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寻找精神分裂症致病基因之路

医生在线网 2013/03/01 来源:首席医学网

  许多单基因遗传病已成功地定位在人类基因组上,其中一部分已完成了定位克隆,但对精神分裂症这种具有复杂遗传模式疾病的研究遇到了很大困难。以往对家系、双生子及寄养子流行病学的大量研究提示了遗传因子的作用,这些遗传因子应该表现在DNA序列的表达及调节上。由于精神分裂症属于非经典孟德尔遗传,现在多被认为是由几个中度效应基因遗传或多个轻度微效基因遗传。另外,动态突变机理,可能也与精神分裂症的发生有关。

  一、连锁分析

  连锁分析(linkage analysis)被广泛地应用于病理机理不明疾病的基因定位上,目的是在人类染色体上寻找致病基因。它的原理是通过对致病基因与众多的遗传标记共分离分析进行基因定位。这种方法最适用于有多个患者的大家系研究,但要求临床诊断要明确,致病基因有***作用以及了解可能的遗传模式。而对具有复杂性状的精神分裂症进行遗传连锁分析时往往可能受到多种因素的影响,如拟表现型,不完全外显率,多个致病基因位点,异位显性,不同的发病年龄,选型交配,遗传环境相互的作用,遗传模式,表现型比率及临床诊断的误差。因此以往对精神分裂症的连锁分析进展缓慢。

  目前针对连锁分析采取的新策略是基于血缘同一性(identity by descend' IBD)的患者同胞对法(affected sib-pair' ASP),即当患者同胞携带某一特殊染色体片段的机率足够大时存在连锁。ASP法作为一种非参数分析法,不需知道疾病的遗传模式,但在对复杂性状连锁分析的有效性与几个因素有关:同胞对数,相关位点数即遗传异质性,先证者同胞相对于人群发病率的相对危险度及遗传标记的信息含量(polymorphism information cont-ent' PIC)等。用这种方法在大量家系研究中取得了可喜的进展。几个研究小组在染色体22q12-13区检测到弱阳性结果。接着以英国为主的11个中心合作组分析患病同胞对的综合分析结果也显示在此区域有阳性结果。


  由以美国为主的研究小组对爱尔兰精神分裂症家系的连锁分析,发现在256个家系结果中,在染色体6p24-22区的一个遗传标记位点可能与一有中度效应的致病基因连锁,同时对这些家系的异质性研究显示该基因连锁至少存在于15%~30%的家系中。以德国为主的联合小组对染色体6p研究结果提示具有遗传标记连锁位点,部分中国人样品在D6S285处存在连锁,而在欧洲人种上未能重复。接着有人报道有非显著性连锁结果或阴性结果。总之,在染色体6p24-22区域存在起很小效应的精神分裂症致病基因,而此区域又是人类白细胞抗原(HLA)位点末端区,提示可能与HLA有关。此外,在8号染色体上也存在弱阳性结果以及对其它位点的报道。

  二、关联分析

  
关联分析(association analysis)是在可能的候选致病基因附近选择多态性遗传标记在患者和正常人之间进行比较,得到某一遗传标记等位基因和引起疾病基因关联的相对危险度,此值通常决定于比数比。

  肯定存在遗传标记与疾病关联的现象可归纳为两种:一种是致病基因位点与遗传标记位点存在很强的连锁不平衡;另一种是遗传标记位点本身与疾病的病理发生有关。

  1、连锁不平衡
(likage disequilibrium) 

  虽然近年来通过连锁分析得到一些值得乐观的结果,但是即使它们被确证,进一步从遗传图谱上得到的粗略区域仍很难分离出病理突变。而且存在疾病的异质性,诊断分类问题,遗传模式不明确,因此需要缩小寻找区域以便分析突变基因。解决这一问题的方法正是连锁不平衡分析。它的原理是遗传标记位点和致病基因位点如果足够近,则在减数分裂时它们就不会随机重组分离。即由于被限制的遗传隔离下,一个小染色体片段中突变致病基因可能引起遗传标记等位基因的一种非随机分布,可通过比较患者与正常人的遗传标记等位基因频率得到连锁不平衡位点,这需要致病基因位点与遗传标记等位基因在一百万碱基对范围内,因此定位更加***。连锁不平衡可以被认为是对连锁分析的补充,但在未知连锁的条件下也可以通过连锁不平衡确定致病基因位点。连锁不平衡相对于连锁分析更易找到只有很弱效应的基因,相比于几个基因遗传模式更适合于多基因遗传模式。但在实际检测中,连锁不平衡也有不利方面,只能在一定条件下有效,如低的突变率,遗传标记位点与致病基因位点足够近才能避免频繁的重组及需要大的样本量才有利于严格意义的显著结果的发现。
  这一方法还要考虑到如何使患者组与正常人组相匹配,如人群、地理及社会背景等,而在这些不同条件下等位基因的频率往往有很大的差异,这一现象被称为人群层化。为克服这一问题,在研究设计时增加患者父母未传递等位基因作匹配比较。当某一特定等位基因在传递时比随机的机率越多则有可能存在着连锁不平衡。基于此原理,目前遗传统计方法有对隐性遗传模式非常有效的TDT法(transmission/disequilibrium test,TDT)。

  目前用连锁不平衡分析在染色体22q12-q13区得到了一些阳性结果,即有报道认为在该区域的遗传标记D22S278及D22S283与精神分裂症间存在等位基因关联。但也有否定报道,所以有必要在此区域使用别的遗传标记进行连锁不平衡分析。同样,在染色体6p24-22区域也开展了相同的工作,但未得到准确的结论。随着一些新方法的出现,如DNA池(DNA pooling),即进行多个样品一次PCR反应并对遗传标记等位基因频率进行定量,将使在候选位点上使用密度更高的遗传标记和进行全基因组连锁不平衡分析成为可能。

  2、候选基因法 

  定位候选法是从已知候选位点上确定致病基因的另一策略。结合连锁分析结果,可以从基因组数据库上得到一系列的相关位点基因。同时精神分裂症发生很可能与脑内表达基因有关,在脑内表达的30 000个基因中55%~90%是脑组织所特有的,检测这些基因上的突变将有助于最终发现精神分裂症致病基因。


  定位候选法在人类基因组全部完成后将发挥巨大的作用。但只有在用连锁及连锁不平衡分析确定在很短的区域后此方法才可行。反之,很多连锁不平衡也可集中在可能的精神分裂症相关基因附近进行,如在神经递质相关的编码蛋白基因附近,但目前大多实验结果阴性或不能确证。多巴胺的代谢酶(catechol-o-methyltransferase' COMT)基因位于22号染色体,因此被选为候选基因,但在病例对照研究中未发现其等位基因频率有差异。多巴胺D3受体(DRD3)基因外显子1的多态性被重点研究。此处存在Bal1限制性内切酶位点及在受体蛋白一端引进了甘氨酸/色氨酸变化。另一热点是5-HT2a受体上102位T/C多态性(与编码蛋白序列无关)同精神分裂症的关联分析。由欧洲多中心联合小组证实,但比数比(odd ratio)很小(对等位基因102C为1.7)。从目前的结果看这两个基因在精神分裂症发生上所起作用很微弱。一些新结果不能肯定这两种多态性引起编码序列差异或mRNA表达水平与精神分裂症有关联。其中我们对中国上海人群中5-HT2a受体基因102位T/C多态性研究也未得到阳性结果。

  三、动态突变

  动态突变(dynamic mutation)的研究揭示了几种神经性疾病的三脱氧核苷酸重复突变的机理,提示同样在家系中有早发现象的精神分裂症存在相同机理。这种突变的表现型表现为早发现象,即在一个家庭中从上一代到下一代患者的发病年龄逐渐提前及表现型的严重程度逐步加重,重复扩增的三脱氧核苷酸长度逐渐增长,这种特征即为“动态突变”机理。在强直性肌营养不良症中这种不稳定重复数目和早发现象很明显,疾病发生是由Myotonin基因3′末端转录区内CTG重复引起的。Huntington舞蹈症也存在类似重复。

  精神分裂症多代家系研究显示了发病年龄随代数逐渐递减。欧洲小组通过重复长度检测(RED)法对基因组随机扩增三脱氧核苷酸CAG/CTG重复研究,说明与精神分裂症病理发生可能有关。但是,由于重复长度均未发现与发病年龄有相关性,因此CAG/CTG重复长度与表现型的严重程度关联性可能是由于人群层化偏差引起的。另外也不能排除这种重复扩增继发于引起精神分裂症的其它突变或环境因素等。因而,RED法只有经过改进后才能使人们正确地研究精神分裂症的发病机理。

  四、结论

  精神分裂症的分子遗传学新进展又重新使人们看到了希望。以后的研究将进一步通过连锁和连锁不平衡发现该基因***位点,但这需要大量有患者同胞对的家系进行连锁分析及大量无直接亲缘关系的个体或小家系进行连锁不平衡分析,通过一些新方法准确快速确定大量样本的基因型,同时对特定区域的基因突变进行扫描分析。此外,中国人群与其它种族人群相比存在异质性,对大量中国人群样本的收集及分析将有助于最终完整阐明精神分裂症的发病机理。

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