原標(biāo)題：來自死亡個(gè)體的樣本 幫我們讀懂疾病背后的基因密碼

　　人與人的基因序列中99.9%以上是相同的，僅有不到0.1%差異，可是為什么我們卻如此不同？

　　人們經(jīng)常把人類基因組序列（30億對堿基）比喻成一部60億字的天書，人類基因組計(jì)劃的測序，只是把天書變成“明文”，人類卻仍舊看不懂這些文字所表達(dá)的意思。

　　一個(gè)名叫“基因型—組織表達(dá)”（以下簡稱GTEx）的大型研究項(xiàng)目試圖尋找答案——即找到序列與實(shí)際性狀（疾病）的關(guān)系，確定不同基因究竟如何影響表達(dá)。GTEx計(jì)劃是現(xiàn)有規(guī)模最大的人類器官轉(zhuǎn)錄組研究計(jì)劃。這項(xiàng)研究由美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）資助，包括麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)、芝加哥大學(xué)等美國多個(gè)知名研究機(jī)構(gòu)的研究人員參與研究，通過對不同性別的死者不同組織、不同器官的基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析，試圖把基因組測序的結(jié)果“直譯”出來。

　　經(jīng)過10年研究，GTEx計(jì)劃9月上旬公布最新分析成果，數(shù)據(jù)以系列論文的形式在《科學(xué)》《細(xì)胞》等雜志上發(fā)表。值得一提的是，GTEx數(shù)據(jù)被廣泛用作設(shè)計(jì)新方法和工具的參考數(shù)據(jù)集，由此衍生出大量便于更深入研究的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。

　　為生活中的“小煩惱”尋找關(guān)聯(lián)基因

　　這里有每個(gè)人的小憂慮，歡迎“對號入座”——

　　如果你還沒到成為中年油膩男的年紀(jì)，或許正在擔(dān)心：為什么我的發(fā)際線在不斷升高；

　　如果你是位壓力山大的職場女性，或許正在擔(dān)心：去年體檢的乳腺結(jié)節(jié)不知道怎么樣了，據(jù)說乳腺癌患病率很高；

　　如果你是名新手寶媽，或許正在擔(dān)心：我家娃超重了！除了母乳什么也沒吃，為什么胖得連脖子都看不到了；

　　……

　　在GTEx計(jì)劃公布的研究結(jié)果中，這些問題都在基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的分析中找到了答案。

　　這些答案來自海量數(shù)據(jù)的測序、匯總、分析……依托了大量的創(chuàng)新分析方法。研究者將所有的研究數(shù)據(jù)匯總形成GTEx數(shù)據(jù)集，目前已經(jīng)更新至第八版，其中包括來自838個(gè)供體、52個(gè)組織、兩個(gè)細(xì)胞系的17382份樣品的數(shù)據(jù)。

　　研究者們對這些樣品進(jìn)行全基因組序列的測序分析，轉(zhuǎn)錄組表達(dá)量的分析，以及相互之間作用關(guān)聯(lián)的分析，以鑒定出哪些基因與哪些性狀有密切關(guān)聯(lián)。

　　這次研究首次發(fā)現(xiàn)，一個(gè)被命名為C9orf66的基因，與脫發(fā)有關(guān)，這個(gè)基因在男性中的表達(dá)量遠(yuǎn)高于女性；CCDC88C基因在女性中表達(dá)水平較高，它是一種與乳腺癌發(fā)病有關(guān)的基因；而新手寶媽最關(guān)心的嬰兒體重，可能與嬰兒本身無關(guān)，卻是和寶媽體內(nèi)的HKDC1基因密切相關(guān)，該基因具有孕期血糖調(diào)節(jié)功能，它的表達(dá)影響女性生育的后代體重。

　　當(dāng)然還有很多與現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)的發(fā)現(xiàn)，例如一些基因的高表達(dá)會(huì)促進(jìn)癌基因的表達(dá)；女性比男性長壽的關(guān)聯(lián)基因等，在最新的研究成果中，人們可以對早有跡象的生命活動(dòng)在人類基因組的浩瀚長圖中“按圖索驥”，給出功能“注腳”。

　　鑒定出與疾病相關(guān)的罕見基因突變

　　關(guān)注并研究人類彼此間不同的0.1%基因，其實(shí)由來已久。學(xué)界通常將其命名為全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），顧名思義，是為了尋找基因與功能之間的關(guān)聯(lián)。

　　0.1%的不同基因序列，意味著在整個(gè)基因組30億個(gè)堿基對中至少有30萬個(gè)常見的SNP（單核苷酸多態(tài)性，即單堿基的變化）。“GWAS僅研究了常見的SNP位點(diǎn)，這就意味著仍有許多罕見變異尚未鑒定。”有分析認(rèn)為，比起常見突變，罕見突變的研究需要更精確的測量，換句話說，只有大規(guī)模的全基因組分析（至少全外顯子測序）才能滿足研究的需要。

　　在此前發(fā)布的第一階段和第二階段成果中，GTEx計(jì)劃也將注意力集中在常見突變對轉(zhuǎn)錄組的調(diào)控。而這次公布的GTEx計(jì)劃第三階段成果終于拓展到了罕見突變。

　　相較其他數(shù)據(jù)庫，GTEx最大的優(yōu)勢就是來自各種器官的基因表達(dá)。但是由于都是從意外死亡的個(gè)體獲得的樣本，除了性別、年齡等基本信息，GTEx并沒有個(gè)體非常詳盡的性狀信息。這次通過與之前做過罕見突變研究的英國生物樣本庫（UK?Biobank）合作，鑒定出許多對基因表達(dá)有巨大影響的罕見突變，并找到相對應(yīng)的關(guān)聯(lián)性狀（疾病）。這大大提升了GTEx自身研究的意義。

　　GTEx系列研究論文《通過跨器官的轉(zhuǎn)錄組信號，鑒定出有功能的罕見突變》中的研究結(jié)果表明，人類基因組包含的罕見突變會(huì)增加某些疾病風(fēng)險(xiǎn)，研究通過對838個(gè)全基因組數(shù)據(jù)，及多種器官的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析，檢測出了與極端基因表達(dá)量有關(guān)的罕見突變。研究者整合了來自49個(gè)器官的三種極端表達(dá)信號，最終首次鑒定出了具有高影響的罕見突變，并且和疾病做了關(guān)聯(lián)。

　　研究同時(shí)給出鑒定罕見突變的方法，可用于對個(gè)人基因組的解釋和罕見突變的發(fā)現(xiàn)，為研究罕見突變的基因功能、提高疾病檢測能力提供了有力手段。

　　試圖揭示不同器官中端粒長短規(guī)律

　　端粒是染色體的末端。由于端粒的長度反映細(xì)胞復(fù)制史及復(fù)制潛能，它被稱作細(xì)胞壽命的“有絲分裂鐘”。

　　端粒長短的變化被認(rèn)為是人體走向衰老走近死亡的“鐘擺聲”。

　　迄今為止，端粒長度的差異還從沒被精確測量，尤其在人類不同器官中，端粒長短的規(guī)律是什么，還摸不著頭緒。

　　GTEx計(jì)劃首次進(jìn)行了系統(tǒng)的測量。更重要的是，研究者找到一種“標(biāo)尺”——由于血細(xì)胞中端粒最短，其端粒長度能夠作為其他器官端粒長度的參考。

　　系列論文之一的《人類組織中端粒長度的決定性因素》表明，研究者測量了952例捐獻(xiàn)者的25種以上組織中的相對端粒長度。使用多因子定量分析技術(shù)（也叫Luminex分析法）對639個(gè)獨(dú)特組織樣本的端粒長度進(jìn)行了測量，生成了最大的可共享數(shù)據(jù)集。

　　測量之后，研究團(tuán)隊(duì)將數(shù)據(jù)與GTEx供體特征、遺傳變異和組織特異性表達(dá)的數(shù)據(jù)相結(jié)合，使用模型分析，希望尋找端粒長短的變化究竟與哪些因素相關(guān)。最終發(fā)現(xiàn)，組織類型、供體年齡影響最大，而吸煙與否竟然也會(huì)對端粒長度有微調(diào)。

　　在檢測的不同組織中，端粒長度在血液中檢測的最短，在睪丸組織中測出的最長。在大多數(shù)組織中，端粒長度與年齡呈負(fù)相關(guān)，年齡越大端粒越短。研究還表明，基于祖先的端粒長度差異存在于生殖細(xì)胞中，并傳遞給受精卵。

　　作為人類基因組計(jì)劃的“續(xù)篇”，GTEx計(jì)劃不負(fù)眾望，揭示了很多重要謎團(tuán)，積攢了更多數(shù)據(jù)，也開發(fā)了更有效的方法。

　　重大生命科學(xué)計(jì)劃的間接影響力是巨大的，例如人類基因組計(jì)劃大大推動(dòng)了測序效率，使得全基因組測序速度一快再快，成本一降再降。

　　GTEx計(jì)劃的突破，其實(shí)更像為生命之謎這塊“硬骨頭”切開一個(gè)個(gè)口子，更大、更深的重要探索將吸引更多目光和研究的聚集，為人類“揭秘自我”積攢更多人氣和經(jīng)驗(yàn)值。

　　也難怪有研究者預(yù)測，隨著GTEx項(xiàng)目繼續(xù)深入開展，評價(jià)基因調(diào)控效應(yīng)在疾病變化和不同環(huán)境中的差異將會(huì)獲得依據(jù)，有助于推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究計(jì)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。（科技日報(bào)記者 張佳星）