基因组学研究范文

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中图分类号：[R932] 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）44-0160-02

中药是中华民族的瑰宝，随着生物科技的发展，我们也越来越关注运用现代科学技术对中药进行全面研究。基因组学是20世纪末发展起来的一门科学，随着人类基因组计划的完成及后基因组时代的到来，药物基因组（Pharmacogenomics），即研究遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，是以提高药物的疗效和安全为目标，已成为新的研究重点。药物基因组学的发展为中药现代化提供了良好契机。

一、基因组学概述

1.基因组学定义。基因组学（Genomics）是研究基因组的科学，它以分子生物学、电子计算机和信息网络技术为研究手段，以生物体内全部基因为研究对象，在全基因组背景下和整体水平上探索生命活动内在规律及内在环境对机体影响机制的科学。它从全基因组的整体水平，而不是单个水平，来研究生命这一具有自组织和自装配特性的复杂系统，认识生命活动的规律，从而将更加接近生命的本质和面貌。

2.基因组研究内容。基因组学作为一门新兴学科，根据其研究对象，研究的重点及研究的目的不同，又分成多分支学科。根据研究的重点不同，基因组学可以分为结构基因组学和功能基因组学，结构基因组学以全基因组测序为目标，而功能基因组学以基因功能鉴定为目标。根据研究的对象不同还可将基因组学分为疾病基因组学、比较基因组学、药物基因组学和环境基因组学等。基因组研究可以理解为：①基因表达概况研究，即比较不同组织和不同发育阶段、正常状态与疾病状态，以及体外培养的细胞中基因表达模式的差异，技术包括传统的RTPCR，RNase保护试验，RNA印迹杂交等。②基因产物-蛋白质功能研究，包括单个基因的蛋白质体外表达方法，以及蛋白质组研究。③蛋白质与蛋白质相互作用的研究，利用酵母双杂交系统，单杂交系统（one-hybrid system），三杂交系统（thrdee-hybrid system）以及反向杂交系统（reverse hybrid system）等。

二、中药研究中常用的基因组技术

1.基因芯片技术。基因芯片又称DNA芯片（DNA chip）、DNA微阵列，是基于核酸、探针互补杂交技术原理，将大量的寡核酸片段按预先设定的排列顺序固化在载体表面如硅片或玻片上，并以此为探针，在一定的条件下与样品中的待测的靶基因片段或DNA序列杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来实现对靶序列信息的快速检测和分析。目前已成为基因表达分析的最常用工具。基因芯片技术具有高通量、并行、高内涵的特点，这就为探索中药作用机理开辟了新领域。现代药理学分子水平研究表明药物作用都有其靶点，基因芯片可以确定靶组织的基因表达模式，从而将中药作用的靶基因全部显示出来。如陈明伟利用基因芯片技术检测中药单体人参皂苷20（R）Rg3对肿瘤血管生长调控因子（VEGF）蛋白表达的抑制作用。基因芯片技术还有助于确定中药有效部位，通过基因芯片技术迅速筛选起作用的中药有效成分。此外，基因芯片技术在中药材鉴定，道地药材筛选，中药新药研发等方面都有重要的应用。

2.DNA分子标记技术。①RAPD技术。RAPD即随机扩增多态性DNA，在1990年由Welsh与Williams等人发展起来，是建立在PCR（Polymerase Chain Reaction）基础之上的一种可对整个未知序列的基因组进行多态性分析的分子技术。其以基因组DNA为模板，以单个人工合成的随机多态核苷酸序列（通常为10个碱基对）为引物，在热稳定的DNA聚合酶作用下，进行PCR扩增。RAPD技术能快捷地辨别出不同遗传物质之间最微小的DNA偏差，而且耗材较少，不必提前获知其基因碱基顺序，通过对遗传资源的分析，从遗传多样性中得到详尽的遗传信息。现在，RAPD技术已成功鉴定细辛、蒲公英、龙胆草、人参及西洋参等药材。②RELP技术。RELP技术即限制性长度多态性分析技术，就是将DN段用限制性内切酶消化后，进行限制性片段长度多态性分析。RELP技术可以确定基因种属的特异性和药材的鉴定。陈美兰采用PCR-RFLP方法从分子水平鉴定人参中有效成分人参皂苷的含量，克服了因人参分布易受生长环境、储存条件和加工等诸因素影响，采用传统的形态学和组织学方法难以鉴别的缺点。

3.PCR技术。PCR技术即聚合酶链式反应技术，是体外扩增DNA序列的技术，广泛应用于目的基因的制备等几乎所有的分子生物学领域。DNA的保存需要严格的条件，在正常的中药材加工和储存过程中是很难做到的。王严明等通过PCR技术从保存了9年的药材龟板中提取DNA，成功进行了DNA指纹鉴定。

4.DNA测序技术。DNA测序技术，即测定DNA序列的技术。在分子生物学研究中，DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。该技术包括单向测序（Single-Read Sequencing），双向测序（Paied-End Sequencing）混合样品测序（Indexed Sequencing）。DNA测序技术在中药品质研究中有重要的应用，刘玉萍等采用PCR直接测序技术测定半夏及其伪品的18SrRNA基因核苷酸序列并作序列变异和选择性内切酶谱（PCR-SR）分析，为半夏正品鉴别提供分子依据。此外，该技术还可以用于中药的品质鉴定，仇萍等通过DNA指纹图谱从分子水平对中药材种质进行准确分析，从而为鉴定药材的真伪优劣提供依据。

三、展望

基因组学研究已把揭示生命本质提高到了一个全新水平，同样它在中药各个领域的渗透也使中药发展有了更广阔的前景，将推动中药在种材培育、药材鉴定、机理阐述和新药研发的进步，促进中药走出中国，走向世界。

参考文献：

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一、引言

意识的起源是人类未解之谜，而创造力的产生及表达机制更是谜中之谜。为了解开谜题，各国创造力的研究者如高尔顿（F.Galton）、弗洛伊德（S. Freud）、维特海默（M.Wertheimer）（维特海默，1987）、Campbell（1960）和Simonton（2012）等都尝试了不同的方法。事实上，每一次研究方法的革新都带来了人们对创造力的深入理解。最近，有研究者把基因组学的研究方法引入到创造力的研究之中，使人们看到了理解创造力遗传基础的更多曙光，这个方向可以定义为创造力基因组学（Creativity Genomics），也就是通过创造力心理学和基因组学相结合的方法来研究创造力的基因基础。根据查阅到的文献，以色列和法国的Bachner-Melman等人的研究（2005）是该领域的首项研究，关注的是舞蹈创造力的基因基础，而德国学者Reuter等人的研究（Reuter，Roth，Holve，& Hennig，2006）是该方向的首项有关一般创造力和基因关系的研究。随后，来自芬兰、匈牙利、俄罗斯、瑞典、中国和美国的研究者继续推进了该方向的研究。本文将综述和评论这些创造力基因组学的研究，并对未来的研究做以展望。

二、创造力基因组学的研究方法

创造力基因组学（Creativity Genomics）作为新兴交叉学科，在研究方法上实现了创造力心理学与基因组学研究方法的融合。当前通行的方法是通过创造力的测量工具测得被试在不同领域（如一般创造力、音乐创造力等）创新能力上的得分；同时，使用基因组学的方法，通过被试的部分组织（如口腔细胞或血液）来分析其全基因组或特定神经递质系统的基因。进而，分析创造力行为数据与基因数据的关系。

（一）创造力的测量

在这些研究中，研究者均使用了创造力心理学的研究方法。研究方法中核心变量的测量方式是基础，因而我们将重点介绍测量部分的内容。当然，由于创造力问题的复杂性，当前的操作定义和测量方式远未统一。在这里简要介绍这九项研究所主要涉及的四种创造力测评方式。

1.一般创造能力测验

Reuter等人（2006）在他们的研究中所使用的测量创造力的工具是柏林智力结构测验（Berlin Intelligence Structure Test）中的“创造能力”（inventiveness）测验包，该测验的操作定义认为创造力是智力的一部分。所测得的创造力得分来自于图形、语文和数字分测验，每个分测验包括两个题目。图形创造力分测验包括“完成图形”和“联接符号”两个题目；语文创造力分测验则包括“句子组成”和“物体的用途”两个题目；数字创造力分测验包括“电话号码”和“数字测验”两个题目。该测验的图形和语文创造力分测验主要测量的是被试的发散思维，而数字创造力测验主要与聚合思维相关联。该测验在国际创造力研究学界并不常见。2009年所发表的来自俄罗斯的创造力基因组学研究（Volf，Kulikov，Bortsov，& Popova，2009）也使用了该测验中的语文创造力分测验。

2.创造性潜能测量：发散思维测验

美国学者Runco等人的研究对Reuter等人所做研究做出了全面的修正（Runco et al，2011），并在2013年又对其研究做了补充性的评论，引入了多基因关联分析的方法（Murphy，Runco，Acar & Reiter-Palmon，2013）。在他们对Reuter等人的研究做出的评论中，他们认为其所使用的创造力测验并不常见，测量方法上有失偏颇，所以在解释结果方面存在效度上的诸多困难。而且研究中混淆了发散思维和聚合思维，同时未检验创造力的重要成分――“独创性”。因而，Runco等人选取了在创造力心理学领域更为常见的创造力测验，包括发散思维测验和现实创造性问题解决（Realistic creative problem solving）。发散思维测验用以测量创造性潜能（creative potential），包括语文分测验和图形分测验。在本文所综述的九项研究中，多数都使用了发散思维测验作为创造力或创造性潜能的测量工具。

3.创造性问题解决

在Runco等人的研究中，研究者还设计了具有开放性结尾的、与真实生活相关联的问题情境。要求被试对这一问题提供解答。之后，研究者应用共感评估技术（Consensus Assessment Technique，CAT）从质量、独创性和复杂性三个维度来计分。共感评估技术最初是由哈佛大学创造力学者Amabile提出（Amabile，1982），是指在创造力研究中一种通过主观评定获得对被试创造力较为客观评估的方法。这种方法已经成为创造力研究领域一种社会生态效度较高、非常普遍的研究方法（Yi，2012；Yi，Hu，Scheithauer，& Niu，2013）。

4.音乐创造力测量

有两项研究使用了同样的测量被试音乐创造力的方法。音乐创造力自陈问卷和音乐天赋测验两部分组成了该测量工具。自陈问卷旨在调查被试所从事的具体音乐创造力活动（包括作曲， 即兴演奏，和编曲）、所接受的音乐教育和训练。音乐天赋测验包括听觉结构化能力测验（auditory structuring ability test）（Karma，1994）、西肖尔音高辨别测验和时间分辨分测验（the Seashore pitch and time discrimination subtests，简称SP和ST）。SP和ST分测验包含声音物理属性的成对比较，用来测量被试在分辨音高或音程微小变化等方面简单的感知能力。这些测验都有较好的信效度，测验需时共1小时左右（Pulli et al.，2008）。

如果创造力是领域特殊性的，不同领域的创造力其测评方式当然应该是有差异的。正如本文所综述的音乐创造力的测评结构（包括听觉结构化能力、音高和音程辨别以及自评所从事的创造性的音乐活动等）与一般创造力的测评结构（包括在语文和图形等维度上思维的流畅性、变通性、独创性和精进力等等）是根本不同的。但是目前用于特定领域创造力测量的有效工具还少之又少，这应该是未来研究应该着手的方向；此外，我们素来强调的、对创造性比较重要的发散性思维、聚合性思维和批判性思维在不同领域的创造力中究竟扮演何种角色，也是一项悬而未决的问题。

3.有关精神疾病和创造力的关系

有关NRG1基因和创造力之间存在紧密关系的发现（Kéri，2009）是这几项研究中的亮点之一。因为该研究从创造力基因组学的角度证实了此前有关高创造力和精神疾病相伴随的说法。特别是一些高创造者同时存在精神疾患的个案如文森特・梵高和弗吉尼亚・伍尔芙等，加剧了人们有关高创造力、尤其是文学艺术领域的高创造力与精神疾病之间存在关联的信念。然而，在健康的高智商匈牙利人身上，研究者同样发现了与严重精神疾病高度相关的基因会影响被试的创造力水平。那么为何这种基因多态会造成创造力行为的较高表现呢？研究者给出的初步解释（Kéri，2009）是，与分裂症特征相关的认知抑制的降低导致了高智商人群创造力的上升，而NRG1基因的启动子多态性（promoter polymorphism）会影响前额叶的功能，前额叶脑区是影响认知抑制和创造力的重要脑区。研究者认为，对于这个假设的验证正是未来研究的方向。在他的研究中，只选取了高智商的被试，同样值得探讨的是对于平均智商的被试是否存在同样的效应，另外，对于那些真正从事文学艺术创造力的人群，是否存在同样的基因影响机制？这都是未来可能的研究方向。

参考文献

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中图分类号：S43 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160230222

1 昆虫基因组研究

昆虫全基因组测序研究，大致可以分为2个阶段：开拓阶段，黑腹果蝇的全基因组测序，是一个里程碑，开创了包括昆虫在内所有动物基因组研究的新纪元；2002～2009年零星阶段，全基因组测序集中在完全变态昆虫的几个主要目。

2 昆虫与植物互作的分子机理

昆虫取食或产卵等行为产生的激发子及其相关分子模式是一类重要的信号分子，可诱导植物启动不同的级联反应信号途径。如诱导植物Ca2+流动，加快促分裂原激活蛋白激酶的活化，促进茉莉酸、水杨酸与乙烯等防御信号物质的合成与激活，诱导活性氧（ROS）产生，从而引发植物产生有毒次生物质，如芥子油苷，生物碱与酚类化合物等，促进植物挥发性物质产生，从而诱导直接防御，趋避效应以及利用天敌进行协同防御等。剖析植食性昆虫反防御的分子机理与调控网络，不仅有利于基础生物学研究，对基于基因组学的害虫治理也极其重要。

口腔分泌物作为植食性昆虫抵抗植物防御反应的首要屏障，也是释放效应蛋白的主要途径。效应蛋白分为主效应蛋白、次效应蛋白和网络效应蛋白。主效应蛋白可直接或间接改变寄主植物的细胞结构和防御信号。次效蛋白具有补偿效应，主要促进解毒代谢与营养吸收。网络效应蛋白则关注不同物种效应蛋白以及同一物种不同效应蛋白之间的互作关系。随着大数据分子时代的到来，给昆虫效应蛋白的鉴定研究提供了便利，但对于效应蛋白调控网络的功能验证仍需进一步加强。

蛋白酶抑制剂是重要的植物防御蛋白，可抑制植食性昆虫消化与营养摄取效率，从而导致其发育延迟、死亡率升高、繁殖力下降等。

3 昆虫免疫的分子机理

对入侵病原微生物的防御是所有生物最基础的生理反应。昆虫只具有天然免疫系统，其世代周期短，基因组相对较小使其免疫系统能够快速进化。昆虫免疫防御的机制包括由一系列复杂的分子和不同层次的细胞为基础建立的能够识别和对抗病原微生物的免疫系统。

4 昆虫抗药性的分子机理

以抗性机理为根据能够将昆虫抗药性划分为3种，即代谢抗性、生理抗性和行为抗性。以抗性的分子机理为根据能够将昆虫抗药性划分为靶标抗性以及代谢抗性。

5 基于基因组学的害虫治理

5.1 景观遗传学与害虫治理

昆虫在农田生态系统的迁移和扩散受到各种不同景观要素的显著影响，景观要素可以通过干扰害虫迁移、死亡率和生殖率直接影响害虫种群密度，也可以通过对天敌影响间接地影响种群的动态。景观遗传学是一门探究景观异质性与种群遗传结构之间相互关系的新兴学科。

5.2 RNA干扰技术与害虫治理

RNA干扰指的是双链 RNA介导的基因沉默。RNA是基因功能研究上的重大技术突破，特别是对于非模式生物以及缺少参考基因组的物种基因功能的研究。RNAi技术是指利用体外合成的短双链RNA抑制细胞内特定基因表达的技术，是转录后基因沉默的一种研究基因功能的有力工具。RNAi技术在鳞翅目昆虫中应用有以下几个特点：表皮组织对RNAi有阻隔作用；对先天免疫途径的干扰作用优于对其他途径的干扰效果；通过注射dsRNA（1种RNA沉默机制）能够在天蚕蛾科中起到很好的效果。目前，昆虫摄取 dsRNA 的方式包括显微注射、浸泡、喂食、转基因昆虫等几种方式。关于 RNAi 技术在害虫治理的研究与应用，不仅要考虑其防控效能，而且要考虑其生态风险评估。

5.3 昆虫转基因技术

该技术将遗传物质从其他物种转移到某种昆虫中来，在害虫防控、益虫利用和昆虫生物反应器开发等方面具有广泛的应用前景。

6 发展前景

我国昆虫基因组学的研究对于功能基因之间的调控网络仍不清晰。因此，未来的研究方向应该从基础和应用2个方面进行。在基础研究方面，需要进一步开展我国重要害虫和资源昆虫（包括天敌昆虫）的基因组测序和解析，为阐明害虫猖獗为害机理以及充分利用资源昆虫提供基础数据。

7 结 语

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【中图分类号】Q781

【文献标志码】A

宏基因组学认为，生命研究的对象应是生物环境中全部微小生物的基因组，即特定环境下所有生物遗传物质的总和。它包含了可培养的和不可培养的微生物的基因总和，微生物主要包括环境样品中的细菌和真菌；因此，宏基因组学就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系以及与环境之间的关系等为研究目的的新的微生物群落研究方法，也称为微生物环境基因组学、元基因组学或生态基因组学。

利用宏基因组学技术研究口腔微生物，无需单一分离培养某一种类的微生物，即可直接在基因水平上研究口腔微生物，包括可培养和不可培养微生物。宏基因组学应用于口腔微生物的研究，主要包括两个方面：一方面进行微生物生态学研究，从整体微生物群落水平来研究口腔微生物，揭示口腔微生物群落多样性及其变化；另一方面是进行口腔微生物及其基因的研究，从中筛选到新的功能基因及其产物。通过这两方面的研究，较全面地了解口腔微生物的群落结构和功能基因组，为深入探索口腔微生物的代谢活动，最大限度地发掘口腔微生物资源提供可能。

1　宏基因组学的研究方法

宏基因组学是从特定环境中直接分离所有微生物的DNA，选择合适的载体用于克隆DN段，将DN段克隆到宿主细胞中进行表达，根据某些生物活或基因序列筛选有价值的克隆并进行其功能分析。

1.1宏基因组文库的构建

1.1.1环境微生物DNA的提取　环境样品DNA的提取是基因组文库构建中最重要的一步，不仅要尽可能地将环境中所有微生物的DNA提取出来，而且还要保证一定的DN段长度和完整性。根据提取样品总DNA前是否需要分离细胞，可将其提取方法分为原位裂解法和异位裂解法。原位裂解法可直接破碎样品中的微生物细胞而使其DNA得以释放。原位裂解法无需对样品微生物进行复苏，黏附颗粒上的微生物细胞亦能被裂解，所得DNA能更好地代表微生物的多样性。由于原位裂解法所提取的DN段仅为1～50kb，故其通常用于构建小片段插入文库（以质粒或入噬菌体为载体）的DNA提取。异位裂解法则先采用物理方法将微生物从样品中分离出来，然后以较温和的方法抽提其DNA。此法提取可以获得长度为20～500kb的大片段DNA，而且纯度高，但却容易丢失微生物物种信息。该方法适用于构建大片段插入文库（以黏粒或细菌人工载体为载体）的DNA提取。

1.1.2载体选择　目的基因能否有效地转入宿主细胞并在其中高表达，在很大程度上取决于载体。通常用于DNA克隆的载体包括质粒、黏粒和细菌人工染色体（bacterial　artificial　chromosome，BAC）等。质粒一般用于克隆小于10kb的DN段，适用于单基因的克隆与表达。黏粒又称柯斯质粒或柯斯载体，用于克隆大片段的DNA分子，其克隆外源DN段的极限高达350kb，远远超过质粒载体的克隆能力。BAC用于克隆150kb左右大小的DN段，最多可保存300kb个碱基对，转化率高，而且其以环状结构存在于细菌体内，易于分辨和分离纯化。另外，构建能容纳40kb外源DNA插入片段的fosmid文库也有报道。

1.1.3宿主选择　目前，常用的宿主主要有大肠埃希菌以及链霉菌属或假单胞菌属。一些缺陷型突变体细菌也可以作为宿主进行宏基因组文库的功能筛选。宿主的选择主要应考虑其转化率和宏基因表达以及重组载体在宿主细胞中的稳定性和目标性状的筛选等。对于任何宏基因组来源的基因来说，大肠埃希菌依然是最理想的克隆和表达宿主。也可以用其他宿主菌，例如被用来鉴定与新抗生素生物合成相关基因的浅青紫链霉菌和一些革兰阴性细菌。也可以用穿梭黏粒或BAC载体将构建于大肠埃希菌的文库转入其他宿主，如链霉菌属或假单胞菌属中。根据不同微生物产生活性物质的差异和研究目标的不同，选择不同的宿主。随着技术的成熟和新宿主的选择，基因筛选率和功能基因检测率得以提高，进而宏基因组文库的目标基因的表达也得以提高。

1.2宏基因组文库的筛选

根据研究目的，宏基因组文库的筛选通常有功能筛选和序列筛选两种方法。功能筛选最常用方法是根据重组克隆产生一些酶蛋白功能活性，采用各种检测手段，挑选活性克隆子，得到完整的功能基因和带有目的基因的基因簇，发现全新的基因或活性物质。功能筛选首先要求功能基因或带有目的的基因簇在宿主中表达，但因其受到检测手段的限制，往往是在数千个甚至数百万个重组克隆子中才能检测到有用的活性克隆。序列筛选是依赖于目的基因的保守DNA序列，以序列相似性为基础，执行某类功能的酶可能具有相似的基因序列，根据已有的序列信息设计引物，进行PCR扩增或杂交筛选阳性克隆子。序列筛选一般只能获得结构基因的片段，而不能获得完整的功能基因；但是，它可以将扩增产物进行标志并将其作为探针筛选宏基因文库，以获得完整的功能基因。用这种方法有可能筛选到某一类结构或功能的蛋白质中的新分子。

宏基因组文库的筛选除了功能筛选和序列筛选法外，还可以采用底物诱导基因表达法（sub-strate-induced　gene　expression，SIGEX）。SIGEX是以代谢相关基因或酶基因往往有底物存在的条件下才表达，反之则不表达的原理来筛选目的代谢基因的。SIGEX的优点在于它为高通量筛选提供了保障，而且不需要对底物进行修饰。

2　宏基因组学在口腔微生物研究领域中的应用

2.1口腔微生物群落结构分析

口腔是一个由大量微生物组成的复杂的生态系统，人类口腔中寄居着大约700多种细菌。人类口腔适宜的温度、湿度，丰富的营养来源，结构的复杂性和理化性质的不同，为口腔内各种微生物的生长、繁殖和定居提供了非常适宜的环境，因而也就造就了口腔微生物群的多样性。口腔微生物大部分可以相互关联并形成生物膜，抵抗机械清除力或抗生素治疗，但是在环境变化或其他口腔情况（如个人口腔卫生质量）变化触发时，它们也可成为致病微生物。

菌斑指示剂和传统培养方法以及常规的PCR特异性扩增的分子生物学方法在某种程度上都不能完整地反映整个微生物群落的组成和动态变化，不适合用其研究复杂的口腔微生物群落。此外，在难培养或不可培养的微生物当中，可能也有致病菌匿藏其中，因而也不能有效地用其研究与病程相关的微生物。

随着分子生物学和分子遗传学技术的发展，在基因组学的基础上诞生了宏基因组学这一门崭新的交叉学科。宏基因组学是继发明显微镜以来研究微生物最重要的进展，将为微生物世界带来革命性的突破。Turnbaugh等利用16S　rRNA基因测序发现：胖人和瘦人的内脏中有着不同的微生物菌群；当胖人减肥的时候，他们内脏中的细菌群基因也同样发生变化，更加接近瘦人内脏中的细菌群。

基于常规的口腔细菌培养方法和细胞学显微镜检查，目前公认变异链球菌和乳酸杆菌等是引起龋病的主要致病菌；但是，随着宏基因组学在微生物的种类和多样性研究中的应用，有关龋病是由单一细菌引起或是由生物膜中的多种细菌引起的定论面临质疑。目前普遍认为，龋病并不是仅由变异链球菌或其他任何一种菌斑中的细菌单独引起的，而是由各种产酸菌相互作用的结果。

Aas等在对51名龋患者的1285个菌斑细菌的16S　rRNA序列进行分析后发现，50％的细菌不能识别，一些新的细菌菌种与龋病的发生有关。Keijser等在用焦磷酸测序法分析健康人涎液和牙菌斑中细菌群时发现，口腔微生物具有多样性。即他们从98名健康成人口腔中取得的牙菌斑就由1万个微生物表型组成，其种族数远远超过之前报道的通过培养或者传统克隆和测序技术定义的700种口腔微生物表型。

Zaura等在利用焦磷酸测序技术检测了3名健康高加索人口腔内5个部位的微生物组后发现，在健康人的口腔中微生物有3600种独特物序列，超过500种不同的分类单元或“物种级”表型和88～104种高级分类群，每个单独的样品平均藏匿有266种分类单元。从这3名个体微生物组的测序结果分析可知，高级分类群、分类单元和独特序列都有一个较大的重叠，即84％的高级分类群、75％的分类单元和65％的独特序列至少在这3个微生物组中的2个组中存在。这3名个体的总共6315个独特序列中有1660个相同序列，这1660个相同序列，即“核心微生物组”贡献了66％的测序内容，重叠的分类单元贡献了94％的内容，而几乎所有的内容（99.8％）都属于共享的高级分类群。

研究证实，在不同的健康人的口腔微生物中，大部分微生物组是相同的，提示可能存在健康口腔核心微生物组。Kanasi等在对80名患龋和无龋婴幼儿牙菌斑微生物的16S　rRNA序列克隆分析中发现，两者之间存在着139种不同微生物。Gross等通过酶促法测序技术对无龋和患龋年轻恒牙牙菌斑微生物的16S　rRNA序列进行分析后认为，龋齿中产酸菌除了变异链球菌和乳酸杆菌外，月形单胞菌、奈瑟菌和缓症链球菌同样是潜在的产酸细菌。Willner等等在利用高通量测序技术检测了19名健康人口腔咽部的病毒宏基因组序列后发现，口腔咽部是一个潜在的被噬菌体T3侵蚀的肠道菌储存库。另外，他们还发现了编码血小板凝集因子PblA和PblB的两个寄生于变异链球菌中的噬菌体sm-1基因，而之前有研究称在心内膜上发现了变异链球菌。这说明，口腔中的病毒与心脏疾病存在潜在的联系。

宏基因组学技术可以避开传统的培养方法，在DNA水平来探讨口腔微生物群落结构及其与环境微生物的关系。微生物多样性在基因水平上主要表现为基因组大小和基因数目的多样性，遗传物质化学组成的多样性和某些特异性序列的差异。宏基因组技术为研究口腔微生物复杂群落和多样性提供了重要的技术手段，通过快速可靠地获得口腔微生物中各种微生物的菌落指纹和特征性核苷酸序列，以系统分析口腔微生物的多样性及其分类地位，发掘丰富的口腔微生物资源。

2.2口腔微生物宏基因组文库中的新型基因筛选及其功能

宏基因组学除了研究微生物群落结构及其功能外，还可用于发现新的基因和开发新的微生物活性物质。Jiang等构建土壤宏基因文库，成功地克隆和鉴定出一种新型的β-葡萄糖苷酶基因，该基因包含一个由151个氨基酸编码组成的多肽。该研究对深入挖掘土壤未培养微生物的β-葡萄糖苷酶基因资源和该基因功能具有的重要意义。陈春岚等从富集培养物宏基因组文库中筛选出一个表达木聚糖酶基因umxyn10B，该基因大小为999bp，编码产物的氨基酸序列具有较好的同源性。对其功能进行研究发现，该酶具有优良的理化特性，可广泛应用于食品、能源、造纸和纺织等行业。Yu等利用宏基因功能筛选发现的两个新型低温活性酶脂EstM-N1和EstM-N2，属于细菌脂肪分解酶Ⅷ家族成员。这一发现将推动生物催化剂的应用。

篇5

中图分类号：R2－03　文献标识码：A　文章编号：1673-7717(2009)05-0944-05

抑郁症是一类常见的心理精神障碍，患者的生活质量下降，有较高的自杀危险和复发倾向，流行病学研究提示了遗传因子的作用。近年来，随着分子生物学技术的广泛应用，人们迫切希望能从基因水平找到抑郁症发生的原因，以期对抑郁症做出早期诊断。本文对近年来国内外抑郁症相关基因的研究进行全面分析，包括抑郁症与染色体某些位点的连锁分析，与一些候选基因如5一羟色胺受体基因、多巴胺受体基因、单胺氧化酶基因等的关联分析，深入阐明抑郁症相关基因组的研究进展。

1　连锁分析(linkage analysis)和关联分析(association a-nalysis)

复杂疾病的基因组分型方法最主要的是采用连锁分析和关联分析，抑郁症也不例外。我们有必要首先了解连锁分析和关联分析技术。

细胞中每一对染色体的其中一条是来自父亲，另一条来于母亲。细胞分裂时这两条染色体会发生重组。如果决定两种性能的两个基因在染色体上的位置靠的很近，那么被重组的可能性就比较小，因而可留在同一条染色体上，遗传到下一代。连锁分析是用微卫星DNA标记对家系定型，根据家系遗传信息中基因间的重组率计算出两基因之间的染色体图距，再根据疾病有无合适的遗传模式，可分别进行参数分析与非参数分析。即通过家系调查来估计两个基因的重组率，从而进行基因定位的方法。

关联分析则是在不相关的人群中寻找与性状(疾病或药物反应)相关的染色体区域。如果某一等位基因能增加患某种疾病(如抑郁症)的风险，那么患者中含有这种等位基因的频率应高于正常者，即这一等位基因与该疾病存在着关联。

连锁分析由于受到遗传模式和其他因素的影响，对复杂的多基因遗传疾病的研究往往很困难，而关联分析可弥补其缺陷，成为行之有效的方法。对于多基因遗传疾病，主基因效应可由连锁分析测知，而辅基因效应则更多的采用关联分析。

2　染色点与抑郁症的连锁研究

随着分子生物学和分子遗传学的发展，研究发现了一些与抑郁症发生相关的候选基因和致病基因，抑郁症相关基因在染色体上的分布是不均匀的。其中抑郁症相关基因在1号染色体上的分布最多，其次是2号、6号、11号。在14号、21号、22号以及人Y染色体上尚未见抑郁症相关基因。从染色体区域分布上可知，Ipl2含有抑郁症相关基因最多，含有TaP、Ta3、Ts5、Ta6、TaT、TaB、Ta9、Ta10、Ta12、Ta13、Ta14、Tal5、TRAR4基因。运用生物信息学的原理和技术，收集、整理、分析既往关于抑郁症研究的所有资料，建立与抑郁症相关的基因和蛋白质数据库，是进一步研究抑郁症的病因和防治的基础。

3　某些候选基因与抑郁症的关联研究

从某种程度上说，上述的连锁分析方法是最有效识别基因变异的方法，然而它识别精神障碍复杂的小至中等效应的致病基因的能力却很有限，并且，在准确定义表现型很困难时，这种能力进一步降低。此时就多使用关联分析，尤其是对于多基因遗传疾病，更是成为行之有效的方法。而由于抑郁症与其他精神障碍如精神分裂症等相比，它与遗传的关系不如后者密切。因而抑郁症相关基因的研究难度较大，而且进展缓慢，目前主要集中在对一些候选基因与抑郁症的关联研究上。

3.1　5－羟色胺(5－HT)受体基因与抑郁症的关联研究

5－HT与情感性精神障碍的关联已较早认识到，它能直接或间接调整人的心境。5－羟色胺(5－HT)系统参与情绪、心境、应激等方面的调节，其功能的改变和神经传递异常与抑郁症等精神性疾病发病相关。突触间隙5－HT水平改变及5－HT受体亚型功能的失调则有可能参与抑郁症的发病。

3.1.1　5－羟色胺1A(5－HTlA)受体基因5－HT的效应由大约14种受体所介导，其中5－HTIA受体是中枢神经系统中表达最多的亚型之一，对5－HT系统具有负反馈抑制效应，作为突触前自主受体和突触后受体同时起作用。5－HTIA受体基因位于5q11.2－13区，在其上游调控区内存在一个C(－1019)G基因多态性。抑郁症患者在该区域－1019位可发生C/G的单核苷酸突变，纯合G(－1019)等位基因频率高于正常人群；在自杀患者中更高达4倍。G等位基因携带者人格量表(NEO)及立体人格问卷(ZPQ)得分远高于C等位基因携带者，且同时显示出较高的TPQ损伤回避指数。因此5－HTIA受体转录调控区C(-1019)G功能基因多态性与抑郁表型的易患性密切相关，在抑郁症的发病机制方面有不可忽视的作用。

3.1.2　5－羟色肤2A(5-HT2A)受体基因5－HT2A受体是一类5－HT激动受体，其作用与5－HTIA受体相反，参与多种精神药物的作用机制。5－HT2A受体基因定位于人类第13号染色体的13q14-21区域，目前发现有5种DNA多态性，其中T102C的多态信息量最高，常作为DNA多态性遗传标志。该基因启动子区－1438G/A多态性的基因型A1/A2频率在抑郁症患者中明显减少，在有自杀企图或行为的情感障碍患者中也显著降低。江开达等采用5－HT2A的T102C和MAOA的MAOA(CA)n的2个基因座(locus)为研究标志，探讨他们在中国人群的单相抑郁症中的相互关系，初步的研究结果表明单相抑郁症与单独的T102C和MAOA(CA)n基因座间无显著性关联，但是在具有5－HT2A的A2/A2人群中，单相抑郁症与MAOA(CA)n的114bp等位基因呈显著性关联，其相对危险率(RR)为6.25(P

3.1.3　5－羟色胺转运体(5－HIT)基因5－羟色胺转运体(5一hydroxytryptamine transporter，5－HTT)位于突触前膜，能够对突触间隙的5-HT进行再摄取，改变突触间隙5-HT水平，调节突触后受体介导信号，及下游中枢5-FIT系统和外周5-HT效应。人类5-HTY基因位于17q11.1-12区，其5’端启动子区有一个长为44个碱基对的缺失或插入，形成长(L)或短(s)两个等位基因的功能多态性，构成3种基因型L/L、L/S和S/S，称为5-HIT基因启动子

区相关多态性(5-HTTLRR)。S/S纯合子基因型细胞产生的mRNA水平高于杂合子基因型细胞，对5－HT的摄取量也相应增加，故具有不同5－HTILPR基因型的个体可能对5－HT的摄取不同，进而影响到个体患焦虑－抑郁障碍的易感性及对环境应激的适应性。而针对抑郁症患者的研究也显示了较高频率的S/S基因型和S等位基因，提示该基因型人群可能具有抑郁症的易感性。当受到应激性生活事件的影响后，携带S纯合子者比L纯合子者的抑郁症患病率更高，并可表现出更多的抑郁症状和更高的自杀危险，亦说明抑郁症是潜在患病风险基因和环境及其它非遗传因素共同作用的结果。

3.1.4　色氨酸羟化酶(TPHI)基因

色氨酸羟化酶(tryp-tophan hydroxylase，TPHl)是5－FIT生物合成反应的限速酶，通过影响5－HT系统代谢来调控5－HT系统的功能，人类TPH基因定位于11p115.3－16第7个内含子上区，其存在A779C和A218C两种多态性，该基因与抑郁症的相关性研究主要集中于后者。218A/C的基因频率与抑郁症显著相关，而218A/A基因频率则与双向型情感障碍或重型抑郁症的躯体症状相关。这提示抑郁症的单一症状与TPH1基因的联系较之症候群或疾病本身与之的联系更为显著。这可能与位于非编码区的TPH1基因A218C多态性与蛋白质翻译后修饰的改变有关；或者该多态位点为一个潜在的GATA转录因子结合位点，可能对TPH1基因的表达有影响。

3.2　多巴胺受体基因

药理研究表明，抑郁症患者脑中多巴胺活性下降，这提示多巴胺受体基因变异与情感病因发病可能有关。大脑中有5种类型的多巴胺受体，分别为D1、D2、D3、D4、D5受体。它们在基因组中的位点已经明确，并且这些基因已被分离和克隆。多巴胺受体基因的染色点如下：D1，5q35.1；D2，11q22.5；D3，3q13.3；IM，11p15.5；D5，4p15.2。分子生物学技术已证实以往的D1、D2代表的并不是两种受体，而是两个受体家族。D1家族中包括Dl和D5受体，D2家族中包括D2、D3、D4受体。D3、和D4亚型是目前研究的焦点。D3亚型较多分布于基底节腹侧近边缘系统的部分，这一部位被认为与思维功能的关系密切，但研究并未发现与抑郁症的关联。D4受体主要分布于额叶皮质，额叶皮质是与情感病理学明显相关的区域，提示D4受体的变化与情感的病因可能相关。由于编码D4受体的基因极具多态性，这些多态性可能影响D4受体的功能，使该基因成为评价情感的候选基因。目前共发现D4受体基因有10种多态性，包括3种静息多态性(silent polymorphism)和7种结构多态性(structure polymorDhism)。目前仅有一个研究发现日本人情感与D4受体基因的48bp重复序列多态性明显关联，其它研究均未发现情感与D4受体基因的其它多态性相关联o

3.3　单胺氧化酶(MAO)基因

单胺氧化酶(monoamine oxidase MAO)是单胺类神经递质(5－HT，NE，DA)的灭活酶，因此被认为可能与抑郁症的发病有关。单胺氧化酶具有催化单胺类降解作用，分为A型和B型，定位于人类x染色体的Xp11.23～11.4。MAO－A基因上有两个多态性位点EeoRV和uVNTR，其中EcoRV2－uVNTRl单倍体在男性抑郁症患者中出现频率较高，且携带EeoRV2等位基因的男性患者的HAMD睡眠障碍评分也显著增高。在中国人群A型中，MAOA(CA)n微卫星DNA多态性可有8种等位基因，常见是122bp(基因频率为0.4649)，其次是114p(基因频率为0.2108)。Muramatsu研究了单胺氧化酶基因与单相抑郁症的关系，在52例患者和100名正常人对照中，MAOA和MAOB基因的多态性与单相抑郁症均无关联。钱伊萍等发现与MAO基因紧密连锁的DXS7微卫星标记等位基因频率在单相抑郁症患者与正常人间分布上无显著性差异，但在迟发型抑郁(以40岁发病年龄为界线)中165bp等位基因频率增高。江开达等发现，单相抑郁症与单独的5－HT2A受体基因T102C多态性和MAOA基因(CA)n多态性间无显著性关联，但是在具5－HT2A的A2/A2基因型人群中，单相抑郁与MAOA基因(CA)n的114 bp等位基因呈显著性关联，其相对危险率为6.25(P

3.4　DXS7基因座与抑郁症的关联研究

DXS7基因座是(CA)n串联重复序列的微卫星DNA，具较好的多态性。它位于人类染色体的Xp11.3～11.4区域，与单胺氧化酶(MAO)A和B型基因紧密连锁。钱伊萍等采用PCR扩增片段长度多态性(Amp－FLP)研究66例单相型抑郁症中DXS7基因座的多态性分布，在66例患者和85名正常人中观察到DXS7基因座有4种等位基因，片段大小为157－167bp，经比较多态性分布表明患者与正常人间在频率分布上无显著性差异。研究者进一步分析将患者组分为早发型和迟发型(加岁为界)两组后，发现这两组间有显著差异，迟发型中为165bp等位基因频率增高，早发型中为157bp等位基因频率增高，提示单相抑郁症存在着亚型，发病年龄可作为区分亚型的一种因子，而且经关联分析表明他们间联系的相对风险率(RR)为2.08，P

3.5　儿茶酚胺氧位甲基转移酶(COMT)基因

儿茶酚胺氧位甲基转移酶(eateehol－O－methyltransferase。COMT)是儿茶酚胺的主要降解酶，而儿茶酚胺被认为在心境障碍的发病机制中有着重要作用。Massat等在欧洲进行了一项有关COMT基因功能多态性与早发抑郁是否存在相关性的多中心研究，共人组了抑郁症患者378例(120例为早发患者)，506例双相障碍(222例为早发患者)及628名正常人，发现COMT Val等位基因，特别是Val×Val基因型的高活性与早发抑郁症关联。

3.6　脑源性神经营养因子(BDNF)基因

近年来，有关抑郁症的另一个新假说形成：神经毒性作用(和糖皮质激素有关)损伤或杀死了海马细胞，神经保护性缩氨酸功能不足，导致了抑郁症状。Manji等证实了抗抑郁剂的神经保护作用。遗传因素能改变应激后神经毒性因子和神经保护因子的平衡。脑源性神经营养因子(brmn derived neurotrophic factor，BDNF)便是这样一种具有

神经保护作用的蛋白。Karege等于2002年最先报道了抑郁症患者血清中BDNF减少。Sklar等和Neves-Pmira等均在2002年发现BDNF的多态性和双相障碍相关，后来也有证据表明，BDNF多态性也与抑郁症相关。但是，同一个多态和抑郁症相关的证据不足。该基因以及和此假说有关的基因仍非常值得更深一步的研究。

3.7　多巴胺羟化酶(DBH)基因

DBH是生成去甲肾上腺素的关键酶，其活性降低可能增加精神病性抑郁症的患病风险。人类基因定位于9q34，其外显子2的多态性(G444A)与体液DβH活性相关。GG等位基因型抑郁症患者在SCL－90评分中，人际敏感和妄想观念分值较低，故该型可能是患者不发生精神病性症状的保护因子。由于目前对DBH基因与抑郁症的研究相对较少，且阳性结果重复率较低，需进行大样本多中心实验，以得出确定性结论。

3.8　信号传导(GB3)基因

G蛋白是一具有GTP结合和水解活性的蛋白质，可偶联80％的已知膜受体和各种效应器，在许多受体和第二信使系统间跨膜转运过程中起着重要的调节作用。G蛋白由3个亚基组成：Gα、Gβ和Gγ。当受体激活后，其解离成Gα和Gβγ，游离的GTP与Gα亚基结合调节特殊的效应器。近年来不断有临床药理及动物实验研究结果显示，在单、双相情感性疾病病理机制中存在复杂的信号传导紊乱现象。编码G蛋白B3亚基基因的第10外显子上存在C825T基因多态性，这种基因多态性导致G蛋白B3亚基缺失41个氨基酸，产生变异，与信号传导和离子转运增加有关。此多态性可能是引起抑郁症的敏感因素之一，同时鉴于它在信号转导过程中的作用，亦与抗抑郁治疗有关。关于该基因多态性研究目前尚处于初步阶段，对其在抑郁症发病中的具体作用机制有待进一步探讨。

4　结语

综上所述，目前国内外对抑郁症及其相关基因组的研究尚在探索阶段。由于技术手段的局限性，单个特异性基因作为抑郁症的危险因素的假说尚不能完全被排除，但是构成抑郁症易感性的更大可能是很多无特异性的基因共同作用的结果。大量的研究支持抑郁症是多基因遗传，即这种遗传是由于许多基因的积累作用造成的，没有显性、隐性基因那种明显的传递规律。抑郁症的发生是遗传易感性和环境因素共同作用的结果。从目前的研究可以看出，关于抑郁症发病的主要相关候选基因在其发病过程中的具体作用尚缺乏明确的定论，阳性结果重复率不高。究其原因可能有以下几点：①抑郁症属于情感性精神疾病，症状复杂多样，目前对其诊断多依赖临床表现和精神检查，缺乏有效的生物定量指标，在鉴别诊断上存在一定难度。②正常对照的标准尚需明确。③抑郁症是一种复杂性疾病，是遗传和社会生理心理多因素综合作用的结果，其遗传模式不符合孟德尔遗传定律，可能受多个致病基因控制，其中一个或几个基因变异都能引起相同的临床症状，多个基因之间存在交互影响，每个基因的作用则较微小，而现有的遗传学和统计学方法的检验效能相对较低，因此，在一个特定的群体中孤立地针对某个候选基因进行单独的关联性分析，可能难以达到显著性水平。④很多研究主要集中于基因多态性上，但研究结果并不一致。不一致的原因可能在于所研究的多态性可能和某一影响抗抑郁药疗效的功能性突变存在连锁不平衡，而这种连锁不平衡在不同人种中存在差异。⑤抑郁症具有遗传异质性，不同地域、不同种族和民族的患者遗传背景不同，引发其发病的基因也有可能不同，如果采用遗传背景混杂的群体，则会极大地影响研究结果。可能与某多态性等位基因在不同人种中分布频率不同有关。如东方人5－HTTL PR多态性L等位基因的频率明显较低。S/S基因型频率是L/L基因型的5倍。⑥纳入对象在某些因素，如年龄、家族史等的不一致性，不同研究所选择的抑郁症患者严重程度不同均可能造成统计学的混杂，降低研究结果的可靠性。⑦不同的疗效评估标准、疗程，及选用的抗抑郁药物都会影响研究的结果。因此在今后的研究中，应着重于多基因研究层面，尽量保证纳入对象的同质性，如进行更多的家系遗传研究，以排除遗传背景的不一致性，避免出现假阴性及群体结构分层现象；在条件具备的情况下进行大样本多中心联合研究；同时结合抑郁症其它方面的研究进展，利用最新的辅助检查手段。

5　展望