人類(lèi)基因組(Human genome)約含有30億個(gè)DNA堿基對(duì)，(5～10)萬(wàn)個(gè)基因，分布于23對(duì)染色體。

(一)突變

突變(mutation)是指遺傳物質(zhì)發(fā)生的可遺傳的變異。廣義的突變可分為兩類(lèi)：①染色體畸變，即染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)的改變；②基因突變，狹義的突變，即一般所指的突變僅指基因突變?；蛲蛔兪侵富虻暮塑账犴樞蚧驍?shù)目發(fā)生改變。僅涉及DNA分子中單個(gè)堿基改變者稱(chēng)點(diǎn)突變。涉及多個(gè)堿基的還有缺失、重復(fù)和插入。

基因突變可發(fā)生在個(gè)體發(fā)育的任何階段，以及體細(xì)胞或生殖細(xì)胞周期的任何分期。如果突變發(fā)生在體細(xì)胞中，突變只能在體細(xì)胞中傳遞，因此體細(xì)胞突變不能直接遺傳下代。生殖細(xì)胞的突變率比體細(xì)胞高，主要因?yàn)樯臣?xì)胞在減數(shù)分裂時(shí)對(duì)外界環(huán)境具有較高的敏感性。如果顯性突變基因在生殖細(xì)胞中發(fā)生，它們的效應(yīng)可能通過(guò)受精卵而直接遺傳給后代并立即在子代中表現(xiàn)出來(lái)；如果突變基因是隱性的，則其效應(yīng)就可能被其等位基因所遮蓋。攜帶突變基因的細(xì)胞或個(gè)體，稱(chēng)為突變體，沒(méi)有發(fā)生基因突變的細(xì)胞或個(gè)體稱(chēng)為野生型。

引起突變的物理因素(如X線)和化學(xué)因素(如亞硝酸鹽)統(tǒng)稱(chēng)誘變劑。誘變劑誘發(fā)的突變稱(chēng)為誘發(fā)突變。由于自然界中誘變劑的作用或由于復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)時(shí)偶然的堿基錯(cuò)配所產(chǎn)生的突變稱(chēng)為自發(fā)突變。人類(lèi)單基因病大多為自發(fā)突變的結(jié)果，但自發(fā)突變頻率(突變率)很低，平均每一核苷酸每一世代為10-10～10-9，即每世代10億個(gè)核苷酸有一次突變。

(二)基因突變的種類(lèi)

從DNA堿基順序改變來(lái)分，突變一般可分為堿基置換突變、移碼突變、整碼突變及染色體錯(cuò)誤配對(duì)和不等交換4種。

1.堿基置換突變　一個(gè)堿基被另一堿基取代而造成的突變稱(chēng)為堿基置換突變。凡是一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤所取代，或者一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所取代的置換稱(chēng)為轉(zhuǎn)換；一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘧啶所取代或一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘌呤所取代的置換稱(chēng)為顛換。堿基置換會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸組成的改變而影響蛋白質(zhì)的酶生物功能。

2.移碼突變　是指DNA鏈上插入或丟失1個(gè)、2個(gè)甚至多個(gè)堿基(但不是三聯(lián)體密碼子及其倍數(shù))，在讀碼時(shí)，由于原來(lái)的密碼子移位，導(dǎo)致在插入或丟失堿基部位以后的編碼都發(fā)生了相應(yīng)改變。移碼突變?cè)斐傻碾逆溠娱L(zhǎng)或縮短，取決于移碼終止密碼子的推后或提前出現(xiàn)。

3.整碼突變　或稱(chēng)密碼子插入或丟失，是指DNA鏈的密碼子之間插入或丟失一個(gè)或幾個(gè)密碼子，導(dǎo)致合成的肽鏈將增加或減少一個(gè)或幾個(gè)氨基酸，但插入或丟失部位的前后氨基酸順序不變。

4.染色體錯(cuò)誤配對(duì)不等交換　減數(shù)分裂期間，同源染色體間的同源部分發(fā)生聯(lián)會(huì)和交換，如果聯(lián)會(huì)時(shí)配對(duì)不精確，發(fā)生不等交換，造成部分基因缺失和部分基因重復(fù)。這種突變常用于解釋大片段多核苷酸的缺失和重復(fù)。

(三)單核苷酸多態(tài)性

單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)，主要是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性。它是人類(lèi)可遺傳的變異中最常見(jiàn)的一種，占所有已知多態(tài)性的90%以上。SNP在人類(lèi)基因組中廣泛存在，平均每500～1000個(gè)堿基對(duì)中就有1個(gè)，估計(jì)其總數(shù)可達(dá)300萬(wàn)個(gè)甚至更多。

SNP所表現(xiàn)的多態(tài)性只涉及到單個(gè)堿基的變異，這種變異可由單個(gè)堿基的轉(zhuǎn)換或顛換引起，也可由堿基的插入或缺失所致，但通常所說(shuō)的SNP并不包括后兩種情況。

在基因組DNA中，任何堿基均有可能發(fā)生變異，因此SNP既有可能在基因序列內(nèi)，也有可能在基因以外的非編碼序列上?？偟膩?lái)說(shuō)，位于編碼區(qū)內(nèi)的SNP(coding SNP，cSNP)比較少，因?yàn)樵谕怙@子內(nèi)，其變異率僅及周?chē)蛄械?/5，但它在遺傳性疾病的研究中卻具有重要意義，因此cSNP的研究更受關(guān)注。

從對(duì)生物遺傳性狀的影響上來(lái)看，cSNP又可分為兩種：一種是同義cSNP，即堿基序列的改變并不影響其所翻譯的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，突變堿基與未突變堿基的含義相同；另一種是非同義cSNP，指堿基序列的改變可使以其為模板翻譯的蛋白質(zhì)序列發(fā)生改變，從而影響了蛋白質(zhì)的功能，這種改變常是導(dǎo)致生物性狀改變的直接原因。cSNP中約有一半為非同義cSNP。

SNP自身的特性決定了它更適于對(duì)復(fù)雜性狀與疾病的遺傳解剖以及基于群體的基因識(shí)別等方面的研究：①SNP數(shù)量多，分布廣泛；②SNP適于快速、規(guī)?；Y查；③SNP等位基因頻率容易估計(jì)；④SNP易于基因分型。

對(duì)SNP進(jìn)行基因分型包括三方面的內(nèi)容：①鑒別基因型所采用的化學(xué)反應(yīng)，常用的技術(shù)手段包括：DNA分子雜交、引物延伸、等位基因特異的寡核苷酸連接反應(yīng)、側(cè)翼探針切割反應(yīng)及基于這些方法的變通技術(shù)；②完成這些化學(xué)反應(yīng)所采用的模式，包括液相反應(yīng)、固相支持物上進(jìn)行的反應(yīng)及兩者皆有的反應(yīng)；③化學(xué)反應(yīng)結(jié)束后，檢測(cè)反應(yīng)結(jié)果所需要采用的生物技術(shù)系統(tǒng)。

1.藥物基因組學(xué)　藥物遺傳學(xué)(pharmacogenetics)是在遺傳學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新學(xué)科，是研究遺傳學(xué)多態(tài)性對(duì)藥物反應(yīng)(包括藥物吸收、代謝、分布和排泄，藥物安全性和耐受性，藥物有效性)的影響的一門(mén)科學(xué)。藥物基因組學(xué)(pharmacogenomics)是在藥物遺傳學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，以功能基因組學(xué)與分子藥理學(xué)為基礎(chǔ)的一門(mén)科學(xué)，它應(yīng)用基因組學(xué)進(jìn)行藥物反應(yīng)的個(gè)體差異的研究，從分子水平證明并闡述藥物的療效以及藥物的作用靶位、作用模式和毒副作用。藥物基因組學(xué)的實(shí)施，有賴(lài)于廣泛、高效的檢測(cè)，將基因組技術(shù)，如基因測(cè)序、統(tǒng)計(jì)遺傳學(xué)、基因表達(dá)分析等用于藥物的研究開(kāi)發(fā)及更合理的應(yīng)用。

基因檢測(cè)等技術(shù)的發(fā)展為鑒定遺傳變異對(duì)藥物作用的影響提供了前提條件，可用高效的測(cè)定手段如凝膠電泳技術(shù)、聚合酶鏈反應(yīng)、等位基因特異的擴(kuò)增技術(shù)、熒光染色高通量基因檢測(cè)技術(shù)，來(lái)檢測(cè)與藥物作用靶點(diǎn)或與控制藥物作用、分布、排泄相關(guān)的基因變異。目前，基于SNP的連鎖圖譜開(kāi)始構(gòu)建，人們可利用SNP為工具對(duì)藥物反應(yīng)相關(guān)基因進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，即檢測(cè)某個(gè)或某些SNP在不同藥效反應(yīng)人群中的分布頻率差異，用以測(cè)定與藥效相關(guān)的基因；基因表達(dá)譜的研究，可以探討與疾病有關(guān)的基因和闡明藥物的作用機(jī)制；差異基因表達(dá)解析，使用DNA微陣列技術(shù)即在固相上配置數(shù)千至數(shù)萬(wàn)個(gè)基因，與標(biāo)記探針雜交，而探針中各個(gè)基因的表達(dá)量是已知的，因此與疾病相關(guān)的基因群網(wǎng)絡(luò)和藥物作用及毒副作用機(jī)制也可得到清晰的解明。如果能將所有SNP全部信息載入DNA芯片上，就可制造出“基因組掃描儀”，用來(lái)掃描各個(gè)個(gè)體，并分析它們?cè)诨蚪M成上的差異。隨著高通量、高靈敏度和高特異度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，藥物基因組學(xué)在臨床合理用藥中的應(yīng)用顯示出廣闊的前景。

2.個(gè)體化醫(yī)學(xué)　長(zhǎng)期以來(lái)，人們已經(jīng)習(xí)慣了針對(duì)同一種疾病按照相同的劑量服用同樣的藥物。但學(xué)科的發(fā)展已經(jīng)使人們認(rèn)識(shí)到，藥物反應(yīng)(包括療效和毒性)存在著極大的個(gè)體差異，了解此類(lèi)個(gè)體差異的機(jī)制，對(duì)于臨床合理用藥和新藥開(kāi)發(fā)均具有重要的意義。

隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的完成，分子生物學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)的快速發(fā)展，藥物遺傳學(xué)和藥物基因組學(xué)得到了強(qiáng)有力的推動(dòng)，個(gè)體化醫(yī)學(xué)的概念也在此背景下逐步發(fā)展起來(lái)。對(duì)于患相同疾病的不同患者，現(xiàn)在的用藥方法是使用同樣的藥物；而在將來(lái)的個(gè)體化醫(yī)學(xué)中，由于可以預(yù)測(cè)不同患者的不同藥物效應(yīng)，所以即使是治療同一種疾病，醫(yī)生也可能根據(jù)患者的遺傳背景來(lái)選擇最合理的藥物與劑量。

要了解遺傳因素對(duì)藥物效應(yīng)的影響，研究SNP功能的意義非常重要。根據(jù)人類(lèi)基因組的研究資料，DNA的核苷酸序列在不同個(gè)體中至少有99.9%是相同的，但在任意選定的兩個(gè)個(gè)體中，DNA序列可以有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的變異點(diǎn)，其中絕大多數(shù)都屬于SNP。但必須注意的是，并非所有的SNP都有臨床意義，對(duì)疾病發(fā)生和藥物治療有重大影響的SNP，估計(jì)只占數(shù)以百萬(wàn)計(jì)SNP的很小一部分。從數(shù)百萬(wàn)存在于整個(gè)基因組的SNP，到導(dǎo)致蛋白質(zhì)氨基酸編碼改變或基因表達(dá)調(diào)控改變的SNP，到導(dǎo)致蛋白質(zhì)體外活力改變的SNP，到導(dǎo)致藥物代謝動(dòng)力學(xué)改變的SNP，最后到導(dǎo)致臨床藥物效應(yīng)改變的SNP，SNP的數(shù)目每一步都在快速遞減。怎樣從數(shù)百萬(wàn)SNP中，找到確有臨床意義的功能性SNP，是藥物遺傳學(xué)和個(gè)體化醫(yī)學(xué)所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

不同個(gè)體對(duì)于藥物治療的反應(yīng)殊異可由多種因素造成，并產(chǎn)生不同的后果。就遺傳因素而言，藥物靶體的基因變異，會(huì)改變藥物與靶蛋白間的相互作用；影響靶蛋白合成的有關(guān)基因變異，會(huì)改變藥物的效應(yīng)；藥物運(yùn)輸?shù)鞍椎幕蜃儺悾瑫?huì)影響藥物的吸收、分布和排出；藥物代謝酶的基因變異，會(huì)改變藥物的代謝；DNA修復(fù)酶的基因變異，會(huì)改變藥物的安全性；谷胱甘肽合成酶或某些輔基合成酶的基因變異，會(huì)改變藥物的代謝途徑和安全性。就環(huán)境因素而言，藥物代謝主要酶系細(xì)胞色素P450的表達(dá)誘導(dǎo)，可以使藥物的療效降低；P450的抑制藥則可能引起藥物與藥物的相互不良作用。另外，年齡、疾病和炎癥等生理因素的差異，也可改變藥物的吸收、分布和排泄。目前闡明個(gè)體差異影響藥物療效的研究集中在藥物靶蛋白分子的基因多態(tài)性、血漿藥物結(jié)合蛋白的基因多態(tài)性、藥物運(yùn)輸?shù)鞍椎膫€(gè)體差異、細(xì)胞色素P450酶系的基因多態(tài)性、細(xì)胞色素P450酶系誘導(dǎo)的個(gè)體差異等方面，用以解釋藥物療效和安全性的個(gè)體差異，并根據(jù)以上的研究結(jié)果來(lái)改進(jìn)藥物的施用方案。

(四)短串聯(lián)重復(fù)序列

短串聯(lián)重復(fù)序列(short tandem repeat，STR)又稱(chēng)微衛(wèi)星DNA(micro satellite DNA)，是一類(lèi)廣泛存在于真核生物基因組中的DNA串聯(lián)重復(fù)序列。它由2～6bp的核心序列構(gòu)成，重復(fù)次數(shù)通常在15～30次，DNA片段長(zhǎng)度為100～350bp，由于STR很容易通過(guò)PCR擴(kuò)增、電泳分型，所以是目前常用的遺傳標(biāo)記，特別是應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別和親子鑒定等領(lǐng)域，有諸多優(yōu)點(diǎn)：①STR在人類(lèi)基因組中廣泛分布，等位基因多，雜合度高；②STR擴(kuò)增片段短，一般為100～350bp，擴(kuò)增率高，靈敏度比傳統(tǒng)的DNA指紋高得多；③各個(gè)STR位點(diǎn)擴(kuò)增片段長(zhǎng)度近似，擴(kuò)增條件相似，可進(jìn)行復(fù)合擴(kuò)增；④檢測(cè)方法簡(jiǎn)單省時(shí)，且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化。