復雜性狀遺傳CC小鼠與精準醫(yī)學研究

杜　朋，陳孟毅，李程程，樊飛躍，孟愛民

(中國醫(yī)學科學院醫(yī)學實驗動物研究所，北京　100021)

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復雜性狀遺傳CC小鼠與精準醫(yī)學研究

杜朋，陳孟毅，李程程，樊飛躍，孟愛民

(中國醫(yī)學科學院醫(yī)學實驗動物研究所，北京100021)

生物組學技術(shù)在生物學、醫(yī)學上的轉(zhuǎn)化應用，為精準的個體化預防、診斷、治療提供了關(guān)鍵性的技術(shù)體系，精準醫(yī)學模式應運而生。實驗動物學研究是疾病發(fā)病機制研究轉(zhuǎn)化到臨床不可或缺的手段。為應對目前嚴重危害人類疾病的復雜性、多樣性特點，2002年國際復雜性狀聯(lián)盟(Complex Trait Consortium，CTC)倡議研發(fā)建立新的小鼠遺傳資源庫；通過不同純系小鼠品系間的雜交創(chuàng)建小鼠復雜性狀遺傳資源庫(Collaborative Cross mice，CC小鼠)。隨著原始親本小鼠(founder)選定、雜交品系的繁殖，CC小鼠在檢測小鼠表型、疾病易感性、疾病發(fā)生發(fā)展及預后與遺傳因素的關(guān)系方面進行了系列的嘗試。文中將就CC小鼠在疾病發(fā)生發(fā)展及藥物評價個體化研究中的應用做一簡要介紹。

精準醫(yī)學；CC小鼠；數(shù)量性狀定位

1953年沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)開啟了分子生物學時代。50年后的2003年“人類基因組計劃”宣布完成。從基因序列分析到各種組學技術(shù)的發(fā)展，分子生物學技術(shù)在醫(yī)學研究中的應用對探討疾病病因、發(fā)病機制及診斷技術(shù)更新、治療方案制定產(chǎn)生了深遠的影響。在此基礎上近年來精準醫(yī)學不斷地被提出，尤其是美國總統(tǒng)奧巴馬在2015年國情咨文演講中提出了精準醫(yī)學計劃，推動個體基因組學的研究，引起世界關(guān)注。2016年我們國家將精準醫(yī)學納入國家重點研發(fā)計劃。精準醫(yī)學的目的是精確找到疾病的原因和治療靶點，為患者提供更具針對性和有效性的治療措施，提高疾病診治與預防效益。因此，精準醫(yī)學研究應關(guān)注技術(shù)成果轉(zhuǎn)化應用，最終能實現(xiàn)對于疾病進行個性化精準治療。

動物實驗在人類疾病發(fā)病機制研究和藥物研發(fā)的有效性、安全性評價中起著不可替代的作用。腫瘤、傳染性疾病、糖尿病、心腦血管疾病等慢性復雜性疾病是嚴重危害人類健康的常見疾病，是目前預防診療研究的重點。為了能夠更好地研究個體遺傳因素對復雜性疾病發(fā)生發(fā)展、診斷及治療反應性的影響，2002年，國際復雜性狀聯(lián)盟(Complex Trait Consortium，CTC)針對復雜疾病的遺傳多樣性，倡議研發(fā)建立新的小鼠遺傳資源庫，通過不同純系小鼠品系間的雜交創(chuàng)建小鼠復雜性狀遺傳資源庫[1](Collaborative Cross mice，CC小鼠)。隨著原始親本小鼠(founder)選定、雜交品系的繁殖，不同傳代次數(shù)的CC小鼠在檢測小鼠表型、疾病易感性、疾病發(fā)生發(fā)展及預后與遺傳因素的關(guān)系方面進行了系列的系統(tǒng)遺傳學方法的嘗試。下面將就CC小鼠在疾病發(fā)生發(fā)展及藥物評價個體化研究中的應用做一簡要介紹。

1　精準醫(yī)學為個體化醫(yī)療目標實現(xiàn)提供新的途徑

精準醫(yī)學是應用現(xiàn)代遺傳技術(shù)、分子影像技術(shù)、生物信息技術(shù)，結(jié)合患者生活環(huán)境和臨床數(shù)據(jù)，實現(xiàn)精準的疾病分類及診斷，制定具有個性化的疾病預防和治療方案。精準醫(yī)學得以實施的核心科學問題，是要根據(jù)每一個個體的分子特征(基因突變)的差異，準確了解病因，從而進行更為精準的醫(yī)療預防、診斷和個性化治療，是一種個體定制的、因人因病而異的醫(yī)療模式，是衛(wèi)生與健康保障的新概念。

我們國家有關(guān)精準醫(yī)學的任務包括新一代生命組學技術(shù)研發(fā)，大規(guī)模人群隊列研究，精準醫(yī)學大數(shù)據(jù)的資源整合、存儲、利用與共享平臺建設，疾病預防診斷治療方案的精準化研究，精準醫(yī)療集成應用示范體系建設。精準醫(yī)學涵蓋了疾病三級預防里的各項內(nèi)容，包括風險預測、早期診斷、分類診斷、機制描述、療效評估、預后預測、方案制定等。其中疾病防診治方案的精準化研究包括基于組學特征譜的疾病分子分型研究，基于分子影像技術(shù)的疾病精準治療方案的研究，藥物個性化應用評價與臨床應用研究，罕見病精準診療技術(shù)研究，疾病診療規(guī)范及應用方案的精準化研究，精準醫(yī)療臨床決策支持系統(tǒng)研發(fā)和個體化治療靶標發(fā)現(xiàn)與新技術(shù)研發(fā)[2]。

精準醫(yī)學概念為基礎研究及轉(zhuǎn)化、臨床診療模式帶來了革命性的變化。圍繞著個性化診療這個核心，對影響疾病發(fā)生發(fā)展的各種環(huán)境因素和個體因素的判斷及評價具有重要的意義。人類疾病一般是多基因改變和環(huán)境因素共同作用引起，病因、臨床表現(xiàn)及治療反應性都非常復雜。癌癥、糖尿病、心臟和肺臟疾病都屬于這類疾病。復雜性狀疾病，即多基因病，是指由多個基因位點共同參與，且和環(huán)境因素相互作用決定表型的遺傳病。復雜疾病遺傳因素分析的主要目標之一是找出其易感基因[3]。為了達到這一目標,迄今為止,大致經(jīng)歷了3個階段。第1階段:候選基因研究(candidate gene research)；第2階段:基因組連鎖掃描(whole-genome linkage scanning)；第3階段:基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association studies，GWAS)。因為復雜疾病在遺傳學上具有某些獨特的復雜特點,致使各種遺傳分析的效力不夠高。目前所有遺傳分析就其結(jié)果來看，主要存在3個問題：分析效力低；可重復性不強；驗證工作不夠；對目的易感基因的性質(zhì)、功能和作用機制知之甚少。我國于2009年開始在863計劃重點項目中特別就肺癌、食管癌、高血壓、糖尿病和精神分裂癥等5種復雜疾病的GWAS進行招標，這對于推動我國在復雜疾病的遺傳學研究向前發(fā)展具有重要意義。在此基礎上2016年“精準醫(yī)學研究”列為國家優(yōu)先啟動的重點專項之一，并正式進入實施階段。其中構(gòu)建百萬人以上的自然人群國家大型健康隊列、重大疾病專病隊列和罕見病臨床隊列是其重要的研究內(nèi)容。重大疾病專病隊列包括心血管疾病，腦血管疾病，呼吸系統(tǒng)疾病，代謝性疾病，乳腺癌，食管癌等。

實驗動物科學在此基礎上也作了相應的準備。如建立各種動物資源庫，為探討疾病發(fā)生機制研究及診斷、治療手段的研發(fā)提供工具。CC小鼠資源就是其中之一。

2　復雜性狀遺傳CC小鼠的建立和應用特點

相對人群研究，實驗動物具有壽命短、可操作性強等優(yōu)勢。為了更好地利用動物模型研究復雜性狀疾病，2002年，國際復雜性狀聯(lián)盟(Complex Trait Consortium，CTC)針對復雜疾病的遺傳多樣性，啟動了復雜性狀遺傳CC小鼠(Collaborative Cross mice，CC)項目。CC項目的目標是為數(shù)量性狀定位(quantitative trait locus，QTL)及系統(tǒng)遺傳學研究提供小鼠種群資源，希望最終建立1000個重組純系小鼠(Recombinant Inbred，RI)[4]。

2002年經(jīng)過廣泛的討論CTC確定了8種小鼠作為CC小鼠的原始親本小鼠(founder)：A/J, C57BL/6J、129S1Sv/ImJ、NOD/ShiLtJ、NZO/H1LtJ、 CAST/EiJ、PWK/PhJ和WSB/EiJ。其中前5個品系是實驗室常用的純系小鼠，后3個來自野生型小鼠。遺傳學分析結(jié)果顯示這8種小鼠覆蓋了90%的小鼠遺傳變異。目前CC小鼠種群可用的有200余個小鼠品系。與以往進行遺傳易感性研究需要繁殖F1代、回交等手段，實驗非常繁瑣、耗時長。CC小鼠進行遺傳易感性分析具有以下優(yōu)勢：(1)CC小鼠具有遺傳多樣性；由于雜交設計，每個品系的CC小鼠都攜帶有8個原始親本的遺傳信息，比以往常用實驗室小鼠品系更具備遺傳多樣性。(2)CC小鼠遺傳背景清晰；有完整的各種遺傳序列、轉(zhuǎn)錄因子序列數(shù)據(jù)庫提供應用。(3)實驗設計簡單，實驗步驟簡便；與經(jīng)典的遺傳學分析比較，利用CC小鼠進行遺傳易感性分析具有明顯的優(yōu)勢。如在進行各種性狀的遺傳分析研究中，只需根據(jù)性狀影響因素多少選擇一定數(shù)量的CC小鼠品系，觀察不同品系之間的性狀表型差異。將表型檢測數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫，進行QTL及SNP位點的分析，省略了取材、提取DNA、RNA進行分子生物學實驗的步驟。(4)可以利用CC小鼠進行生物和疾病表型的多基因位點分析，可以通過增加檢測品系減少假陽性結(jié)果；例如單基因疾病需要篩選20～30個CC小鼠品系，3個影響基因則可以選擇50～80個CC小鼠品系，甚至更多。利用CC小鼠篩選研究成果，可以發(fā)現(xiàn)疾病易感小鼠和/或抵抗小鼠，建立非基因修飾的易感(抵抗)小鼠模型，有助于疾病機制研究及藥物評價轉(zhuǎn)化；有助于發(fā)現(xiàn)疾病易感基因及其調(diào)節(jié)機制；可以利用系統(tǒng)遺傳學方法進行多因素分析，有助于闡明復雜性疾病的發(fā)病機制及疾病轉(zhuǎn)歸。

目前利用CC小鼠進行傳染性疾病、腫瘤、糖尿病的復雜性疾病的患病易感性、治療敏感性及預后預測開展了廣泛的研究。這些研究將為臨床研究在病因、診斷、治療效果判定等生物學標志的研究提供重要的提示和補充。

3　復雜性狀遺傳CC小鼠在疾病易感性和診治方面的應用

利用小鼠可以快速鑒定多基因控制性狀的主效應基因，尋找疾病易感基因以及治療反應差異性的遺傳位點，了解藥物產(chǎn)生毒副作用的遺傳學基礎，為精準醫(yī)學中個體治療的生物學指標提供參考，為疾病的早期診斷和監(jiān)測提供依據(jù)。

3.1快速鑒定多基因控制性狀的主效應基因

為探討利用CC小鼠尋找多基因控制性狀位點，Morahan G實驗室應用110個CC小鼠品系，通過metaMUGA數(shù)據(jù)庫將CC小鼠與Founder小鼠SNP位點比對，進行單體型重建(Haplotype reconstruction)，候選基因定位，回歸分析各種被毛顏色的候選基因位點，并且探討了檢測3個基因座位的聯(lián)合效應，并在文中詳細介紹了CC小鼠使用、數(shù)據(jù)分析步驟[5]。外周血細胞計數(shù)在臨床上疾病診療檢測中應用非常廣泛，各種計數(shù)值受到嚴格的遺傳學調(diào)控，關(guān)鍵基因的突變會有嚴重的臨床表型，如對瘧疾的易感性差異。外周血參數(shù)的變異呈現(xiàn)線性改變，推測應該是受多個基因影響，產(chǎn)生微弱的表型效應。Collins F[6]實驗室應用8個founder及131個pre-CC小鼠品系，進行SNP掃描及數(shù)量性狀位點作圖(QTL)，發(fā)現(xiàn)了影響平均紅細胞壓積(MCV)、白細胞(WBC)、單核細胞(MO)、中性粒細胞(NE)遺傳基因的基因位點。7號染色體上的Mcvq4對MCV產(chǎn)生極大的影響； WBC 與18號染色體上的Wbcq7有關(guān)；NE與11號染色體上pctq1相關(guān)；MO受1號染色體上的Moq1的影響。而RBC、Hb、RDW、PLT以及平均血小板體積的基因則不能用QTL定位區(qū)分。

骨小梁微觀結(jié)構(gòu)是一個復合性狀，由多基因復雜相互作用進行調(diào)控。確定這些遺傳因素有助于預測骨質(zhì)疏松及其相關(guān)風險。CC小鼠QTL可以在相對較小的群體中有高的檢出率。Levy R[7]等通過10 μm分辨率微CT設備掃描股骨遠端干骺端獲得骨小梁性狀指標。評估性狀指標包括骨小梁體積分數(shù)((BV/TV)、數(shù)目(Tb.N)、厚度(Tb.Th)和聯(lián)接密度(Tb.N)。對31個CC品系小鼠進行包含77808個SNP的全基因組單倍型作圖。根據(jù)CC小鼠序列變異分離數(shù)據(jù)庫進行單倍型掃描的優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)潛在的候選基因。分析結(jié)果顯示這些性狀的遺傳遺傳力從0.6到0.7。除Tb.Th外各種骨骼微結(jié)構(gòu)性狀有顯著的性別效應。單倍型掃描結(jié)果顯示有6個QTL，BV/TV和Tb.Th指標2號和7號染色體分別有兩個非常接近的位點。Tb.N和Conn.D分別在8號和14號染色體各有一個位點。研究者利用之前報道的骨形成功能相關(guān)基因確定了候選基因。在文獻基礎上，在這些基因當中排名特別高的那些被驗證是正確的，包括Avp，Oxt，B2m，Pcsk6，Rgma，Rb1和Cpb2。其他候選基因有Sgcz，F(xiàn)gf20和Chd2。研究者首次展示了在幾個遺傳位點和骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)間的全基因組關(guān)聯(lián)性，也篩選出了幾個與骨骼性狀有關(guān)新的候選基因。

3.2復雜性疾病遺傳病因研究

慢性非傳染性疾病(簡稱“慢病”或“慢性病”)是目前威脅我國民眾健康最主要的一大類疾病。根據(jù)國務院發(fā)布的《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告(2015年)》，2012年我國居民慢性病死亡率達533/ 10萬，慢病導致的死亡占總死亡人數(shù)的86.6%。其中，心腦血管疾病、惡性腫瘤、慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)、糖尿病和神經(jīng)精神疾病等重大慢病為主要死因，且增長迅猛。這幾大類疾病占總死亡的比例從1990年的65.5%增至2010年79.4%。更為嚴峻的是，由于生活方式改變及人口老齡化的影響，預計未來10～15年，我國慢病仍呈快速增長態(tài)勢。2016年我們國家啟動的“重大慢性非傳染性疾病防控研究”重點專項正式進入實施階段。其中發(fā)病機制及慢病并發(fā)癥危險因素預警技術(shù)的研究也是其重要內(nèi)容，這對慢病的群體防治和個體化治療均具有重要作用。

目前常見的慢性疾病多數(shù)受多基因遺傳控制。II型糖尿病占糖尿病患者90%以上。多種證據(jù)顯示糖尿病發(fā)病過程及胰島素抵抗受到多基因控制。Iraqi F實驗室[8]用了21個品系CC小鼠共683只，其中265只給予高脂飲食(42%脂肪)，384只小鼠給予標準飼料(18%脂肪)。8周小鼠喂飼不同飼料持續(xù)20周，定期測定體重(BW)、體長(BL)、腰圍(WC)、及體質(zhì)指數(shù)(BMI)。因為小鼠性別與飼料因素相互影響，因此將性別分開進行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高脂飲食兩種性別均出現(xiàn)肥胖及糖耐量升高的CC小鼠有6種品系；易感性相似但有性別差異的雌性有2種，雄性有4種，只有2種雌性對高脂飲食有抵抗。糖耐量下降不肥胖的兩種性別均出現(xiàn)的小鼠有4株，僅雄性小鼠出現(xiàn)的有3種，僅雌性小鼠出現(xiàn)的有3株。高脂飲食體重增加分兩個階段，開始6周CC小鼠各株兩種性別體重均有升高。接下來6周大部分雄性小鼠體重仍在增加，雌性小鼠表現(xiàn)出現(xiàn)了分化，有些體重下降，有些保持體重，有些升高。今后在代謝性疾病研究中需引起注意。

一般飼料喂養(yǎng)，兩種性別小鼠均沒有表現(xiàn)出糖耐量異常。高脂飲食可導致明顯的個體差異。進行計算得出廣義遺傳力系數(shù)在0.5左右(Broad sense heritability coefficients，Bhc)，提示遺傳因素和環(huán)境因素具有相互作用。CC小鼠各種系之間的遺傳系數(shù)(Heritability coefficients，Hc)很高，提示種系之間的差異主要是遺傳因素發(fā)揮主要作用。研究結(jié)果驗證了II型糖尿病是復雜性狀遺傳，受到多基因調(diào)節(jié)和性別控制。

糖尿病視網(wǎng)膜病(Diabeticretinitis，DR)是致盲的主要因素。應用合適的非基因修飾的小鼠模型能夠反映人類疾病特征有助于闡明潛在的發(fā)病機制。Morahan G實驗室[9]選擇了64種CC品系小鼠，每種小鼠至少10只，通過靜脈注射四氧嘧啶或鏈脲佐菌素誘發(fā)糖尿病，篩選DR特征性病變，同時進行全視網(wǎng)膜鋪片和組織切片觀察視網(wǎng)膜損傷情況。最終篩選到和人發(fā)病特征最接近的小鼠，命名為FOT_FB。進而對FOT_FB開展更深入的研究，在發(fā)生糖尿病后在多個時間點檢查視網(wǎng)膜血管組織學和神經(jīng)結(jié)構(gòu)來研究DR的發(fā)展進程；通過芯片技術(shù)比較對照組和糖尿病組的視網(wǎng)膜變化。結(jié)果顯示一些小鼠7 d就出現(xiàn)DR特征性變化，如周細胞退化、無細胞毛細血管形成、小血管增生、穆勒細胞增生、神經(jīng)節(jié)細胞丟失。隨著時間延長這些損傷更為顯著。引發(fā)糖尿病21 d后，嚴重的血管增生、微血管瘤、視網(wǎng)膜前損傷、穆勒細胞增生和視網(wǎng)膜外層損傷都很明顯?；蛐酒Y(jié)果顯示發(fā)現(xiàn)許多與DR相關(guān)已知的基因表達呈顯著差異，并發(fā)現(xiàn)晶狀體蛋白基因(Cryba1)表達上調(diào)，這個基因在DR發(fā)病中的作用還需進一步驗證。發(fā)現(xiàn)FOT_FB品系為研究DR發(fā)病和開發(fā)危害視力疾病治療手段提供了有用的模型，CC小鼠為DR易感性基因篩選及靶向治療提供了數(shù)據(jù)。

過敏性哮喘是以氣道粒細胞浸潤為特征的復雜性疾病。除了嗜酸性粒細胞之外，在嚴重哮喘，中性粒細胞(PMN)在局部也明顯增加。Rutledge H等[10]利用居室塵螨誘導的哮喘小鼠模型尋找中性粒細胞炎癥的遺傳決定因子。小鼠采用了8個founder品系、151個前CC品系(preCC)。肺灌洗液中PMN計數(shù)和中性粒細胞標志趨化因子CXCL1濃度測定發(fā)現(xiàn)在preCC中這兩者高度相關(guān)。QTL作圖確定了三個影響PMN的變異區(qū)。其中一個和CXCL1在7號染色體的QTL共定位。研究者利用肺eQTL數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)Zfp30基因有一個變異區(qū)與CXCL1/PMN應答有關(guān)。這些遺傳變異通過改變Zfp30表達調(diào)節(jié)CXCL1和PMN。研究者建立QTL和這三個內(nèi)表型間關(guān)系的結(jié)構(gòu)分析模型。Zfp30表達于正常小鼠肺氣管上皮細胞，在體外Zfp30表達改變影響了CXCL1針對免疫刺激的應答。該研究發(fā)現(xiàn)Zfp30是一個新的中性粒細胞氣管炎癥調(diào)節(jié)因子；過敏性哮喘中性粒細胞浸潤受3個基因位點調(diào)控，PMN表型由CXCL1和Zfp30介導。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激(ER stress)發(fā)生于錯誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中累積。細胞對ER stress的應答對細胞的生存很重要，涉及復雜的轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的變化。ER stress是許多人類疾病的首要誘發(fā)和調(diào)節(jié)因子。了解ER stress應答怎樣影響人類疾病的第一步就是判定ER stress應答如何在轉(zhuǎn)錄水平上存在個體差異。Chow CY等[11]用一種通常用于誘導ER stress的藥物衣霉素，在founder小鼠的胚胎成纖維細胞中誘導產(chǎn)生ER stress，分析其轉(zhuǎn)錄反應發(fā)現(xiàn)有數(shù)百個ER stress應答不同基因。值得注意的是，炎癥反應基因在這些品系中區(qū)別最大；而主要的經(jīng)典ER stress應答基因未表現(xiàn)出變化。為了揭示在這些品系在ER stress應答的基因結(jié)構(gòu)，研究者評估了來源于CC founder小鼠間F1代MEF的轉(zhuǎn)錄應答。超過80%的基因調(diào)節(jié)差異來源于順式調(diào)節(jié)差異。研究表明ER stress轉(zhuǎn)錄應答在品系之間是高度多樣性的，這源自在個體下游應答基因而不是主要信號轉(zhuǎn)錄因子的遺傳多樣性。這些結(jié)論對于理解遺傳多樣性如何影響ER stress應答有重要意義。

上述研究結(jié)果提示利用CC小鼠可以對復雜性疾病、復雜性疾病的嚴重表型以及發(fā)病分子機制進行遺傳影響因素的研究，為研究結(jié)果的臨床轉(zhuǎn)化提供生物學標志。

利用CC小鼠進行疾病易感基因以及治療反應差異性的遺傳位點分析在其他方面也有應用。比較多的是有關(guān)傳染病和腫瘤的遺傳易感性分析，如腫瘤發(fā)生發(fā)展(黑色素瘤[12])、細菌(綠膿桿菌[13]、肺炎桿菌[14])、病毒(SARS病毒性[15])、霉菌(煙曲霉菌[16])感染的易感性多基因定位研究等。

3.3藥物產(chǎn)生毒副作用的遺傳學基礎研究

由于個體差異，患者應用藥物后不僅療效會有較大差異，藥物的毒副作用也表現(xiàn)不同。探討這種差異產(chǎn)生的遺傳學機制，篩選監(jiān)測的生物學指標，對這種個體差異進行預測和評價，是個體化精準治療的重要內(nèi)容。CC小鼠的建立，為這部分工作提供研究手段。

博來霉素對人和小鼠均有引起肺纖維化的副作用，但是存在有易感性差異，Gelinas R等[17]利用不同品系的CC小鼠研究表型與遺傳的關(guān)系。隨機選40個品系、6～8周的雄性CC小鼠，分別在1、4、8、11、15、18、22、25 d 8次腹腔注射博來霉素，劑量0.035 U/g，在第33天，小鼠安樂死，收集血液中血漿測miRNA；右肺檢測可溶性膠原含量，左肺固定做病理檢測，進行肺纖維化半定量；小鼠尾部DNA高密度基因分型。通過對數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，由博來霉素引起的肺纖維化表型，一個動物受影響其兄弟姐妹也會有相應的反應；可溶性膠原檢測顯示相同的結(jié)果；但miRNA的結(jié)果與之不一致。肺纖維化易感或不易感，是與遺傳相關(guān)的，和人一樣，CC小鼠會產(chǎn)生基因突變來應對藥物反應；具有遺傳多樣性的CC小鼠也許能夠揭示藥物反應規(guī)律。

氟哌啶醇是治療精神疾病的有效藥物，但由于部分患者會產(chǎn)生運動障礙導致患者依從性下降，限制了藥物應用。Valdar實驗室[18]應用8個founder小鼠及其54個雙雜交一代(F1，有2株不能生育)小鼠進行藥物和安慰劑雙雜交研究，檢測遺傳、性別、雙親來源以及雜交對氟哌啶醇反應性的影響。每個雜交系列至少4只小鼠，藥物組雌雄各1只；安慰劑組雌雄各1只，共270只小鼠，包括137只雌性(68只藥物組，69只安慰劑組)、雄性133只(66只藥物組，67只安慰劑組)。對兩種性別藥物安慰劑配對小鼠觀察神經(jīng)行為學指標(曠場實驗、傾斜屏實驗、口部空嚼運動、驚嚇試驗)，血漿和腦內(nèi)藥物水平，以及體重變化。為闡明氟哌啶醇治療反應性的遺傳特點，在Neyman-Rubin potential outcomes framework 的“difference of models“及Bayesian hierarchical model基礎上建立新的預測模型“difference of models”、"multiple-impute matched pairs"進行藥物治療反應與遺傳變異關(guān)系分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)藥物長期作用誘發(fā)的肌肉強直主要與加性遺傳效應(占28%)和雙親NZO/HILtJ 和129S1/SvlmJ小鼠來源效應(占14.8%)有關(guān)；自主活動增加則主要受小鼠特異性株系交配繁殖的影響(12.8%)。用藥后行為學的表現(xiàn)為雙重性，有加性遺傳效應(10.2%～53.2%)，同時上位遺傳效應也很明顯(10.64%～25.2%)。驚反射的前脈沖抑制試驗顯示加性效應和上位效應占相同的比例。治療前活動與肌肉強直呈現(xiàn)單向上位效應。結(jié)果揭示了小鼠氟哌啶醇治療反應性的遺傳特征，提示小鼠對藥物反應性的差異主要與遺傳加性效應、雙親來源、交配方式有關(guān)。

實驗動物學研究在疾病發(fā)病機制研究中起到重要作用，也是臨床轉(zhuǎn)化不可或缺的手段。復雜性狀遺傳CC小鼠對疾病發(fā)生機制研究，診斷及治療反應性各種表型進行系統(tǒng)生物學研究，研究成果會提供各種生物學標志物，并在資源多樣性小鼠、基因敲除小鼠、人源化小鼠等動物模型進行驗證，將會為人群隊列研究數(shù)據(jù)的收集和分析提供線索和佐證。CC小鼠作為一種新的資源，在實驗設計、數(shù)據(jù)分析、應用領(lǐng)域等方面的探索需要各學科交叉，才能充分發(fā)揮在個體化診治中的作用。

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Collaborative Cross mice and precision medicine

DU Peng，CHEN Meng-yi，LI Cheng-cheng，F(xiàn)AN Fei-yue，MENG Ai-min

(Institute of Laboratory Animal Sciences, Chinese Academy of Medical Science &Peking Union Medical College,Beijing 100021, China)

The individual variability should be considered in precision medicine-prevention and treatment strategies. Medical research using genomics, proteomics, metabolomics, systems analyses, and other modern tools has made big progress.In 2002, the members of the Complex-Trait Consortium proposed to develop a new mouse genetics resource called the Collaborative Cross (CC). The CC is a genetic reference panel of recombinant inbred lines of mice, designed for the dissection of complex traits and gene networks.It will provide a powerful measure for functional studies of biological networks, which will be essential to understand the intricacies of disease processes.

Precision medicine；The Collaborative Cross； Quantitative trait locus(QTL)

國家自然科學基金(81573094，81372928)；中央科研院所基本業(yè)務費(2016ZX310042)。

杜朋，男，碩士研究生，研究方向：放射醫(yī)學。Email：dp7355@163.com。

樊飛躍，男，研究員，研究方向：輻射致癌機制及其干預。E-mail：faithyfan@yahoo.com；孟愛民(1963-)，女，研究員，研究方向：成體干細胞損傷機制及干預。E-mail：ai_min_meng@126.com。

專題研究

R-33

A

1671-7856(2016) 08-0030-06

10.3969.j.issn.1671-7856.2016.08.004

2016-07-05