SNP研究概况及其在传染病学领域的应用

摘要：随着人类基因组草图的完成、后基因组时代的到来，SNP的研究掀起了热潮。sNP(读音sips)，即单核苷酸多态性，是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的一种DNA序列多态性。它由于高密度、高遗传稳定性、易于分析等诸多优点，被作为一种新的基因研究工具广泛应用于医学、生物学、制药业等领域。将SNP应用到传染病学领域中，无疑会给传染病的防治开辟一个崭新的纪元。

关键词：SNP；基因组；变异；传染病

    人类基因组计划(HGP)的成功，给科学发展尤其是生命科学领域带来了无限光明的前景，也给人类带来了无限的商机，因为HGP研究让我们对疾的概念有一个全新的改变，即人类所有的疾病都是基因病。基因组图谱在判断遗传危险度、基因诊断、治疗和预防等方面将直接给人类带来好处。另外，人类基因组本身就是一个技术平台，它的主要表现形式就是遗传信息、生物信息，这些信息可变成光、电、颜色各种看得见、摸得着的信号，这样便可以进行产业化。正因为如此，许多国家在制定2l世纪科技发展战略时，无不把人类基因组研究作为优先的主攻领域加以重点投资和支持，以便占据2l世纪科技的一个制高点。

1．SNP研究的背景及意义

    2000年6月26 Et人类基因组测序工作完成后，人们发现，人与人之间99％ 的序列是相同的，不同的往往是某个单核苷酸处，即单核苷酸多态性(SNP)，它是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的一种DNA序列多态性。SNP现象在基因组中广泛存在，约有300万个1 。它由于具有很高的信息量，能稳定遗传，分析方法易于自动化等诸多优点，成为继限制性片段长度多态性(RFLP)、短片段重复序列(S脉)之后的第三代多态性遗传标记。研究SNP在揭示生命的本质上有重要意义。SNP的发现，既有利于基因组测序，又有利于疾病相关基因的发现2。作为一类基因研究工具，SNP广泛应用于遗传疾病、人类进化、药物敏感性和耐药性、生物种群多样性等方面的研究3。

    基因研究的潜力很大，2000年人类基因组结构草图完成后，功能基因组学研究将成为研究和竞争的焦点。这是因为一旦知晓基因组表达图谱和基因的功能，即可彳ll快过度到基因组图谱和功能的开发、应用研究，这佯一个基因就可变成一个朝阳产业。因此，SNP必将是现在和将来基因组学研究中最热门的课题。在这一领域研究中，我们现有的技术水

平与国际先进水平仍存在很大的差距，这种差距不会在短期内改变。但我国拥有丰富的遗传资源，这是一种有待发挥的资源优势。利用这些丰富的疾病遗传资源，分离在我国发生率高、危害性大的重要疾病的致病基因和相关基因，进而研究其结构和功能，并由此进行相应产业的开发，将对人类的健康作出贡献。

2．SNP在医学领域中的应用

    人群中存在遗传异质性，人与人之间遗传背景都有或多或少的差异，这种差异使每个人对环境因素及心理因素的反应性千差万别，差异的结果就是表现为对疾病的易感性或抵抗力，差异的本质就是基因水平上的不同。

    通过对这些基因的识别，便可加深对疾病的认识，从而促进对疾病的诊断和预防。鉴于技术条件等原因，以往对疾病的遗传研究大多按照单基因的模式进行，SNP的出现及人类基因组草图的完成，现已有可能描绘在某一疾病时的多个基因位点、甚至整个基因组的状态。

2．1 阐明疾病发病的分子遗传机制

    SNP在基因组内可以划分为两种形式：遍布于基因组的大量碱基变异，位于基因编码区的功能性突变(cSNP)，cSNP又分为同义突变和非同义突变，后者会影响蛋白质的合成及功能。非同义突变导致的蛋白结构和功能的改变，可能就是对某种疾病易感的基础或者就是病因3。通过病例一对照的突变分析，就有可能搞清这类SNP与异常表型之间的关系，从而对疾病遗传机制的阐明作出重要贡献。

2．2 疾病的基因定位或易感基因的检出

    SNP被认为是一种可稳定遗传的早期突变，与疾病有着稳定的相关性，可用于未知致病基因的定位。其数量大、分布广，在任何已知或未知致病基因附近都可能找到众多的SNP，并用于遗传病的单倍型诊断。在有适当的家系资料时，SNP可用于疾病的连锁分析；而关联分析无需家系资料，只需研究一个群体中的患者与非患者。当一个遗传标记的频率在患者明显超过非患者时，即表明该标记与疾病关联。通过比较分析两者的单倍型和发现连锁不平

衡，关联分析也可将基因组中任何未知的致病基因定位。SNP的大量发现和第三代的基因图的制成与应用，可望能给复杂疾病的基因定位带来重大突破。在疾病的发生过程中，个体／群体对环境致病因子的易感性起着重要作用。这种易感性的遗传基础是基因组的结构差异或／和表达差异。SNP有助于阐明这些差异。

2．3 药物基因组学的研究

    同一药物在不同个体内产生的效果不是完全相同，这种差异首先是遗传差异。SNP能充分地反映个体间的遗传差异，通过研究遗传多态性与个体对药物敏感性或耐受性的相关性，可以解释遗传因素对药物效用的影响，从而对医生针对性的用药和药物的开发提供指导和依据。

2．4 其他

    SNP在研究人类进化、种族起源、生物进化与多样性以及法医学上用于亲子鉴定、个人识别上有重要作用。

3．SNP在传染病中的应用

    传染病属于获得性基因病，它多是病原微生物的基因组与人类基因组相互作用的结果。以病毒病为例，首先病毒基因组的侵入有利于人类基因组所编码的受体；其次，其基因组的复制与扩增需要人体细胞的整个基因机器，最终又是通过破坏人类基因的正常协调与功能而使人体致病。为什么相同的易感人群暴露在同一环境下，有的人感染，有的人不感染?在感染的个体中，有的人发病，有的人不发病?这种差异性表现存在的基础可能就是易感基因的不同。SNP有助于寻找这些易感基因。

3．1 SNP与病毒性肝炎

    在这方面研究较多的就是乙型、丙型肝炎。众多学者报道了HLA等位基因多态性与HBV、HCV感染慢性化的关系及感染后病情的转归。HBV、HCV感染与宿主遗传学问唯一可重复的相关性是HLA一Ⅱ类分子的等位基因，而HLA—I类分子研究的较少。研究显示DRBI*1302能对抗HBV感染慢性化的作用，在HBV清除者出现频率高4 ；而DQAI*

0501及DQBI*0301与乙型肝炎慢性化相关联5 。对HCV来讲，DRBI*04、DQAI*03是保护性等位基因，DRBI*1l、DR5、DQBI*0301与病毒清除有关，其中DR5、DQBI*0301出现频率与肝病变程度成反比关系6-7 ；DR4、DQBI*0401在HCV感染组较对照组高，与肝脏病变进展有关联8；DRB1*1302可延缓HCV感染者的肝病进展，与对照组相比，HCV

感染者该基因频率出现低7。研究用干扰索治疗HCV感染疗效时发现，在治疗有反应组，mA—B55、B62、CW3、CW4的检出率明显高于治疗无反应组9。

    众所周知，我国是肝炎大国，尤其是乙型肝炎在我国更为普遍。目前我国有肝炎现患病例3 000万，其具体发病机制不清，且目前缺乏有效的治疗措施。如果将患者与对照的基因组进行研究，发现有价值的SNP，并通过与疾病表型的关联分析，寻找易感基因或与发病有关的免疫相关基因，对于理解其发病机制、探讨预防及治疗措施有非常重要的意义。

3．2 SNP与HIV感染

    HIV感染在我国呈逐年上升趋势，上届国际会议上专家们指出，今后HIV流行高峰将从非洲、欧洲移至亚洲、特别是东南亚发展中国家。联合国卫生部门的官员曾向中国政府提出了警告，如果不采取积极有效的措施，中国可能就是HIV感染的又一个重灾区。到时候，HIV合并HBV、HCV感染，就会给预防、控制带来极大的困难。在艾滋病的发病机制中，化学趋化因子受体5(CCR5)具有协同HIV一1进入CD4细胞的作用。其基因多态性研究表明，在纯合子个体，将此基因删除32个碱基对可阻断HIV一1感染，而杂合子个体的这种碱基删除则使艾滋病的疴隋进展延缓 10。另外，有研究表明艾滋病受体基因的两个已知多态性与艾滋病有关11。

3．3 SNP与肝纤维化

    以往的研究表明，无论是血吸虫病性还是病毒性肝炎所致的肝纤维化，其严重程度与感染水平并不成正比例，为什么几乎无感染的个体具有严重的纤维化，说明遗传因素在纤维化发展中可能发挥重要作用。有一研究小组 J对苏丹分离家系进行调查研究，以期发现与曼氏血吸虫感染后致肝纤维化的相关基因，他们在4个候选区进行连锁分析表明，主要的位点在染色体6q ～q23，且与IFN一 R1基因密切相关，此处的突变会影响疾病的进程，但作者同时指出，该研究结果并不排除其他多态性的存在。

3．4 SNP与耐药

    随着抗生素的广泛应用，耐药现象普遍发生，院内感染发生率高，这为临床抗感染治疗带来了极大的困惑，比如结核菌耐药现象、由于细菌产生超广谱内酰胺酶(EsBLs)而对第三代内酰胺类抗生素的耐药现象。通过SNP方法，可筛选到耐药基因，然后进行针对性的用药，并由此开发出相应的新药，这对于提高疗效和控制其耐药性的发展有重要意义。

    总之，SNP策略的提出在基因组学研究中掀起了又一个新的高潮，SNP的开发和利用 将大大加深遗传学的研究，促进人类对疾病的认识。把SNP的方法应用到传染病学研究中，将使我们在基因水平上了解传染病的发病机制，从而对其预防、治疗都基于坚实的遗传学基础之上。

4．SNP用于人类基因组研究中尚需解决的问题

    HGP完成后，对SNP的研究、开发就一直处于热潮中。迄今为止，已对140万个SNP以及它在人类基因组中的精确位置进行了编录，并登记人数据库，其中部分可被免费共享。但在这些SNP中，明确与特殊疾病相关的还很少。

    由于SNP 在人类基因组中出现的频率为1／1 000，因此在对SNP，尤其是未知SNP进行筛查时，必须拥有大量的样本，这就要求有一个快速、敏感、高通量的实验方法。现用的实验方法有：1．基于凝胶电泳的限制性片段长度多态性(RFLP)、等位基因特异的寡核苷酸(ASO)、单链构型多态性(SSCP)分析等；2．以杂交为基础的方法；3．依赖于Tm值的溶解曲线分析；4．质谱法；5．DNA芯片。这些方法为真正实现高通量提供了可能，但由于其价格昂贵以及其本身的性能问题，目前还没有被广泛推广使用。

    在用SNP进行致病基因的搜寻时，相关分析是一个重要的策略。但相关分析是一种依赖出现频率的技术，它的分析结果会受诸多因素的影响，包括疾病突变和与之相关等位基因标记出现的年代、频率、等位基因之间的重组率、疾病的病源异质性、标记位点的突变率和杂合度等13。因此，在用相关分析进行致病基因寻找时，必须获得更多的SNP标记与人群信息，否则很难进行标记。在实验设计时，样本来源如何确定、SNP标记及其密度如何选择是必须考虑的问题。

    研究人的基因及用某种基因进行相应功能的开发时，还涉及到个人隐私权、伦理问题，由此带来的相应社会、法律问题也将是以后要必须面对的。

5．展望

    随着生物信息学方法、分子生物学及工程学的发展，高通量筛查SNP的方法必将应运而生，对SNP数据进行分析、统计的软件也会逐渐完善。这些无疑会加快用SNP进行致病基因或易感基因搜寻的过程，最终给生命本质的揭示、人类的健康带来福音。

    值得一提的是，我国在致力于致病基因研究时，应该克服那种家庭作坊式的工作方式。因为重大疾病，特别是那些遗传方式复杂的疾病如多基因病、某些传染病，其遗传图谱、基因图谱的构建首先就需要大量遗传背景不同的人群，这不是单独一个研究单位所能办到的。因此，在用SNP搜寻致病基因中，要打破各研究单位各自为政、相互封锁的壁垒，各个部门需要通力合作，以避免资源的浪费，减少人力、物力，这样做还可以节省时间。