综述
环境基因组研究
蒋义国 陈家
陈学敏
义的环境应答基因的多态性的研究, 确定它们引起环境暴露致病危险性方面的差异; 推进基因-环境相互作用对疾病发生影响的流行病学研究。
(2) 环境基因组计划研究的疾病及候选基因:环境基因组计划要研究癌症、呼吸系统疾病、退行性神经系统疾病、发育紊乱、先天缺陷、生殖功能缺陷、自身免疫疾病等7类与环境相关的疾病和缺陷。环境基因组计划确定了10类候选基因进行多态性研究, 包括DNA 修复基因、外源化合物代谢及解毒基因、代谢基因、信号传导基因、受体基因、介导免疫和感染反应的介质基因、参与氧化过程的基因、介导营养因素的基因、细胞循环控制基因、细胞内药物敏感基因。计划拟分析200多个基因。环境基因组计划还感兴趣于新的未知的环境易感基因的发现与鉴定工作。
(3) GeneSNPs 数据库:最常见的序列变异是单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP) 。NIEHS 与美国犹他州大学的犹他州基因组中心共同创建了单核苷酸多态性数据库网页, 即GeneSNPs 。这一网上资源所包含的人类基因均是在环境暴露易感性方面起着一定作用的基因, 它将NIEHS 发起的环境基因组计划涉及的基因、序列及多态性资料融为一体。GeneSNPs 搜寻整理GenBank 中有关的cDNA 、基因组及单核苷酸多态性序列的信息, 为SNP 的发掘及分析提供资料。
3. 环境基因组研究的内容:
(1) DNA 序列分析:DNA 序列的分析是发现和认识多态性的前提。环境基因组计划资助的DNA 序列分析项目包括DNA 序列测定或序列分析、以确定遗传变异为目的再测序(resequencing , 再测序是指对一个已知序列基因所在位点上的所有其他等位基因进行序列分析, 以获得该位点上基因多态性资料) 、同源性鉴定、载体构建、旁侧序列及内显子 外显子区域分析、增强子及其他调控区域的分析。目前已经确定的项目有7项。
(2) 多态性功能分析:功能分析是目前环境基因组计划的重点内容[5]。到目前为止环境基因组计划共接受并资助以基因多态性的功能分析为主要内容的项目有62项。研究内容涉及到结构与功能研究、酶学、细胞内定位、蛋白质结构、组织-器官特异性基因表达模型、功能基因组学、转基因与其他动物模型、以及体外与细胞培养等多方面的研究。
(3) 技术研究:为了更好更快地分析基因多态性, 有必要
作者单位:510182广州医学院预防医学教研室(蒋义国、陈家) 人类基因组计划的快速推进促使了基因组功能性研究计划的开展, 美国国立环境卫生科学研究所于1998年启动环境基因组计划, 引起各国科学家的极大关注, 它标志着生命科学界将在更深层次上对环境与基因相互作用对人类健康的影响进行系统全面地探索和研究。
1 环境基因组的概念及研究的意义:某些基因对环境因素的作用会产生特定的反应, 这些基因称为环境应答基因(environmental response gene) 。环境基因组即指基因组中环境应答基因的总和。随着环境相关基因研究的逐步开展, 目前国际上已开始形成环境基因组学, 其主要目的是进行环境应答基因的多态性研究, 并在病因学研究中探索基因与环境的相互作用。机体的损伤反应不仅与有害环境暴露的程度有关, 同时还与遗传易感性有着密切联系。个体间的发病易感性的差异是由遗传因素决定的, 存在着遗传基因的差异, 即基因多态性。人类基因组的许多基因影响环境因素对机体的作用
[1,2]
。
目前外源化合物暴露的危险性评价虽有许多规范的方法, 有一整套相对健全的评价体系, 但这些评价是基于一般人群的平均暴露资料和实验数据, 不能照顾和考虑到存在差异的个体的实际耐受力, 没有涉及到个体基因多态性对暴露危险性的影响。只有掌握了易感环境应答基因的特点、意义及分布, 才能对暴露性进行准确分析。通过研究多态性怎样改变个体对环境因素的反应, 才能更好预测特定环境暴露对健康的危险度, 帮助政府制定科学合理的能保护携带易感基因个体的环境政策, 实施有效的预防措施, 因而具有重大的公共卫生意义。
2. 环境基因组计划:
(1) 环境基因组计划的确立:1997年10月, 美国国立环境卫生科学研究所(NIEHS) 提出环境基因组计划(environment genome project, EGP ) , Science 和Nature 杂志随即发表文章对此作了介绍, 引起全世界医学界的关注。1998年4月美国国立顾问环境卫生科学委员会正式投资专项基金进行该项研究, 预计头6年先投入6千万美元作为启动。环境基因组计划拟收集美国5个种族共计约1000个美国居民的血样进行研究, 以了解全美及不同种族中环境疾病相关基因中等位基因变异的种类及频率, 主要分析单核苷酸多态性[4]。
环境基因组计划有2个主要的目标:推进有重要功能意
[3]
进一步发展基因研究分析的方法, 目前需优先发展的高效率 涉及()
质谱、毛细管电泳、变性HPLC 等。受环境基因组计划资助的以技术研究为主要内容的项目有4项。
(4) 人群研究:将遗传学的理论及概念与流行病学方法相结合大大扩展了流行病学的研究领域, 近来发展的分子流行病学对公共卫生的最大贡献是更好地认识常见慢性病及肿瘤的遗传病因, 认识基因与环境相互作用的分子机制。流行病学与分子毒理学的结合更拓展了流行病的应用前景, 使分子流行病学将在疾病危险性评估、发展卫生政策等方面起到中心作用。目前受环境基因组计划资助的人群流行病研究项目共有21个。
(5) 生物统计学与生物信息学研究:生物信息研究主要涉及与环境作用有关的细胞大分子DNA 、RNA 、蛋白质的数据库的建立, 这也包括Web 网上有关资源的发展与利用。
(6) 伦理、法律及社会意义研究:环境基因组计划鼓励由此而引起的伦理、法律及社会问题的讨论与探索。
4. 我国的环境基因组研究:基因多态性存在着明显的种族差异, 如近年研究的谷胱甘肽-S -转移酶P1(GSTP1) 的两个多态性位点基因频率在不同种族群体间呈多态性[6, 7], 且一些基因多态性功能的研究结果也不一致。中国人儿茶酚胺氧位甲基转移酶(COMT) 等位基因以G 为主占73%, 基因型以G G 为主占52%, 而低活性的纯合子A A 只占5%, 杂合子G A 占43%。不同人种间C OMT 的等位基因分布频率不同, 其多态性在东方人种和西方人种间存在明显差异[8]。故国外的研究结果不能直接应用于我国人群, 在我国加强和重视这类研究颇有必要。90年代中期, 在国家自然科学基金等经费的资助下, 我国开始了环境基因组的初步研究。
在多态性检测方法上, 我国学者已开始进行初步的探索, 陈森清等采用等位基因特异性PCR 和多重差别PC R 联合检测遗传多态性。徐玉辉等建立了简单快捷的氮乙酰化转移酶多态性表型检测的方法。在环境应答基因多态性的功能研究方面, 近2年我国有少量报道。尹立红等[9]对NQO1、CYP1A1、C YP2E1、mEH 等4种外来化合物代谢酶的遗传多态性与肺癌易感性的关系进行了研究, 为探索华人肺癌的高发因素及机理提供线索。张宏艳等[10]探讨了细胞色素P450IA1(CYPIA1) 的3种基因型患食管癌易感程度的差异, 及其与吸烟的联合作用, 发现CYPIA1的4889位突变可能是食管癌发生的重要宿主易感因素之一, 与吸烟共同作用使患
食管癌的危险显著增加。在苯致白血病的研究中发现了基因多态性与易感性有关的线索。慢性锰中毒及铅中毒易感性与基因多态性的关系均有报道。在基因多态性的人群分布方面, 陈纪刚等[11]报道了上海的联苯胺(膀胱癌的职业因素) 接触人群中GSTT1基因型为o o 型的人数构成显著低于上海一般人群。
在我国开展环境基因组研究有许多优势:人口众多, 存在大量罕见或常见疾病的个体; 很多地区保留有相对异质性人群; 城市乡村的地理环境因素和疾病发生的情况相差很大; 家系成员相对集中等。我们需充分发挥基因资源优势, 重视环境基因组研究, 加强基因-环境相互作用机制的探索, 在国际相关学科中占有一席之地。
参
考
文
献
1Bruner DW, Baffoe -Bonnie A, Miller S, et al. Prostate cancer risk
as sess ment program. A model for the earl y detecti on of prostate cancer Oncology, 1999, 13:325-334.
2Gilger J W Contributions and promise of human behavi oral gene tics Hum Biol, 2000, 72:229-255.
3Khoury MJ Genetic epidemiology and the future of disease prevention and public Epidemiol Rev, 1997, 19:175-180.
4Omenn GS The genomic era:a crucial role for the public heal th sci ences Envi ron Health Perspect, 2000, 108:A204-205.
5Guengerich FP The Environmental Genome Projec t:func tionalanalysis of polymorphi sms Environ Health Pers pect, 1998, 106:365-368.
6Watson MA, Ste wart RK, Smi th GB, et al Human gl utathione S -trans ferase P1polymorphi sms:relati onship to lung tis sue enz yme activity and popul ation frequenc y dis tribution Carcinogenesis, 1998, 19:275-280.
7Harris M J, Coggan M , Langton L, et al Polymorphis m of the P1class glutathione S -transferase in normal populations and cancer patients Pharmalogenetics, 1998, 8:27-31.
8邵明, 刘焯霖, 陶恩祥, 等 中国汉族人儿茶酚胺氧位甲基转移酶基因多态性. 中华医学遗传学杂志, 2000, 17:215-216.
9尹立江, 浦跃朴, 林嫔嫔, 等 毒物代谢酶遗传多态性与肺癌易感性关系的研究. 癌变 畸变 突变, 1999, 11:332-333.
10张宏艳, 孙长生, 李良寿, 等 细胞色素P450IA1与食管癌遗传易
感性. 中华预防医学杂志, 2000, 34:69-71. 11陈纪刚, 林国芳, 项翠琴, 等. 谷胱甘肽S -转移酶(GSTs ) 基因型多
态性在上海联苯胺接触人群中分布的初步研究. 癌变 畸变 突变, 1999, 11:330-331.
(收稿日期:2000-11-07)
(本文编辑:刘群)
关于论文摘要的写作要求
论著需附400字左右的中英文摘要。内容必须包括目的、方法、结果(应给出主要数据) 、结论四部分, 各部分冠以相应的标题。不分段, 用第三人称撰写。英文摘要应包括文题、作者姓名(汉语拼音) 、单位名称、所在城市名和邮政编, 不属于同一单位时, 在第一作者姓名右上角加 * 。例如:LIN Xianyan *, WU Jian -ping, QIN Jiong, et al. 100034。
*
Department of
Pediatrics, First Hospital, Beijing Medical University, Beijin g
综述
环境基因组研究
蒋义国 陈家
陈学敏
义的环境应答基因的多态性的研究, 确定它们引起环境暴露致病危险性方面的差异; 推进基因-环境相互作用对疾病发生影响的流行病学研究。
(2) 环境基因组计划研究的疾病及候选基因:环境基因组计划要研究癌症、呼吸系统疾病、退行性神经系统疾病、发育紊乱、先天缺陷、生殖功能缺陷、自身免疫疾病等7类与环境相关的疾病和缺陷。环境基因组计划确定了10类候选基因进行多态性研究, 包括DNA 修复基因、外源化合物代谢及解毒基因、代谢基因、信号传导基因、受体基因、介导免疫和感染反应的介质基因、参与氧化过程的基因、介导营养因素的基因、细胞循环控制基因、细胞内药物敏感基因。计划拟分析200多个基因。环境基因组计划还感兴趣于新的未知的环境易感基因的发现与鉴定工作。
(3) GeneSNPs 数据库:最常见的序列变异是单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP) 。NIEHS 与美国犹他州大学的犹他州基因组中心共同创建了单核苷酸多态性数据库网页, 即GeneSNPs 。这一网上资源所包含的人类基因均是在环境暴露易感性方面起着一定作用的基因, 它将NIEHS 发起的环境基因组计划涉及的基因、序列及多态性资料融为一体。GeneSNPs 搜寻整理GenBank 中有关的cDNA 、基因组及单核苷酸多态性序列的信息, 为SNP 的发掘及分析提供资料。
3. 环境基因组研究的内容:
(1) DNA 序列分析:DNA 序列的分析是发现和认识多态性的前提。环境基因组计划资助的DNA 序列分析项目包括DNA 序列测定或序列分析、以确定遗传变异为目的再测序(resequencing , 再测序是指对一个已知序列基因所在位点上的所有其他等位基因进行序列分析, 以获得该位点上基因多态性资料) 、同源性鉴定、载体构建、旁侧序列及内显子 外显子区域分析、增强子及其他调控区域的分析。目前已经确定的项目有7项。
(2) 多态性功能分析:功能分析是目前环境基因组计划的重点内容[5]。到目前为止环境基因组计划共接受并资助以基因多态性的功能分析为主要内容的项目有62项。研究内容涉及到结构与功能研究、酶学、细胞内定位、蛋白质结构、组织-器官特异性基因表达模型、功能基因组学、转基因与其他动物模型、以及体外与细胞培养等多方面的研究。
(3) 技术研究:为了更好更快地分析基因多态性, 有必要
作者单位:510182广州医学院预防医学教研室(蒋义国、陈家) 人类基因组计划的快速推进促使了基因组功能性研究计划的开展, 美国国立环境卫生科学研究所于1998年启动环境基因组计划, 引起各国科学家的极大关注, 它标志着生命科学界将在更深层次上对环境与基因相互作用对人类健康的影响进行系统全面地探索和研究。
1 环境基因组的概念及研究的意义:某些基因对环境因素的作用会产生特定的反应, 这些基因称为环境应答基因(environmental response gene) 。环境基因组即指基因组中环境应答基因的总和。随着环境相关基因研究的逐步开展, 目前国际上已开始形成环境基因组学, 其主要目的是进行环境应答基因的多态性研究, 并在病因学研究中探索基因与环境的相互作用。机体的损伤反应不仅与有害环境暴露的程度有关, 同时还与遗传易感性有着密切联系。个体间的发病易感性的差异是由遗传因素决定的, 存在着遗传基因的差异, 即基因多态性。人类基因组的许多基因影响环境因素对机体的作用
[1,2]
。
目前外源化合物暴露的危险性评价虽有许多规范的方法, 有一整套相对健全的评价体系, 但这些评价是基于一般人群的平均暴露资料和实验数据, 不能照顾和考虑到存在差异的个体的实际耐受力, 没有涉及到个体基因多态性对暴露危险性的影响。只有掌握了易感环境应答基因的特点、意义及分布, 才能对暴露性进行准确分析。通过研究多态性怎样改变个体对环境因素的反应, 才能更好预测特定环境暴露对健康的危险度, 帮助政府制定科学合理的能保护携带易感基因个体的环境政策, 实施有效的预防措施, 因而具有重大的公共卫生意义。
2. 环境基因组计划:
(1) 环境基因组计划的确立:1997年10月, 美国国立环境卫生科学研究所(NIEHS) 提出环境基因组计划(environment genome project, EGP ) , Science 和Nature 杂志随即发表文章对此作了介绍, 引起全世界医学界的关注。1998年4月美国国立顾问环境卫生科学委员会正式投资专项基金进行该项研究, 预计头6年先投入6千万美元作为启动。环境基因组计划拟收集美国5个种族共计约1000个美国居民的血样进行研究, 以了解全美及不同种族中环境疾病相关基因中等位基因变异的种类及频率, 主要分析单核苷酸多态性[4]。
环境基因组计划有2个主要的目标:推进有重要功能意
[3]
进一步发展基因研究分析的方法, 目前需优先发展的高效率 涉及()
质谱、毛细管电泳、变性HPLC 等。受环境基因组计划资助的以技术研究为主要内容的项目有4项。
(4) 人群研究:将遗传学的理论及概念与流行病学方法相结合大大扩展了流行病学的研究领域, 近来发展的分子流行病学对公共卫生的最大贡献是更好地认识常见慢性病及肿瘤的遗传病因, 认识基因与环境相互作用的分子机制。流行病学与分子毒理学的结合更拓展了流行病的应用前景, 使分子流行病学将在疾病危险性评估、发展卫生政策等方面起到中心作用。目前受环境基因组计划资助的人群流行病研究项目共有21个。
(5) 生物统计学与生物信息学研究:生物信息研究主要涉及与环境作用有关的细胞大分子DNA 、RNA 、蛋白质的数据库的建立, 这也包括Web 网上有关资源的发展与利用。
(6) 伦理、法律及社会意义研究:环境基因组计划鼓励由此而引起的伦理、法律及社会问题的讨论与探索。
4. 我国的环境基因组研究:基因多态性存在着明显的种族差异, 如近年研究的谷胱甘肽-S -转移酶P1(GSTP1) 的两个多态性位点基因频率在不同种族群体间呈多态性[6, 7], 且一些基因多态性功能的研究结果也不一致。中国人儿茶酚胺氧位甲基转移酶(COMT) 等位基因以G 为主占73%, 基因型以G G 为主占52%, 而低活性的纯合子A A 只占5%, 杂合子G A 占43%。不同人种间C OMT 的等位基因分布频率不同, 其多态性在东方人种和西方人种间存在明显差异[8]。故国外的研究结果不能直接应用于我国人群, 在我国加强和重视这类研究颇有必要。90年代中期, 在国家自然科学基金等经费的资助下, 我国开始了环境基因组的初步研究。
在多态性检测方法上, 我国学者已开始进行初步的探索, 陈森清等采用等位基因特异性PCR 和多重差别PC R 联合检测遗传多态性。徐玉辉等建立了简单快捷的氮乙酰化转移酶多态性表型检测的方法。在环境应答基因多态性的功能研究方面, 近2年我国有少量报道。尹立红等[9]对NQO1、CYP1A1、C YP2E1、mEH 等4种外来化合物代谢酶的遗传多态性与肺癌易感性的关系进行了研究, 为探索华人肺癌的高发因素及机理提供线索。张宏艳等[10]探讨了细胞色素P450IA1(CYPIA1) 的3种基因型患食管癌易感程度的差异, 及其与吸烟的联合作用, 发现CYPIA1的4889位突变可能是食管癌发生的重要宿主易感因素之一, 与吸烟共同作用使患
食管癌的危险显著增加。在苯致白血病的研究中发现了基因多态性与易感性有关的线索。慢性锰中毒及铅中毒易感性与基因多态性的关系均有报道。在基因多态性的人群分布方面, 陈纪刚等[11]报道了上海的联苯胺(膀胱癌的职业因素) 接触人群中GSTT1基因型为o o 型的人数构成显著低于上海一般人群。
在我国开展环境基因组研究有许多优势:人口众多, 存在大量罕见或常见疾病的个体; 很多地区保留有相对异质性人群; 城市乡村的地理环境因素和疾病发生的情况相差很大; 家系成员相对集中等。我们需充分发挥基因资源优势, 重视环境基因组研究, 加强基因-环境相互作用机制的探索, 在国际相关学科中占有一席之地。
参
考
文
献
1Bruner DW, Baffoe -Bonnie A, Miller S, et al. Prostate cancer risk
as sess ment program. A model for the earl y detecti on of prostate cancer Oncology, 1999, 13:325-334.
2Gilger J W Contributions and promise of human behavi oral gene tics Hum Biol, 2000, 72:229-255.
3Khoury MJ Genetic epidemiology and the future of disease prevention and public Epidemiol Rev, 1997, 19:175-180.
4Omenn GS The genomic era:a crucial role for the public heal th sci ences Envi ron Health Perspect, 2000, 108:A204-205.
5Guengerich FP The Environmental Genome Projec t:func tionalanalysis of polymorphi sms Environ Health Pers pect, 1998, 106:365-368.
6Watson MA, Ste wart RK, Smi th GB, et al Human gl utathione S -trans ferase P1polymorphi sms:relati onship to lung tis sue enz yme activity and popul ation frequenc y dis tribution Carcinogenesis, 1998, 19:275-280.
7Harris M J, Coggan M , Langton L, et al Polymorphis m of the P1class glutathione S -transferase in normal populations and cancer patients Pharmalogenetics, 1998, 8:27-31.
8邵明, 刘焯霖, 陶恩祥, 等 中国汉族人儿茶酚胺氧位甲基转移酶基因多态性. 中华医学遗传学杂志, 2000, 17:215-216.
9尹立江, 浦跃朴, 林嫔嫔, 等 毒物代谢酶遗传多态性与肺癌易感性关系的研究. 癌变 畸变 突变, 1999, 11:332-333.
10张宏艳, 孙长生, 李良寿, 等 细胞色素P450IA1与食管癌遗传易
感性. 中华预防医学杂志, 2000, 34:69-71. 11陈纪刚, 林国芳, 项翠琴, 等. 谷胱甘肽S -转移酶(GSTs ) 基因型多
态性在上海联苯胺接触人群中分布的初步研究. 癌变 畸变 突变, 1999, 11:330-331.
(收稿日期:2000-11-07)
(本文编辑:刘群)
关于论文摘要的写作要求
论著需附400字左右的中英文摘要。内容必须包括目的、方法、结果(应给出主要数据) 、结论四部分, 各部分冠以相应的标题。不分段, 用第三人称撰写。英文摘要应包括文题、作者姓名(汉语拼音) 、单位名称、所在城市名和邮政编, 不属于同一单位时, 在第一作者姓名右上角加 * 。例如:LIN Xianyan *, WU Jian -ping, QIN Jiong, et al. 100034。
*
Department of
Pediatrics, First Hospital, Beijing Medical University, Beijin g