3基因突變與疾病的關(guān)系

中國民間流傳千百年的俗語非常生動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”是因為基因的變異。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、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：比如單基因罕見遺傳病中的先天性成骨不全癥、血友病、杜氏肌營養(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)此病；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)國內(nèi)外指南和專家共識，目前疾病與基因的關(guān)系又可簡單分為5個等級。包括：

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

例如：因為ATP7B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，對肝豆?fàn)詈俗冃园l(fā)病機(jī)制的認(rèn)識已深入到分子水平。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。本病在中國較多見。HLD好發(fā)于青少年，男性比女性稍多，如不恰當(dāng)治療將會致殘甚至死亡。

含有致病突變的人相對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，并根據(jù)臨床結(jié)果制定后續(xù)治療方案；

危險因素：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)計學(xué)差異。然而這樣的突變，目前僅通過了不同表型的人群分析出來了統(tǒng)計學(xué)差異，并沒有發(fā)現(xiàn)病因?qū)W、病理學(xué)的差異以及信號通路上必然存在的變化，也沒有相應(yīng)的體內(nèi)體外實驗來驗證其因果關(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SNPs。最終發(fā)現(xiàn)MSMB基因的此位點突變與前列腺癌顯著相關(guān) （8．7 x 10－29）。致病突變T，會影響眾多與轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子的結(jié)合。Thomas et al．（2008）對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SNP，也發(fā)現(xiàn)MSMB基因的此位點突變與前列腺癌顯著相關(guān)（7．31 x 10－13）。Chang et al．（2009）對2，899名病人和1722名健康人進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)MSMB基因的此位點與前列腺癌的相關(guān)程度最高。Lou et al．（2009）對歐洲的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基因的此位點與前列腺癌顯著相關(guān)程度最高（p ＝ 8．8 x 10－18）。

危險因素級別的突變代表該基因位點與所檢測的疾病相關(guān)性比較高，有該基因的突變，是發(fā)病的危險因素，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：代表該基因位點與所檢測的疾病在不同研究中的結(jié)果不一樣，有待更多的研究來進(jìn)行核實該基因位點的改變與疾病發(fā)生的相關(guān)性；

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

風(fēng)險未知：代表該基因位點雖然與一般人相比有改變，但目前并沒有研究報道這個位點的改變與該疾病存在相關(guān)性。

通過基因測序，我們可以明確知道，一個人的變異位點中，有哪些是致病的突變，哪些是有危險因素的突變，這樣才能根據(jù)基因檢測結(jié)果對個人和后代是否患病進(jìn)行準(zhǔn)確性的判定。然后通過這些風(fēng)險的評估，進(jìn)行相應(yīng)的個性化健康管理。

4疾病數(shù)據(jù)庫的準(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的，是科學(xué)家們?nèi)找岳^夜的科研累積，才能打開一點點疾病成因的未知世界。所以，我們必須建立一個能夠快速查找上述DNA變異與疾病相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，才能在短時間內(nèi)完成基因突變與疾病相關(guān)分析。

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

某基因檢測公司的一份報告（左圖），通過rs7997012這個SNP位點的雜合突變，該公司報告客戶有抑郁癥的風(fēng)險。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，都是來自一個叫“Journal of Affective Disorders”的雜志，影響因子3．5，且是做的薈萃分析（meta－analysis）。在沒有闡述算法的前提下，我們可以先看該公司給出的檢測基因位點：rs7997012。這個位點如右圖所示（來源于NCBI），臨床結(jié)論是治療抑郁癥的藥物有效性，這個位點的突變會改變藥物使用效果，而不是這個基因的突變會導(dǎo)致抑郁癥的發(fā)��！因此，錯誤的數(shù)據(jù)庫會導(dǎo)致基因檢測的錯誤結(jié)論，哪怕檢測出的基因型是正確的。

如果這個客戶因為根據(jù)上述報告后續(xù)進(jìn)行相關(guān)抑郁癥治療，那結(jié)果可能都是基于一個錯誤的判斷。那么如何確定一個數(shù)據(jù)庫是否可靠呢？

目前通用的做法是，整合國際上幾個通用的人類基因組和疾病數(shù)據(jù)庫，例如人類罕見病數(shù)據(jù)庫OMIM，人類基因突變數(shù)據(jù)庫（HGMD），臨床方面疾病相關(guān)突變數(shù)據(jù)庫Clinvar等。同時，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)庫的工作固定人員要超過5人，包括數(shù)據(jù)庫架構(gòu)師和管理員，以及對公共數(shù)據(jù)庫和最新權(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)庫可靠的結(jié)果，將公共庫評級等級高的位點整合進(jìn)公司疾病數(shù)據(jù)庫，再安排科學(xué)家進(jìn)行Review，核對原文中該位點的生物學(xué)和醫(yī)學(xué)意義，將有問題或者統(tǒng)計學(xué)沒有顯著性差異的位點排除后，把有意義的位點保留。另外，承擔(dān)Review工作的科學(xué)家還會對最新發(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納入公司疾病數(shù)據(jù)庫。最后讓數(shù)據(jù)庫構(gòu)架工程師對這些信息位點進(jìn)行整理，形成可比對、可查詢的疾病相關(guān)基因數(shù)據(jù)庫。

這是每個基因檢測公司的核心資產(chǎn)，也不太容易通過第三方進(jìn)行合理評估。

最后，基因檢測機(jī)構(gòu)自有或國際公共疾病與基因突變數(shù)據(jù)庫并不是一成不變的。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，一般來說，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。

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

現(xiàn)在正處于一個基因與疾病相關(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，越來越多的疾病相關(guān)性位點會被發(fā)現(xiàn)，人類基因和疾病的關(guān)系也會越來越明朗。

5總結(jié)

當(dāng)再次回到“基因檢測的檢驗結(jié)果準(zhǔn)確嗎？”這樣的問題時，通過上述闡述的內(nèi)容就可以概括成：

1）測序結(jié)果與DNA實際的排列情況是否一致

對于測序的準(zhǔn)確性來說，在一定的前提下，不管是一代測序（沒有錯峰套峰且背景干凈），二代測序（保證測序深度和處理的算法效果），三代測序（保證測序深度和處理的算法效果）還是芯片（保證設(shè)計合理和有效結(jié)合）的結(jié)果，都是準(zhǔn)確的，基因檢測結(jié)果數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性在不同平臺用不同的測序手段都可以很好的實現(xiàn)，但各個技術(shù)最終能獲得的有效信息量存在較大差異。

2）比對出的疾病易感位點，是否與疾病的發(fā)病真實相關(guān)

一般來說，基因檢測出了疾病發(fā)病的風(fēng)險，首先看致病等級，是致��？還是危險因素？還是其他。當(dāng)出現(xiàn)了上述兩種類型的位點時，就目前的數(shù)據(jù)來說是準(zhǔn)確的。然而我們不可能了解到科學(xué)還沒有觸碰到的部分。因此從這個角度來看待結(jié)果，我們就不能確定檢測是100％準(zhǔn)確的。包括：測出有風(fēng)險的位點，可能會通過今后的研究被推翻；以及測出沒有風(fēng)險的位點，會隨著科研的進(jìn)步而出現(xiàn)風(fēng)險。此外，仍有大量未知的基因位點與疾病的相關(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)庫可靠的前提下，對于人類已知的疾病發(fā)病位點，我們的檢測保證與已有研究一致，則當(dāng)下的基因檢測就能保證接近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。因此基因檢測是一個不斷發(fā)展的漫長過程，需要更多的從業(yè)者，做更大量的樣本，這樣才能在未來形成疾病與基因突變的正確認(rèn)知，更好的回答“基因檢測是否準(zhǔn)確”這樣的問題。

作者：動脈網(wǎng)的小伙伴們