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生涯中你是否会有种疑惑：为什么有的人喝了牛奶长得又高又壮 ，有的人喝了牛奶就拉��？为什么有的人吸烟身体变差 ，有的人却很是长寿？为什么有的人吃药病好了 ，有的人吃药却不管用？面临这些困扰无数人的差别 ，各人是否感受受到了运气的捉弄。今天 ，小编就来聊一聊造成某些人“先天异禀”的要害：SNP。注重 ，小编说的SNP可不是韩国面膜 ，而是Single Nucleotide Polymorphisms ，即单核苷酸多态性。
SNP这一看法首次泛起于1994年揭晓的人类分子遗传杂志上 ，随后于1996年由美国麻省理工的Lander正式提出。SNP研究被以为是联系基因型和体现型之间关系的桥梁 ，是研究人类基因组妄想走向应用的主要办法[1,2]。
图1 美国学者Eric S. Lander于1996年正式提出SNP为第三代分子标记
SNP主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性, 即在群体中 ，基因组内特定核苷酸位置上保存两种差别的核苷酸 ，并且其泛起的频率大于1%。
这里 ，还需注重另外两个看法 ，点突变（point mutation）及单核苷酸变异（SNV, single nucleotide variant）。若是单个核苷酸的变异在群体中泛起频率低于1% ，则看作点突变；若是只是在病人体内检测到单个核苷酸的变异 ，而其在人群中泛起的频率未知 ，则可看作SNV。
从理论上来看 ，每一个SNP 位点都可以有4 种差别的变异形式（C、G、T、A）但现实上爆发的只有两种 ，即转换（transition）（C变换为T ，在其互补链上则为G变换为A）或颠换（transversion）（C变换为 A ，G变换为 T ，C变换为 G ，A变换为 T）（图2）。因此通常所说的SNP都是二等位多态性的。也就是说 ，大大都情形下 ，C都是酿成T ，而酿成A和G的概率很小 ，以是一样平常以为SNP是二等位的 ，或者是二态性。
图2 基因组上的SNP位点
SNP 在人类基因组中的爆发频率较量高 ，约莫平均每1000个碱基对中就有一个多态位点 ，预计其总数可达300万个甚至更多[2]。当SNP爆发在基因编码区或基因的调理区域时 ，它会对基因表达爆发重大的影响 ，从而影响基因的功效。有一些SNP位点已被证实在人类康健研究中很是主要 ，例如镰状细胞血虚、β地中海血虚和囊性纤维化的爆发主要是由于SNP的泛起。同时 ，研究职员发明 ，SNP可能有助于展望个体对某些药物的反应、对毒素等情形因素的易感性以及罹患特定疾病的危害。例如 ，携带有APOE(载脂卵白)ε4突变的个体体现出患阿尔茨海默病的更高危害[3,4](图3)。
图3 APOE4增进病理性tau卵白的再分派。
a：人源APOE敲入小鼠海马体tau卵白染色效果；b：Tau卵白阳性区域占海马体齿状回部位的面积 (TE2:APOE2敲入小鼠, TE3: APOE3敲入小鼠, TE4: APOE4敲入小鼠, TEKO: ApoE敲除小鼠)[4]
随着测序手艺的生长 ，全基因组关联剖析（Genome-wide Association Study ，GWAS）已普遍应用于重大疾病的遗传因素剖析（图4） ，可以更高效地获得疾病与SNP之间的相关性。GWAS使用高通量测序手艺 ，剖析数以万计的SNPs以及这些SNPs与临床表型和可测性状的相关性 ，从而周全地展现出差别重大性状的遗传机制。现在 ，全天下规模内已开展了4000多项GWAS研究 ，发明了凌驾10万个与种种疾�。ㄈ绨┲� ，高血压 ，II型糖尿病 ，类风湿性枢纽炎等）以及主要心理性状关联的基因位点。
图4 GWAS剖析人群中等位基因的变异频率（https://www.ebi.ac.uk/）
完成了GWAS剖析之后 ，我们还需要借助下游工具对GWAS的剖析效果进一步注释和挖掘 ，筛选可能致病的SNP位点。相关的注释网站和数据库许多 ，以下推荐2个网站 ，供各人参考。GWAS4D是通过组织/细胞类型特异性和非编码调控变异的优先排序 ，来展望特定重大疾病和性状的潜在致病机制。我们将GWAS summary数据导入 ，便可以输出SNP位点的优先排序、SNP位点在基因组区域的可视化以及SNP功效展望和注释等效果（图7）。网址：http://mulinlab.tmu.edu.cn/gwas4d 。
图5 GWAS4D可举行剖析的界面
图6 SNPedia首页
受益于二代测序及GWAS的团结应用 ，研究职员发明了众多和临床表型具有一定联系的SNP位点 ，然而要验证这些位点与临床体现的关系 ，必需回到体内举行研究。若是这些突变可以在小鼠体内找到 ，那么突变小鼠就能为临床研究提供名贵的信息。因此构建突变小鼠 ，是有用验证临床检测效果的要害一步。
构建突变小鼠时 ，首先需要确定的是突变位点的人鼠同源性及守旧性。小鼠是剖析人类基因功效、研究人类疾病主要的模式生物。99%的人类基因都可以在其基因组中能找到响应的基因。但需要注重的是 ，人鼠编码基因序列相似性平均为85% ，而非编码基因的相似度只有50%[5] ，因此找到同源基因还需要判断突变位点的序列守旧性。
这里举一个例子 ，PLD3的一个SNP（rs145999145）是迟发性阿尔兹海默症的危险因素之一。我们在NCBI-SNP数据库可搜索到该SNP的位点信息 ，如下：
图7 rs145999145在NCBI数据库中的信息页
可见红色框中提供了突变位点的序列信息 ，而绿色框中提醒了突变类型是错义突变（图7）。凭证该位点周围的侧翼序列以及给到的基因组位点 ，我们可以找到其在人源PLD3基因上的位置 ，转录本NM_012268.4 ，c.694 G>A ，也即p.232V>M ，位于exon9。通过对人鼠同源基因的同源性剖析（图8） ，可以很快找到响应小鼠的突变位点：NM_001317355.1 ，c.688 G>A ，p.230V>M ，位于exon10。
图8 人鼠PLD3卵白同源性比照效果
确定了小鼠的突变位点后 ，我们便可以针对该突变位点设计Guide RNA ，使用Crispr/Cas9手艺来构建点突变小鼠（图9）。
图9 PLD3-V230M突变小鼠构建战略
接下来和各人分享一个案例来详细说明怎样使用基因修饰小鼠验证SNP的临床表型。
【问题】自身免疫疾病相关IgG1变体调控B淋巴细胞活化和分解的新机制
【期刊】Science (IF=41)
系统性红斑狼疮SLE是最常见的自身免疫疾病之一 ，是一种由遗传、情形、免疫等多种因素导致的重大性疾病。其发病机制至今尚不清晰 ，导致治疗手段有限且无法根治。人体中普遍保存具有自身反应性的IgG型影象性B细胞 ，SLE等自身免疫疾病常陪同大宗自身抗体的爆发。
研究职员意料IgG型B细胞受体（IgG-BCR）的异�；罨赡芗尤氲絊LE的发病历程。通过对患者举行基因检测 ，研究职员发明 ，IgG1重链基因IGHG1上的SNP（rs117518546）在SLE患者中显著增添 ，该SNP导致IgG1第396位甘氨酸突变为精氨酸（IgG1-G396R）（图9）。携带该SNP的SLE患者爆发更多更普遍的IgG1型的自身抗体 ，爆发炎症反应的危害增添 ，疾病运动指数也更高 ，展现该SNP为新的SLE易感基因位点。
图10 rs117518546突变位点（图A）及在差别地区人群中的比例（图B）
值得注重的是 ，该SNP在东亚人群中的泛起的频率远高于欧尤物群（图10） ，这提醒该SNP是以汉族为代表的东亚人群特有的SLE易感基因位点 ，可能是我国SLE患者与其他人群患者的临床体现和治疗反应保存差别的因素之一。
通过同源性比照 ，研究者发明该SNP在小鼠上的位点为390位甘氨酸突变为精氨酸 ，因此构建了IgG1-G390R突变小鼠（图11）。通过诱导野生型小鼠和突变小鼠爆发自身免疫疾病 ，研究者发明携带该SNP的小鼠爆发更多、更普遍的自身抗体 ，而这依赖于B细胞受抗原刺激后大宗自身反应性浆细胞的分解（图12）。这一效果验证了在SLE患者中的发明 ，并从B细胞运气决议层面给出了起源诠释[6]。
图11 构建IgG1-G390R敲入小鼠
图12诱导自身免疫病爆发后 ，野生型小鼠和G390R小鼠体内dsDNA和SmD抗体动态转变。
该研究从疾病易感基因位点的临床遗传学研究出发 ，经由基于基因修饰小鼠的动物模子研究 ，将临床上发明的问题在真实的体内实验中验证 ，确认了IgG1-G396R在SLE疾病爆发生长中的作用。这项研究为SLE研究提供了全新的研究靶点 ，也为重大疾病相关易感基因位点的研究提供了立异性的研究模式 ，最终揭晓在《Science》杂志上。
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参考文献：
[1]杨焕明. 人类基因组妄想及其意义——规�；⑿蛄谢⑿畔⒒牍ひ祷⒁窖Щ⑷宋幕痆J]. 科技与执法, 2000(3):2.
[2] Altshuler D, Pollara VJ, Cowles CR. An SNP map of the human genome generated by reduced representation shotgun sequencing. Nature. 2000 Sep 28;407(6803):513-6.
[3] https://www.snpedia.com/index.php/APOE-%CE%B54
[4] Shi Y, Yamada K, Liddelow SA, et al. ApoE4 markedly exacerbates tau-mediated neurodegeneration in a mouse model of tauopathy. Nature. 2017 Sep 28;549(7673):523-527. doi: 10.1038/nature24016
[5] https://www.nih.gov/news-events/news-releases/new-comprehensive-view-mouse-genome-finds-many-similarities-striking-differences-human-genome
[6] Chen X, Sun X, Yang W, et al. An autoimmune disease variant of IgG1 modulates B cell activation and differentiation. Science. 2018 Nov 9;362(6415):700-705. doi: 10.1126/science.aap9310.
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