流行病学研究方法（流行病学四种研究方法）原创热心肠先生2020-12-26 18:00:00
潘安：华中科技大学同济医学院公共卫生学院教授
简介：主要从事营养流行病学和慢性代谢性流行病学方面的研究工作，近年来先后主持和参与国家基金委、科技部重点研发计划、新加坡卫生部 NMRC、美国国立卫生院（NIH）等多项科研项目，在营养流行病学和慢性病研究方面取得了一系列突出研究成果。
共在国际权威期刊发表 SCI 论文 170 多篇，论文总影响因子超过 1200，被引用次数超过 7600次，h-index为47。其中第一作者或者通讯作者文章超过 70 篇，包括 N Engl J Med、JAMA、Cell Metab、PLoS Med、JAMA Intern Med、JAMA Psychiatry、Circulation、Lancet Diabetes & Endocrinol、Diabetes Care 等。担任 Am J Clin Nutr、Nutrition & Metabolism、BMC Endocrine Disorders 等杂志副主编，受邀为包括 N Engl J Med、JAMA、Lancet、BMJ、Circulation、Diabetes Care、Am J Clin Nutr 等国际顶级杂志审稿超过 150 次，多次受邀在国内外会议上作大会发言。
大家好，我是来自于华中科技大学同济医学院公共卫生学院的潘安。非常感谢热心肠研究院提供这样的交流平台，今天我也很高兴有机会和大家分享，我们课题组最近几年在慢性病流行病学研究领域的一些工作。
目前，慢性非传染性疾病已经成为影响国民健康的主要杀手，也给个人、家庭、社会和国家造成了沉重的经济负担，因此早期预防和控制重大慢病的发生，已经成为公共卫生领域的巨大挑战。
重大慢病的防控，离不开流行病学等学科提供的证据，今年的新冠疫情，也让大家对流行病学有了初步认识。
在流行病学研究中，主要的方法可以简单归为两类：描述性研究和分析性研究。
描述性研究主要关注到疾病在人群中的分布特征，包括事件、人物、时间和地点等基本要素。比如，我们在新冠病例溯源时，这些内容都是需要仔细询问的。描述性研究又主要包括生态学研究、病例报告和病例系列，以及横断面调查。
而分析性研究的主要目的，则是研究疾病的病因，包括有病例对照研究和队列研究。除此以外，临床干预研究不仅可以研究疾病的病因，也广泛用于评价干预措施的效果。
从证据的等级来看，前瞻性队列研究占据着重要的地位。大样本、多中心的前瞻性队列研究，为我们制定更有效的重大慢病防治对策，提供了科学依据。
在病因学的研究中，病例对照研究是非常常见的，依据疾病的状态纳入研究对象，并寻找病例和对照之间各种暴露因素的区别，从而提示是否可能存在关联性。
但病例对照研究有一个很显然的缺陷，特别是在涉及到生物样本的时候，就在于生物样本等数据的采集是在疾病发生之后，因此暴露到结局之间的时间顺序不明确，因果关联论证证据较弱。
与此相对的队列研究，主要依据暴露状态选择人群进入研究，并进行长期的随访，收集在随访过程中发生的新发病例信息。因此队列研究是可以观察疾病进程，计算发病率，同时其暴露状态是自我选择的，并可在随访的过程中不断更新。
队列研究两个最重要的优势在于可以研究多个暴露因素和多个结局，多因多果，这对于很多慢性病来说是非常关键的。此外，队列研究的时间顺序较为明确，因果论证证据较为充分，因此前瞻性的队列研究是阐明疾病因果关系和构建预测预警模型的最可信的方法之一。
最近几年，国家对于队列研究也非常重视，加大投入建设百万自然人群和疾病人群队列。
在流行病学研究领域，目前有两个最主要的前沿进展。
首先，传统的流行病学关注于暴露因素和结局之间的关联性，而对于其中的原因和中间变量，缺乏足够的认识。
在近年来多组学技术飞速发展的同时，结合系统生物学和人群队列的系统流行病学应运而生。这将有助于我们深入理解人群中疾病的发生规律和机制，从而帮助我们更好地进行预防和治疗，这已经成为精准医学的一个基础。
此外，慢性病是日积月累、长期发展的结果，在人的生命过程中，我们不断受到周围环境因素和自身生活方式的影响。越来越多的研究证实，慢性病的发生，受到成年早期、青少年时期、儿童期，甚至更早的胎儿期的影响。因此，全生命周期流行病学也得到了越来越多的重视。
接下来，向大家介绍一下我个人以及课题组最近十多年在队列研究中所做的一些工作。由于时间关系，我仅介绍其中几个代表性的研究。
在我 2009 年前往美国哈佛大学从事博士后研究时，我在营养系的 Walter Willett 教授和 Frank Hu 教授课题组，第一次接触到了大型前瞻性队列，并领略了队列研究的魅力。
哈佛大学公共卫生学院，自七八十年代开始，建立了 3 个医护人员的队列研究。这些研究样本量巨大，同时每两年就随访更新一次，其饮食的数据每 4 年更新一次，因此这些队列研究提供了海量的暴露和结局的数据。
我当时的研究课题主要集中在营养流行病学领域。营养流行病学是一门年轻的学科，Walter Willett 教授可以说是这个学科的鼻祖和代表性的人物。他在营养流行病学中，主要是探索人群中膳食摄入的测量，以及营养成分食物和膳食模式与疾病和健康之间的关系。
我的一个研究课题，就是探索在西方人群中红肉的摄入与糖尿病的关联。
我们首先通过传统的分析，在控制了其他的混杂因素，包括其他食物摄入之后，我们发现，红肉的摄入量与糖尿病之间呈正相关。
也就是说红肉摄入越多的人，相较于摄入少的人，其糖尿病的风险是不断增加的，这在3个队列中都有非常一致的趋势。
那么在得到这样的关联结果之后，我们需要进一步地去思考，我们每个人每天的能量摄入其实是固定的，如果减少红肉的摄入，那么必然就会需要用其他的食物来进行替代。
因此我们进一步地分析了，用什么样的食物来替代红肉会更加的健康。研究也证实，较多的植物类蛋白来源的食物来替代红肉，可以显著地降低糖尿病的发病风险。
同时，我们每个人在一生中，其饮食模式并不是一成不变的，因此饮食习惯的改变，也是需要考虑的因素。
由于哈佛队列中每4年更新一次膳食数据，因此我们有一个独特的机会，进一步地分析了，在随访过程中如果增加或者减少红肉的摄入会怎么样呢？
我们的分析也证实，增加红肉摄入，会显著地增加随后糖尿病的发病风险，而适当地减少红肉的摄入，则是有益的。这进一步地为膳食指南的制定，以及为老百姓改变饮食习惯，提供了证据。
当时，我们其实也做了一系列的膳食变化模式的分析，我也很高兴地看到，现在这种膳食变化的分析，在其他队列中也得到了越来越多的重视和推广。
我们知道膳食其实是非常复杂的，除了以上提到的这些数量、质量和变化的分析以外，烹饪方式是否也会产生影响呢？
我们最近的分析也发现，高温烹饪——特别是烧烤、炙烤和烘烤，对于无论是红肉还是鸡肉，都显著增加了糖尿病的风险，而这种作用是独立于摄入量的，这可能跟高温烹饪中产生的一些多环芳烃等化合物有关。
因此，我们下次在夜宵吃烧烤的时候，也许要考虑一下了，还是应该适量，或者选择更加健康的烹饪方式。
饮食是糖尿病等慢病的重要影响因素。当然，除了膳食以外，糖尿病的影响因素还有很多，比如说运动、吸烟、饮酒、环境污染、家族史和其他的一些代谢性疾病等等。
为了深入探索人群中糖尿病的潜在机制，过去几年，我们课题组一直在进行糖尿病的代谢组学研究。
生命信息传递是从 DNA 开始，直到最终生成各种蛋白和代谢小分子，在体内发挥着巨大的作用，影响着表型和功能。
我们通过在新加坡和中国的多个华人队列，发现了一批影响 2 型糖尿病发生的代谢小分子，特别是支链氨基酸、芳香族氨基酸以及一些脂质代谢物，构建了相应的代谢物总评分、代谢途径的改变以及预测预警模型。
同时，我们也在寻找和 2 型糖尿病发生相关的蛋白生物标志物，进行了一些深入研究，发现了多个炎性因子、脂肪因子，还有肝脏因子，可能和 2 型糖尿病相关。
有意思的是，其中几个因子，例如 FGF-21 和 RBP-4，与 2 型糖尿病的风险之间存在性别差异，在女性中显著相关，而在男性中这种关联性则不显著。那么，这种性别差异也值得其他队列的验证，以及进一步的基础研究的证实。
在过去的二三十年间，中国的糖尿病患病率不断上升，目前全国约有 12%的成人患有糖尿病，中国也是世界上糖尿病患者最多的国家，而且糖尿病带来了沉重的医疗负担，其并发症严重影响了患者的生存质量。
但是很遗憾，一项全国性的调查显示，我国国民的糖尿病知晓率和治疗率只有 1/3 左右，控制率不足一半。因此，我们的糖尿病防控工作，还有很大的空间需要提升。
探索我国人群的糖尿病发生和发展的影响因素，将为糖尿病防控提供科学证据和靶点。
在既往研究的基础上，我们目前的研究工作主要集中在糖尿病的系统流行病学研究中，在有中国特色的前瞻性队列研究中，收集整理更多的组学数据，从而更好地理解糖尿病和并发症的发生机制。
我们的队列跨度十几年，研究人群从血糖正常到空腹血糖受损，到糖尿病的发生以及并发症的预后等全过程动态变化，为建立适合中国人群的糖尿病及并发症的风险预测模型，以及寻找潜在的干预靶点提供了科学依据。
我们学院自 2008 年开始，建立了东风同济队列，纳入东风汽车集团 4 万多名职工，并且每 5 年随访一次。
在此基础上，我们课题组主要集中在纳入该队列中的新发糖尿病患者，包括了 2008 年、2013 年和 2018 年的糖尿病患者，并进行长期的随访，以及链接到电子医疗记录系统，获取其并发症的发病信息。
那么在此基础上，我们自 2018 年开始筹建糖尿病专病队列，目前已经纳入了超过 4000 多名糖尿病患者。在原有相对比较简单的数据基础上，我们更加细致地每两年随访一次，并且全面地收集了患者的饮食和生活习惯、居住环境、社会环境、心理健康、认知功能、用药和治疗信息，以及所有的医院检查记录和结果包括影像学的数据，从而建立了信息完备的大数据平台。同时我们采集了血液、尿液、粪便等生物样本，以便将来可以开展多组学的实验室检测。
目前这个队列仍在持续地纳入新的病例，和对既往患者进行随访，我们也希望将来可以和更多的国内同行进行合作。
除了 2 型糖尿病以外，妊娠期糖尿病也受到了越来越多的关注。妊娠期糖尿病是怀孕期间的主要并发症，严重影响了孕妇和子代的短期和长期健康。
全球来看，妊娠期糖尿病的患病率在各大洲差异非常明显。即便在同一个国家，例如中国，各个地区的差异也非常大。最近的一项荟萃分析报道，我国每 7 个孕妇中，就可能有 1 个受到了妊娠期糖尿病的影响。
我们课题组自 2017 年开始，与成都市双流区妇幼保健院合作，建立了同济双流出生队列，从孕早期开始持续纳入孕妇，并在孕早期、孕中期、孕晚期、分娩和产后，进行了详细的问卷调查以及生物样本的采集。到目前为止，我们已经纳入了超过 7300 多名孕妇。
在此基础上，我们建立了妊娠期糖尿病的巢式病例对照研究，特别是我们利用了孕早期的生物样本，深入开展了包括基因组学、DNA 甲基化、蛋白生物标志物、肠道微生物组学、代谢组学、营养标志物和环境污染相关指标的检测工作。
目前我们也有很多新颖的发现，我们也非常期待和国内其他的出生队列可以深入合作，互相验证结果，增加结果的可信度。
除了以上 2 型糖尿病和妊娠期糖尿病的工作以外，我们课题组还在生命的更早期以及生命的晚期，都有一些涉足。
例如，我们和湖北省人类精子库合作，建立了男性生殖健康队列，招募前来捐精的普通男性，在 3 个多月的时间内我们多次进行问卷调查和重复的采样，包括了血液样本、尿液、精液和粪便的样本，并进行了大规模的实验室检测工作，包括环境暴露组学、营养标志物、代谢组学、肠道微生物组学、DNA 甲基化等等。
例如我们发现，睡眠时长和质量、体力活动和静息时间、握力的大小，与精液质量都有关系。一些环境污染标志物，例如重金属和氯化消毒副产物，与精液质量下降也是有关系的。其他的一些数据，我们目前也正在分析的过程中。
回国前，我曾在新加坡国立大学担任教职。我领导的团队在一项自 1993 年开始建立的新加坡华族健康研究中，进行了第 3 次随访，共纳入了 17000 多名老年人，进行了详细的老龄化指标的测量。
这项研究中纳入的人群，在 1993~1998 年基线时，年龄在 45~74 岁，中年至中老年时期。2014~2016 年，第 3 次随访时，年龄在 61~96 岁。
我们最近的一项工作就集中在健康老龄化的研究。根据国际最高的标准，我们用了 7 个指标来定义健康老龄化，只有当一个个体满足所有这 7 条指标时才会被定义为健康的老龄化。
我们深入分析了在 1993~1998 年，当所有人都在 45~74 岁时，他的生活方式评分以及饮食模式，和 20 年以后他的健康老龄化之间的关系。如图所示，中年时期健康的生活方式，包括健康的饮食习惯，显著增加了老年时期健康老龄化的可能性。
这些结果对于我们国家日益增长的老龄化人口的健康，提供了早期预防和干预的科学证据。
因此，我们相信，通过全生命周期系统流行病学的研究，可以为重大慢病的防控提供更多的科学证据。越早干预，健康的收益就越大。
而最基础的预防措施，比如说，通过制定政策改变人们的习俗观念、社会环境和居住环境，则可以从根本上改变行为模式和减少危险因素的出现，从而减少疾病的发生和随之带来的沉重的社会经济负担。
每一个人都是自己身体健康的第一责任人，但也需要指出国家和政府对于国民的健康也负有不可替代的重要作用。我想，这也是我们国家制定“健康中国 2030”国家战略的使命所在。
最后，我非常感谢华中科技大学公共卫生学院的支持，也感谢课题组所有成员的辛苦付出，感谢我在博士期间、博士后进修以及在新加坡工作时候的导师和同事的支持，感谢所有基金的支持，也感谢所有参与我们研究队列的参与者和工作人员的无私奉献。
流行病学研究是人群研究，也必将造福人群健康。
谢谢大家！
