基因检测与疾病遗传风险评估

基因检测与疾病遗传风险评估肖自力1崔春黎2贺宪民3张群41上海荣健生物技术有限公司副总经理2上海同济大学附属同济医院内科副主任医师3上海主健生物工程有限公司技术总监4上海主健生物工程有限公司技术员【摘要】本文通过对国内外分子流行病学研究成果的综述，系统阐述了基因检测与疾病遗传风险的关系，并从具体案例的分析提出如何实施个性化健康管理：个性化保健（老年性痴呆症）、个性化用药（氨基糖苷药物）、个性化预防（神经管畸形患儿与妊高症）、个性化体检（胃癌、肝癌）、及采取个性化生活方式等。一基因、基因多态性及遗传病人们对生命传承的本质探索由来已久，从孟德尔的三大定律，到沃森、克里克的双螺旋结构，研究领域从宏观逐渐深入微观。随着认识的深入，关于遗传基础的争论，“种质论”终究被科学的“基因学说”代替。如今，我们已经清楚的了解：作为生物遗传、变异的结构和功能的基本单位，基因，记录、传递着遗传信息，编码着生命，是生物体生、长、老、病、死等生命现象的内在动力。每个人的健康都和他们携带的基因息息相关，可以说，除了外伤，所有的疾病都和基因存在着千丝万缕的联系。在认识基因的前提下，为了在分子层次揭示生命奥秘，一系列宏大计划相继进行，1990年启动的人类基因组计划（HGP），2002年开始的国际人类基因组单体型图计划（HapMap计划）都是典型代表。这些研究显示:人类全基因组由30亿个碱基对组成，存在着约3万个左右功能基因，HapMap计划更是揭示了各人种中频率超过5%的单体型[1,2]。如今，在以功能研究为目标的后基因组时代，科研工作的着眼点仍是基因，只是它更倾向于整体以及相互联系。这些研究都是站在全人类的高度，从群体的角度研究基因。如果从个体的角度，我们思考问题:为什么每个人总体上都长的很相似？因为人与人基因组序列30亿个碱基对有99．9%是相同的；那为什么每个人身高、体重、性格、疾病易感性等各有不同？那是因为剩下的0.1%的差异造成。这些不同大部分是单个碱基的差别，我们称之为单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphism，SNP），这些差异造成了基因多态性，即从群体看，在一个基因座上存在很多基因类型，而每一个体基因型只能属于该基因的一种类型。SNP作为基因多态性的最主要的形式，反映了个体与个体间的差异本质。那么运用到人们最关心的健康领域，它决定了个体与个体间疾病易感性的差异。由此，在人群中通过SNP与疾病罹患情况的关联分析可以确定某一疾病的危险型SNP；把结果运用到个体，通过检测SNP类型可以对个体患该疾病的风险进行评估。使用基因检测去评估疾病风险只在具有遗传基础的疾病才有可操作性。遗传病是由遗传物质(包括染色体和基因)发生异常改变而引起的疾病。根据所涉及遗传物质的改变程序，可将遗传病分为五大类：染色体病（如唐氏综合征、猫叫综合征等）、线粒体遗传病（如药物性耳聋）、体细胞遗传病（如肿瘤）、单基因病（如白化病、血友病等）、单基因遗传病和多基因病。大多数遗传性疾病是跟多基因、多位点的相联系的疾病。如心脑血管病、肿瘤、骨骼疾病、肥胖、中风、心脏病、抑郁症、哮喘、糖尿病等。多基因病的主要特点：（1）一种疾病由多个基因、多个位点参与，而一个基因位点可能与多个疾病有关。（2）遗传决定的不是疾病本身，而是这种疾病的遗传易感性（即基因型遵循遗传三大定律，但表型不一定遵循遗传三大定律）；（3）疾病发生受外因（生活习惯、生活方式、生活环境、心理因素等）的影响，发病机制十分复杂。总之，多基因病是内因（基因）与外因共同作用的结果。二基因（SNP）检测与疾病遗传风险评估目前，很多研究机构进行遗传背景和疾病发生关系的研究，认识了很多疾病风险相关SNP，建立起各种疾病遗传风险评估模型，用于评估个体疾病的发病风险。风险评估的意义在于趋利避害，用于进行个性化健康管理：个性化保健、个性化用药、个性化预防、个性化体检及采取个性化的行为生活方式等，最终达到远离疾病的目的。我们以实际的案例对基因检测和疾病风险评估进行说明。（一）老年性痴呆症随着世界人口逐步老龄化，老年性痴呆的发病人数逐年上升，如何预先发现具有老年性痴呆高发病风险的个体，从而提前做好预防和保健工作显得尤为重要。该疾病具有明显的家族遗传倾向。现有的研究表明ApoE与老年性痴呆（AD）的发生存在着密切关系。ApoE基因可调节β淀粉样多肽沉积，影响神经冲动传导，该基因的Cys112Arg，Arg158Cys位点存在6种亚型：E2E2,E2E3,E3E3,E3E4,E2E4,E4E4。那么哪些是AD发生的风险型呢？欧美研究者通过病例对照研究发现ApoE4亚型跟AD的发生具有明显的相关性，是危险因素；而ApoE2亚型则起到保护作用，携带E2亚型的人群AD的发病率明显比人群低[3-9]。所以具有危险的基因型为E3E4,E2E4,E4E4，那么它们之间风险高低如何？Brogaonkar通过对美国老年性痴呆症的家族（该家族的祖先是一对18世纪从法国移民到美国的夫妻）的研究发现了ApoE4亚型携带者亚型和发病之间的剂量效应，4个E4/E4亚型（纯合子）个体在60多岁即开始发病，而2个E4/E3（杂合子）个体发病年龄分别是77岁和78岁[10]。而Goldstein等人更是发现了AD发病年龄和ApoE4亚型拷贝数的关系，发现每增加一个E4拷贝，则AD发病率提前3.6年，这是一个比较好的线性模型。提示不携带E4的个体的平均AD发病年龄为77.9岁，而杂合子的发病年龄为74.3岁，纯合子为70.7岁[11]。日本和我国的科学家顾智磊、贾建平、刘静波等人也做了类似的研究获得了同样的结论[12-15]。综合以上研究，ApoE4亚型是AD发生的风险基因型，纯合子比杂合子风险更高，ApoE2具有保护作用。虽然遗传因素只是疾病发生的内因，一个疾病的发生是多种危险共同作用的结果，但是从这个案例我们可以看到，遗传因素确实在疾病的发生中起着很大的作用，进行基因检测，发现风险，提前进行预防保健对健康具有重要意义。（二）药物性耳聋我们知道药物的使用剂量是综合考虑人群有效用量和毒性用量得出的结果。如果很不幸你的基因型对药物代谢具有特殊反应，那么当你服用药物的剂量仍处在对大多数人而言安全范围时就已经可能受到药物伤害，导致如耳聋等悲剧。所以提前发现存在的风险基因，个性化用药，远离伤害对个体的一生幸福非常关键。1）A1555G突变与氨基糖苷抗生素(AmAn)引起的耳聋在双侧感音神经性耳聋的患者中发现了mtDNA1555位点的突变后,科学工作者开展了该位点与使用氨基糖苷类抗生素(AmAn)引起的耳聋的关联研究。Estivill等对70个家系（36个先天性耳聋，34个迟发性耳聋）进行了1555G的突变分析，结果有19个家系检出1555G阳性，其中12个家系的患者接触过AmAn[16]。徐延军等人研究母系遗传耳聋（感音神经性耳聋）家系，结果此家系线粒体DNA12SrRNA基因中存在着A1555G、G7444A突变。结果也显示了在该非综合征型遗传性耳聋家系中，线粒体DNAA1555G和G7444A突变可能共同参与了听力损害的过程[17]。2）其他突变C1494T突变、T1095C突变与AmAn引起的耳聋也有关。Zhao,L等报道了三个由AmAn引起的听力损伤和非综合症听力损伤的病例。这三个病例在1095碱基位置都存在T-to-C突变。而在364个听力正常中国人群对照组中不存在T1095C突变[18]。而且，这个突变在意大利由氨基糖苷导致的听力神经损伤的家系中也有验证。当个体遗传检测检出这些基因型时，在使用氨基糖苷抗生素(AmAn)时就应该特别注意发生危险的可能性。（三）神经管畸形患儿(NTDs)与妊高症计划生育，优生优育是我国的基本国策。优生的一个重要方面是降低新生儿的出生缺陷率。这不仅使家庭远离痛苦，也减少了社会负担。基因检测也能在这其中发挥作用。1）神经管畸形患儿(NTDs)与MTHFR基因677C/T多态性DeFranchis等人[19]对意大利人群的203例脊柱裂患者和583例正常人的研究发现，MTHFR677位点的T纯合子罹患脊柱裂的OR为1.73，而杂合子无风险。郭晓霞等[20]对中国20例神经管畸形患儿的母亲和149正常出生儿的母亲的病例对照研究中发现，MTHFR基因677C/T多态性在病例组中基因型频率与对照组存在统计学差异，母亲MTHFR基因突变与生育NTDs患儿有相关性。郑冬梅，朱慧萍等人的研究也证实了这一观点[21,22]。2）妊高征与MTHFR基因677C/T多态性王素敏等[23]对在南京市54例妊高征患者和125例正常孕妇的病例对照发现：MTHFR677位点C/T多态性在病例组的基因型频率为C/C48.1%，C/T40.7%，T/T11.1%，对照组C/C71.2%，C/T21.6%，T/T7.2%，差异具有统计学意义，认为MTHFRC677T基因突变是妊高症发生的遗传易感因素，可作为妊高症的检测指标。以上研究认为，母亲携带MTHFR基因677C/T多态位点T/T基因型将增加神经管畸形患儿(NTDs)出生的风险以及妊高征危险。（四）胃癌和肝癌目前，癌症已经成为严重威胁人类健康的杀手，其五年生存率和死亡率都很高，一个重要原因就是发现不及时，发现时大部分已经是晚期，只能进行保守治疗。肝癌和胃癌在我国是高发性癌症，迫切需要有针对它们的基因检测，发现疾病风险，避免不良生活方式，积极预防，定期针对性体检，降低风险人群的发病率。1）GSTM1缺失型为胃癌的高风险基因型KatohT和NagataN等人的研究发现：在日本胃癌病例中GSTM1缺失型的频率（56.8%）显著高于对照组的频率（43.6%），风险度(OR)为1.70。携带GSTM1缺失型的吸烟者，该风险度为5.76[24]。SaadatI和SaadatM等人对伊朗人群中42例胃癌和131例健康对照的研究中发现：GSTM1缺失型的胃癌发生风险度为2.3,同时携带GSTM1缺失型和GSTT1缺失型的胃癌发生风险度为3.31[25]。此外，TamerL和AtesNA，郑天荣和郑秋红、LiH和ChenXL等人的研究都验证了该基因缺失型为中国人群胃癌高风险基因型[26-28]。2）GSTT1基因与肝癌的高风险基因型GSTT1基因的null基因多态性，使整个基因丢失并丧失功能，从而增加了环境毒素和致癌物质的浓度，提高了个体罹患癌症的风险。董传辉和余顺章等人[29]对中国人群中110例肝癌病例和112例健康对照的研究发现：GSTT1缺失基因型的肝癌风险度为2.3，同时携带GSTT1缺失基因型和GSTM1缺失基因型的肝癌风险度为3.43，且血清中黄曲霉素加合物水平明显增高。结果表明，GSTT1和GSTM1基因与黄曲霉素蛋白加合物可能是筛检肝癌高危个体具有应用价值的一类生物标志物。此外，SunCA和WangLY，DengZL和WeiYP等都证实了GSTT1基因缺失型为肝癌的高风险基因型[30,31]。了解风险基因型，设计合理的基因检测，能够评估个体的疾病风险，进而提醒个体在日常生活中加以关注。三结论以上都是研究较多与疾病有关联的基因位点。目前，基因检测尚未得到社会的普遍接受，原因在于大部分人的意识仍是有病才治病，其实发现风险，早期预防才是远离疾病、保持健康的关键。基因检测虽然还不是医院常规临床检查项目，但它能通过评估疾病罹患风险，进而指导个性化保健（老年性痴呆症）、个性化用药（氨基糖苷药物）、个性化预防（神经管畸形患儿与妊高症）、个性化体检（胃癌、肝癌）、及个性化生活方式（烟酒等），大大提高人们的生活质量。相信随着人们保健意识的增强，它的推广必将使治疗疾病朝着零级预防的目标前行，使每一个人都享受到科学带来的福利。当然我们更期待生命科学不断有新的突破，人类的健康有质的飞跃。[参考文献]1.FrancisS.Collins*,MichaelMorgan&AristidesPatrinos,TheHumanGenomeProject:LessonsfromLarge-ScaleBiology,Scie