3基因突變與疾病的關(guān)系

中國(guó)民間流傳千百年的俗語(yǔ)非常生動(dòng)形象地描述了基因的主要特征——遺傳和變異。

“龍生龍，鳳生鳳”是遺傳；“龍生九子，各有不同”是因?yàn)榛�因的變異。遺傳與變異，是生物界不斷地普遍發(fā)生的現(xiàn)象，也是物種形成和生物進(jìn)化的基礎(chǔ)。人類基因的遺傳與變異，與環(huán)境共同作用，決定了人的生、長(zhǎng)、老、病、死�，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證明，所有的疾病，除了外傷、中毒或營(yíng)養(yǎng)不良以外，幾乎都跟基因有關(guān)。

按照基因變異在疾病中發(fā)揮作用的程度可將疾病分為至少四類：1）完全由基因決定的：比如單基因罕見(jiàn)遺傳病中的先天性成骨不全癥、血友病、杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良等。2）基本上由基因決定，但需要環(huán)境中的一定誘因：比如單基因遺傳病中的苯丙酮尿癥，早期人們只知道它與遺傳有關(guān)，現(xiàn)在知道只有吃了含苯丙氨酸量多的食物才誘發(fā)此�。�3）遺傳因素和環(huán)境因素都有作用，這一類疾病里又分為主要由遺傳因素決定的：如遺傳性腫瘤，精神發(fā)育障礙等；以及遺傳和環(huán)境同樣重要的，如高血壓、冠心病、糖尿病等各種慢病等；4）完全取決于環(huán)境因素：如燒燙傷、感染等。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外指南和專家共識(shí)，目前疾病與基因的關(guān)系又可簡(jiǎn)單分為5個(gè)等級(jí)。包括：

致�。阂话阒富�因突變與疾病發(fā)病有這因果關(guān)系，都是在多個(gè)人群重復(fù)出了結(jié)果，并有可能開(kāi)展了細(xì)胞動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果。

例如：因?yàn)锳TP7B基因突變，所以導(dǎo)致ATP酶功能減弱或消失，引致血清銅藍(lán)蛋白（Ceruloplasmin，CP）合成減少以及膽道排銅障礙，蓄積在體內(nèi)的銅離子在肝、腦、腎、角膜等處沉積，引起肝豆?fàn)詈俗冃裕℉epatolenticular degeneration，HLD）。該病由Wilson在1912年首先描述，故又稱為威爾遜�。╓ilson Disease， WD）。是一種常染色體隱性遺傳的銅代謝障礙性疾病，以銅代謝障礙引起的肝硬化、基底節(jié)損害為主的腦變性疾病為特點(diǎn)，對(duì)肝豆?fàn)詈俗冃园l(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)已深入到分子水平。HLD的世界范圍發(fā)病率為1／30 000～1／100 000，致病基因攜帶者約為1／90。本病在中國(guó)較多見(jiàn)。HLD好發(fā)于青少年，男性比女性稍多，如不恰當(dāng)治療將會(huì)致殘甚至死亡。

含有致病突變的人相對(duì)于一般人有非常顯著的高發(fā)病可能，純合的致病突變很有可能直接導(dǎo)致疾病發(fā)生，雜合的致病突變有50％的幾率遺傳給后代，并根據(jù)遺傳致病情況（顯性遺傳或隱性遺傳）對(duì)后代造成不同的疾病表型。具有該類突變的患者應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)疾病的特定檢測(cè)，并根據(jù)臨床結(jié)果制定后續(xù)治療方案；

危險(xiǎn)因素：一般指基因突變顯著性的呈現(xiàn)在發(fā)病人群，在不／未發(fā)病人群里，這類基因突變顯著降低。這里的顯著，均值的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。然而這樣的突變，目前僅通過(guò)了不同表型的人群分析出來(lái)了統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)病因?qū)W、病理學(xué)的差異以及信號(hào)通路上必然存在的變化，也沒(méi)有相應(yīng)的體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其因果關(guān)系。

例如：β－微精漿蛋白（Microseminoprotein－beta， MSMB）是前列腺上皮細(xì)胞分泌的三大蛋白之一。Eeles et al．（2008）對(duì)1854名在60歲前診斷為前列腺癌的病人和1894名有低PSA濃度（less than 0．5 ng／ml）的正常人進(jìn)行了基因組水平的研究，共分析了 541，129個(gè)SNPs。最終發(fā)現(xiàn)MSMB基因的此位點(diǎn)突變與前列腺癌顯著相關(guān) （8．7 x 10－29）。致病突變T，會(huì)影響眾多與轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子的結(jié)合。Thomas et al．（2008）對(duì)3941名前列腺癌病人和3964名正常人也進(jìn)行了基因組水平的研究，共分析了26958個(gè)SNP，也發(fā)現(xiàn)MSMB基因的此位點(diǎn)突變與前列腺癌顯著相關(guān)（7．31 x 10－13）。Chang et al．（2009）對(duì)2，899名病人和1722名健康人進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)MSMB基因的此位點(diǎn)與前列腺癌的相關(guān)程度最高。Lou et al．（2009）對(duì)歐洲的6118名病人和6105名正常人的染色體10進(jìn)行了研究，也發(fā)現(xiàn)了MSMB基因的此位點(diǎn)與前列腺癌顯著相關(guān)程度最高（p ＝ 8．8 x 10－18）。

危險(xiǎn)因素級(jí)別的突變代表該基因位點(diǎn)與所檢測(cè)的疾病相關(guān)性比較高，有該基因的突變，是發(fā)病的危險(xiǎn)因素，與疾病的高發(fā)相關(guān)，具有該類突變的患者應(yīng)該關(guān)注相關(guān)的健康管理和醫(yī)療。但由于科研深度有限，該突變不一定是疾病發(fā)生的原因。

不確定：代表該基因位點(diǎn)與所檢測(cè)的疾病在不同研究中的結(jié)果不一樣，有待更多的研究來(lái)進(jìn)行核實(shí)該基因位點(diǎn)的改變與疾病發(fā)生的相關(guān)性；

良性：代表該基因位點(diǎn)雖然與一般人相比有改變，但是其改變與檢測(cè)疾病無(wú)關(guān)；

風(fēng)險(xiǎn)未知：代表該基因位點(diǎn)雖然與一般人相比有改變，但目前并沒(méi)有研究報(bào)道這個(gè)位點(diǎn)的改變與該疾病存在相關(guān)性。

通過(guò)基因測(cè)序，我們可以明確知道，一個(gè)人的變異位點(diǎn)中，有哪些是致病的突變，哪些是有危險(xiǎn)因素的突變，這樣才能根據(jù)基因檢測(cè)結(jié)果對(duì)個(gè)人和后代是否患病進(jìn)行準(zhǔn)確性的判定。然后通過(guò)這些風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，進(jìn)行相應(yīng)的個(gè)性化健康管理。

4疾病數(shù)據(jù)庫(kù)的準(zhǔn)確性與發(fā)展

然而，這些與疾病相關(guān)的突變不是憑空而來(lái)的，是科學(xué)家們?nèi)找岳^夜的科研累積，才能打開(kāi)一點(diǎn)點(diǎn)疾病成因的未知世界。所以，我們必須建立一個(gè)能夠快速查找上述DNA變異與疾病相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，才能在短時(shí)間內(nèi)完成基因突變與疾病相關(guān)分析。

一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以讓分析更準(zhǔn)確，判斷一個(gè)疾病的病因，進(jìn)行正確的治療。反之，一個(gè)不足準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫(kù)，則可導(dǎo)致分析錯(cuò)誤，甚至因此進(jìn)行后續(xù)錯(cuò)誤的治療。在此可以舉一個(gè)不足準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫(kù)例子：

某基因檢測(cè)公司的一份報(bào)告（左圖），通過(guò)rs7997012這個(gè)SNP位點(diǎn)的雜合突變，該公司報(bào)告客戶有抑郁癥的風(fēng)險(xiǎn)。原因是所引用的這兩篇文章。這兩篇文章一篇發(fā)表于2012年，另一篇發(fā)表于2014年，都是來(lái)自一個(gè)叫“Journal of Affective Disorders”的雜志，影響因子3．5，且是做的薈萃分析（meta－analysis）。在沒(méi)有闡述算法的前提下，我們可以先看該公司給出的檢測(cè)基因位點(diǎn)：rs7997012。這個(gè)位點(diǎn)如右圖所示（來(lái)源于NCBI），臨床結(jié)論是治療抑郁癥的藥物有效性，這個(gè)位點(diǎn)的突變會(huì)改變藥物使用效果，而不是這個(gè)基因的突變會(huì)導(dǎo)致抑郁癥的發(fā)�。∫虼�，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)導(dǎo)致基因檢測(cè)的錯(cuò)誤結(jié)論，哪怕檢測(cè)出的基因型是正確的。

如果這個(gè)客戶因?yàn)楦鶕?jù)上述報(bào)告后續(xù)進(jìn)行相關(guān)抑郁癥治療，那結(jié)果可能都是基于一個(gè)錯(cuò)誤的判斷。那么如何確定一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)是否可靠呢？

目前通用的做法是，整合國(guó)際上幾個(gè)通用的人類基因組和疾病數(shù)據(jù)庫(kù)，例如人類罕見(jiàn)病數(shù)據(jù)庫(kù)OMIM，人類基因突變數(shù)據(jù)庫(kù)（HGMD），臨床方面疾病相關(guān)突變數(shù)據(jù)庫(kù)Clinvar等。同時(shí)，還要將最新的權(quán)威科研結(jié)果，例如發(fā)表在Science， Cell， NEJM， JAMA， Nature等頂級(jí)期刊的相關(guān)文章進(jìn)行搜集整理，將這些整合在一起，成為一個(gè)公司的核心資產(chǎn)。以珠諾云公司為例，構(gòu)建和維護(hù)疾病數(shù)據(jù)庫(kù)的工作固定人員要超過(guò)5人，包括數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)師和管理員，以及對(duì)公共數(shù)據(jù)庫(kù)和最新權(quán)威文獻(xiàn)進(jìn)行Review的科學(xué)家。工作流程是首先篩選公共數(shù)據(jù)庫(kù)可靠的結(jié)果，將公共庫(kù)評(píng)級(jí)等級(jí)高的位點(diǎn)整合進(jìn)公司疾病數(shù)據(jù)庫(kù)，再安排科學(xué)家進(jìn)行Review，核對(duì)原文中該位點(diǎn)的生物學(xué)和醫(yī)學(xué)意義，將有問(wèn)題或者統(tǒng)計(jì)學(xué)沒(méi)有顯著性差異的位點(diǎn)排除后，把有意義的位點(diǎn)保留。另外，承擔(dān)Review工作的科學(xué)家還會(huì)對(duì)最新發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行搜集和整理，將這些新文章中有意義的位點(diǎn)納入公司疾病數(shù)據(jù)庫(kù)。最后讓數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)架工程師對(duì)這些信息位點(diǎn)進(jìn)行整理，形成可比對(duì)、可查詢的疾病相關(guān)基因數(shù)據(jù)庫(kù)。

這是每個(gè)基因檢測(cè)公司的核心資產(chǎn)，也不太容易通過(guò)第三方進(jìn)行合理評(píng)估。

最后，基因檢測(cè)機(jī)構(gòu)自有或國(guó)際公共疾病與基因突變數(shù)據(jù)庫(kù)并不是一成不變的。從上世紀(jì)80年代PCR技術(shù)發(fā)明以后，人們逐步開(kāi)始了解了基因突變和疾病的關(guān)系。如第3部分所述，一般來(lái)說(shuō)，越嚴(yán)重的疾病越容易被更早的發(fā)現(xiàn)和基因突變的關(guān)系，如β地中海貧血；越溫和的慢病，越不容易找到相關(guān)基因，必須做大人群樣本的GWAS研究才能逐步了解基因和疾病的關(guān)系，如高血壓、糖尿病等。

人類基因位點(diǎn)與疾病的相關(guān)性是不斷進(jìn)化的，我們正處在一個(gè)認(rèn)知不斷提升的階段。通過(guò)過(guò)去的研究，我們已經(jīng)逐步了解了一些基因突變和疾病的關(guān)系，多集中在罕見(jiàn)病、遺傳性腫瘤領(lǐng)域；隨著時(shí)間推移，科學(xué)不斷發(fā)展，將會(huì)有越來(lái)越多的遺傳信息位點(diǎn)會(huì)發(fā)現(xiàn)和疾病發(fā)病的相關(guān)性。

現(xiàn)在正處于一個(gè)基因與疾病相關(guān)性認(rèn)知不斷提升的階段，因此，盡管已經(jīng)知道了許多的基因突變可能造成疾病，但是仍有許多路要走。在不斷的科技進(jìn)步中，越來(lái)越多的疾病相關(guān)性位點(diǎn)會(huì)被發(fā)現(xiàn)，人類基因和疾病的關(guān)系也會(huì)越來(lái)越明朗。

5總結(jié)

當(dāng)再次回到“基因檢測(cè)的檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確嗎？”這樣的問(wèn)題時(shí)，通過(guò)上述闡述的內(nèi)容就可以概括成：

1）測(cè)序結(jié)果與DNA實(shí)際的排列情況是否一致

對(duì)于測(cè)序的準(zhǔn)確性來(lái)說(shuō)，在一定的前提下，不管是一代測(cè)序（沒(méi)有錯(cuò)峰套峰且背景干凈），二代測(cè)序（保證測(cè)序深度和處理的算法效果），三代測(cè)序（保證測(cè)序深度和處理的算法效果）還是芯片（保證設(shè)計(jì)合理和有效結(jié)合）的結(jié)果，都是準(zhǔn)確的，基因檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性在不同平臺(tái)用不同的測(cè)序手段都可以很好的實(shí)現(xiàn)，但各個(gè)技術(shù)最終能獲得的有效信息量存在較大差異。

2）比對(duì)出的疾病易感位點(diǎn)，是否與疾病的發(fā)病真實(shí)相關(guān)

一般來(lái)說(shuō)，基因檢測(cè)出了疾病發(fā)病的風(fēng)險(xiǎn)，首先看致病等級(jí)，是致病？還是危險(xiǎn)因素？還是其他。當(dāng)出現(xiàn)了上述兩種類型的位點(diǎn)時(shí)，就目前的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)是準(zhǔn)確的。然而我們不可能了解到科學(xué)還沒(méi)有觸碰到的部分。因此從這個(gè)角度來(lái)看待結(jié)果，我們就不能確定檢測(cè)是100％準(zhǔn)確的。包括：測(cè)出有風(fēng)險(xiǎn)的位點(diǎn)，可能會(huì)通過(guò)今后的研究被推翻；以及測(cè)出沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)的位點(diǎn)，會(huì)隨著科研的進(jìn)步而出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。此外，仍有大量未知的基因位點(diǎn)與疾病的相關(guān)性，隨著科學(xué)的發(fā)展才能給予更篤定的證明。

因此在目前數(shù)據(jù)庫(kù)可靠的前提下，對(duì)于人類已知的疾病發(fā)病位點(diǎn)，我們的檢測(cè)保證與已有研究一致，則當(dāng)下的基因檢測(cè)就能保證接近100％的準(zhǔn)確度。這里依然不排除現(xiàn)有的權(quán)威研究在補(bǔ)充了更大量的人群后，現(xiàn)有結(jié)果又被推翻。因此基因檢測(cè)是一個(gè)不斷發(fā)展的漫長(zhǎng)過(guò)程，需要更多的從業(yè)者，做更大量的樣本，這樣才能在未來(lái)形成疾病與基因突變的正確認(rèn)知，更好的回答“基因檢測(cè)是否準(zhǔn)確”這樣的問(wèn)題。

作者：動(dòng)脈網(wǎng)的小伙伴們