静寂SNP观察研究论文

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人类的疾病易感性、药物疗效及毒副反应，普遍存在个体及种群间的差异。越来越多的证据表明，遗传变异是决定这些差异的主要因素。随着人类基因组计划的完成，人类变异基因组计划（HVP）、全基因组关联性研究（Wholegenomeassociationstudy,WGAS）的开展，发现人类基因组变异远远超出早期估计的水平［1］。其中单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphism,SNP）是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性，即指基因组内特定核苷酸位置上存在两种以上不同的碱基，其中最少一种在群体中的频率不<1%。它是人类可遗传的变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90%以上。在人类基因组中发生频率约为1/100～1/1000推测SNP的数量达到300万～3000万［3］。具有数量多，分布广泛；适于快速、规模化筛查；突变率低，稳定性好等优点。被称为继限制性酶切片段长度多态性和微卫星重复序列之后的“第三代遗传分子标志”。SNP是疾病易感性、药物反应等个体间差异的主要决定因素［2］，被广泛应用于疾病风险预测、个体化用药指导等领域，也是肿瘤基因组学、药物基因组学及营养基因组学等研究的重要工具。依照其在基因组中的位置分为:基因编码区SNPs（coding-regionSNPs，cSNPs）、基因周边SNPs（perigenicSNPs，pSNPs）和基因间SNPs(intergenicSNPs,iSNPs)。cSNPs比较少，变异率仅为周围序列的1/5［3,4］，但由于它与蛋白结构和功能直接相关，长期以来受到更多关注。cSNP又可分为同义cSNPs(synonymouscSNP)和非同义cSNPs(non-synonymouscSNPs)。非同义cSNPs(non-synonymouscSNPs)密码子变异可导致所编码氨基酸的改变。同义SNPs改变密码子但不改变所翻译蛋白质的氨基酸序列，一般认为它不影响蛋白质结构和功能，因而被称为“静寂snp(silenceSNP)”，在疾病机理研究和遗传分子标志筛选中往往被忽略。

然而，同义SNP真的是“沉默无声”的吗？是否仅仅是进化过程中，对环境压力的适应和自然选择而形成的“密码子使用偏好”在基因组中的遗迹？情况并非如此，研究发现某些同义SNP与疾病风险相关，有些则影响药物作用的特异性。例如角化粒（corneodesmosin）基因的同义SNP与牛皮癣发病相关［5］，ApoE基因和低密度脂蛋白受体相关蛋白6（Low-densitylipoproteinreceptor-relatedprotein6）基因同义SNP增加携带者阿滋海默综合征发病风险相关［6～8］。

以往研究显现，同义SNP或同义突变虽不改变编码蛋白的氨基酸序列，但可能影响蛋白的表达水平，主要通过三种机理。

1影响翻译效率

密码子与其对应的tRNA决定翻译速度，如果密码子对应的tRNA的频度高，则翻译速率高。在自然选择的过程中，生物体中高表达蛋白一般选择使用频度最高的tRNA及其对应密码子，如变异产生罕见密码子则翻译效率降低［9］。同义密码子的选择和tRNA的频度偏向性存在同步进化机制，即存在同义SNP与tRNA频度的正反馈，使得二者相协调［10,11］。此种机制目前尚存在争议，也有一些研究报道密码子与翻译效率没有明显关联［12,13］。

2影响mRNA稳定性

由于同义SNP改变mRNA的核苷酸组成，影响mRNA的二级结构，进而影响其稳定性。当mRNA中G/C含量增加，尤其是密码子的第三位碱基由A/U被G/C所替代时，减少酶对富含AU基序的识别，降低酶降解机会，将增加mRNA的稳定性［14,15］。例如DRD2基因同义SNP（C957T）改变mRNA稳定性，增加精神分裂症及酒精成瘾症的发病风险［16］。角化粒基因同义改变mRNA与DNA结合蛋白的亲和力而影响其稳定性，增加牛皮癣发病风险［5］。

3影响拼接控制

同义SNP可产生隐含的拼接位点［17］或影响拼接控制元件，如外显子拼接增强子（exonicsplicingenhancers,ESEs）、外显子拼接寂静子（exonicsplicingsilencers,ESSs）［18,19］，从而导致转录子的异常拼接。异常拼接还可能影响非同义SNP及氨基酸的使用［20,21］。这是目前受到广泛接受的机制，有许多同义SNP通过此机制影响疾病发生的报道。例如APC基因（R623R,H652H,R653R）与家族性腺瘤样息肉［22，23］、ATM基因(S706S,S1135S)与运动失调性毛细血管扩张症［22］、CYP27A1基因(G112G)与脑腱黄瘤病［22］、PAH基因(V399V)与苯丙酮尿症［22］、TGFBR2基因(Q508Q)与马凡氏综合征等［24］。

值得一提的是最近Sauna等对多耐药基因（multidrugresistance1,MDR1）的研究。MDR1编码P糖蛋白（P-gp）参与多种药物的吸收、分布、代谢、排泄及毒性反应(ADEMT)［25］。1236C>T/2677G>T/3435C>T是中国、印度及日本等人群中最常见的单倍体型，分布频率可达31%～49%［26］，其中1236C>T,3435C>T为同义SNP和2677G>T为非同义SNP。此单倍体型携带者对环孢素A及维拉帕米的逆向转运能力降低［27］。依照生化经典理论，“蛋白质一级结构决定空间结构,氨基酸序列相同，一般不改变蛋白质空间结构和功能。”最初推测P-gp的功能改变由其非同义SNP（2677G>T）所决定。Kimchi-Sarfaty等采用瞬时表达系统表达了多种MDR1变异体，用流式细胞仪分析不同变异体蛋白对荧光标记底物的转运能力。结果发现单独非同义SNP并不改其转运能力。而且此单倍体型变异基因可转录完整的全长mRNA，蛋白表达水平及定位无变化，氨基酸测序完全正确。排除了因使用罕见密码子导致蛋白翻译速度、mRNA稳定性及拼接异常等可能机制。那么是否蛋白质的结构发生了改变？随后，采用结构特异性抗P-gp抗体（UIC2）,发现单倍型和野生型P-gp存在抗体反应性的差异，证实存在细微的空间结构改变。这无疑对“同义SNP不影响蛋白结构和功能”的传统观念提出了挑战。

蛋白质在翻译过程中同步进行肽链折叠，肽链内已折叠和非折叠区相互接触和相互作用，随时影响瞬时及最终的蛋白质结构［28］。蛋白质折叠除受到热效学控制（thermodynamiccontrol），即传统的氨基酸组成决定相互间的能量关系，决定蛋白质折叠取向和决定空间结构。还存在动力学控制（kineticcontrol）机制，恰当的翻译速度和翻译停顿可能是保证正确折叠的必要条件［29］。同义SNP改变密码子选择和使用，可能影响蛋白折叠的动力学控制，1236C>T/2677G>T/3435C>T单倍体型可能正是由于密码子的替换，改变了翻译速度或节奏，引起P-gp蛋白局部结构的细微改变，改变对底物或调节分子的亲和力。

同义SNP对蛋白结构的影响尽管看似微弱，但对其功能及相关临床表型可能产生不可忽视的作用。尤其是多基因复杂性疾病，每个相关基因在发病所起作用都较微弱。疾病是多种变异效果的相互叠加和协同效应的结果。同义SNP的研究不仅从理论上对蛋白质空间结构的决定条件提出了新的观点，同时使我们重新审视以往在基因多态性筛查、分子标志鉴定中所忽略的同义SNP，它占编码区SNP的一半数量，极可能是被长期漠视的一个宝藏。对其进行认真研究和开发，有助于了解疾病发生机制和病因，并发现新的分子标志，应用于疾病风险预防及个体化用药指导等领域。