今年8月，美國波士頓兒童醫(yī)院的科研人員在一項(xiàng)研究中深入檢測了臨床基因測試無法確認(rèn)病因的158名腦畸形患者的DNA。在高靈敏度測序的幫助下，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了只在每個(gè)人很少一部分細(xì)胞中發(fā)生的8個(gè)致病基因突變。對于傳統(tǒng)基因診斷測試來說，它們實(shí)在是太過于微小。

這類細(xì)胞基因變異又稱嵌合突變，存在于每個(gè)人的身體中，并且早就為人所熟知。不過現(xiàn)在，基因技術(shù)使得“抓獲”在少部分細(xì)胞中存在的特定突變成為可能。10月，國立衛(wèi)生研究院（NIH）將開始評審旨在尋找腦組織中基因變異的基金申請，而這有可能幫助解釋一些神經(jīng)精神病學(xué)疾病。同時(shí)，隨著研究人員發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于嵌合突變的案例，他們正在懷疑到底有多少與基因相關(guān)的病因還保持著隱身狀態(tài)，即使是面對最好的臨床測試。

在過去，基因疾病研究一直關(guān)注的是通過生殖細(xì)胞系遺傳下來的突變，其被看作是身為攜帶者的父母或卵子和精子形成過程中發(fā)生基因錯(cuò)誤而留下的“遺產(chǎn)”。一旦胚胎開始發(fā)育，每次細(xì)胞分裂時(shí)基因錯(cuò)誤都有可能發(fā)生。NIH國家基因組研究所遺傳學(xué)家Leslie Biesecker介紹說，由于隨后細(xì)胞會增殖并擴(kuò)展它們的突變，因此每個(gè)身體都成為一種“微型進(jìn)化試驗(yàn)場”。擁有特定突變的細(xì)胞數(shù)量取決于這些突變發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)以及其改變細(xì)胞功能的方式。很多這樣的突變都是良性的，但有些會引發(fā)疾病。

對于引發(fā)疾病的嵌合突變的系統(tǒng)尋找才剛剛開始。Biesecker表示，這種現(xiàn)象在有些病例中很明顯。例如，對于多發(fā)性骨纖維營養(yǎng)不良癥，異常細(xì)胞會通過一個(gè)人皮膚上的斑塊或形狀表現(xiàn)出來。不過，任何一種基因疾病都可能與嵌合突變有關(guān)。研究表明，從多發(fā)性骨纖維營養(yǎng)不良癥，到血友病和心律失常，嵌合突變會在幾十種條件下發(fā)生。

在一些疾病如唐氏綜合征中，相較于影響全身細(xì)胞的突變，嵌合突變產(chǎn)生的癥狀要輕一些。還有一些如大腦過分發(fā)育導(dǎo)致的巨腦畸形綜合征，胚系突變總是致命的。根據(jù)一項(xiàng)最新研究，甚至很少量的變異細(xì)胞就足以引發(fā)損害人身心健康的癥狀。

找到這些稀有的突變并非易事。為檢測某一特定基因或完整基因組，研究人員通常從大量細(xì)胞中提取DNA，然后對其進(jìn)行多次測序。從這些反復(fù)測定的序列中，測序儀基本上會就DNA鏈上每個(gè)堿基的可能身份達(dá)成共識。

為從普通基因組中檢測到突變，研究人員不得不增加測定的序列數(shù)量。然而，盡管DNA測序變得快速和廉價(jià)，但在測序覆蓋度（一個(gè)基因組有多少堿基被測定）和深度（基因組中每個(gè)堿基被測定的次數(shù)）之間出現(xiàn)了權(quán)衡問題。波士頓兒童醫(yī)院神經(jīng)學(xué)家和遺傳學(xué)家Christopher Walsh介紹說，在全基因組測序中，通常會測定50~60次。只在很少一部分測定序列中出現(xiàn)的突變，會被看作測序儀固有誤差率的一部分，而非取樣細(xì)胞間DNA序列上的真實(shí)差異。

這就是Walsh和同事最近在研究腦畸形患者時(shí)所做的事情。引發(fā)腦畸形的已知遺傳因素中，沒有一個(gè)出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)臨床測試中。然而，針對少數(shù)候選基因區(qū)域進(jìn)行的平均300次深度測序，使該研究團(tuán)隊(duì)有能力辨別那些被誤認(rèn)為測序錯(cuò)誤的突變。在8個(gè)突變中，有5個(gè)只在非常少量的細(xì)胞中出現(xiàn)，以至于利用仍是驗(yàn)證突變“黃金標(biāo)準(zhǔn)”的傳統(tǒng)桑格DNA測序完全檢測不到它們。8月，該研究團(tuán)隊(duì)在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》上發(fā)表了相關(guān)成果。Walsh表示，深度測序或許最終可以讓科學(xué)家找到隱藏在一些慢性神經(jīng)疾病，如智障和自閉癥背后的基因嵌合突變。

尋找嵌合突變的其他研究人員正在追求一種更加靈敏和有針對性的方法，即基于聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）的技術(shù)，它能探測只在不到1%的細(xì)胞中存在的突變。該類測試只會顯示其在設(shè)計(jì)時(shí)指向的某個(gè)單一突變，而不是一個(gè)特定基因所有的變異。不過，在一項(xiàng)針對擁有基因疾病兒童的健康父母的最新研究中，一種類似的PCR方法被證實(shí)可以顯示很多突變。

起初，這些父母的基因突變被檢測為陰性，而在孩子的所有細(xì)胞中都檢測到了突變。但領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)研究的貝勒醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)家Pawel Stankiewicz介紹說，在4%的病例中，少量親代細(xì)胞含有突變，而它們也有可能出現(xiàn)在卵子或精子中。相關(guān)成果曾在7月份在線發(fā)表于《美國人類遺傳學(xué)雜志》。然而，當(dāng)基因?qū)嶒?yàn)室測試這些父母，看其是否為疾病的基因載體時(shí)，卻常常無法對生殖細(xì)胞系組織進(jìn)行取樣。Stankiewicz表示，對精子進(jìn)行測序是不切實(shí)際的，而獲取卵子涉及侵入性活檢。為更準(zhǔn)確地為家庭提供指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)室需要更加復(fù)雜的測試。

不過，像Walsh和貝勒醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)使用的諸如此類的高靈敏度測序方法，在高校實(shí)驗(yàn)室和研究型醫(yī)院之外并不常見。Walsh解釋說，部分原因在于要想確認(rèn)一個(gè)在DNA樣本中極少出現(xiàn)的序列是真實(shí)的致病突變而非測序錯(cuò)誤，是一件非常復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的事情。同時(shí)，由于目前深度測序基因組將注意力縮小到一系列已知候選基因或特定突變上，研究人員只得受限于對那些遺傳因素已了解得較多的疾病。Walsh預(yù)測，DNA測試技術(shù)的改進(jìn)將最終帶來針對嵌合突變的更加廣泛的搜尋。