雙生兒法(twin method)是通過雙生兒之間的異、同對比研究遺傳和環(huán)境對個體表型的相對效應(yīng)的方法。它是人類遺傳學(xué)研究中的經(jīng)典方法,為英國學(xué)者F·戈爾頓于1875年首創(chuàng)。雙生兒是母體子宮內(nèi)同時形成的兩個胎兒,俗稱雙胞胎,是人類多胎妊娠中最常見的一種。

中文名

雙生兒法

雙生兒類型

雙生兒通常分為單合子雙生兒(一卵雙生兒或同卵雙生兒)和雙合子雙生兒(二卵雙生兒或異卵雙生兒)兩種類型。

單合子雙生兒一般情況下是由一個精子和一個卵受精后發(fā)育而成的兩個胎兒,他們的基因型完全相同,所以又稱為全等雙生兒(見圖)。雙合子雙生兒一般情況下由單側(cè)或雙側(cè)卵巢同時排出的兩個卵分別和精子受精后發(fā)育而成,他們的基因型的相同程度與同一母體的各次單胎妊娠胎兒一樣,所以又稱為異卵雙生兒。

不同人種的單合子雙生兒發(fā)生率大致相同,但雙合子雙生兒的發(fā)生率有一定的差異,白種人和黑種人的雙合子雙生兒發(fā)生率較高,而黃種人則較低。雙生兒的發(fā)生率還和母體的育齡、產(chǎn)次等因素有關(guān),育齡越大、產(chǎn)次越高,發(fā)生率也越高,尤其是雙合子雙生兒。此外,雙生兒的發(fā)生還有一定的家族聚集傾向,這表明雙生兒的發(fā)生和遺傳因素有關(guān)。

雙生兒鑒別法

應(yīng)用雙生兒法首先必須準(zhǔn)確地鑒別雙生兒的類型。卵性鑒別方法通常有如下3種:

移植法

根據(jù)雙生兒間對于相互移植的組織的相容性的鑒別方法。常用的移植組織是皮膚,如果供體和受體的基因型不同,則移植的皮膚將因組織不相容性而被排斥,因而說明該雙生兒為雙合子雙生兒。相反地單合子雙生兒由于基因型完全相同,移植物就易被受納而不發(fā)生排斥現(xiàn)象。該法的結(jié)果是比較可靠的。

胎膜法

根據(jù)雙生兒的胎膜結(jié)構(gòu)的鑒別方法。雙合子雙生兒一般具有兩個胎盤,少數(shù)具有聯(lián)合胎盤,聯(lián)合胎盤的胎膜膈由兩層絨毛膜和兩層羊膜組成;單合子雙生兒只有單個胎盤,胎膜膈僅由兩層羊膜組成,少數(shù)可以無羊膜膈。該法的可靠性不大,而且必須在分娩當(dāng)時才能鑒別,在使用上有一定的局限性。

相似法

應(yīng)用終身不變而又相互獨立的人類學(xué)指標(biāo),在雙生兒間進(jìn)行相似性的比較的鑒別方法。該法淵源于1924年的謝芒多元相似法。早年應(yīng)用的指標(biāo)有皮膚紋理、發(fā)色、虹膜顏色、齒形等一般體表特征,后來廣泛地采用了多種免疫學(xué)指標(biāo),如紅細(xì)胞血型系統(tǒng)ABO,P,MN,Rh,Xg等抗原、ABH分泌類型及HLA抗原等,因而又稱為血型相似法。該法最可靠,又避免了移植法中的創(chuàng)傷性手術(shù),是較為理想的方法。

用相似法判斷單合子雙生兒的可靠性可根據(jù)統(tǒng)計學(xué)方法估計。所謂可靠性就是在采取的幾項指標(biāo)都一致的情況下胎兒是單合子雙生兒的概率,以P(MZ)表示,再以P(DZ)表示因偶然機遇而造成幾項指標(biāo)都一致的情況下胎兒是雙合子雙生兒的概率,則 P(MZ)+P(DZ)=1。

由于雙合子雙生兒的n個指標(biāo)一致的概率(PD)是每個指標(biāo)出現(xiàn)率的連乘積,即PD=P0D×P1D×P2D×…×PnD(P0,P1,P2,…,Pn 分別表示每一個指標(biāo)因偶然機遇一致的概率包括性別概率和卵性比率)。因此雙合子雙生兒的總概率是P(DZ)=PD/(1+PD);單合子雙生兒的總概率是P(MZ)=1-[PD/(1+PD)]。

如果確知雙生兒的父母的這些指標(biāo),則可根據(jù)遺傳規(guī)律算出同一指標(biāo)在一對雙生兒中相遇的概率。在現(xiàn)實情況中父母的指標(biāo)往往未經(jīng)測定,那就只能根據(jù)該地區(qū)長期調(diào)查出的各指標(biāo)的基因頻率來估計。根據(jù)計算,若有十個以上的血型、血清型鑒定項目都一致,則鑒別為單合子雙生的可靠性可高達(dá)98~99%。

應(yīng)用

雙生兒法

經(jīng)典遺傳學(xué)說明任何生物的表型都是基因和環(huán)境相互作用的產(chǎn)物,只是程度各不相同。一精一卵的單合子雙生兒是天然的基因型完全相同的模式,他們間的任何差異應(yīng)該是子宮內(nèi)或出生后的不同環(huán)境因素影響的結(jié)果,因此在準(zhǔn)確判斷雙生兒類型的基礎(chǔ)上通過雙生兒的比較研究,可以估計出遺傳和環(huán)境的相對效應(yīng)。

雙生兒間在某一性狀上表現(xiàn)的相同性稱為一致性,不相同性稱為不一致性。在相同的環(huán)境條件下把單合子雙生兒和雙合子雙生兒之間進(jìn)行一致性比率的比較,就可以估計出遺傳效應(yīng)的大小。雙生兒法的研究結(jié)果指出,對于人類的疾病如精神分裂癥、躁狂憂郁癥、先天愚型等來說單合子雙生兒的同病一致率高于雙合子雙生兒,說明在這些疾病的發(fā)生上遺傳因素起重要的作用(表1)。

雙生兒的一致性比率(CW)有不同的計算方法,其中一種是成對法,計算公式是CW=C/(C+D),其中C是某性狀一致的雙生兒總對數(shù),D是不一致的雙生兒總對數(shù)。

遺傳效應(yīng)程度可用遺傳率(h2)來表示,h2=r/R。其中r是相關(guān)系數(shù),R是親緣系數(shù)。因此對于單合子雙生兒來說,h2=r;對于雙合子雙生兒來說,h2=2r。對于多基因遺傳疾病的閾值性狀的相關(guān)系數(shù)(r)可按(xg-xra)/ag估計(x表示閾值與群體平均值的正態(tài)偏差;b表示患者與群體的平均值的平均偏差;下標(biāo)g指一般群體;下標(biāo)ra指患者親屬),其中x和α值可由該性狀的群體頻率以及雙生兒的一致率查表獲得。如身高、體重、血壓等數(shù)量性狀的相關(guān)系數(shù)(r)可按(雙生對間方差-雙生對內(nèi)方差)/(雙生對間方差+雙生對內(nèi)方差)估計。如果僅粗略地估計遺傳效應(yīng),可按下式計算:H=(CMZ-CDZ)/(1-CDZ)或H=(rMZ-rDZ)/(1-rDZ)。式中CMZ和rMZ是單合子雙生兒中的一致率和相關(guān)系數(shù),CDZ和rDZ是雙合子雙生兒中的一致率和相關(guān)系數(shù)。

雙生兒法

把若干對在相同和不同環(huán)境條件下?lián)狃B(yǎng)生活的單合子雙生兒的一致性進(jìn)行比較,就可以計算出環(huán)境效應(yīng)的大?。篍=(rMZT-rMZA)/(1-rMZA)(E:環(huán)境效應(yīng);r:相關(guān)系數(shù);MZT:同居單合子雙生兒;MZA:分居單合子雙生兒)。環(huán)境效應(yīng)的計算結(jié)果表明身高與環(huán)境因素關(guān)系較小,而智商(IQ)卻對環(huán)境因素的依賴程度很大(表2)。

總結(jié)

雙生兒法得出的遺傳效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)只是一個籠統(tǒng)的概念,無助于了解它們之間復(fù)雜的相互作用機制,雙生兒可以由于在子宮內(nèi)條件的不同而使娩出后兩個成員之間就已存在著一定的差異。雙生兒比普通人群嬰兒的出生體重輕、智力偏低等情況也影響雙生兒法研究結(jié)論的應(yīng)用。這些都是雙生兒法的局限性。但雙生兒法以它先天的便利,曾是人類遺傳學(xué)研究的主要方法之一,至今也仍廣泛地被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、優(yōu)生學(xué)、行為遺傳學(xué)及人類智能等研究領(lǐng)域中。20世紀(jì)70年代以來開展的雙生兒家系調(diào)查工作,尤其是結(jié)合生物化學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)和免疫學(xué)(如組織相容性抗原)等遺傳標(biāo)志的研究,必將為雙生兒法開拓更為廣闊的研究領(lǐng)域。