若干代表性基因检测位点的功能介绍

若干代表性基因检测位点的功能介绍上海交通大学医学院医学遗传学教研室陆振虞2008-11-26遗传多态表观遗传学性状多态SNP（单核苷酸多态性）STR（短串联重复序列）INS/DEL（插入/缺失）CNV(拷贝数量多态)DNA甲基化X染色体失活组蛋白修饰基因组印记疾病出生缺陷肿瘤心脑血管疾病精神疾病用药反应药物毒性药物疗效代谢反应营养元素代谢外源物质代谢（烟酒、致癌物）体质人类学特征肤纹骨骼•改变蛋白质序列、结构•改变蛋白质表达数量直接相关•与致病位点连锁间接相关大多数常见疾病是遗传因素与环境作用的结果高血压糖尿病心血管疾病癌症老年性痴呆哮喘类风湿性关节炎等“人类基因组计划的完成为医学提供了大量信息，由此发展出1000余种疾病的基因诊断技术，目前已经有700余种用于临床。其中大部分可以诊断发病率低的遗传病，但是越来越多的基因诊断技术被用于广大人群，主要用于：1.遗传病的诊断（单基因遗传病为主）2.发现疾病相关的基因变异携带者3.常见疾病的遗传风险预测和易感性评估4.指导个体化用药基因检测和其它正在发展遗传筛选和预防技术将对人类的健康医疗产生巨大的影响。”—美国国家疾病控制中心基因检测部若干代表性基因检测位点的功能介绍MTHFR叶酸代谢——出生缺陷，心脑血管疾病，癌症mtDNA线粒体12sRNA——氨基糖苷类抗生素致耳聋ALDH2酒精代谢通路/硝酸甘油代谢通路——酒精耐受、硝酸甘油药效APOE脂质代谢通路——阿尔茨海默病EGFR肿瘤的基因靶向治疗MTHFR——叶酸代谢通路叶酸是一种水溶性B族维生素，在绿叶蔬菜、水果及动物肝脏中储存丰富。叶酸参与人体新陈代谢的全过程，是合成人体重要物质DNA的必需维生素。在体内的活性形式为四氢叶酸，在体内许多重要的生物合成中作为一碳单位的载体发挥重要功能。可通过腺嘌呤、胸苷酸影响DNA和RNA的合成可通过蛋氨酸代谢影响磷脂、肌酸、神经介质的合成等也为DNA甲基化修饰提供甲基叶酸缺乏新生儿出生缺陷（无脑畸形、唇腭裂、脊柱裂、唐氏综合征）妊娠期综合征高同型半胱氨酸血症（贫血、高脂血症、高血压、肿瘤）叶酸缺少的原因摄入不足吸收利用不良（如酶的缺乏或活性不足）需求量增加（妊娠、代谢率增加等情况下叶酸需要量增加）导致叶酸缺乏。叶酸代谢通路MTHFRC677T、A1298CMTHFR基因存在多种多态型，影响MTHFR活性和热稳定性。（1）677C-T：引起MTHFR热稳定性和活性降低，相对于正常的C/C基因型，纯合子T/T基因型MTHFR活性在37摄氏度降低50%～60%（2）1298A-C：编码后酶分子中谷氨酸被丙氨酸替代，引起MTHFR活性降低。1298A-C与677C-T不同的是，纯合子和杂合子血浆同型半胱氨酸升高和叶酸降低均不明显。然而，如果同时存在1298A-C和677C-T复合变异的杂合子，则MTHFR活性低于野生型40%。（3）中、外多个人群研究中这两个位点的多态现象被证实与多种疾病的仿生风险有显著相关性。MTRAsp919GlyG等位基因可能导致不完整蛋白或酶活性缺失，引起甲基维生素缺乏症G型，经常用来研究与脊柱裂、心梗、Down综合症、高血压、肿瘤、静脉血栓、神经管缺陷等疾病的关系。世界、中国人群都有文章报道该位点的多态现象与叶酸代谢相关疾病或健康问题有显著相关性。MTRRA66GG等位基因型引起甲基维生素缺乏症E型,经常用来研究与脊柱裂、Down综合症、神经管缺陷、白血病等疾病的关系。中、外多个人群研究结果显示，该位点的多态现象与叶酸代谢相关疾病或健康问题有显著相关性。mtDNA——氨基糖苷类抗生素致聋氨基糖苷类抗生素是具有氨基糖与氨基环醇结构的一类抗生素临床主要用于对革兰氏阴性菌、绿脓杆菌等感染的治疗氨基糖苷类药物作用机制氨基糖苷类抗生素对蛋白质合成的始动、延伸、终止三个阶段均有作用，可造成细菌体内核糖体耗竭及蛋白质合成受阻。其作用环节为：①起始阶段。抑制70S始动复合物的形成，使蛋白质合成在早期即终止。②延伸阶段。选择性地与30S亚基上的靶蛋白（如P10）结合，使A位扭曲变形，从而造成mRNA上密码出现错误，将错误的氨基酸掺入肽链，导致合成无功能的蛋白质。③终止阶段。阻止终止密码子与A位结合，阻止肽链脱落。此外，氨基糖苷类药物还可使细菌细胞膜缺损，膜通透性增加，细胞内重要物质外漏和加快氨基糖苷类药物的转运，更加速了细菌的死亡。不良反应耳毒性肾毒性神经肌肉阻滞作用变态反应mtDNA12sRNA突变线粒体基因病遗传特点1、母系遗传(matrilinearinheritance)卵子与精子细胞核的结合是对等的，但细胞质的结合是远远不对等的。在绝大多数情况下，突变的线粒体DNA通过母亲卵子细胞质的线粒体传给子代，通过父亲传递的极为罕见。线粒体基因病系谱2、数量概念一个细胞的细胞质中可有几千个线粒体DNA（mtDNA)分子。如果在某个特定位点上所有这几千个mtDNA分子都为同一基因，此细胞可称之为纯质(homoplasmy)。但如一个细胞的数千个mtDNA分子在这个位点上同时存在正常基因和突变基因，这就成为杂质(heteroplasmy)（1）一般说，突变的mtDNA的数量超过一定限度时，会出现临床症状。（阈值）（2）突变mtDNA所占比例似与临床症状的表现程度相关。23氨基糖苷类抗生素致聋的高风险人群国家统计局相关数据显示：2006年末全国总人口为131448万人，全年出生人口1584万人，出生率为12.09‰。MTRNR1基因变异位点人群中的变异频率新生儿(1584万人/年）现有总人口（131448万人）A1555G0.44%6.9695万人578.3712万人C1494T0.04%0.6336万人52.5792万人961变异1.55%24.552万人2037.4440万人T1095C0.18%2.8512万人236.6064万人合计35.0063万人2905.0008万人估计高风险人群数量(按每个同时具有双重变异计算）～17万人/年增现有～1452万人24位点碱基变异频率（％）其它AGCT961T▬0.081.3798.45insC0.11095T▬▬0.1899.82▬1494C▬▬99.960.04▬1555A99.560.44▬▬▬基因代号：MTRNR1长度：648-1601bp基因全称：12SribosomalRNA（基于2704个体的线粒体DNA测序结果,其中国人64个）A1555G,C1494T,T961C,T961insC,T1095C线粒体的基因突变氨基糖苷类抗生素遗传内因环境因素药物性耳聋乙醇ADH氧化途径膜结合离子转送系统微粒体乙醇氧化系统过氧化氢（H2O2）氧化酶系统非ADH氧化途径乙醛血液浓度较低时血液浓度过高时乙酸ALDH三羧酸循环脂肪酸合成ALDH2——酒精代谢通路/硝酸甘油代谢通路ALDH人体内有7种ADH基因和12种ALDH基因已被鉴定参与乙醛氧化的ALDH主要有两种ALDH2：存在于线粒体，与乙醛有最低的Km值(3pmol/L)ALDH1：存在于胞浆与乙醛有中等程度亲和力(3ulmol/L)ALDH2多态rs17244841/A123T携带变异型的个体对乙醛的氧化能力下降饮酒后乙醛在血液中蓄积，出现脸红、恶心、心动过速等神经系统症状饮酒红脸综合征由于乙醛代谢与硝酸甘油代谢共有一个酶活中心，因此ALDH2缺陷型个体的硝酸甘油代谢能力亦会下降“脸红综合征”对硝酸甘油的治疗敏感性也不会太好Mitochondrialaldehydedehydrogenase-2(ALDH2)Glu504LyspolymorphismcontributestothevariationinefficacyofsublingualnitroglycerinJCI,2006Feb;116(2):506-11.Epub2006硝酸甘油用药指导的基因检测人体内的“线粒体乙醛脱氢酶2”（ALDH2）是硝酸甘油的有效代谢物“一氧化氮”形成的关键，ALDH2基因中携带有“Lys-504”的基因突变，就会影响ALDH2的酯酶活性，使硝酸甘油在体内的生物转化过程受阻，难以有效发挥作用。在亚洲人群中，30%—50%的人携有“Lys-504”基因突变，远远高于欧美人群。中国汉族，含服硝酸甘油无效的比例高达25%以上。APOE——脂质代谢通路APOE（载脂蛋白E）是血液中主要的载脂蛋白之一,并且是脑中最重要的胆固醇载体蛋白血液中75%APOE由肝实质细胞合成和分泌脑中的APOE由星形细胞合成和分泌APOE的多态性氨基酸编码位置112158ε2CysCysε3CysArgε4ArgArg6种基因型在人群中的频率6种基因型罹患早发性阿尔茨海默病的危险度Alzheimers-AccumulationofCellularDebris,ImpairedMemoryFormationandNerveCellDie-Off带有APOEe4基因型的人群中，65岁以后老年性痴呆的发病率可以达到20－30％，75岁以后达到50－60％，85岁以后达到80％以上。远远超过不带疾病相关基因及其突变的人群。EGFR——肿瘤治疗靶点EGFR的生物特性提示它能成为抗肿瘤治疗的潜在靶点针对肿瘤内偏离正轨的信号传导通路的药物应该比传统药物具有更高的选择性和更低的毒性肿瘤细胞内复杂的信号传导过程和受体之间的相互影响可能使高度特异的治疗失效EGFRsignalingpathwayRadiosensitizationbyEGFRInhibitors基因靶向治疗多数肿瘤细胞中都发现有EFGR的上调表达抑制EGFR的表达即可阻断下游的信号传导通路小分子药物（代表药物：Iressa）——细胞内阻断单克隆抗体（代表药物：Erbitux）——细胞外阻断Iressa治疗肺癌的个体差异性临床试验显示非小细胞肺癌仅有10%左右有效（欧洲人群）易瑞沙在日本患者身上起作用的可能性，比对在美国患者身上发挥效用的可能性高３倍在易瑞沙治疗效果较好的小组中，ＥＧＦＲ基因发生突变的比例较高。这表明，这一基因突变可能有利于药物杀死癌细胞在中国人群iresa治疗肺癌的研究中，有90%以上的case具有疗效疾病是基因与外界因素相互作用的结果,基因突变并不一定导致疾病，没有携带基因突变的个体在外界致病因素作用下也会得病。但是一旦携带突变基因，在同样外界致病因素作用下得病的风险会大大增加。因此基因检测的目的是检查基因的变异,评估疾病风险，并通过调节外界因素(生活环境/生活习惯/饮食等)，做到避免或延缓疾病，及早治疗，或减轻症状。如果你有疾病相关基因及其突变的话，在同样的外界因素下，你的疾病的发生可能性会大大提高，也就是说具有高的疾病风险。例如带有APOEe4基因型的人群中，65岁以后老年性痴呆的发病率可以达到20－30％，75岁以后达到50－60％，85岁以后达到80％以上。远远超过不带疾病相关基因及其突变的人群。医学遗传学检测的局限性大多数常见疾病是多基因的疾病，是环境因素与遗传因素互相作用才导致疾病。所以对基因检测的结果要准确理解。目前，预测性基因检测的结果对多基因疾病来说大多数提示遗传易感性，而不是诊断。许多基因的常见疾病与基因的关系还需要深入研究。谢谢