关于遗传病遗传分析的研究进展

提要 多基因遗传病易感基因的定位和遗传分析是近年来遗传病研究的新热点。由于多基因遗 传病的病因较复杂, 给研究工作带来了不少困难。目前, 国内外学者主要从改进实验技术和分析方 法等方面开展研究, 并取得了一些进展。本文主要综述多基因遗传病的遗传分析方法, 包括连锁分 析、受累同胞对分析、关联研究和动物模型的多基因分析等, 剖析这些方法的优缺点, 并举例加以说 明。
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国外医学遗传学分册 1998 年 第 21 卷 第 2 期
目前, 多基因遗传病易感基因的分子遗传 学研究已形成了一套模式。如常用的遗传标记
为法国 GENET HON 实验室建立的 5 264 个微 卫 星标 记( m icrosat ellit e m ar ker ) [ 4] 中的 一部 分, 常用 的实验材料是被检 者的全基因组 DNA , 常用的实验仪器为自动化或半自动化的 基因组扫描仪如 ABI373 或 ABI377, 常用的实 验技术有定位克隆法、候选定位克隆法以及排 除作图法等, 常用的遗传分析方法有连锁分析、 受累同胞对法和受累家系成员法、关联研究与
多基因遗传病( poly genic inher it ance disorders ) 是指由许多对微效累加基因和某些环 境因素共同作用而引起的一大类遗传病。由于 发病过程中需要许多因子共同参与, 故又称为 多 因子 遗传病 ( m ult if act orial inherit ance disorders) 或 复杂性疾病 ( complex disorders) [ 1] 。 多基因遗传病的一个显著特点是其性状变异呈 现连续的数量级差的改变, 不符合孟德尔遗传 所具有的质量性状的变异。多基因遗传病的另 一个显著特点是其所涉及的主要为一些常见病 和先天畸形。前者包括精神分裂症、哮喘、原发 性高血压、糖尿病、冠心病、风湿性关节炎和癫
痫等, 群体总 体患病 率为 600‰; 后 者包括 唇 裂、脊柱裂、无脑儿、先天性心脏病等, 群体患病 率为 46. 4‰。两者之和远远高于 染色体病的 3. 8‰和单基因遗传病的 20‰[ 2] 。由此可见, 多 基因遗传病既是一类较难研究的遗传病, 又是 一类极具研究价值的遗传病。
80 年代以来, 由于多态性微卫星遗传标记 的应用、定位克隆等技术的日趋成熟以及各种 遗传分析方法的建立, 使单基因遗传病的基因 定位和克隆进展神速, 迄今已有 1 000 多种疾 病基因被定位, 100 多种疾病基因被克隆[ 3] 。同 时, 也使多基因病易感基因的定位成为可能。
2158 28 A l ah ari K D et al. M etabl ism, 1997; 46( 2) : 224 29 Hous t on LA et al. Bone, 1996; 18( 3) : 249 30 Ow ada M et al. N ippon Sanka Fu jinka Gakkai Zass hi,
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然而, 连锁分析在多基因遗传病易感基因 定位研究中的作用非常有限。原因首先在于多 基因遗传病的遗传没有一个固定的模式, 无法 设置参数并套用公式; 其次在于多基因遗传病 一般发生率很高, 使基因突变的机会大大增高, 影响了基因定位时目的基因的确定; 还在于多 基因遗传病在不同家系中甚至在一个大家系中 存在遗传异质性, 使这些家系资料无法累加。解 决的方法之一是先对某个多基因遗传病进行综 合分离分析[ 7] , 找出该病中外显率相对较高, 并 对疾 病 易 感性 有 实 质 影 响 的 主 基 因 ( major g ene) , 然后进行连锁分析和主基因定位。成功 的例子有通过对遗传性持续性胎儿血红蛋白症 的综合分离分析和连锁分析, 发现在第 6 号染 色体的 -球蛋白外侧有一个该病的主要作用位 点[ 13] 。连锁分析的另一个不足是假阳性或假阴 性的出现。解决的方法是遗传模式一定要选正 确, 另外还需重复已做的实验和分析。 二、受累同胞对分析和受累家系成员分析 受累同胞对( af fect ed sib-pair , ASP ) 分析 法是连锁分析的一种特殊形式, 其特点是无需 知道遗传病的遗传方式, 即可对同胞对中某一 遗传标记与疾病易感基因作出连 锁关系的判 断。
lods 法的不足在于其不适合三代或三代以 上大家系的连锁分析。另外, 亲代基因型必须已 知, 且其中必有一个为双重杂合子。为了弥补 lods 法的不 足, Elst on 和 St ew art 提出了家系 资料分析的通用模式[ 8] , 此模式既可对两代以
上家系资料进行分析, 又可对某些数量性状进 行分析。此后还发展了利用高度多态性遗传标 记进行多位点连锁分析的方法[ 9] 。连锁分析法 主要适用于已知遗传方式的单基因遗传病的基 因定位, 如外显率完全的显性遗传病和能定量 的隐性遗传病的基因定位。可用于连锁分析的 计算机软件包主要有 L IPED [ 10] 、L IN K A G E[ 11] 和 V IT ESSE[ 1 2] 等。
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对有效性等理论问题, 使 ASP 分析法得以广泛 应用于多基因病的遗传分析和基因定位。
ASP 分析涉及到一个基 本概念—— 血缘 同一( ident ical by descent , IBD) 。即一条染色 体的 DNA 区域或等位基因有一个共同祖先的 起源。假如亲代基因型已知, 在零假设的情况 下, 同胞对中任何位点 IBD 的机会分别是 0、1、 2, 基因型分布分别是 25% 、50% 和 25% 。显然, 同胞对 IBD 的机会要高于其他亲戚对( 如祖孙 对、叔侄对、表兄妹对和半同胞对) , 更明显高于 随机孟德尔分离群体。当 ASP 中某个遗传标记 的 IBD 超过 随 机同 胞 对的 5% ～ 10% ( P < 0. 05) 时, 就可判断该标记与某个易感基因间存 在连锁关系。
1996; 48( 9) : 799 31 T okit a A et al . J Bon e M iner R is, 1996; 11( 7) : 1003 32 T sai K S et al. Bone, 1996; 19( 5) : 513 33 Lim SK et al. J Cl in En docrinol M et ab , 1995; 80 ( 12) :
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连锁不平衡分析、动物模型的多基因分析等。本 文主要讨论上述 4 种遗传分析方法的特点及应 用。
一、连锁分析法
根据基因的重组率来计算两基因之间的染 色体图距称 为连锁分 析( linkag e analysis) [ 5] 。 连锁分析得 益于 F isher 提出的 似然性( l ikeliho od) 的概念。所谓似然性可被认为重组分数 传递过程中的观察概率或表型概率。似然性估 计在方法上常采用对数概率, 这样可将概率密 度的 相 乘转 化 为 对数 密 度 的 相 加。1955 年 M ort on 利用似然性估计的原理提出了优势对 数 分数 法( log odds scor e) 简 称为 lo ds 法[ 6] 。 lods 法主要检测在两基因以某一重组率( ) 相 连锁时, 出现这种情况的似然性( L ) 有多大。此 法的基本 公式为 Z ( ) = log [ L ( ) / L ( 1/ 2) ] 。 lods 法的优点在于: 可用于两代小家系资料 的分析。 每个家系的计算结果可逐个相加, 无 时间限制, 一旦能作出判断即可停止调查。 计 算基因连锁的似 然性及染色体图距准确性较
3677 34 V an Leeuw en JPT M et al . St eroids , 1996; 61: 154 35 G ross C et al. J Bone M in er Res, 1996; 11( 12) : 1850
多基因遗传病遗传分析的研究进展
上海第二医科大学医学遗传学教研室( 上 海 200025) 顾鸣敏综述 陈仁彪审校
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高。 结果判断较容易, 如 lods 值> 1 支持连 锁、lods 值> 3 肯定连锁、lo ds 值< - 2 否定连 锁。重组率的判断为: < 0. 10 为紧密连锁( 遗 传距离< 10cM ) , > 0. 20 为松弛连锁( 遗传距 离> 20cM ) , 0. 10< < 0. 20 为中度连锁[ 7] 。
A SP 分析首先由 Penr ose 提出来的[ 14] , 当 时主要用于比较单基因遗传病中同胞对的观察 值与期望值的分布, 以分析标记位点与疾病间 的连锁关系。以后经过改进, 此法被成功地应用 于 HL A 相关疾病的连锁分析和以 RF L P 作为 遗传标记的 APS 连锁分析。1990 年 Risch 发表 了以复杂遗传性状的连锁分析策略为主题的 3 篇系列文章[ 15] , 阐明了多位点模式和受累亲戚
198 19 Pacini S et al. R ad iol M ed Tori no, 1996; 92( 5) : 520 20 Rigg s BL et al. J Bone M iner Res, 1995; 10: 991 21 Fleet J C et al. J Bone M iner Res, 1995; 10: 985