué)的交叉綜合、理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，在研究視角、思路、組織架構(gòu)上大變革

跨團(tuán)隊(duì)、跨學(xué)科、跨國界合作科學(xué)前沿技術(shù)

基因組學(xué)、干細(xì)胞、再生醫(yī)學(xué)、分子影象、納米技術(shù)等轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)

3P時(shí)代（預(yù)測、預(yù)防、個(gè)體化醫(yī)療）

近代生命科學(xué)研究的發(fā)展趨勢復(fù)雜性狀疾病近十多年研究策略

疾病基因組學(xué)研究

國家973項(xiàng)目、國家863、科技部重大專項(xiàng)

（1997-2004年）

系統(tǒng)生物學(xué)研究

國家973項(xiàng)目

（2005-2009年）

轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究復(fù)雜性狀疾病近十多年研究策略疾病基因組學(xué)研究基因組學(xué)研究-一種嶄新的研究視角

從單基因到全基因組人類基因組計(jì)劃（HGP)基因組單倍體圖譜計(jì)劃（HapMapproject）基因組學(xué)研究-一種嶄新的研究視角-O'DonnellCJ,NabelEG.CircCardiovascGenet2008;1:51-O'DonnellCJ,NabelEG.CGWASsamplesMetaanalysiswithothersphenotypesSNPsCHARGE29136BPgen(34433)Hyertension,SBP,DBP2.5millionsGlobalBPgen34433113250SBP,DBP2.5millions2successfulGWASstudiesonBP

（P<5x10-8）GWASsamplesMetaanalysiswithCHARGECHARGE

+BPgenSBPDBPHTCHARGEBPgenCYP17A1CSK11SNPs8SNPsSH2B3ATXN2CHARGECHARGE

+BPgenSBPDBPHTCHA高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來

現(xiàn)狀

1.關(guān)聯(lián)研究和連鎖分析未能發(fā)現(xiàn)高血壓易感基因及其變異；2.GWAS研究發(fā)現(xiàn)的血壓相關(guān)位點(diǎn),其對人群血壓的影響及其微弱(<1mmHg),只能解釋人群血壓變異的不到0.2%；3.對GWAS能否揭示高血壓遺傳基礎(chǔ),存在不同見解

高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來

對高血壓GWAS的評介(正方)

1.在現(xiàn)有GWAS研究結(jié)果基礎(chǔ)上,尋找致病基因變異,開展基因功能研究；2.進(jìn)行更大規(guī)模的meta分析,發(fā)現(xiàn)更多作用微弱的常見基因變異；“InternationalConsortiumforBP-GWAS”(>70000例)3.不同人種、人群的血壓GWAS研究“AGENBP-GWAS”。-DominiczakAF,etal.Hypertens2010;56:1017

高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來

對高血壓GWAS的評介(反方)

1.GWAS研究未能揭示高血壓的遺傳結(jié)構(gòu)、未發(fā)現(xiàn)致病基因變異、未發(fā)現(xiàn)新的發(fā)病機(jī)制、未發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)、未發(fā)現(xiàn)臨床有用的遺傳標(biāo)記；2.需要開發(fā)新一代研究技術(shù)和策略;3.重視少見基因變異(raregeneticvariants)對血壓的作用。

-Kurtz.Hypertens2010;56:1021

高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來-O'DonnellCJ,NabelEG.CircCardiovascGenet2008;1:51-O'DonnellCJ,NabelEG.C系統(tǒng)生物學(xué)-一種嶄新的研究思維方式

從單一組分到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控

系統(tǒng)生物學(xué)是研究一個(gè)生物系統(tǒng)中所有組成成分（基因、mRNA、蛋白質(zhì)和代謝物小分子等）的構(gòu)成以及在特定條件下相互作用的學(xué)科。其核心是整體性研究和系統(tǒng)性研究，“整合”是系統(tǒng)生物學(xué)的靈魂。這是有別于迄今為止所有其他生物學(xué)分支學(xué)科的思維和研究方式，是一種嶄新的思想。它既關(guān)心對一個(gè)系統(tǒng)中所有組分及組分之間相互關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，又致力于將組分——相互作用——網(wǎng)絡(luò)調(diào)控——系統(tǒng)行為有機(jī)地整合在一起，體現(xiàn)出系統(tǒng)的新特征。系統(tǒng)生物學(xué)-一種嶄新的研究思維方式從單一系統(tǒng)生物學(xué)研究思路

在闡明全部參與生物系統(tǒng)作用的生物分子組分的基礎(chǔ)上，進(jìn)而搞清參與功能表現(xiàn)的模體（motif）、代謝途徑（pathways）和信號通路（signaling）,然后選擇某些與復(fù)雜性狀疾病相關(guān)的系統(tǒng)，搞清系統(tǒng)中模體參與代謝途徑（pathways）和/或信號通路（signaling）調(diào)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（模件，modules），最后由不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建完整的網(wǎng)絡(luò)組織（organization）。系統(tǒng)生物學(xué)研究思路在闡明全部參與生物系統(tǒng)作用系統(tǒng)生物學(xué)研究方法

建立關(guān)鍵的系統(tǒng)分析和整合分析的設(shè)計(jì)和技術(shù)平臺。主要包括實(shí)驗(yàn)分子生物學(xué)（濕實(shí)驗(yàn)）和計(jì)算機(jī)生物學(xué)(干實(shí)驗(yàn))技術(shù)平臺。前者以發(fā)展微量、精確和大規(guī)模分離、鑒定、監(jiān)測和系統(tǒng)擾亂及其功能評價(jià)系統(tǒng)為主要目標(biāo)，后者以生物模擬，提出假設(shè)及進(jìn)行系統(tǒng)功能預(yù)測為主要任務(wù)。通過“干”、“濕”結(jié)合，建立具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和語言的系統(tǒng)形態(tài)。系統(tǒng)生物學(xué)研究方法建立關(guān)鍵的系統(tǒng)分析和整合Guyton數(shù)學(xué)模型

人體長期血壓調(diào)控的定量分析循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)模型(多變量、非線性的大系統(tǒng)）400多個(gè)生理變量354個(gè)功能塊18個(gè)子系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)輸入-輸出關(guān)系、反饋關(guān)系用框圖表示

數(shù)字模擬、計(jì)算機(jī)分析：接點(diǎn)、常數(shù)、變量上下限，時(shí)間常數(shù)，變量間關(guān)系壓力置定點(diǎn)的調(diào)控：腎臟Guyton數(shù)學(xué)模型

人體長期血壓調(diào)控的定量分析循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)Physiologyandgenomics:towardsystemsbiology

Thelasttenyearshaveseenanunprecedentedmergeofphysiologyandgenomics.Whilethefieldofphysiologicalgenomicsisstillveryyoung,theintroductionoftheconceptofsystemsbiologypromisestopropelphysiologicalgenomicstoawholenewlevel.Inthisbriefarticle,weoutlinedsomeofthegreatopportunitiesandchallengesforphysiologistsatthisexcitingtimeofphysiologicalsciences,andusedourownexperiencefromthelasttenyearsasanexampletodiscusshowwecouldexpandandgobeyondthecombinationofphysiologyandgenomicstoachieveasystemsunderstandingofbiology.-CowleyA.ActaPhysiologicaSinica,2006,58:1-4Physiologyandgenomics:towar生理學(xué)與基因組學(xué)-走向系統(tǒng)生物學(xué)生理學(xué)與基因組學(xué)-走向系統(tǒng)生物學(xué)國內(nèi)高血壓機(jī)制系列性研究舉例geneticstudy(associationstudy,GWAS)RAS(AngIIreceptor,ACE2)vascularremodelingCapsaicin/TRPV1Channelrenaldopaminereceptor-GRK4EETsTRP/KYNpathwayH2S國內(nèi)高血壓機(jī)制系列性研究舉例geneticstudy(aFromBenchtoBedside,

FromBedsidetoCommunity

T1,is“thetransferofnewunderstandingsofdiseasemechanismsgainedinthelaboratoryintothedevelopmentofnewmethodsfordiagnosis,therapy,andpreventionandtheirfirsttestinginhumans.”T2,is“thetranslationofresultsfromclinicalstudiesintoeverydayclinicalpracticeandhealthdecisionmaking.”SomeauthoritiesdivideT2intoT2includesguidelinedevelopment,meta-analyses,andsystematicreviews,whereasT3includesdisseminationandimplementationresearch.

LauerMS,etal.Circulation2010;121:929-933FromBenchtoBedside,

FromBNIH資助轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的目標(biāo)1.buildinganationalclinicalandtranslationalresearchcapacity,2.providingopportunitiesfortrainingandcareerdevelopment,3.enhancingconsortium-widecollaborations,4.Improvingcommunityhealththroughresearch,5.advancingT1toacceleratethetranslationofbasicsciencediscoveriestoclinicaltesting.-LauerMS,etal.Circulation2010;121:929-933NIH資助轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的目標(biāo)1.buildinganat

T1:ConnectingBasicandClinicalResearch

基礎(chǔ)：“Omics”產(chǎn)生的大量資料,對疾病的分子、基因和細(xì)胞基礎(chǔ)的認(rèn)識取得

巨大進(jìn)步挑戰(zhàn)：對大量復(fù)雜的基因型和表型數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、

分析和分享，使之發(fā)揮最大作用

T1:ConnectingBasicandClinT2:BridgingResearchandPractice

Implementationresearchtakesinterventionsthataregenerallyacceptedasbeneficialandaddressestheirextensionoradaptationtospecificpopulationsorsettings,testingavarietyofeducationalapproaches,behavioraltechniques,andenvironmentalororganizationalstrategies.Thestudypopulationscancomefromavarietyofsettingsandothercommunitysettings-LauerMS,etal.Circulation2010;121:929-933T2:BridgingResearchandPrac轉(zhuǎn)化研究:一種嶄新的研究理念

和實(shí)施體系打破基礎(chǔ)與臨床的隔閡從”小作坊式”研究走向大規(guī)模聯(lián)合研究“consortium”

全面規(guī)劃、資源共享轉(zhuǎn)化研究:一種嶄新的研究理念

和實(shí)施體系打破基礎(chǔ)與臨床的隔【課件教案】從基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)到轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)高血壓發(fā)病機(jī)制研究趨向轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)：我們準(zhǔn)備好了嗎？研究資料（基因型和表型）和轉(zhuǎn)化靶標(biāo)

臨床和社區(qū)研究隊(duì)列Consortium和network

科學(xué)規(guī)劃、共享機(jī)制轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)：我們準(zhǔn)備好了嗎？研究資料（基因型和表型）和轉(zhuǎn)化靶高血壓新定義GilesTD,etal.JClinHypertens.2009;11:611-614.

高血壓是一個(gè)由多種復(fù)雜和相關(guān)因素導(dǎo)致的、逐漸進(jìn)展的心血管綜合征。這一綜合征的早期標(biāo)志常出現(xiàn)在血壓持續(xù)升高以前，所以不能僅依據(jù)個(gè)別血壓值進(jìn)行高血壓分類。疾病進(jìn)展與心血管功能和結(jié)構(gòu)異常密切相關(guān)，進(jìn)而引起心臟、腎臟、大腦、血管和其它靶器官損害，導(dǎo)致過早發(fā)生心血管事件和死亡。高血壓新定義GilesIntermediateLesionEarlyVascularAgeing(EVA)

AtherosclerosisandarterialstiffeningFoamCellsFattyStreakAtheromaFibrousPlaqueComplicatedLesion/RuptureFromFirstDecadeFromThirdDecadeFromFourthDecadeGrowthoftheLipidCoreSmooth

MuscleandCollagenThrombosisEndothelialDysfunction-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10IntermediateEarlyVascularAge血管老化(vascularaging)生理性血管老化隨年齡增長,動(dòng)脈壁彈性蛋白斷裂、膠原蛋白增加，動(dòng)脈壁病變，動(dòng)脈僵硬度增加,病理性血管老化在心血管危險(xiǎn)因素的作用下，血管壁氧化應(yīng)激、慢性炎癥、脂質(zhì)沉積、加速血管老化-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10血管老化(vascularaging)生理性血管老化篩查EVA、CVD早期防治對有早發(fā)CVD家族史的成員應(yīng)進(jìn)行EVA,RF篩查ADAM(aggressivedecreaseofatherosclerosismodifiers)-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10篩查EVA、CVD早期防治對有早發(fā)CVD家族史的成員應(yīng)進(jìn)行EStartofinterventionwithADAMinpatientsatincreasedcardiovascularrisk-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10StartofinterventionwithADA血管老化的防治-生活方式改善和藥物治療

生活方式改善:減輕體重、低鹽攝入、限酒等

藥物：降壓藥、調(diào)脂藥、治療糖尿病藥

使動(dòng)脈僵硬度降低-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10血管老化的防治-生活方式改善和藥物治療生活方式改善:血管老化的防治-研制中的藥物AGEbreaker

Alagebrium(ALT711)

端粒酶激活劑farnesyltransferaseinhibitors

上調(diào)laminA生成-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10

血管老化的防治-研制中的藥物AGEbreaker謝謝謝謝中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第一階段——方法（小樣本，嚴(yán)格入組標(biāo)準(zhǔn)）

病例

1）原發(fā)性高血壓患者：SBP≥140mmHg和/

DBP≥90mmHg，

（447例）或正在服用降壓藥物；

2）具有明確的高血壓家族史，家族中至少兩人患有高血壓病；

3）發(fā)病年齡>30歲；

4）體質(zhì)量指數(shù)（BMI）<25kg/m2;5）不具有糖尿病家族史，空腹血糖<7.0mmol/L;6）排除繼發(fā)性高血壓，心力衰竭，肝腎功能衰竭，惡性腫瘤。

對照

1）未被診斷過高血壓病，且血壓<120/80mmHg；

（455例）

2）年齡>40歲；

3）BMI<27kg/m2,空腹血糖<7.0mmol/L;4）排除糖尿病，心臟疾病，腎臟疾病，惡性腫瘤。

中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第一階段——方法中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第一階段——方法

芯片：IluminaHuman610-Quad,620,901SNPs

篩選位點(diǎn)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn):

最小等位基因頻率MAF>1%;

基因型檢出率>=97%(MAF<5%的SNP>=99%)

對照組的Hardy-Weinberg平衡檢驗(yàn)p>1e?5

符合質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的SNP共有590,761個(gè)。人群結(jié)構(gòu)評估：主成分分析顯示研究所用高血壓患者及對照來自同一人群。

中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第一階段——方中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）SNPIDChrPositionNearestGenePMAFBetas.e.SBPrs13298109983099052TLE12.60E-060.02021.264.49rs17356973983117979TLE13.33E-060.01921.654.63rs7869544983118656TLE13.33E-060.01921.654.63rs26227901839314266SYT45.78E-060.3756.061.33rs19918671681076729CDH137.01E-060.3026.391.41rs1120367983145600TLE17.58E-060.02219.554.34rs6141008209618903PAK78.65E-060.194-7.441.66rs22566631839359461SYT49.30E-060.3775.931.33DBPrs20876251063787762ZNF3651.48E-060.1435.551.14rs70926641063775327ZNF3652.50E-060.1445.421.14rs172466692105449596LOC7289663.08E-060.0627.811.66rs38648111063768882ZNF3653.12E-060.1445.381.15rs25722721839294951SYT43.59E-060.4333.760.81rs70865451063756530ZNF3653.63E-060.1445.331.14rs26227901839314266SYT44.16E-060.3753.840.83rs121210451168128695SCYL34.33E-060.02112.392.68rs176036661168122652SCYL34.33E-060.02112.392.68rs22566631839359461SYT45.38E-060.3773.800.83rs6827904425703853LOC6454816.94E-060.01514.903.29rs6839155425717843LOC6454816.94E-060.01514.903.29rs11579641839317376STY48.12E-060.3623.730.83HTrs27126724163569034FSTL52.26E-060.3340.540.11rs10617691949044506ZNF4042.78E-060.2140.620.13rs28839461949044528ZNF4042.78E-060.2140.620.13rs105140901869645111FBXO154.43E-060.131-0.730.16rs23564011949013689LYPD57.35E-060.2150.590.13第一階段——結(jié)果（與高血壓，血壓升高相關(guān)的位點(diǎn)）共發(fā)現(xiàn)26個(gè)與高血壓發(fā)生或血壓升高相關(guān)的P值在10-5以下的基因內(nèi)SNP系統(tǒng)生物學(xué)研究方法中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）SNPIDChr中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第二階段（驗(yàn)證）——方法The96.96DynamicArray

FLUIDIGM?EP1Software

中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第二階段（驗(yàn)證）—中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第二階段（驗(yàn)證）——樣本7039例樣本（高血壓患者3680例，對照3259例）中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第二階段（驗(yàn)證）—2q14~23KYNU2001-2004年已經(jīng)完成的研究內(nèi)容中國人群高血壓定位區(qū)域2q14-q23內(nèi)26個(gè)候選基因SNP檢測和小樣本關(guān)聯(lián)分析提示，KYNU基因2個(gè)cSNP與高血壓有關(guān)家系基因型不一致同胞對研究發(fā)現(xiàn)，Arg188Gln與血壓水平相關(guān)病例對照關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，Lys412Glu與高血壓發(fā)生相關(guān)KYNU

從基因到整體研究:TRP-KYNUPathway2q14~23KYNU2001-2004年已經(jīng)完成的研究內(nèi)容KYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究漢族高血壓家系全基因組掃描，將EH易感基因定位在2q14一q23區(qū)域內(nèi)對該區(qū)域內(nèi)的犬尿氨酸酶基因（KYNU,2q22.2)內(nèi)49個(gè)常見SNP(MAF>5%)進(jìn)行篩查，未發(fā)現(xiàn)與高血壓相關(guān)的位點(diǎn)。KYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究漢KYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究對犬尿氨酸酶基因進(jìn)行全基因測序，發(fā)現(xiàn)一個(gè)低頻非同義變異(Arg188Gln)KYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究對KYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究高血壓(1124)對照(1084)PArg188Gln(G/A)0.0150.0060.0075Arg188Gln與中國漢族高血壓相關(guān)Arg188Gln(G/A)不同基因型表型比較GG(n=2161)GA(n=47)P性別1091/107019/280.17年齡51±852±90.31收縮壓135±27144±280.027舒張壓87±1692±160.036肌酐77±1583±180.007病例對照研究基因型不一致同胞對研究Arg/Arg(GG)Arg/Gln+Gln/Gln(GA+AA)PN2424-M/F12/127/17-Age,year51.60±5.4052.40±8.000.57BMI,kg/m224.4±2.6725.9±2.990.075SBP,mmHg139.0±12.82168.3±24.67<0.001DBP,mmHg90.8±11.67105.5±14.080.001Arg188Gln(G/A)不同基因型表型比較KYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究高KYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究GG（11）GA+AA（24）PKm0.10±0.010.06±0.01<0.001收縮壓143±6161±50.04舒張壓91±3121±30.03Arg188Gln基因型與KYNU酶活性相關(guān)Arg188Gln對KYNU酶活性影響的體外研究Km(μM)Vmax(nmol/min/mg)Vmax/Km野生型36.5±4.93.9±0.70.11±0.016突變型30.8±4.71.7±0.60.05±0.012體內(nèi)功能試驗(yàn)體外功能試驗(yàn)高效液相色譜法測定基因型不一致同胞對外周血淋巴細(xì)胞KYNU酶活性HEK293細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)野生型及突變型KYNU，比較酶活性及催化效率KYNU基因Arg188Gln變異參與酶活性改變KYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究GKYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究KYNU轉(zhuǎn)基因小鼠腦組織KYNU酶活性與血壓的關(guān)系轉(zhuǎn)基因陽性小鼠腦皮質(zhì)KYNU酶活性為陰性小鼠的7.73倍（0.038±0.023vs0.005±0.001nmol/min/mg)；轉(zhuǎn)基因陽性小鼠延髓KYNU酶活性為陰性小鼠的5.05倍（0.032±0.020vs0.006±0.001nmol/min/mg)。轉(zhuǎn)基因陽性小鼠延髓KYNU酶活性與血壓呈正相關(guān)（P=0.017），未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因陰性小鼠KYNU酶活性與血壓相關(guān)。應(yīng)用實(shí)時(shí)定量RT-PCR測量轉(zhuǎn)基因小鼠及其同窩對照腦干組織中KynumRNA水平。

KYNU基因?qū)Ω哐獕喊l(fā)生產(chǎn)生影響KYNU基因低頻變異與高血壓發(fā)生相關(guān)遺傳標(biāo)志識別及功能研究KMetabolicsyndrome,age-associatedneuroendocrinedisorders,anddysregulationoftryptophan—kynureninemetabolism

(TRY)–kynurenine(KYNTheneuroendocrinetheoryofagingidentifiedaclusterofconditionsasage-associatedneuroendocrinedisorders(AAND).Obesity,dyslipidemia,hypertension,andtype2diabeteswerelaterdescribedasmetabolicsyndromes(MetS).ChronicinflammationiscurrentlyconsideredasacommonfeatureofMetS/AAND.Oneofthemechanismsbywhichchronicinflammationmighttriggerand/ormaintainthedevelopmentofMetS/AANDistranscriptionalinductionofindoleamine2,3-dioxygenase(IDO),rate-limitingenzymeoftryptophan)pathway,bypro-inflammatorycytokines(PIC).KYN–TRYmetabolismmightbethemeetingpointforgene-environmentinteractionandanewtargetforpreventionandtreatmentofMetS/AAND.-GregoryF.Oxenkrug:Ann.N.Y.Acad.Sci2010Metabolicsyndrome,age-associ從基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)

到轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)

-高血壓發(fā)病機(jī)制研究趨向

朱鼎良上海市高血壓研究所從基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)

到轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)

-高血壓發(fā)病機(jī)制研究近代生命科學(xué)研究的發(fā)展趨勢大科學(xué)時(shí)代在傳統(tǒng)生物學(xué)基礎(chǔ)之上集數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、工程學(xué)、計(jì)算機(jī)信息科學(xué)的交叉綜合、理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，在研究視角、思路、組織架構(gòu)上大變革

跨團(tuán)隊(duì)、跨學(xué)科、跨國界合作科學(xué)前沿技術(shù)

基因組學(xué)、干細(xì)胞、再生醫(yī)學(xué)、分子影象、納米技術(shù)等轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)

3P時(shí)代（預(yù)測、預(yù)防、個(gè)體化醫(yī)療）

近代生命科學(xué)研究的發(fā)展趨勢復(fù)雜性狀疾病近十多年研究策略

疾病基因組學(xué)研究

國家973項(xiàng)目、國家863、科技部重大專項(xiàng)

（1997-2004年）

系統(tǒng)生物學(xué)研究

國家973項(xiàng)目

（2005-2009年）

轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究復(fù)雜性狀疾病近十多年研究策略疾病基因組學(xué)研究基因組學(xué)研究-一種嶄新的研究視角

從單基因到全基因組人類基因組計(jì)劃（HGP)基因組單倍體圖譜計(jì)劃（HapMapproject）基因組學(xué)研究-一種嶄新的研究視角-O'DonnellCJ,NabelEG.CircCardiovascGenet2008;1:51-O'DonnellCJ,NabelEG.CGWASsamplesMetaanalysiswithothersphenotypesSNPsCHARGE29136BPgen(34433)Hyertension,SBP,DBP2.5millionsGlobalBPgen34433113250SBP,DBP2.5millions2successfulGWASstudiesonBP

（P<5x10-8）GWASsamplesMetaanalysiswithCHARGECHARGE

+BPgenSBPDBPHTCHARGEBPgenCYP17A1CSK11SNPs8SNPsSH2B3ATXN2CHARGECHARGE

+BPgenSBPDBPHTCHA高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來

現(xiàn)狀

1.關(guān)聯(lián)研究和連鎖分析未能發(fā)現(xiàn)高血壓易感基因及其變異；2.GWAS研究發(fā)現(xiàn)的血壓相關(guān)位點(diǎn),其對人群血壓的影響及其微弱(<1mmHg),只能解釋人群血壓變異的不到0.2%；3.對GWAS能否揭示高血壓遺傳基礎(chǔ),存在不同見解

高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來

對高血壓GWAS的評介(正方)

1.在現(xiàn)有GWAS研究結(jié)果基礎(chǔ)上,尋找致病基因變異,開展基因功能研究；2.進(jìn)行更大規(guī)模的meta分析,發(fā)現(xiàn)更多作用微弱的常見基因變異；“InternationalConsortiumforBP-GWAS”(>70000例)3.不同人種、人群的血壓GWAS研究“AGENBP-GWAS”。-DominiczakAF,etal.Hypertens2010;56:1017

高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來

對高血壓GWAS的評介(反方)

1.GWAS研究未能揭示高血壓的遺傳結(jié)構(gòu)、未發(fā)現(xiàn)致病基因變異、未發(fā)現(xiàn)新的發(fā)病機(jī)制、未發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)、未發(fā)現(xiàn)臨床有用的遺傳標(biāo)記；2.需要開發(fā)新一代研究技術(shù)和策略;3.重視少見基因變異(raregeneticvariants)對血壓的作用。

-Kurtz.Hypertens2010;56:1021

高血壓基因研究現(xiàn)狀與未來-O'DonnellCJ,NabelEG.CircCardiovascGenet2008;1:51-O'DonnellCJ,NabelEG.C系統(tǒng)生物學(xué)-一種嶄新的研究思維方式

從單一組分到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控

系統(tǒng)生物學(xué)是研究一個(gè)生物系統(tǒng)中所有組成成分（基因、mRNA、蛋白質(zhì)和代謝物小分子等）的構(gòu)成以及在特定條件下相互作用的學(xué)科。其核心是整體性研究和系統(tǒng)性研究，“整合”是系統(tǒng)生物學(xué)的靈魂。這是有別于迄今為止所有其他生物學(xué)分支學(xué)科的思維和研究方式，是一種嶄新的思想。它既關(guān)心對一個(gè)系統(tǒng)中所有組分及組分之間相互關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，又致力于將組分——相互作用——網(wǎng)絡(luò)調(diào)控——系統(tǒng)行為有機(jī)地整合在一起，體現(xiàn)出系統(tǒng)的新特征。系統(tǒng)生物學(xué)-一種嶄新的研究思維方式從單一系統(tǒng)生物學(xué)研究思路

在闡明全部參與生物系統(tǒng)作用的生物分子組分的基礎(chǔ)上，進(jìn)而搞清參與功能表現(xiàn)的模體（motif）、代謝途徑（pathways）和信號通路（signaling）,然后選擇某些與復(fù)雜性狀疾病相關(guān)的系統(tǒng)，搞清系統(tǒng)中模體參與代謝途徑（pathways）和/或信號通路（signaling）調(diào)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（模件，modules），最后由不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建完整的網(wǎng)絡(luò)組織（organization）。系統(tǒng)生物學(xué)研究思路在闡明全部參與生物系統(tǒng)作用系統(tǒng)生物學(xué)研究方法

建立關(guān)鍵的系統(tǒng)分析和整合分析的設(shè)計(jì)和技術(shù)平臺。主要包括實(shí)驗(yàn)分子生物學(xué)（濕實(shí)驗(yàn)）和計(jì)算機(jī)生物學(xué)(干實(shí)驗(yàn))技術(shù)平臺。前者以發(fā)展微量、精確和大規(guī)模分離、鑒定、監(jiān)測和系統(tǒng)擾亂及其功能評價(jià)系統(tǒng)為主要目標(biāo)，后者以生物模擬，提出假設(shè)及進(jìn)行系統(tǒng)功能預(yù)測為主要任務(wù)。通過“干”、“濕”結(jié)合，建立具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和語言的系統(tǒng)形態(tài)。系統(tǒng)生物學(xué)研究方法建立關(guān)鍵的系統(tǒng)分析和整合Guyton數(shù)學(xué)模型

人體長期血壓調(diào)控的定量分析循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)模型(多變量、非線性的大系統(tǒng)）400多個(gè)生理變量354個(gè)功能塊18個(gè)子系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)輸入-輸出關(guān)系、反饋關(guān)系用框圖表示

數(shù)字模擬、計(jì)算機(jī)分析：接點(diǎn)、常數(shù)、變量上下限，時(shí)間常數(shù)，變量間關(guān)系壓力置定點(diǎn)的調(diào)控：腎臟Guyton數(shù)學(xué)模型

人體長期血壓調(diào)控的定量分析循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)Physiologyandgenomics:towardsystemsbiology

Thelasttenyearshaveseenanunprecedentedmergeofphysiologyandgenomics.Whilethefieldofphysiologicalgenomicsisstillveryyoung,theintroductionoftheconceptofsystemsbiologypromisestopropelphysiologicalgenomicstoawholenewlevel.Inthisbriefarticle,weoutlinedsomeofthegreatopportunitiesandchallengesforphysiologistsatthisexcitingtimeofphysiologicalsciences,andusedourownexperiencefromthelasttenyearsasanexampletodiscusshowwecouldexpandandgobeyondthecombinationofphysiologyandgenomicstoachieveasystemsunderstandingofbiology.-CowleyA.ActaPhysiologicaSinica,2006,58:1-4Physiologyandgenomics:towar生理學(xué)與基因組學(xué)-走向系統(tǒng)生物學(xué)生理學(xué)與基因組學(xué)-走向系統(tǒng)生物學(xué)國內(nèi)高血壓機(jī)制系列性研究舉例geneticstudy(associationstudy,GWAS)RAS(AngIIreceptor,ACE2)vascularremodelingCapsaicin/TRPV1Channelrenaldopaminereceptor-GRK4EETsTRP/KYNpathwayH2S國內(nèi)高血壓機(jī)制系列性研究舉例geneticstudy(aFromBenchtoBedside,

FromBedsidetoCommunity

T1,is“thetransferofnewunderstandingsofdiseasemechanismsgainedinthelaboratoryintothedevelopmentofnewmethodsfordiagnosis,therapy,andpreventionandtheirfirsttestinginhumans.”T2,is“thetranslationofresultsfromclinicalstudiesintoeverydayclinicalpracticeandhealthdecisionmaking.”SomeauthoritiesdivideT2intoT2includesguidelinedevelopment,meta-analyses,andsystematicreviews,whereasT3includesdisseminationandimplementationresearch.

LauerMS,etal.Circulation2010;121:929-933FromBenchtoBedside,

FromBNIH資助轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的目標(biāo)1.buildinganationalclinicalandtranslationalresearchcapacity,2.providingopportunitiesfortrainingandcareerdevelopment,3.enhancingconsortium-widecollaborations,4.Improvingcommunityhealththroughresearch,5.advancingT1toacceleratethetranslationofbasicsciencediscoveriestoclinicaltesting.-LauerMS,etal.Circulation2010;121:929-933NIH資助轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的目標(biāo)1.buildinganat

T1:ConnectingBasicandClinicalResearch

基礎(chǔ)：“Omics”產(chǎn)生的大量資料,對疾病的分子、基因和細(xì)胞基礎(chǔ)的認(rèn)識取得

巨大進(jìn)步挑戰(zhàn)：對大量復(fù)雜的基因型和表型數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、

分析和分享，使之發(fā)揮最大作用

T1:ConnectingBasicandClinT2:BridgingResearchandPractice

Implementationresearchtakesinterventionsthataregenerallyacceptedasbeneficialandaddressestheirextensionoradaptationtospecificpopulationsorsettings,testingavarietyofeducationalapproaches,behavioraltechniques,andenvironmentalororganizationalstrategies.Thestudypopulationscancomefromavarietyofsettingsandothercommunitysettings-LauerMS,etal.Circulation2010;121:929-933T2:BridgingResearchandPrac轉(zhuǎn)化研究:一種嶄新的研究理念

和實(shí)施體系打破基礎(chǔ)與臨床的隔閡從”小作坊式”研究走向大規(guī)模聯(lián)合研究“consortium”

全面規(guī)劃、資源共享轉(zhuǎn)化研究:一種嶄新的研究理念

和實(shí)施體系打破基礎(chǔ)與臨床的隔【課件教案】從基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)到轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)高血壓發(fā)病機(jī)制研究趨向轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)：我們準(zhǔn)備好了嗎？研究資料（基因型和表型）和轉(zhuǎn)化靶標(biāo)

臨床和社區(qū)研究隊(duì)列Consortium和network

科學(xué)規(guī)劃、共享機(jī)制轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)：我們準(zhǔn)備好了嗎？研究資料（基因型和表型）和轉(zhuǎn)化靶高血壓新定義GilesTD,etal.JClinHypertens.2009;11:611-614.

高血壓是一個(gè)由多種復(fù)雜和相關(guān)因素導(dǎo)致的、逐漸進(jìn)展的心血管綜合征。這一綜合征的早期標(biāo)志常出現(xiàn)在血壓持續(xù)升高以前，所以不能僅依據(jù)個(gè)別血壓值進(jìn)行高血壓分類。疾病進(jìn)展與心血管功能和結(jié)構(gòu)異常密切相關(guān)，進(jìn)而引起心臟、腎臟、大腦、血管和其它靶器官損害，導(dǎo)致過早發(fā)生心血管事件和死亡。高血壓新定義GilesIntermediateLesionEarlyVascularAgeing(EVA)

AtherosclerosisandarterialstiffeningFoamCellsFattyStreakAtheromaFibrousPlaqueComplicatedLesion/RuptureFromFirstDecadeFromThirdDecadeFromFourthDecadeGrowthoftheLipidCoreSmooth

MuscleandCollagenThrombosisEndothelialDysfunction-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10IntermediateEarlyVascularAge血管老化(vascularaging)生理性血管老化隨年齡增長,動(dòng)脈壁彈性蛋白斷裂、膠原蛋白增加，動(dòng)脈壁病變，動(dòng)脈僵硬度增加,病理性血管老化在心血管危險(xiǎn)因素的作用下，血管壁氧化應(yīng)激、慢性炎癥、脂質(zhì)沉積、加速血管老化-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10血管老化(vascularaging)生理性血管老化篩查EVA、CVD早期防治對有早發(fā)CVD家族史的成員應(yīng)進(jìn)行EVA,RF篩查ADAM(aggressivedecreaseofatherosclerosismodifiers)-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10篩查EVA、CVD早期防治對有早發(fā)CVD家族史的成員應(yīng)進(jìn)行EStartofinterventionwithADAMinpatientsatincreasedcardiovascularrisk-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10StartofinterventionwithADA血管老化的防治-生活方式改善和藥物治療

生活方式改善:減輕體重、低鹽攝入、限酒等

藥物：降壓藥、調(diào)脂藥、治療糖尿病藥

使動(dòng)脈僵硬度降低-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10血管老化的防治-生活方式改善和藥物治療生活方式改善:血管老化的防治-研制中的藥物AGEbreaker

Alagebrium(ALT711)

端粒酶激活劑farnesyltransferaseinhibitors

上調(diào)laminA生成-NilssonPM,LaurentS,etal.Hypertension2009;54:3-10

血管老化的防治-研制中的藥物AGEbreaker謝謝謝謝中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第一階段——方法（小樣本，嚴(yán)格入組標(biāo)準(zhǔn)）

病例

1）原發(fā)性高血壓患者：SBP≥140mmHg和/

DBP≥90mmHg，

（447例）或正在服用降壓藥物；

2）具有明確的高血壓家族史，家族中至少兩人患有高血壓??；

3）發(fā)病年齡>30歲；

4）體質(zhì)量指數(shù)（BMI）<25kg/m2;5）不具有糖尿病家族史，空腹血糖<7.0mmol/L;6）排除繼發(fā)性高血壓，心力衰竭，肝腎功能衰竭，惡性腫瘤。

對照

1）未被診斷過高血壓病，且血壓<120/80mmHg；

（455例）

2）年齡>40歲；

3）BMI<27kg/m2,空腹血糖<7.0mmol/L;4）排除糖尿病，心臟疾病，腎臟疾病，惡性腫瘤。

中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第一階段——方法中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第一階段——方法

芯片：IluminaHuman610-Quad,620,901SNPs

篩選位點(diǎn)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn):

最小等位基因頻率MAF>1%;

基因型檢出率>=97%(MAF<5%的SNP>=99%)

對照組的Hardy-Weinberg平衡檢驗(yàn)p>1e?5

符合質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的SNP共有590,761個(gè)。人群結(jié)構(gòu)評估：主成分分析顯示研究所用高血壓患者及對照來自同一人群。

中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第一階段——方中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）SNPIDChrPositionNearestGenePMAFBetas.e.SBPrs13298109983099052TLE12.60E-060.02021.264.49rs17356973983117979TLE13.33E-060.01921.654.63rs7869544983118656TLE13.33E-060.01921.654.63rs26227901839314266SYT45.78E-060.3756.061.33rs19918671681076729CDH137.01E-060.3026.391.41rs1120367983145600TLE17.58E-060.02219.554.34rs6141008209618903PAK78.65E-060.194-7.441.66rs22566631839359461SYT49.30E-060.3775.931.33DBPrs20876251063787762ZNF3651.48E-060.1435.551.14rs70926641063775327ZNF3652.50E-060.1445.421.14rs172466692105449596LOC7289663.08E-060.0627.811.66rs38648111063768882ZNF3653.12E-060.1445.381.15rs25722721839294951SYT43.59E-060.4333.760.81rs70865451063756530ZNF3653.63E-060.1445.331.14rs26227901839314266SYT44.16E-060.3753.840.83rs121210451168128695SCYL34.33E-060.02112.392.68rs176036661168122652SCYL34.33E-060.02112.392.68rs22566631839359461SYT45.38E-060.3773.800.83rs6827904425703853LOC6454816.94E-060.01514.903.29rs6839155425717843LOC6454816.94E-060.01514.903.29rs11579641839317376STY48.12E-060.3623.730.83HTrs27126724163569034FSTL52.26E-060.3340.540.11rs10617691949044506ZNF4042.78E-060.2140.620.13rs28839461949044528ZNF4042.78E-060.2140.620.13rs105140901869645111FBXO154.43E-060.131-0.730.16rs23564011949013689LYPD57.35E-060.2150.590.13第一階段——結(jié)果（與高血壓，血壓升高相關(guān)的位點(diǎn)）共發(fā)現(xiàn)26個(gè)與高血壓發(fā)生或血壓升高相關(guān)的P值在10-5以下的基因內(nèi)SNP系統(tǒng)生物學(xué)研究方法中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）SNPIDChr中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第二階段（驗(yàn)證）——方法The96.96DynamicArray

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中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第二階段（驗(yàn)證）—中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第二階段（驗(yàn)證）——樣本7039例樣本（高血壓患者3680例，對照3259例）中國人群高血壓全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）第二階段（驗(yàn)證）—2q14~23KYNU2001-2004年已經(jīng)完成的研究內(nèi)容中國人群高血壓定位區(qū)域2q14-q23內(nèi)26個(gè)候選基因SNP檢測和小樣本關(guān)聯(lián)分析提示，KY