同卵雙生子甄別策略探討

王彥學

（遼寧警官高等專科學校 偵查系，遼寧 大連 116036）

同卵雙生子（MZ）由一個受精卵發(fā)育而來，具有相同或高度相似的DNA序列，采用目前個體識別所用的遺傳標記（STR、mtDNA、VNTR、單核苷酸多態(tài)性SNP、缺失多態(tài)性InDel等）均不能有效甄別，這使得涉及MZ案件的偵查和審理陷入尷尬。迄今為止，不少國家都有相關的案例被報道。例如，馬來西亞吉隆坡2003年在處理一起販毒案時，由于無法區(qū)分沙蒂斯·拉杰和薩巴里什·拉杰兄弟（案發(fā)時27歲）而只得將兩人釋放[1]；美國弗吉尼亞州、馬薩諸塞州、德克薩斯州警方在2002～2004年共發(fā)現(xiàn)6起類似案件[2]；英國樸次茅斯在2006年處理137起汽車盜搶案的過程中，因無法確認阿西里·唐納德和大衛(wèi)·唐納德兄弟（案發(fā)時17歲）中誰才是案犯而將他們一并釋放[3]；德國柏林2009年在處理卡迪威奢侈品店搶劫一案中因無法區(qū)分哈桑和阿巴斯兄弟（案發(fā)時27歲）而將他們釋放[4]。我國也出現(xiàn)過類似情況[5]。

對于同卵雙生子案件，國內(nèi)外刑事司法實踐中出現(xiàn)審判不了的情況，這不僅與MZ的遺傳原理直接相關，還與偵查官與司法官在刑事訴訟中的角色定位以及法證需求差異有關。偵查官面對案情，往往希望通過DNA鑒定找到偵查線索、突破偵查僵局、確定偵查范圍，直至認定偵查對象，這是一種“查明導向”的思維。但是，司法官一般將鑒定結論視為一種間接證據(jù)（與其他物證一樣，只能證明有限、局部甚至節(jié)點的事實），呈現(xiàn)出一種“證明導向”的思維。以前述拉杰兄弟一案為例，2003年吉隆坡警方在市郊一處房子附近抓獲沙蒂斯·拉杰和薩巴里什·拉杰雙胞胎兄弟中的一人，他當時所駕駛的車內(nèi)藏有毒品。不久，雙胞胎中的另一人也到達了那所房子，也被警方逮捕。由于兩人長相酷似，身高、體重高度相似，DNA鑒定同一，警方根本無法分清誰最先被捕，因此不能“認定”犯罪嫌疑人。冗長訴訟之后，扎哈拉·伊布拉希姆法官在2009年只能宣布將兩人釋放。這名法官在判決后指出：“這是一宗罕見的案件，控方無法證明兩名被告同時有罪，特別是無法證明（第一個）被逮捕的人到底是哪一個。這是一宗判處絞刑的案件，我擔心會做出錯誤決定，絕不能把無辜者送上絞刑架”[1]。

由此可見，針對雙生子案件的偵查和審判需求，探索MZ特異性識別技術具有重要意義和價值。本文分析了MZ個體的遺傳學差異，并借鑒近年來相關領域的一些成果，提出了甄別MZ的技術策略。

1 MZ個體的遺傳學差異

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，MZ基因相同或高度相似，但存在表觀遺傳學上的差異。表觀遺傳是指基因組序列不發(fā)生變化而基因表達（組蛋白甲基化、乙酰化、泛素化、磷酸化、糖基化等已知機制）出現(xiàn)可遺傳變化的一種反經(jīng)典遺傳的現(xiàn)象。Levenson等[6]分析了表觀遺傳的3個特征：（1）通過有絲分裂和減數(shù)分裂遺傳；（2）這些可遺傳的基因表達改變并不由DNA序列編碼，不能用DNA序列變化來解釋；（3）基因表達機制受標簽DNA或相關蛋白的影響。由此可見，基因組含有兩類遺傳信息，一類是經(jīng)典遺傳學信息，即由DNA序列提供的遺傳信息；另一類是表觀遺傳學信息，它提供了細胞內(nèi)隨時發(fā)生的化學修飾如何影響基因的活動，即何時、何地、以何種方式去應用遺傳信息的指令。表觀遺傳與胚胎發(fā)育、器官發(fā)育等正常生理過程、癌癥的形成與發(fā)展等病理過程以及人體對外部環(huán)境的適應性等直接相關。Graf等[7]的研究表明，表觀遺傳機制在人體（當然包含MZ）的正常發(fā)育生長中起著與遺傳機制同等重要的作用。

由于胚胎期子宮的特征和成長過程中的環(huán)境因素（飲食、疾病、藥物、生活習慣等）影響，MZ之間無論是在基因組整體水平還是在特定區(qū)域組蛋白修飾的差異點都將出現(xiàn)，導致MZ成人后的諸多不同[8]。這就能解釋為什么MZ中的一個會罹患某種疾病，而另一個卻沒有患病或者罹患不同疾病，而且MZ還存在其他生理差異，如兩人的細胞衰老速度不同[9]。Kaminsky等[10]使用12K甲基化芯片對114名MZ個體的檢測結果表明，口腔黏膜上皮細胞、白細胞以及腸道組織細胞的甲基化狀態(tài)都有所不同。Bruder等[8]21位學者在對3～74歲的19對MZ研究后發(fā)現(xiàn)，雙生子盡管有著基本相同或一致的DNA，但依然存在分子層級的區(qū)別。一般情況下，人的基因組隨著時間不斷變化，其規(guī)律形態(tài)是：年齡越小，MZ間的基因差異越小，隨著時間推進，每對MZ的遺傳差異會越來越大。MZ在受精卵分裂后的那一刻起，就注定成為獨一無二的生命體，盡管基因的相似先天注定，但隨后發(fā)育過程中的內(nèi)外各種因素可能會影響其基因編碼的變化，且后天的化學修復也會造成基因表達有異[11]。正如Bruder所言：“我們的基因組遠比我們所想象的更富于變化，不論朝好的方向或壞的方向”。

2 MZ特異性識別策略

在案件偵查、審理過程中，若發(fā)現(xiàn)疑似有MZ的情形，一般有兩種解決思路：一是尋找其它物證或人證來辨別MZ間的差異；二是通過法醫(yī)生物學、法醫(yī)遺傳學等手段來甄別MZ，主要是抗體庫、甲基化、基因突變等的差異比較策略。

2.1 抗體庫基因差異比較

抗體是高等動物特異性免疫應答反應后所產(chǎn)生的免疫球蛋白，負責特異抗原的識別和清除，是基因外成性變化的表現(xiàn)之一，抗體分子的多樣性催生了抗體庫的概念[12]。個體出生后總是生活在一定的環(huán)境之中，即便MZ的先天基因條件一致，但他們后天的生活環(huán)境也必然會存在差異，抗體庫即是表征之一。針對不同的抗原（如花粉、灰塵、病原體等），每一個個體會經(jīng)過基因重組產(chǎn)生不同的抗體，形成自己特異的抗體庫基因。司法實踐中，可采集MZ的樣本，找出兩者抗體庫基因的差異，然后從犯罪現(xiàn)場的物證中提取DNA檢材，比較現(xiàn)場檢材與MZ抗體庫基因的吻合度，進行個體識別。在后基因組時代，核糖體、mRNA等也被用于抗體庫的研究，抗體庫基因差異比較將成為識別MZ的手段之一。

2.2 甲基化修飾差異比較

DNA甲基化是指在胞嘧啶甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，S-腺苷甲硫氨酸的甲基轉(zhuǎn)移至胞嘧啶的5位，形成5-甲基胞嘧啶。甲基化修飾決定基因表達的模式，參與基因表達調(diào)控、發(fā)育調(diào)節(jié)、基因組印跡和X染色體滅活等諸多重要生物過程。Bruder等[8]的研究表明，甲基化是DNA修飾途徑之一，能引起染色質(zhì)結構、DNA構象、DNA穩(wěn)定性及組蛋白作用方式等改變，從而控制基因表達。對哺乳動物而言，DNA甲基化模式建立在胚胎發(fā)育時期，與組蛋白修飾相比具有相對穩(wěn)定性、親緣特異性、與SNP標記毗鄰、結果便于分析等特點，且這種模式能夠在細胞分裂中被穩(wěn)定地保留，MZ間的個別DNA甲基化位點間甲基化程度的差異甚至超過無關個體的差異[13]。

從時間上看，Trasler[14]的研究認為精子和卵子基因組甲基化狀態(tài)明顯不同，進而產(chǎn)生基因組印跡現(xiàn)象。由于親代2條染色體表觀遺傳修飾的不同，2個等位基因中只有1個表達，這種修飾包括印跡基因控制區(qū)域（imprinting control region，ICR）的DNA甲基化和組蛋白乙?；?，甲基化差異的區(qū)域被稱為差異甲基化區(qū)域。因此，DNA甲基化差異有望成為繼VNTR、STR、SNP之后的第四代遺傳標記。目前DNA甲基化的分析手段已十分豐富，既可檢測特異位點的甲基化狀態(tài)，也可在全基因組范圍內(nèi)測試MZ的甲基化模式，通過對全基因組甲基化修飾情況進行掃描，在芯片技術的幫助下，確定MZ各自特異的甲基化位點，然后有針對性地分析現(xiàn)場的生物檢材，這可能成為區(qū)分MZ的一種基本手段。

2.3 基因突變體比較

人類基因突變現(xiàn)象并不僅僅針對MZ而言，它是一種較為普遍的人體生物現(xiàn)象。早期的基因研究著眼于精子和卵子中能夠傳遞給后代的基因變化或者基因突變，探討疾病基因隔代傳遞的機制，如Eldon Emberlyb[15]研究指出，基因的變異性與基因DDX4表達的變異性相關聯(lián)，而基因DDX4與某些癌癥相關聯(lián)。Altshuler[16]指出，全基因組關聯(lián)分析（GWAS）研究復雜疾病的致病基因需要在整體上分析個體基因組的核苷酸差異，現(xiàn)有研究已確定自閉癥、乳腺癌、糖尿病等的遺傳基礎和遺傳變異的發(fā)現(xiàn)。近來一些針對體細胞突變的研究指出，在突變（被稱為復制誤差）的復雜致因性分析中，外成性因素作用于本體的學說具有重要意義。該研究認為很多突變發(fā)生于胎兒發(fā)育早期，但由于它們并不存在于胎兒的生殖細胞中，所以它們并不必然傳遞給后代。Hack等[17]在對MZ和DZ（異卵雙生子）的比較研究中發(fā)現(xiàn)，化學改變（表觀遺傳效應之一）能夠引起基因表達的改變，這種改變使得MZ并不會獲得完全相同的重組序列，因此MZ擁有不同的基因突變，但突變的時點和頻率尚未可知。最近國內(nèi)的一起案件顯示出MZ中的一人在某個STR基因座出現(xiàn)了三帶型嵌合突變（這種突變出現(xiàn)在受精卵首次分裂之后、胚層形成之前），資料顯示此種突變的發(fā)生率僅為0.1‰左右[7]。該案提示我們，盡管考察MZ間的基因突變現(xiàn)象是一種識別思路，但其實際應用價值與其理論價值并不相吻合，需要在現(xiàn)有基因組分析方法的基礎上探索應用解析度更高、更廉價、更快速的技術，發(fā)現(xiàn)MZ基因突變的存在及位置，揭示其基因組的差異。

3 結語

對MZ進行甄別的重要目的是防止嫌疑人間互相“頂包”，避免警方錯捕案犯，減少冤假錯案。表觀遺傳調(diào)控是遺傳機制研究的新興領域，目前對MZ的表觀遺傳以及基因突變等的認識還很有限，完整確切的表觀遺傳分子機制的內(nèi)涵和構成還有待進一步研究。關于抗體庫技術，結合抗體工程有多種應用技巧和范圍，但迄今尚未發(fā)揮其潛能。上述3種MZ甄別手段的應用前景和發(fā)展空間需要進一步探索、完善與構建。基因組學、代謝組學等組學的快速發(fā)展讓我們在較短的時間內(nèi)解析出諸多基因結構，但迄今我們對很多基因產(chǎn)物仍然知之尚淺。考慮到公安機關DNA數(shù)據(jù)庫建設和應用現(xiàn)狀，建議有關部門建立MZ特異性識別技術的專家?guī)煲约芭涮椎姆?、法?guī)制度，為專家進行MZ鑒定和出庭作證提供法律依據(jù)和操作途徑。

[1]朗天.DNA難辨真正毒販孿生兄弟僥幸逃死刑[N].青島早報，2009-02-09（3）.

[2]Richard Willing.Twin Suspect Spark Unique DNA Test[N].USA TODAY，Sep.2，2004.

[3]雙胞胎之一作案137起基因相同究竟誰有罪[N].現(xiàn)代快報.2006-03-21（4）.

[4]Claudia Himmelreich，Despite DNA Evidence，Twins Charged in Heist Go Free[EB/OL].http：//www.time.com/time/world/article/0，8599，1887111，00.html，2012-10-26.

[5]新浪網(wǎng).哥倆都說被錯抓雙胞胎中誰是網(wǎng)逃[EB/OL].http：//news.sina.com.cn/c/2011-09-06/093523112697.shtml，2011-09-06/2012-11-15.

[6]Levenson JM，Sweatt JD.Epigenetic mechanisms in memory formation[J].Nat Rev Neurosc，2005，6（2）：108-118.

[7]Graf T，Enver T.Forcing cells to change lineages[J].Nature，2009，（462）：587-594.

[8]Carl E.G.Bruder1.Phenotypically Concordant and Discordant Monozygotic Twins Display Different DNA Copy-Number-Variation Profiles[J].The American Journal of Human Genetics，2007，（12）：11.

[9]Science Daily.Identical Twins Not As Identical As Believed[N].http：//eproofing.dartmouthjournals.com/pdfproofing/ajhg0069r.pdf，2012-11-16.

[10]Kaminsky Z A，Tang T，Wang S C，et al.DNA methylation profiles in monozygotic and dizygotic twins[J].Nat Genet，2009，41（2）：240-245.

[11]Mario F.Fraga，Esteban Ballestar.Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins[J].PANS，2005，（26）：102.

[12]戴和平.抗體庫的起源、發(fā)展及應用前景[J].生物工程學報，2011，（5）：23-34.

[13]Carl E.G.Bruder，Arkadiusz Piotrowski，Jan Dumanski，et al.Phenotypically Concordant and Discordant Monozygotic Twins Display Different DNA Copy-Number-Variation Profiles[J].American Journal of Human Genetics，2008，（2）：763-771.

[14]Trasler JM.Gamete imprinting：setting epigenetic patterns for the next generation[J].Reprod Fertil Dev，2006，（18）：63-69.

[15]Lucia L.Lama，Eldon Emberlyb.Factors underlying variable DNA methylation in a human community cohort[J].PANS，2012，（9）：136.

[16]Altshuler D，Daly M J，lander E S.Genetic mapping in human disease[J].Science，2008，（322）：881.

[17]Hack，Karien，Derks.The Natural Course of Monochorionic and Dichorionic Twin Pregnancies：A Historical Cohort[J].Twin Research and Human Genetics，2006，（6）：450-455.