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00008版:前沿

探索生物进化的遗传密码—

你的姓氏里,藏了多少秘密

  赵钱孙李、周吴郑王……《百家姓》流传千年,是中华文化中独特的姓氏文化的见证。同姓之人一定同宗吗?未必,但是“姓氏”与“基因”在遗传学上有千丝万缕的联系。

  人人都拥有的姓氏可以说是一种基因符号,通过它我们可以追溯到千百年前的祖先;而染色体、DNA、基因……这一个个名词似乎剥离了人外在的属性,留下最为统一的、原始的要素。

  面对庞大的基因信息,我们该如何解读呢?为此,记者采访了西湖大学特聘研究员、“疾病与群体遗传信息实验室”独立负责人郑厚峰,一起来探索我们身体内的基因密码。

探索生物进化的遗传密码—

你的姓氏里,藏了多少秘密

本报记者 林 婧

  祖先从何而来

  基因说了算

  人类有23对46条染色体,其中有一对性染色体,男性是XY组合,女性为XX组合。Y染色体只在父子中相传,且Y染色体上的“单体群”可以代代相传。因此,当前科学家们通过研究Y染色体来研究人类的进化与迁徙。

  通过大数据可以将Y染色体的某一个基因突变出现的时间顺序画成“谱系树”。在对某个人的Y染色体测序后,可以确定基因突变的定位,从而定义单体群。

  郑厚峰举了一个例子: “以我的郑姓为例,通过基因测序,可以得到我的Y染色体单体群是O型后面跟一大串数字。通过比对这个单体群在全国的分布情况可以发现,我的单体群的北方血统大概占了60%。也就是说,虽然我出生在江西,但是我的祖先可能来自于中原地区,这也符合郑姓的历史发展渊源。”

  除了制作基因族谱,群体遗传学数据还可以致力于寻亲方面的应用。据悉,目前司法DNA检测大多采用的检测技术只能匹配直系亲属——父母亲和孩子的基因。但如果采用DNA全基因组芯片的方式来进行基因检测,就可以计算到五级亲属。“也就是说,如果在寻亲库中有你的堂兄妹或者表兄弟,就可以匹配得上。这就扩大了基因匹配的范围,提高了‘寻亲’的几率。”郑厚峰说。

  Y染色体上的某些基因突变,可以通过“单体群”代代相传下来。同时,生活中很多有趣的现象是基因突变后沉淀下来的。饮酒后出现的“亚洲红”就是其中之一。

  事实上,从微观的角度来看,两个普通人的基因组大部分都是一样的,但根据DNA中腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶4种碱基的排序,几乎每1000个碱基对中就会出现一个不相同的碱基对。

  “‘解酒基因’在基因组上定位在乙醛脱氢酶上的一个错义突变,命名为‘rs671’,也就是说喝酒会不会脸红就由我们12号染色体的这个位置的等位基因决定的。”郑厚峰用鼠标指着电脑屏幕上被标记出的某个位置说。

  人体的染色体是成对出现的,通过对人群DNA的收集和基因测序后,郑厚峰和团队发现,在“rs671”这个定位上,出现了等位基因G和等位基因A的3种基因型:GG、GA和AA。郑厚峰团队在调查了2349例中国人群个体后发现,在标记为“要喝酒”的人群中,“rs671”这一位置上是“GG”基因型的个体占到68.6%,是“AA”基因型的个体仅占0.8%。而在携带“AA”基因型的人群中,96.3%的人标记为“不喝酒”。也就是说等位基因G到等位基因A的突变导致了“亚洲红”的出现。

  据悉,在全世界范围内,大约有5.4亿人存在“解酒基因”的突变。东亚人群“解酒基因”突变的频率更高。根据郑厚峰团队的研究样本显示,在我国“解酒基因”的突变频率在北方人群中是15.4%,在岭南人群中是35.8%,这个数据似乎也符合了日常生活中的一个印象:北方人比南方人更能喝酒。

  厘清健康状况

  基因要参与

  得了银屑病还会有骨折的风险?皮肤病与骨质疏松居然有联系?2017年之前,关于银屑病跟骨质疏松间是否存在归因关系一直有争论,也成为了临床上的一个重要问题。

  去年8月,郑厚峰领衔的“疾病与群体遗传信息实验室”在大数据的基础上,更加全面地分析了两者的相互关系。事实上,他们通过比较发现银屑病性关节炎患者与对照组相比,骨量减少,但这个关联关系并不是由遗传因素决定的。所以,银屑病与骨质疏松之间没有归因关系。郑厚峰团队进一步研究发现,银屑病性关节炎作为一种重型的银屑病,它的临床治疗所使用的药物会导致骨质疏松的发生。

  对此在临床上,这项研究给出的建议是银屑病性关节炎患者应定期测量骨密度,并应提供适当的健康管理,以此降低骨折风险。这一研究也得到了中国《原发性骨质疏松诊疗指南》编写者章振林教授的关注,并邀请郑厚峰共同编写2021年版指南。

  基因和每个人的健康息息相关。日常生活中,我们常见的骨质疏松、高血压、糖尿病等疾病被称为复杂疾病,这意味着这些疾病的发生发展不光是一个基因在起作用。对于这些疾病,即使找到相关的等位基因的突变,它可能只能解释很少部分的疾病表型。“但是借助于遗传数据,我们可以发现临床风险因素与疾病是否有归因作用。比如上面说到的,利用遗传数据,厘清了银屑病性关节炎与骨质疏松的复杂关系。”郑厚峰说。

  与复杂疾病相对应的是“单基因疾病”,致病基因的作用是显著,也就是说,只要某个致病基因发生突变就会导致生病。脆性骨折是属于此类疾病。因此脆性骨折患者在孕育后代时,可以在胚胎形成后进行产前基因突变筛查,以此判断是否要保留胎儿。

  除此之外,当前的治疗肿瘤和自身免疫性疾病的单抗药物都是有针对性地阻断某一蛋白,以此达到治疗的作用。在郑厚峰看来,基因突变可以模拟药物作用。那么通过研究基因突变,就可以研究药物的有效性和毒副作用,并在此基础上进行药物开发。

  “但是研究成果的转化应该是一件顺理成章、水到渠成的事。在我看来,现阶段某些疾病风险检测项目,其实还不够成熟。仅靠几个基因变异来判断复杂疾病的风险,还是远远不够的。”他说。

  研究基因与疾病

  样本库是基础

  群体遗传学是什么?“简单来说,群体遗传学研究的是一个群体的基因频率在传代过程中的变化,通过整个基因组在群体里突变频率的情况来看人群历史和人群分层。”郑厚峰解释道。在群体遗传研究和人群队列的建立上,欧洲起步是最早的。

  近10年来,我国也陆续建立起若干前瞻性人群队列。比如中国疾病预防控制中心(项目Ⅱ期时改为中国医学科学院)与英国牛津大学合作启动了一项大型的中国慢性病前瞻性研究项目,是国内目前为止最大的一项队列建立。

  早在2017年,郑厚峰进入西湖大学时就想展开大型队列研究。他希望建立起中国人自己的大型研究队列。于是,2016年至2017年间,“西湖大型生物样本库”建设项目(以下简称WBBC)进入筹备阶段。2017年9月,WBBC初试阶段开始启动样本的收集工作,其目标人群是14至25岁的年轻大学生。历时两年多,WBBC初试阶段项目最终的基线样本量为14726人,其中男性4751人和女性9975人,并已完成近一万人的基因组测序和分型。不久前,WBBC初试阶段描述性论文已发表。

  郑厚峰告诉记者,对项目中14726例青年人群样本调查后发现,不光要关注中国青年群体肥胖问题,更值得注意的是,当下审美取向导致的中国青年群体体重不足的问题也需得到重视。根据中国肥胖问题工作组对于身体质量指数(BMI)的划分,WBBC数据显示,中国青年人群体重不足、超重和肥胖的总体流行率分别为 24.3%、11.5%和5.0%。其中,女性体重不足的发生率高达26.4%。

  除此之外,研究结果表示中国青年人群普遍缺乏维生素D。其中,女性41.8%的维生素D缺乏比例远高于男性的16.4%。事实上,人体中只有少部分的维生素D是通过食物来源获得的,主要来源是皮肤的光照合成。但是在“冷白皮”审美的引导下,大多数青年女性都避免太阳照射,并使用防晒霜,这并不利于皮肤中维生素D的合成。

  “我们最终的目标是招募至少10万个不同年龄段的中国人群研究对象。”郑厚峰说,“在大样本的数据收集整理及分析基础上,寻找疾病的发生及发展规律,建立起基于基因与环境的衰老评估体系。”


浙江日报 前沿 00008 你的姓氏里,藏了多少秘密 2021-08-06 浙江日报2021-08-0600007;22877334 2 2021年08月06日 星期五