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談基因定位技術(shù)在遺傳病診斷中的應(yīng)用
摘要： 熒光PCR定量技術(shù)(Quantitative PCR)是一種新興的基因定位技術(shù)。這項技術(shù)靈敏、簡便、快速、不需使用放射性同位素，PCR完成后，通過測序儀的自動識別即可對待測DNA進行定量分析。在遺傳病，特別是一些以大片段缺失為主要突變類型的遺傳病診斷中，熒光PCR定量技術(shù)發(fā)揮了很重要的作用。關(guān)鍵詞：熒光PCR定量技術(shù)；基因定位技術(shù)；遺傳病
在早期的遺傳學(xué)分子診斷中，主要依賴于Southern Blotting，寡核苷酸雜交等技術(shù)。自1985年Saiki等首次描述聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)以來，PCR技術(shù)因為其靈敏特異，省時省力等諸多優(yōu)點而受到了人們的高度重視，已經(jīng)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和化學(xué)等基礎(chǔ)研究的各個領(lǐng)域，并且成為醫(yī)學(xué)臨床和法醫(yī)學(xué)研究的強有力分析工具之一[1-3]。然而，近幾年來，研究者們不再滿足于得知某一特異DNA序列的存在與否，他們更著眼于對其進行精確的核酸定量。盡管把PCR作為一種定量的工具，在技術(shù)上還面臨著一些挑戰(zhàn)。熒光PCR基因定位技術(shù)是近十余年來興起的一種分子生物學(xué)技術(shù)，與其他定量方法相比，具有靈敏、簡便、快速、不需使用放射性同
位素的特點，在基因表達、傳染病和遺傳病的診斷等方面迅速得到了廣泛應(yīng)用。
1 熒光PCR基因定位技術(shù)的原理
熒光PCR定量技術(shù)的主要原理為：在PCR前，通過化學(xué)方法在引物的5’端通過共價方式連接一個熒光分子。由于在進行PCR時，引物和待擴增模板5’端的堿基不需要完全匹配，熒光PCR引物和普通PCR引物一樣，能夠?qū)Υ郎y模板進行指數(shù)擴增。擴增完成后，根據(jù)PCR的產(chǎn)量，將熒光PCR產(chǎn)物直接或按一定比例稀釋后，和內(nèi)標(biāo)、載樣緩沖液混合，在自動測序儀上進行電泳。在自動測序儀內(nèi)激光的激發(fā)下，PCR產(chǎn)物上的熒光分子發(fā)出固定波長的激發(fā)光，被儀器內(nèi)的光電管捕獲。根據(jù)PCR產(chǎn)物從開始電泳到經(jīng)過光電管的時間，測序儀自動計算出相應(yīng)產(chǎn)物的實際堿基數(shù)。不同泳道之間電泳速度的差別，通過各產(chǎn)物內(nèi)混合的內(nèi)標(biāo)校正。同時，測序儀也自動標(biāo)出相應(yīng)產(chǎn)物的熒光強度，該數(shù)值就是熒光PCR定量技術(shù)對模板進行定量與定位的基礎(chǔ)。與非定量PCR分析方法不同，熒光PCR的操作程序有助于評估污染的情況，即測出污染的程度，即使陰性對照產(chǎn)生了正的信號，只要這些信號比實驗樣品的低得多，依據(jù)這樣的結(jié)果，至少可以推測出實驗中所得出的信號是真實的[4-6]。在一定程度上，熒光PCR消除了普通PCR過于敏感、假陽性率高的缺點。熒光PCR常用于研究發(fā)病機制、估計病毒的負(fù)荷量、監(jiān)測臨床治療進展或用于診斷遺傳缺陷等。通過對靶基因量的檢測，將其與疾病的臨床表現(xiàn)、臨床分型以及各種標(biāo)志酶的值聯(lián)系起來，為疾病的診斷和藥物治療監(jiān)測提供科學(xué)的依據(jù)。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多種遺傳病的診斷和產(chǎn)前篩查，如地中海貧血、兒童型脊肌萎縮癥、杜氏/貝氏肌營養(yǎng)不良、胖骨肌萎縮癥和各種染色體病等。
2 熒光PCR基因定位技術(shù)在遺傳病診斷中的應(yīng)用
2.1 在α地中海貧血中的診斷作用
1988年，Chehab用兩對引物同時擴增α珠蛋白和β珠蛋白基因，并在這兩對引物上分別標(biāo)記上羅丹明和熒光素。在紫外線的照射下，羅丹明產(chǎn)生紅色熒光而熒光素產(chǎn)生綠色熒光。在同一循環(huán)條件下PCR完成后，通過離心將擴增產(chǎn)物和游離引物分離，根據(jù)擴增后產(chǎn)物顏色直接判斷基因的缺失情況[7]。如產(chǎn)物為桔紅色，則說明α和β珠蛋白基因都得了擴增。如果產(chǎn)物為綠色，說明α珠蛋白基因缺失，只有顯綠色熒光的β珠蛋白基因得到了擴增。
2.2 在DMD/BMD中的應(yīng)用
DMD/BMD(杜氏/貝氏肌營養(yǎng)不良癥)是最常見的致死性神經(jīng)肌肉遺傳病。在男性中，其患病率約為1/3 500，為x連鎖隱性遺傳，其中73%為缺失或重復(fù)突變，新生突變占所有患者的30%。由于x染色體的隨機失活比例不同，約40%的DMD攜帶者不能通過血清CPKH活性診斷。1992年，schwartz將熒光PCR應(yīng)用于該病的攜帶者診斷。他們采用熒光引物和測序儀分析位于肌營養(yǎng)不良基因內(nèi)部的4對CA重復(fù)序列。測序儀可以鑒別2個堿基對長度的差異，能夠為連鎖分析提供更多的信息[8]。在以下情況時，連鎖分析有時不足以對攜帶者進行判斷：①CA重復(fù)不能提供信息，②家族成員不全，③新生突變或者嵌合體造成的連鎖分析失效，因此，他們還采用熒光PCR直接擴增肌營養(yǎng)不良基因外顯子，并用測序儀定量分析產(chǎn)物，將結(jié)果和連鎖分析一起作為判斷攜帶者的依據(jù)。通過以上方法，他們對43名可疑攜帶者進行了診斷。
2.3 在PGD的應(yīng)用
植入前診斷(PGD)只能獲得非常有限的模版，而熒光PCR比溴乙錠染色要敏感1 000倍，因此，熒光PCR在植入前診斷中的應(yīng)用已經(jīng)有較多的探索。等位基因失擴增(ADO)和污染是植入前診斷所面臨的兩個主要問題，因此PGD需要檢測致病基因和連鎖分析進行聯(lián)合判斷。但是限于取材，PGD只能提供一次PCR的模版。熒光PCR由于高靈敏度和分辨率，適合對少量模版進行多重PCR擴增，在一個體系中同時完成對疾病基因的檢測和連鎖分析。Joycec采用熒光多重PCR對6種遺傳病：強直性肌營養(yǎng)不良(DM)、囊性纖維(CF)、脆性X綜合征、神經(jīng)纖維化2型和顱面成骨不全癥進行了植入前診斷。在進行PCR的過程中都同時擴增了一個多態(tài)位點，以確定被擴增細(xì)胞的來源以及排除污染[9]。對于顯性遺傳病，多態(tài)位點還能夠減少ADO可能帶來的誤診。在他們進行的研究中，對14次妊娠進行的植入前診斷都得到明確結(jié)論，其中13例進行了胚胎移植，另有1例沒有檢測到正常胚胎。
總之，PCR技術(shù)在定量與定位領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸由實驗室中的探索發(fā)展成為理解復(fù)雜的生物本質(zhì)的一項關(guān)鍵技術(shù)。毫無疑問，在不久的將來，熒光定量PCR技術(shù)將以其精確的定量，簡單迅速的操作，合理的成本，在分子生物學(xué)、實驗醫(yī)學(xué)，特別是臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到更加廣泛的應(yīng)用。
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[5]羅燕春
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