杜　朋，陳孟毅，李程程，樊飛躍，孟愛民

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所，北京　100021)

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復(fù)雜性狀遺傳CC小鼠與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究

杜朋，陳孟毅，李程程，樊飛躍，孟愛民

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所，北京100021)

生物組學(xué)技術(shù)在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)上的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，為精準(zhǔn)的個(gè)體化預(yù)防、診斷、治療提供了關(guān)鍵性的技術(shù)體系，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)研究是疾病發(fā)病機(jī)制研究轉(zhuǎn)化到臨床不可或缺的手段。為應(yīng)對(duì)目前嚴(yán)重危害人類疾病的復(fù)雜性、多樣性特點(diǎn)，2002年國際復(fù)雜性狀聯(lián)盟(Complex Trait Consortium，CTC)倡議研發(fā)建立新的小鼠遺傳資源庫；通過不同純系小鼠品系間的雜交創(chuàng)建小鼠復(fù)雜性狀遺傳資源庫(Collaborative Cross mice，CC小鼠)。隨著原始親本小鼠(founder)選定、雜交品系的繁殖，CC小鼠在檢測小鼠表型、疾病易感性、疾病發(fā)生發(fā)展及預(yù)后與遺傳因素的關(guān)系方面進(jìn)行了系列的嘗試。文中將就CC小鼠在疾病發(fā)生發(fā)展及藥物評(píng)價(jià)個(gè)體化研究中的應(yīng)用做一簡要介紹。

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)；CC小鼠；數(shù)量性狀定位

1953年沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)開啟了分子生物學(xué)時(shí)代。50年后的2003年“人類基因組計(jì)劃”宣布完成。從基因序列分析到各種組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分子生物學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用對(duì)探討疾病病因、發(fā)病機(jī)制及診斷技術(shù)更新、治療方案制定產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在此基礎(chǔ)上近年來精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)不斷地被提出，尤其是美國總統(tǒng)奧巴馬在2015年國情咨文演講中提出了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃，推動(dòng)個(gè)體基因組學(xué)的研究，引起世界關(guān)注。2016年我們國家將精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)納入國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的目的是精確找到疾病的原因和治療靶點(diǎn)，為患者提供更具針對(duì)性和有效性的治療措施，提高疾病診治與預(yù)防效益。因此，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究應(yīng)關(guān)注技術(shù)成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，最終能實(shí)現(xiàn)對(duì)于疾病進(jìn)行個(gè)性化精準(zhǔn)治療。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在人類疾病發(fā)病機(jī)制研究和藥物研發(fā)的有效性、安全性評(píng)價(jià)中起著不可替代的作用。腫瘤、傳染性疾病、糖尿病、心腦血管疾病等慢性復(fù)雜性疾病是嚴(yán)重危害人類健康的常見疾病，是目前預(yù)防診療研究的重點(diǎn)。為了能夠更好地研究個(gè)體遺傳因素對(duì)復(fù)雜性疾病發(fā)生發(fā)展、診斷及治療反應(yīng)性的影響，2002年，國際復(fù)雜性狀聯(lián)盟(Complex Trait Consortium，CTC)針對(duì)復(fù)雜疾病的遺傳多樣性，倡議研發(fā)建立新的小鼠遺傳資源庫，通過不同純系小鼠品系間的雜交創(chuàng)建小鼠復(fù)雜性狀遺傳資源庫[1](Collaborative Cross mice，CC小鼠)。隨著原始親本小鼠(founder)選定、雜交品系的繁殖，不同傳代次數(shù)的CC小鼠在檢測小鼠表型、疾病易感性、疾病發(fā)生發(fā)展及預(yù)后與遺傳因素的關(guān)系方面進(jìn)行了系列的系統(tǒng)遺傳學(xué)方法的嘗試。下面將就CC小鼠在疾病發(fā)生發(fā)展及藥物評(píng)價(jià)個(gè)體化研究中的應(yīng)用做一簡要介紹。

1　精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)為個(gè)體化醫(yī)療目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供新的途徑

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是應(yīng)用現(xiàn)代遺傳技術(shù)、分子影像技術(shù)、生物信息技術(shù)，結(jié)合患者生活環(huán)境和臨床數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的疾病分類及診斷，制定具有個(gè)性化的疾病預(yù)防和治療方案。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)得以實(shí)施的核心科學(xué)問題，是要根據(jù)每一個(gè)個(gè)體的分子特征(基因突變)的差異，準(zhǔn)確了解病因，從而進(jìn)行更為精準(zhǔn)的醫(yī)療預(yù)防、診斷和個(gè)性化治療，是一種個(gè)體定制的、因人因病而異的醫(yī)療模式，是衛(wèi)生與健康保障的新概念。

我們國家有關(guān)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的任務(wù)包括新一代生命組學(xué)技術(shù)研發(fā)，大規(guī)模人群隊(duì)列研究，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的資源整合、存儲(chǔ)、利用與共享平臺(tái)建設(shè)，疾病預(yù)防診斷治療方案的精準(zhǔn)化研究，精準(zhǔn)醫(yī)療集成應(yīng)用示范體系建設(shè)。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)涵蓋了疾病三級(jí)預(yù)防里的各項(xiàng)內(nèi)容，包括風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、早期診斷、分類診斷、機(jī)制描述、療效評(píng)估、預(yù)后預(yù)測、方案制定等。其中疾病防診治方案的精準(zhǔn)化研究包括基于組學(xué)特征譜的疾病分子分型研究，基于分子影像技術(shù)的疾病精準(zhǔn)治療方案的研究，藥物個(gè)性化應(yīng)用評(píng)價(jià)與臨床應(yīng)用研究，罕見病精準(zhǔn)診療技術(shù)研究，疾病診療規(guī)范及應(yīng)用方案的精準(zhǔn)化研究，精準(zhǔn)醫(yī)療臨床決策支持系統(tǒng)研發(fā)和個(gè)體化治療靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)與新技術(shù)研發(fā)[2]。

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)概念為基礎(chǔ)研究及轉(zhuǎn)化、臨床診療模式帶來了革命性的變化。圍繞著個(gè)性化診療這個(gè)核心，對(duì)影響疾病發(fā)生發(fā)展的各種環(huán)境因素和個(gè)體因素的判斷及評(píng)價(jià)具有重要的意義。人類疾病一般是多基因改變和環(huán)境因素共同作用引起，病因、臨床表現(xiàn)及治療反應(yīng)性都非常復(fù)雜。癌癥、糖尿病、心臟和肺臟疾病都屬于這類疾病。復(fù)雜性狀疾病，即多基因病，是指由多個(gè)基因位點(diǎn)共同參與，且和環(huán)境因素相互作用決定表型的遺傳病。復(fù)雜疾病遺傳因素分析的主要目標(biāo)之一是找出其易感基因[3]。為了達(dá)到這一目標(biāo),迄今為止,大致經(jīng)歷了3個(gè)階段。第1階段:候選基因研究(candidate gene research)；第2階段:基因組連鎖掃描(whole-genome linkage scanning)；第3階段:基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association studies，GWAS)。因?yàn)閺?fù)雜疾病在遺傳學(xué)上具有某些獨(dú)特的復(fù)雜特點(diǎn),致使各種遺傳分析的效力不夠高。目前所有遺傳分析就其結(jié)果來看，主要存在3個(gè)問題：分析效力低；可重復(fù)性不強(qiáng)；驗(yàn)證工作不夠；對(duì)目的易感基因的性質(zhì)、功能和作用機(jī)制知之甚少。我國于2009年開始在863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目中特別就肺癌、食管癌、高血壓、糖尿病和精神分裂癥等5種復(fù)雜疾病的GWAS進(jìn)行招標(biāo)，這對(duì)于推動(dòng)我國在復(fù)雜疾病的遺傳學(xué)研究向前發(fā)展具有重要意義。在此基礎(chǔ)上2016年“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究”列為國家優(yōu)先啟動(dòng)的重點(diǎn)專項(xiàng)之一，并正式進(jìn)入實(shí)施階段。其中構(gòu)建百萬人以上的自然人群國家大型健康隊(duì)列、重大疾病專病隊(duì)列和罕見病臨床隊(duì)列是其重要的研究內(nèi)容。重大疾病專病隊(duì)列包括心血管疾病，腦血管疾病，呼吸系統(tǒng)疾病，代謝性疾病，乳腺癌，食管癌等。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)在此基礎(chǔ)上也作了相應(yīng)的準(zhǔn)備。如建立各種動(dòng)物資源庫，為探討疾病發(fā)生機(jī)制研究及診斷、治療手段的研發(fā)提供工具。CC小鼠資源就是其中之一。

2　復(fù)雜性狀遺傳CC小鼠的建立和應(yīng)用特點(diǎn)

相對(duì)人群研究，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物具有壽命短、可操作性強(qiáng)等優(yōu)勢。為了更好地利用動(dòng)物模型研究復(fù)雜性狀疾病，2002年，國際復(fù)雜性狀聯(lián)盟(Complex Trait Consortium，CTC)針對(duì)復(fù)雜疾病的遺傳多樣性，啟動(dòng)了復(fù)雜性狀遺傳CC小鼠(Collaborative Cross mice，CC)項(xiàng)目。CC項(xiàng)目的目標(biāo)是為數(shù)量性狀定位(quantitative trait locus，QTL)及系統(tǒng)遺傳學(xué)研究提供小鼠種群資源，希望最終建立1000個(gè)重組純系小鼠(Recombinant Inbred，RI)[4]。

2002年經(jīng)過廣泛的討論CTC確定了8種小鼠作為CC小鼠的原始親本小鼠(founder)：A/J, C57BL/6J、129S1Sv/ImJ、NOD/ShiLtJ、NZO/H1LtJ、 CAST/EiJ、PWK/PhJ和WSB/EiJ。其中前5個(gè)品系是實(shí)驗(yàn)室常用的純系小鼠，后3個(gè)來自野生型小鼠。遺傳學(xué)分析結(jié)果顯示這8種小鼠覆蓋了90%的小鼠遺傳變異。目前CC小鼠種群可用的有200余個(gè)小鼠品系。與以往進(jìn)行遺傳易感性研究需要繁殖F1代、回交等手段，實(shí)驗(yàn)非常繁瑣、耗時(shí)長。CC小鼠進(jìn)行遺傳易感性分析具有以下優(yōu)勢：(1)CC小鼠具有遺傳多樣性；由于雜交設(shè)計(jì)，每個(gè)品系的CC小鼠都攜帶有8個(gè)原始親本的遺傳信息，比以往常用實(shí)驗(yàn)室小鼠品系更具備遺傳多樣性。(2)CC小鼠遺傳背景清晰；有完整的各種遺傳序列、轉(zhuǎn)錄因子序列數(shù)據(jù)庫提供應(yīng)用。(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡單，實(shí)驗(yàn)步驟簡便；與經(jīng)典的遺傳學(xué)分析比較，利用CC小鼠進(jìn)行遺傳易感性分析具有明顯的優(yōu)勢。如在進(jìn)行各種性狀的遺傳分析研究中，只需根據(jù)性狀影響因素多少選擇一定數(shù)量的CC小鼠品系，觀察不同品系之間的性狀表型差異。將表型檢測數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行QTL及SNP位點(diǎn)的分析，省略了取材、提取DNA、RNA進(jìn)行分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的步驟。(4)可以利用CC小鼠進(jìn)行生物和疾病表型的多基因位點(diǎn)分析，可以通過增加檢測品系減少假陽性結(jié)果；例如單基因疾病需要篩選20～30個(gè)CC小鼠品系，3個(gè)影響基因則可以選擇50～80個(gè)CC小鼠品系，甚至更多。利用CC小鼠篩選研究成果，可以發(fā)現(xiàn)疾病易感小鼠和/或抵抗小鼠，建立非基因修飾的易感(抵抗)小鼠模型，有助于疾病機(jī)制研究及藥物評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化；有助于發(fā)現(xiàn)疾病易感基因及其調(diào)節(jié)機(jī)制；可以利用系統(tǒng)遺傳學(xué)方法進(jìn)行多因素分析，有助于闡明復(fù)雜性疾病的發(fā)病機(jī)制及疾病轉(zhuǎn)歸。

目前利用CC小鼠進(jìn)行傳染性疾病、腫瘤、糖尿病的復(fù)雜性疾病的患病易感性、治療敏感性及預(yù)后預(yù)測開展了廣泛的研究。這些研究將為臨床研究在病因、診斷、治療效果判定等生物學(xué)標(biāo)志的研究提供重要的提示和補(bǔ)充。

3　復(fù)雜性狀遺傳CC小鼠在疾病易感性和診治方面的應(yīng)用

利用小鼠可以快速鑒定多基因控制性狀的主效應(yīng)基因，尋找疾病易感基因以及治療反應(yīng)差異性的遺傳位點(diǎn)，了解藥物產(chǎn)生毒副作用的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中個(gè)體治療的生物學(xué)指標(biāo)提供參考，為疾病的早期診斷和監(jiān)測提供依據(jù)。

3.1快速鑒定多基因控制性狀的主效應(yīng)基因

為探討利用CC小鼠尋找多基因控制性狀位點(diǎn)，Morahan G實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用110個(gè)CC小鼠品系，通過metaMUGA數(shù)據(jù)庫將CC小鼠與Founder小鼠SNP位點(diǎn)比對(duì)，進(jìn)行單體型重建(Haplotype reconstruction)，候選基因定位，回歸分析各種被毛顏色的候選基因位點(diǎn)，并且探討了檢測3個(gè)基因座位的聯(lián)合效應(yīng)，并在文中詳細(xì)介紹了CC小鼠使用、數(shù)據(jù)分析步驟[5]。外周血細(xì)胞計(jì)數(shù)在臨床上疾病診療檢測中應(yīng)用非常廣泛，各種計(jì)數(shù)值受到嚴(yán)格的遺傳學(xué)調(diào)控，關(guān)鍵基因的突變會(huì)有嚴(yán)重的臨床表型，如對(duì)瘧疾的易感性差異。外周血參數(shù)的變異呈現(xiàn)線性改變，推測應(yīng)該是受多個(gè)基因影響，產(chǎn)生微弱的表型效應(yīng)。Collins F[6]實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用8個(gè)founder及131個(gè)pre-CC小鼠品系，進(jìn)行SNP掃描及數(shù)量性狀位點(diǎn)作圖(QTL)，發(fā)現(xiàn)了影響平均紅細(xì)胞壓積(MCV)、白細(xì)胞(WBC)、單核細(xì)胞(MO)、中性粒細(xì)胞(NE)遺傳基因的基因位點(diǎn)。7號(hào)染色體上的Mcvq4對(duì)MCV產(chǎn)生極大的影響； WBC 與18號(hào)染色體上的Wbcq7有關(guān)；NE與11號(hào)染色體上pctq1相關(guān)；MO受1號(hào)染色體上的Moq1的影響。而RBC、Hb、RDW、PLT以及平均血小板體積的基因則不能用QTL定位區(qū)分。

骨小梁微觀結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)合性狀，由多基因復(fù)雜相互作用進(jìn)行調(diào)控。確定這些遺傳因素有助于預(yù)測骨質(zhì)疏松及其相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。CC小鼠QTL可以在相對(duì)較小的群體中有高的檢出率。Levy R[7]等通過10 μm分辨率微CT設(shè)備掃描股骨遠(yuǎn)端干骺端獲得骨小梁性狀指標(biāo)。評(píng)估性狀指標(biāo)包括骨小梁體積分?jǐn)?shù)((BV/TV)、數(shù)目(Tb.N)、厚度(Tb.Th)和聯(lián)接密度(Tb.N)。對(duì)31個(gè)CC品系小鼠進(jìn)行包含77808個(gè)SNP的全基因組單倍型作圖。根據(jù)CC小鼠序列變異分離數(shù)據(jù)庫進(jìn)行單倍型掃描的優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)潛在的候選基因。分析結(jié)果顯示這些性狀的遺傳遺傳力從0.6到0.7。除Tb.Th外各種骨骼微結(jié)構(gòu)性狀有顯著的性別效應(yīng)。單倍型掃描結(jié)果顯示有6個(gè)QTL，BV/TV和Tb.Th指標(biāo)2號(hào)和7號(hào)染色體分別有兩個(gè)非常接近的位點(diǎn)。Tb.N和Conn.D分別在8號(hào)和14號(hào)染色體各有一個(gè)位點(diǎn)。研究者利用之前報(bào)道的骨形成功能相關(guān)基因確定了候選基因。在文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，在這些基因當(dāng)中排名特別高的那些被驗(yàn)證是正確的，包括Avp，Oxt，B2m，Pcsk6，Rgma，Rb1和Cpb2。其他候選基因有Sgcz，F(xiàn)gf20和Chd2。研究者首次展示了在幾個(gè)遺傳位點(diǎn)和骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)間的全基因組關(guān)聯(lián)性，也篩選出了幾個(gè)與骨骼性狀有關(guān)新的候選基因。

3.2復(fù)雜性疾病遺傳病因研究

慢性非傳染性疾病(簡稱“慢病”或“慢性病”)是目前威脅我國民眾健康最主要的一大類疾病。根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報(bào)告(2015年)》，2012年我國居民慢性病死亡率達(dá)533/ 10萬，慢病導(dǎo)致的死亡占總死亡人數(shù)的86.6%。其中，心腦血管疾病、惡性腫瘤、慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)、糖尿病和神經(jīng)精神疾病等重大慢病為主要死因，且增長迅猛。這幾大類疾病占總死亡的比例從1990年的65.5%增至2010年79.4%。更為嚴(yán)峻的是，由于生活方式改變及人口老齡化的影響，預(yù)計(jì)未來10～15年，我國慢病仍呈快速增長態(tài)勢。2016年我們國家啟動(dòng)的“重大慢性非傳染性疾病防控研究”重點(diǎn)專項(xiàng)正式進(jìn)入實(shí)施階段。其中發(fā)病機(jī)制及慢病并發(fā)癥危險(xiǎn)因素預(yù)警技術(shù)的研究也是其重要內(nèi)容，這對(duì)慢病的群體防治和個(gè)體化治療均具有重要作用。

目前常見的慢性疾病多數(shù)受多基因遺傳控制。II型糖尿病占糖尿病患者90%以上。多種證據(jù)顯示糖尿病發(fā)病過程及胰島素抵抗受到多基因控制。Iraqi F實(shí)驗(yàn)室[8]用了21個(gè)品系CC小鼠共683只，其中265只給予高脂飲食(42%脂肪)，384只小鼠給予標(biāo)準(zhǔn)飼料(18%脂肪)。8周小鼠喂飼不同飼料持續(xù)20周，定期測定體重(BW)、體長(BL)、腰圍(WC)、及體質(zhì)指數(shù)(BMI)。因?yàn)樾∈笮詣e與飼料因素相互影響，因此將性別分開進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高脂飲食兩種性別均出現(xiàn)肥胖及糖耐量升高的CC小鼠有6種品系；易感性相似但有性別差異的雌性有2種，雄性有4種，只有2種雌性對(duì)高脂飲食有抵抗。糖耐量下降不肥胖的兩種性別均出現(xiàn)的小鼠有4株，僅雄性小鼠出現(xiàn)的有3種，僅雌性小鼠出現(xiàn)的有3株。高脂飲食體重增加分兩個(gè)階段，開始6周CC小鼠各株兩種性別體重均有升高。接下來6周大部分雄性小鼠體重仍在增加，雌性小鼠表現(xiàn)出現(xiàn)了分化，有些體重下降，有些保持體重，有些升高。今后在代謝性疾病研究中需引起注意。

一般飼料喂養(yǎng)，兩種性別小鼠均沒有表現(xiàn)出糖耐量異常。高脂飲食可導(dǎo)致明顯的個(gè)體差異。進(jìn)行計(jì)算得出廣義遺傳力系數(shù)在0.5左右(Broad sense heritability coefficients，Bhc)，提示遺傳因素和環(huán)境因素具有相互作用。CC小鼠各種系之間的遺傳系數(shù)(Heritability coefficients，Hc)很高，提示種系之間的差異主要是遺傳因素發(fā)揮主要作用。研究結(jié)果驗(yàn)證了II型糖尿病是復(fù)雜性狀遺傳，受到多基因調(diào)節(jié)和性別控制。

糖尿病視網(wǎng)膜病(Diabeticretinitis，DR)是致盲的主要因素。應(yīng)用合適的非基因修飾的小鼠模型能夠反映人類疾病特征有助于闡明潛在的發(fā)病機(jī)制。Morahan G實(shí)驗(yàn)室[9]選擇了64種CC品系小鼠，每種小鼠至少10只，通過靜脈注射四氧嘧啶或鏈脲佐菌素誘發(fā)糖尿病，篩選DR特征性病變，同時(shí)進(jìn)行全視網(wǎng)膜鋪片和組織切片觀察視網(wǎng)膜損傷情況。最終篩選到和人發(fā)病特征最接近的小鼠，命名為FOT_FB。進(jìn)而對(duì)FOT_FB開展更深入的研究，在發(fā)生糖尿病后在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)檢查視網(wǎng)膜血管組織學(xué)和神經(jīng)結(jié)構(gòu)來研究DR的發(fā)展進(jìn)程；通過芯片技術(shù)比較對(duì)照組和糖尿病組的視網(wǎng)膜變化。結(jié)果顯示一些小鼠7 d就出現(xiàn)DR特征性變化，如周細(xì)胞退化、無細(xì)胞毛細(xì)血管形成、小血管增生、穆勒細(xì)胞增生、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞丟失。隨著時(shí)間延長這些損傷更為顯著。引發(fā)糖尿病21 d后，嚴(yán)重的血管增生、微血管瘤、視網(wǎng)膜前損傷、穆勒細(xì)胞增生和視網(wǎng)膜外層損傷都很明顯?；蛐酒Y(jié)果顯示發(fā)現(xiàn)許多與DR相關(guān)已知的基因表達(dá)呈顯著差異，并發(fā)現(xiàn)晶狀體蛋白基因(Cryba1)表達(dá)上調(diào)，這個(gè)基因在DR發(fā)病中的作用還需進(jìn)一步驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)FOT_FB品系為研究DR發(fā)病和開發(fā)危害視力疾病治療手段提供了有用的模型，CC小鼠為DR易感性基因篩選及靶向治療提供了數(shù)據(jù)。

過敏性哮喘是以氣道粒細(xì)胞浸潤為特征的復(fù)雜性疾病。除了嗜酸性粒細(xì)胞之外，在嚴(yán)重哮喘，中性粒細(xì)胞(PMN)在局部也明顯增加。Rutledge H等[10]利用居室塵螨誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型尋找中性粒細(xì)胞炎癥的遺傳決定因子。小鼠采用了8個(gè)founder品系、151個(gè)前CC品系(preCC)。肺灌洗液中PMN計(jì)數(shù)和中性粒細(xì)胞標(biāo)志趨化因子CXCL1濃度測定發(fā)現(xiàn)在preCC中這兩者高度相關(guān)。QTL作圖確定了三個(gè)影響PMN的變異區(qū)。其中一個(gè)和CXCL1在7號(hào)染色體的QTL共定位。研究者利用肺eQTL數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)Zfp30基因有一個(gè)變異區(qū)與CXCL1/PMN應(yīng)答有關(guān)。這些遺傳變異通過改變Zfp30表達(dá)調(diào)節(jié)CXCL1和PMN。研究者建立QTL和這三個(gè)內(nèi)表型間關(guān)系的結(jié)構(gòu)分析模型。Zfp30表達(dá)于正常小鼠肺氣管上皮細(xì)胞，在體外Zfp30表達(dá)改變影響了CXCL1針對(duì)免疫刺激的應(yīng)答。該研究發(fā)現(xiàn)Zfp30是一個(gè)新的中性粒細(xì)胞氣管炎癥調(diào)節(jié)因子；過敏性哮喘中性粒細(xì)胞浸潤受3個(gè)基因位點(diǎn)調(diào)控，PMN表型由CXCL1和Zfp30介導(dǎo)。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ER stress)發(fā)生于錯(cuò)誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中累積。細(xì)胞對(duì)ER stress的應(yīng)答對(duì)細(xì)胞的生存很重要，涉及復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的變化。ER stress是許多人類疾病的首要誘發(fā)和調(diào)節(jié)因子。了解ER stress應(yīng)答怎樣影響人類疾病的第一步就是判定ER stress應(yīng)答如何在轉(zhuǎn)錄水平上存在個(gè)體差異。Chow CY等[11]用一種通常用于誘導(dǎo)ER stress的藥物衣霉素，在founder小鼠的胚胎成纖維細(xì)胞中誘導(dǎo)產(chǎn)生ER stress，分析其轉(zhuǎn)錄反應(yīng)發(fā)現(xiàn)有數(shù)百個(gè)ER stress應(yīng)答不同基因。值得注意的是，炎癥反應(yīng)基因在這些品系中區(qū)別最大；而主要的經(jīng)典ER stress應(yīng)答基因未表現(xiàn)出變化。為了揭示在這些品系在ER stress應(yīng)答的基因結(jié)構(gòu)，研究者評(píng)估了來源于CC founder小鼠間F1代MEF的轉(zhuǎn)錄應(yīng)答。超過80%的基因調(diào)節(jié)差異來源于順式調(diào)節(jié)差異。研究表明ER stress轉(zhuǎn)錄應(yīng)答在品系之間是高度多樣性的，這源自在個(gè)體下游應(yīng)答基因而不是主要信號(hào)轉(zhuǎn)錄因子的遺傳多樣性。這些結(jié)論對(duì)于理解遺傳多樣性如何影響ER stress應(yīng)答有重要意義。

上述研究結(jié)果提示利用CC小鼠可以對(duì)復(fù)雜性疾病、復(fù)雜性疾病的嚴(yán)重表型以及發(fā)病分子機(jī)制進(jìn)行遺傳影響因素的研究，為研究結(jié)果的臨床轉(zhuǎn)化提供生物學(xué)標(biāo)志。

利用CC小鼠進(jìn)行疾病易感基因以及治療反應(yīng)差異性的遺傳位點(diǎn)分析在其他方面也有應(yīng)用。比較多的是有關(guān)傳染病和腫瘤的遺傳易感性分析，如腫瘤發(fā)生發(fā)展(黑色素瘤[12])、細(xì)菌(綠膿桿菌[13]、肺炎桿菌[14])、病毒(SARS病毒性[15])、霉菌(煙曲霉菌[16])感染的易感性多基因定位研究等。

3.3藥物產(chǎn)生毒副作用的遺傳學(xué)基礎(chǔ)研究

由于個(gè)體差異，患者應(yīng)用藥物后不僅療效會(huì)有較大差異，藥物的毒副作用也表現(xiàn)不同。探討這種差異產(chǎn)生的遺傳學(xué)機(jī)制，篩選監(jiān)測的生物學(xué)指標(biāo)，對(duì)這種個(gè)體差異進(jìn)行預(yù)測和評(píng)價(jià)，是個(gè)體化精準(zhǔn)治療的重要內(nèi)容。CC小鼠的建立，為這部分工作提供研究手段。

博來霉素對(duì)人和小鼠均有引起肺纖維化的副作用，但是存在有易感性差異，Gelinas R等[17]利用不同品系的CC小鼠研究表型與遺傳的關(guān)系。隨機(jī)選40個(gè)品系、6～8周的雄性CC小鼠，分別在1、4、8、11、15、18、22、25 d 8次腹腔注射博來霉素，劑量0.035 U/g，在第33天，小鼠安樂死，收集血液中血漿測miRNA；右肺檢測可溶性膠原含量，左肺固定做病理檢測，進(jìn)行肺纖維化半定量；小鼠尾部DNA高密度基因分型。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，由博來霉素引起的肺纖維化表型，一個(gè)動(dòng)物受影響其兄弟姐妹也會(huì)有相應(yīng)的反應(yīng)；可溶性膠原檢測顯示相同的結(jié)果；但miRNA的結(jié)果與之不一致。肺纖維化易感或不易感，是與遺傳相關(guān)的，和人一樣，CC小鼠會(huì)產(chǎn)生基因突變來應(yīng)對(duì)藥物反應(yīng)；具有遺傳多樣性的CC小鼠也許能夠揭示藥物反應(yīng)規(guī)律。

氟哌啶醇是治療精神疾病的有效藥物，但由于部分患者會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)障礙導(dǎo)致患者依從性下降，限制了藥物應(yīng)用。Valdar實(shí)驗(yàn)室[18]應(yīng)用8個(gè)founder小鼠及其54個(gè)雙雜交一代(F1，有2株不能生育)小鼠進(jìn)行藥物和安慰劑雙雜交研究，檢測遺傳、性別、雙親來源以及雜交對(duì)氟哌啶醇反應(yīng)性的影響。每個(gè)雜交系列至少4只小鼠，藥物組雌雄各1只；安慰劑組雌雄各1只，共270只小鼠，包括137只雌性(68只藥物組，69只安慰劑組)、雄性133只(66只藥物組，67只安慰劑組)。對(duì)兩種性別藥物安慰劑配對(duì)小鼠觀察神經(jīng)行為學(xué)指標(biāo)(曠場實(shí)驗(yàn)、傾斜屏實(shí)驗(yàn)、口部空嚼運(yùn)動(dòng)、驚嚇試驗(yàn))，血漿和腦內(nèi)藥物水平，以及體重變化。為闡明氟哌啶醇治療反應(yīng)性的遺傳特點(diǎn)，在Neyman-Rubin potential outcomes framework 的“difference of models“及Bayesian hierarchical model基礎(chǔ)上建立新的預(yù)測模型“difference of models”、"multiple-impute matched pairs"進(jìn)行藥物治療反應(yīng)與遺傳變異關(guān)系分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)藥物長期作用誘發(fā)的肌肉強(qiáng)直主要與加性遺傳效應(yīng)(占28%)和雙親NZO/HILtJ 和129S1/SvlmJ小鼠來源效應(yīng)(占14.8%)有關(guān)；自主活動(dòng)增加則主要受小鼠特異性株系交配繁殖的影響(12.8%)。用藥后行為學(xué)的表現(xiàn)為雙重性，有加性遺傳效應(yīng)(10.2%～53.2%)，同時(shí)上位遺傳效應(yīng)也很明顯(10.64%～25.2%)。驚反射的前脈沖抑制試驗(yàn)顯示加性效應(yīng)和上位效應(yīng)占相同的比例。治療前活動(dòng)與肌肉強(qiáng)直呈現(xiàn)單向上位效應(yīng)。結(jié)果揭示了小鼠氟哌啶醇治療反應(yīng)性的遺傳特征，提示小鼠對(duì)藥物反應(yīng)性的差異主要與遺傳加性效應(yīng)、雙親來源、交配方式有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)研究在疾病發(fā)病機(jī)制研究中起到重要作用，也是臨床轉(zhuǎn)化不可或缺的手段。復(fù)雜性狀遺傳CC小鼠對(duì)疾病發(fā)生機(jī)制研究，診斷及治療反應(yīng)性各種表型進(jìn)行系統(tǒng)生物學(xué)研究，研究成果會(huì)提供各種生物學(xué)標(biāo)志物，并在資源多樣性小鼠、基因敲除小鼠、人源化小鼠等動(dòng)物模型進(jìn)行驗(yàn)證，將會(huì)為人群隊(duì)列研究數(shù)據(jù)的收集和分析提供線索和佐證。CC小鼠作為一種新的資源，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用領(lǐng)域等方面的探索需要各學(xué)科交叉，才能充分發(fā)揮在個(gè)體化診治中的作用。

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Collaborative Cross mice and precision medicine

DU Peng，CHEN Meng-yi，LI Cheng-cheng，F(xiàn)AN Fei-yue，MENG Ai-min

(Institute of Laboratory Animal Sciences, Chinese Academy of Medical Science &Peking Union Medical College,Beijing 100021, China)

The individual variability should be considered in precision medicine-prevention and treatment strategies. Medical research using genomics, proteomics, metabolomics, systems analyses, and other modern tools has made big progress.In 2002, the members of the Complex-Trait Consortium proposed to develop a new mouse genetics resource called the Collaborative Cross (CC). The CC is a genetic reference panel of recombinant inbred lines of mice, designed for the dissection of complex traits and gene networks.It will provide a powerful measure for functional studies of biological networks, which will be essential to understand the intricacies of disease processes.

Precision medicine；The Collaborative Cross； Quantitative trait locus(QTL)

國家自然科學(xué)基金(81573094，81372928)；中央科研院所基本業(yè)務(wù)費(fèi)(2016ZX310042)。

杜朋，男，碩士研究生，研究方向：放射醫(yī)學(xué)。Email：dp7355@163.com。

樊飛躍，男，研究員，研究方向：輻射致癌機(jī)制及其干預(yù)。E-mail：faithyfan@yahoo.com；孟愛民(1963-)，女，研究員，研究方向：成體干細(xì)胞損傷機(jī)制及干預(yù)。E-mail：ai_min_meng@126.com。

專題研究

R-33

A

1671-7856(2016) 08-0030-06

10.3969.j.issn.1671-7856.2016.08.004

2016-07-05