王慧麗 綜述，郭安源 審校

（華中科技大學文華學院環(huán)境工程系，武漢430074）

個性化醫(yī)療是指根據(jù)不同患者獨特的臨床、遺傳、基因組和環(huán)境信息設(shè)計有針對性的個性化治療方案和用藥。個性化醫(yī)療的首要目標是要針對特定群體或個體使用能對其產(chǎn)生最佳療效的藥物和劑量，以提高療效同時最大限度地降低藥物的不良反應，實現(xiàn)醫(yī)療方面的量體裁衣。個性化醫(yī)療的提出是現(xiàn)代醫(yī)學發(fā)展史上的一場重大革命，是與千人用一藥的傳統(tǒng)治療方案截然不同的新思路，其提出已經(jīng)逐漸引起各國學者、醫(yī)療衛(wèi)生人員和普通民眾的關(guān)注。早在2003年，人類基因組計劃剛完成，就有專家提出個性化的基因時代必將來臨。近年來，隨著全基因組關(guān)聯(lián)分析和第2代高通量測序技術(shù)在生物醫(yī)學研究領(lǐng)域的廣泛應用，個性化醫(yī)療也取得了一定進展。本文主要就個性化醫(yī)療在近年來高通量生物學研究中的取得的進展做一綜述。

1 個性化醫(yī)療與人類基因多態(tài)性

個性化醫(yī)療方案的提出，主要由于兩方面的原因：一方面，人們發(fā)現(xiàn)同一種疾病的不同患者對同一種藥物的反應是不同的。使用該藥，部分患者有很好的療效，部分患者可能沒有療效，也沒有不良反應，而有的患者可能不但沒有療效，還會有不良反應。據(jù)統(tǒng)計，全球每年死亡的病例中，約有1／3是因藥物不良反應引起的，中國每年有近20萬人死于用藥不當[1]；另一方面，人們也發(fā)現(xiàn)同一種疾病可以由不同的原因?qū)е拢绕涫且恍碗s性疾病。這種疾病受多種遺傳和環(huán)境因素影響，不同的患者有不同的病因，需要采用不同的治療方案[2]。

以上兩方面的差異，是由于人的遺傳多態(tài)性差異造成。隨著人類個體基因組序列的測定，發(fā)現(xiàn)不同個體的DNA序列并不完全相同，不同的DNA序列變異稱為多態(tài)性。目前，國際千人基因組計劃研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人類基因組中存在近1 500萬個單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）位點，這些已發(fā)現(xiàn)的位點基本達到了人類基因組中可能出現(xiàn)的多態(tài)性位點的95%[3]。同時，每個個體平均攜帶有250～300個位于基因內(nèi)的可能造成功能改變的變異位點，其中部分與已知的遺傳疾病有關(guān)聯(lián)[3]。

目前，NCBI的人類孟德爾遺傳數(shù)據(jù)庫（online mendelian inheritance in man，OMIM）已經(jīng)收錄了人類的1萬3 000個基因與7 000多種疾病有關(guān)聯(lián)[4]。單個DNA堿基突變就會導致個體表型或性狀發(fā)生較大的改變，如可能導致鐮刀形紅細胞貧血病和血友病等孟德爾遺傳病，即單基因疾病。單基因疾病由于致病原因單一，功能改變也較容易闡明。部分單基因疾病的研究成果，已經(jīng)應用于臨床的遺傳篩查和產(chǎn)前診斷等。這些研究為預防、治療遺傳病給予了極大的幫助，為單基因遺傳病患者的個性化醫(yī)療提供了堅實的理論基礎(chǔ)和應用指導。如果人類的所有疾病或性狀都像上述孟德爾遺傳病一樣，由單個或少數(shù)幾個基因控制；或者如果不同人DNA序列間的差異，主要是上述能導致明顯表型變化的DNA突變，那么個性化醫(yī)療也許很快就能實現(xiàn)。

然而，一方面，不同人DNA序列間的差異，并非DNA突變，而主要是一些沒有明顯表型的遺傳多態(tài)，大多數(shù)是僅有一個堿基不同的單核苷酸多態(tài)位點。它們是在長期進化過程中隨著不斷改變的生存選擇壓力而形成的，表現(xiàn)為對不同物質(zhì)的代謝反應速率或反應結(jié)果有差異。這些不同的多態(tài)位點，可以有不同的組合方式，例如3個多態(tài)位點便能形成9種不同的組合，人類的所有基因多態(tài)位點之間的組合方式是天文數(shù)字。闡明每個多態(tài)位點的功能以及它們之間的不同組合方式的功能，將是闡明人與人之間各種不同復雜性狀的根本途徑，包括對各種藥物的反應等。

另一方面，隨著傳染病得到控制、人類生活和醫(yī)療水平的提高，如今威脅人類生命健康的疾病，主要是一些復雜性疾病。它們并不是由單一的致病基因引起的，而是受到包括基因多態(tài)性、基因－基因相互作用等遺傳因素與多種環(huán)境因素以及它們之間的相互作用共同影響的。因此，只有充分掌握了這兩方面的知識，才能最終實施個性化醫(yī)療。

2 全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)在個性化醫(yī)療研究中的應用

目前，已經(jīng)獲得了95%左右的人類多態(tài)性位點，然而對這些位點或相關(guān)基因與疾病關(guān)聯(lián)方面的研究還非常有限，但這些疾病關(guān)聯(lián)信息卻是個性化醫(yī)療最終得以實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome wide association study，GWAS）正是獲得這種知識的重要手段之一，也是國際上近幾年來發(fā)展的新方法。它是一種通過在人類全基因組范圍內(nèi)尋找某些基因位點差異與某種表型之間聯(lián)系的方法，這種表型可以是各種人們所關(guān)心的冠心病、糖尿病等質(zhì)量性狀，也可以是血壓、血脂、身高、對藥物的反應速率等數(shù)量性狀。根據(jù)研究側(cè)重點的不同，GWAS既可以用于研究人類復雜疾病的遺傳背景，即復雜疾病遺傳學，也可以用于研究藥物療效的遺傳背景，即藥物基因組學。

自2005年《Science》雜志報道了第1項關(guān)于年齡依賴性視網(wǎng)膜黃斑變性的GWAS研究成果以來[5]，GWAS研究技術(shù)在全球迅速開展。根據(jù)美國國家基因組研究所截止到2011年6月的統(tǒng)計，已經(jīng)有932篇GWAS的文獻發(fā)表，這些研究發(fā)現(xiàn)了4 000多個SNP與200多種疾病和性狀相關(guān)聯(lián)[6]。這些研究大多數(shù)都是有關(guān)復雜疾病以及與疾病密切相關(guān)的生化指標的遺傳背景研究，如有關(guān)肥胖、糖尿病、冠心病、癌癥、精神分裂癥、多發(fā)性肝硬化、近視、食管癌、鼻咽癌、心房顫動、風濕性關(guān)節(jié)炎等[6]。隨著GWAS研究的開展，國內(nèi)安徽醫(yī)科大學張學軍等研究團隊也積極利用這項新的技術(shù)開展研究[7－8]。目前，國內(nèi)已經(jīng)發(fā)表的GWAS研究有銀屑病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、身高、食管癌、2型糖尿病、骨質(zhì)疏松、鼻咽癌、結(jié)腸癌、冠心病、肺癌、特應性皮炎等。這些研究中很多發(fā)現(xiàn)了與疾病有顯著相關(guān)的位點或中國漢族人群特定的位點，表明中國在復雜疾病GWAS研究上部分已經(jīng)達到國際水平[9]。這些疾病易感基因的發(fā)現(xiàn)為該疾病的研究奠定了基礎(chǔ)，也為疾病的基因診斷、個性化治療帶來希望。

此外，科學家們還將GWAS技術(shù)應用到疾病治療的研究中，相比較研究人類復雜疾病和性狀的GWAS而言，對藥物反應和疾病治療的GWAS研究相對較少。這些已有的藥物基因組方面的GWAS研究近70%是關(guān)于藥物反應，其他關(guān)于是藥物不良反應的研究。藥物反應的GWAS研究有干擾素和抑制血小板藥物氯吡格雷的反應，抗凝劑劑量的使用要求等；藥物不良反應的GWAS研究有他汀類藥物誘導的肌病和氟氯西林誘導的肝損傷研究等[10]。最近的GWAS研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基因VKORCl、CYP2C9和CYP4F2的基因型是華法林劑量的遺傳決定因素[11]；Gamma氨基丁酸（GABA）受體與遲發(fā)性運動障礙治療中的抗精神病藥物的不良反應密切相關(guān)[12]。SLCO1B1基因的一個多態(tài)性位點是他汀類藥物的主要不良反應（橫紋肌溶解）的獨立決定因子，這對他汀類肌毒性的預測和預防具有重要意義?；騃TPA／DDRGK1附近的一個位點與干擾素治療丙型肝炎引起的血小板減少有顯著關(guān)聯(lián)。這些研究對藥物基因組學和個體化用藥的發(fā)展積累了經(jīng)驗，奠定了理論基礎(chǔ)。

3 高通量測序技術(shù)在個性化醫(yī)療研究中的應用

近年來，隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是2005年以來以Roche公司的454技術(shù)，Illumina公司的Solexa技術(shù)和ABI公司的SOLiD技術(shù)為標志的第2代測序技術(shù)相繼問世，使得測序通量得以顯著提升，時間大大縮短，同時測序成本顯著下降，使得疾病的研究發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，個人基因組的研究逐漸開展，個性化醫(yī)療的相關(guān)研究再次提上日程。

目前，利用第2代測序研究疾病在DNA水平的技術(shù)策略主要有外顯子組測序、全基因組重測序和目標基因組區(qū)域測序。借助高通量基因組測序技術(shù)，研究者可以更加快速準確地找到與疾病相關(guān)的基因組序列與結(jié)構(gòu)的異常變化，從而確定致病基因或易感位點。2009年8月，Ng等[13]發(fā)表了12個人類外顯子組測序的研究論文，該研究通過對4位弗里曼謝爾登綜合征患者進行外顯子組測序及分析，找出了患者DNA中致病的MYH3基因突變，開創(chuàng)了外顯子組測序方法確定罕見致病變異基因的先河。隨后，外顯子組測序作為快速定位單基因病致病基因的有力工具被快速應用于不同單基因病的研究者，并且也逐步應用于研究多基因變異引起的常見疾病，如糖尿病、高血壓和腫瘤等[14]。

隨著測序技術(shù)的發(fā)展和費用的降低，可以想象在全面實現(xiàn)個體化醫(yī)療的時代，每個人都會擁有自己的基因組圖譜。醫(yī)生可以根據(jù)患者的基因組圖譜制定個體化的治療方案，從而在保證藥效的同時將不良反應降到最低。個人基因組圖譜的意義不僅在于疾病治療，還在于通過基因組圖譜中變異信息的解讀，實現(xiàn)在發(fā)病前對疾病風險的預測和評估，從而盡早地采取有效的預防措施。因此，利用全基因組重測序進行變異檢測具有極大的應用價值和廣闊的市場前景，也是個性化醫(yī)療得以實現(xiàn)的一個重要步驟和必經(jīng)之路。

4 基因組信息在個性化醫(yī)療的應用

基因組信息在個性化醫(yī)療方面的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）疾病風險評估。這一點主要是指通過基因組和遺傳學研究，獲得單基因病和多基因病的潛在遺傳變異位點以及它們與疾病發(fā)生的關(guān)聯(lián)性，然后根據(jù)這些位點和疾病相關(guān)性進行疾病風險評估，分析不同個體將來患該疾病的可能性和風險。（2）疾病早期診斷和分型。很多疾病在其發(fā)病的早期不容易確診和分型，絕大多數(shù)癌癥如果能在早期進行確診和分型的話，將有很大的概率被治愈。因此疾病的早期診斷在個性化醫(yī)療中占很重要地位。不同個體的基因組信息對疾病的早期診斷有重要意義。（3）疾病的治療和藥物敏感性檢測。針對不同患者的藥物靶基因上的不同突變，分析該藥物對患者的作用，從而適當?shù)倪x擇不同的用藥和藥物劑量，使之達到最佳治療效果，這是個性化醫(yī)療的重要表現(xiàn)。（4）疾病預后的監(jiān)測。在預后的監(jiān)測中主要對部分基因或特定分子的表達檢測來判斷疾病的預后情況。2007年美國FDA批準了第一個用于監(jiān)測癌癥患者5年內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移和復發(fā)的方法Mamma Print。該試劑盒就是根據(jù)70個基因的表達信號來實現(xiàn)腫瘤的預后[15]。

5 展 望

迄今為止，GWAS和第2代高通量測序技術(shù)已經(jīng)成為研究人類復雜疾病和藥物反應的遺傳背景的重要方法，在今后一段時間內(nèi)將依然是研究的熱點所在。相信隨著越來越多的高通量生物醫(yī)學研究技術(shù)的應用和研究的深入開展，復雜疾病和藥物反應的遺傳背景知識會越來越豐富，將為疾病預警、風險預測、臨床診斷、藥物開發(fā)和個性化醫(yī)療奠定堅實的基礎(chǔ)。

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