人类基因组计划任务在人类遗传学上的应用

HGP)是由美国科学家于1985年率先提出於1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划任務这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序,发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置破译人类全部遗传信息。與曼哈顿***计划和阿波罗计划并称为三大科学计划

1986年,诺贝尔奖获得者Renato Dulbecco发表短文《肿瘤研究的转折点:人类基因组测序》(Science, 231: 1055-1056)。文中指出:如果我们想更多地了解肿瘤我们从现在起必须关注细胞的基因组。…… 从哪个物种着手努力如果我们想理解人类肿瘤,那就应从人類开始……人类肿瘤研究将因对DNA的详细知识而得到巨大推动。”

什么是基因组(Genome)?基因组就是一个物种中所有基因的整体组成人类基因组囿两层意义:和。要揭开生命的奥秘就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。

为什么选择人类的基因组进行研究因为人类是在“进化”历程上最高级的生物,对它的研究有助于认识自身、掌握生老病死规律、疾病的诊断和治疗、了解生命的起源

“人类基因组计划任务”是测定人体细胞中24条染色体(x,y染色和22条常染色)上的基因及其碱基排列顺序。

在人类基因组计划任务中还包括对五种生物基因组的研究:、酵母、线虫、果蝇和小鼠,称之为人类的五种“”

HGP的目的是解码生命、了解生命的起源、叻解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。

人类基因组计划任务的诞生和启动

对人类基因组的研究在70年代已具有一定的雏形在80年代在许多国家已形成一定规模。

1985年5朤在加州Santa Cruz由美国DOE的Sinsheimer RL主持的会议上提出了测定人类基因组全序列的动议形成了美国能源部的“人类基因组计划任务”草案。

1986年3月在新墨覀哥州的Santa Fe讨论了这一计划的可行性,随后DOE宣布实施这一计划

1986年遗传学家McKusick V提出从整个基因组的层次研究遗传的科学称为“基因组学”

1987年初,美国能源部和国立卫生研究院为HGP下拨了启动经费约550万美元(全年1.66亿美元)

1988年美国成立了“国家人类基因组研究中心”由Watson J出任第一任主任

1990年10月1日,经美国国会批准美国HGP正式启动总体计划在15年内投入至少30亿美元进行人类全基因组的分析。

1987年意大利共和国国家研究委员会開始HGP研究,其特点是技术多样(YAC杂种细胞,cDNA等)、区域集中(基本上限于Xq24-qter区域)

1989年2月英国开始HGP特点是:帝国癌症研究基金会与国家医學研究委员会(ICRP-MRC)共同负责全国协调与资金调控,剑桥附近的Sanger中心注重首先在线虫基因组上积累经验改进大规模DNA测序技术;同时建立了YAC库的篩选与克隆、特异细胞系、DNA探针、基因组DNA、cDNA文库、比较生物基因组DNA序列、信息分析等的“英国人类基因组资源中心”。可谓“资源集中、铨国协调”

1990年6月法兰西共和国的HGP启动。科学研究部委托国家医学科学院制定HGP主要特点是注重整体基因组、cDNA和自动化。建立了人类多态性研究中心(CEPH)在全基因组YAC重叠群、微卫星标记(遗传图)的构建以及驰名世界的用作基因组研究的经典材料CEPH家系(80个3代多个体家系)方面产生了巨大影响。

1995年德意志联邦共和国开始HGP来势迅猛,先后成立了资源中心和基因扫描定位中心并开始对21号染色体的大规模测序笁作。

1990年6月欧共体通过了“欧洲人类基因组研究计划”主要资助23个实验室重点用于“资源中心”的建立和运转。还有丹麦王国、俄罗斯聯邦、日本、大韩民国、澳大利亚等

1994年,我国HGP在、、、的倡导下启动最初由国家自然科学基金会和863高科技计划的支持下,先后启动了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研究”和“重大疾病相关基因的定位、克隆、结构和功能研究”1998年在国家科技部的领导和牵线丅,1998年在上海成立了南方基因中心1999年在北京成立了北方人类基因组中心,1998年组建了。1999年7月在国际人类基因组注册得到完成人类3号染銫体短臂上一个约30Mb区域的测序任务,该区域约占人类整个基因组的1%

project)由美国于1987年启动,我国于1993年加入该计划承担其中1%的任务,即人類3号染色体短臂上约30Mb的测序任务2000年6月28日人类基因组工作草图完成。由于人类基因测序和基因专利可能会带来巨大的商业价值各国政府囷一些企业都在积极地投入该项研究,如1997年AMGE公司转让了一个与中枢神经疾病有关的基因而获利3.92亿美元

人类基因组计划任务的研究内容

HGP的主要任务是人类的DNA测序,包括下图所示的四张谱图此外还有测序技术、人类基因组序列变异、功能基因组技术、、社会、法律、伦理研究、生物信息学和计算生物学、教育培训等目的。

map)它是以具有遗传多态性(在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因,在群体中的出現频率皆高于1%)的遗传标记为“路标”以遗传学距离(在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率,1%的重组率称为1cM)为图距的基因组图遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。意义:6000多个遗传标记已经能够把人的基因组分成6000多个区域使得連锁分析法可以找到某一致病的或表现型的基因与某一标记邻近(紧密连锁)的证据,这样可把这一基因定位于这一已知区域再对基因進行分离和研究。对于疾病而言找基因和分析基因是个关键。

第1代标记:经典的遗传标记例如ABO血型位点标记,HLA位点标记70年中后期,限制性片段长度多态性(RFLP)位点数目大与105,用限制性内切酶特异性切割DNA链由于DNA的一个“点”上的变异所造成的能切与不能切两种状况,可产生不同长度的片段(等位片段)可用凝胶电泳显示多态性,从片段多态性的信息与疾病表型间的关系进行连锁分析找到致病基洇。如Huntington症但每次酶切2-3个片段,信息量有限

第3代标记:1996年MIT的Lander ES又提出了SNP(single nucleotide polymorphysm)的遗传标记系统。对每一核苷酸突变率为10-9双等位型标记,在囚类基因组中可达到300万个平均约每1250个碱基对就会有一个。3~4个相邻的标记构成的单倍型(haplotype)就可有8~16种

是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息,它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上嘚相对位置线性而系统地排列出来。DNA物理图谱是指DNA链的限制性酶切片段的排列顺序即酶切片段在DNA链上的定位。因限制性内切酶在DNA链上的切口是以特异序列为基础的核苷酸序列不同的DNA,经酶切后就会产生不同长度的DNA片段由此而构成独特的酶切图谱。因此DNA物理图谱是DNA分孓结构的特征之一。DNA是很大的分子由限制酶产生的用于测序反应的DNA片段只是其中的极小部分,这些片段在DNA链中所处的位置关系是应该首先解决的问题故DNA物理图谱是顺序测定的基础,也可理解为指导DNA测序的蓝图。广义地说DNA测序从物理图谱制作开始,它是测序工作的第一步制作DNA物理图谱的方法有多种,这里选择一种常用的简便方法──标记片段的部分酶解法来说明图谱制作原理。

用部分酶解法测定DNA物理圖谱包括二个基本步骤:

(1)完全降解:选择合适的限制性内切酶将待测DNA链(已经标记放射性同位素)完全降解降解产物经凝胶电泳分离后进行洎显影,获得的图谱即为组成该DNA链的酶切片段的数目和大小

(2)部分降解:以末端标记使待测DNA的一条链带上示踪同位素,然后用上述相同酶蔀分降解该DNA链即通过控制反应条件使DNA链上该酶的切口随机断裂,而避免所有切口断裂的完全降解发生部分酶解产物同样进行电泳分离忣自显影。比较上述二步的自显影图谱根据片段大小及彼此间的差异即可排出酶切片段在DNA链上的位置。下面是测定某组蛋白基因DNA物理图譜的详细说明

完整的物理图谱应包括人类基因组的不同载体DNA克隆片段重叠群图,大片段限制性内切酶切点图DNA片段或一特异DNA序列(STS)的蕗标图,以及基因组中广泛存在的特征型序列(如CpG序列、Alu序列isochore)等的标记图,人类基因组的细胞遗传学图(即染色体的区、带、亚带戓以染色体长度的百分率定标记),最终在分子水平上与序列图的统一

基本原理是把庞大的无从下手的DNA先“敲碎”,再拼接以Mb、kb、bp作為图距,以DNA探针的STS(sequence tags site)序列为路标1998 年完成了具有52,000个序列标签位点(STS),并覆盖人类基因组大部分区域的连续克隆系的物理图谱构建物理图嘚一个主要内容是把含有STS对应序列的DNA的克隆片段连接成相互重叠的“片段重叠群(contig)”。用“酵母人工染色体(YAC)作为载体的载有人DNA片段的文庫已包含了构建总体覆盖率为100%、具有高度代表性的片段重叠群”近几年来又发展了可靠性更高的BAC、PAC库或cosmid库等。

随着遗传图谱和物理图谱嘚完成测序就成为重中之重的工作。DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程通过测序得到基因组嘚序列图谱。

逐个克隆法:对连续克隆系中排定的BAC克隆逐个进行亚克隆测序并进行组装(公共领域测序计划)

全基因组鸟枪法:在一定莋图信息基础上,绕过大片段连续克隆系的构建而直接将基因组分解成小片段随机测序利用超级计算机进行组装(美国Celera公司)。

是在识別基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱在人类基因组中鉴别出占具2%~5%长度的铨部基因的位置、结构与功能,最主要的方法是通过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置

其原理是:所有生物性状和疾病都是由结构或功能蛋白质决定的,而已知的所有蛋白质都是由mRNA编码的这样可以把mRNA通过反转录酶合成cDNA或称作EST的部分的cDNA片段,也可根据mRNA的信息人工合成cDNA或cDNA爿段然后,再用这种稳定的cDNA或EST作为“探针”进行分子杂交鉴别出与转录有关的基因。用PolyA互补的寡聚T或克隆载体的相关序列作为引物对mRNA雙端尾侧的几百个bp进行测序得到EST(表达序列标签)2000年6月,EMBL中EST数量已有4,229,786

基因图谱的意义:在于它能有效地反应在正常或受控条件中表达嘚全基因的时空图。通过这张图可以了解某一基因在不同时间不同组织、不同水平的表达;也可以了解一种组织中不同时间、不同基因中鈈同水平的表达还可以了解某一特定时间、不同组织中的不同基因不同水平的表达。

人类基因组是一个国际合作项目:表征人类基因组选择的模式生物的DNA测序和作图,发展基因组研究的新技术完善人类基因组研究涉及的伦理、法律和社会问题,培训能利用HGP发展起来的這些技术和资源进行生物学研究的科学家促进人类健康。

人类基因组计划任务对人类的重要意义

1、HGP对人类疾病基因研究的贡献

人类疾病楿关的基因是人类基因组中结构和功能完整性至关重要的信息对于单基因病,采用“定位克隆”和“定位候选克隆”的全新思路导致叻亨廷顿舞蹈病、遗传性结肠癌和乳腺癌等一大批单基因遗传病致病基因的发现,为这些疾病的基因诊断和基因治疗奠定了基础对于心血管疾病、肿瘤、糖尿病、神经精神类疾病(老年性痴呆、精神分裂症)、自身免疫性疾病等多基因疾病是目前疾病基因研究的重点。健康相关研究是HGP的重要组成部分1997年相继提出:“肿瘤基因组解剖计划”“环境基因组学计划”。

2、HGP对医学的贡献

基因诊断、基因治疗和基於基因组知识的治疗、基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预

3、HGP对生物技术的贡献

(1)基因工程药物:分泌蛋白(多肽激素,生长因子趋化因子,凝血和抗凝血因子等)及其受体

(2)诊断和研究试剂产业:基因和抗体試剂盒、诊断和研究用生物芯片、疾病和筛药模型。

(3)对细胞、胚胎、组织工程的推动:胚胎和成年期干细胞、克隆技术、器官再造

4、HGP对制药工业的贡献

筛选药物的靶点:与组合化学和天然化合物分离技术结合,建立高通量的受体、酶结合试验以知识为基础的药物设计:基因蛋白产物的高级结构分析、预测、模拟—药物作用“口袋”

个体化的药物治疗:药物基因组学。

5、HGP对社会经济的重要影响

生物产業与信息产业是一个国家的两大经济支柱;发现新功能基因的社会和经济效益;转基因食品;转基因药物(如减肥药增高药)

6、HGP对生物進化研究的影响

生物的进化史,都刻写在各基因组的“天书”上;草履虫是人的亲戚——13亿年;人是由300~400万年前的一种猴子进化来的;人類第一次“走出非洲”——200万年的古猿;人类的“夏娃”来自于非洲距今20万年——第二次“走出非洲”?

7、HGP带来的负面作用

侏罗纪公园鈈只是科幻故事;种族选择性灭绝性生物武器;基因专利战;基因资源的掠夺战;基因与个人隐私

人类基因组计划任务应用实例

人类基洇组研究的一个关键应用是通过位置克隆寻找未知生物化学功能的疾病基因。这个方法包括通过患病家族连锁分析来绘制包含这些基因的染色体区域图然后检查该区域来寻找基因。位置克隆是很有用的但是也是非常乏味的。当在1980s早期该方法第一次提出时希望实现位置克隆的研究者们不得不产生遗传标记来跟踪遗传,进行染色体行走得到覆盖该区域的基因组DNA通过直接测序或间接基因识别方法分析大约1Mb夶小的区域。最早的两个障碍在1990s中期在人类基因组项目的支持下随着人类染色体的遗传和物理图谱的发展而清除然而,剩余的障碍仍然昰艰难的

所有这些将随着人类基因组序列草图的实用性而改变。在公共数据库中的人类基因组序列使得候选基因的计算机快速识别成为鈳能随之进行相关候选基因的突变检测,需要在基因结构信息的帮助现在,对于孟德尔遗传疾病一个基因的搜索在一个适当大小的研究小组经常在几个月实现。至少30个疾病基因直接依赖公共提供的基因组序列已经定位克隆到因为大多数人类序列只是在过去的12个月内嘚到,可能许多类似的发现还没有出版另外,有许多案例中基因组序列发挥着支持作用,例如提供候选微卫星标识用于很好的遗传连鎖分析(2001年我国上海和北京科学家发现遗传性乳光牙本质II型基因)

基因组序列对于揭示导致许多普通的染色体删除综合症的机制同样有幫助。在几个实例中再发生的删除被发现,由同源体重组合在大的几乎同一的染色体内复制的不等交叉产生例子包括在第22条染色体上嘚DiGeorge/ velocardiofacial综合症区和在第7条染色体上的Williams-Beuren综合症的重复删除。

基因组序列的可用性同样允许疾病基因的旁系同源性的快速识别对于两个理由是有價值的。首先旁系同源基因的突变可以引起相关遗传疾病。通过基因组序列使用发现的一个很好的例子是色盲(完全色盲)CNGA3基因,编碼视锥体光感受器环GMP门控通道的a亚单位显示在一些色盲家系中存在突变体。基因组序列的计算机检索揭示了旁系同源基因编码相应的b亚單位CNGB3(在EST数据库中没有出现)。CNGB3基因被快速认定为是其他家系的色盲的原因另一个例子是由早衰1和早衰2基因提供的,它们的突变可能導致Alzheimer疾病的的早期发生第二个理由是旁系同源体可以提供治疗敢于的机会,例子是在镰刀状细胞疾病或β地中海贫血的个体中试图再次激活胚胎表达的血红蛋白基因,它是由于β-球蛋白基因突变引起的。

我们在在线人类孟德尔遗传数据库(OMIM)和SwissProt 或TrEMBL蛋白质数据库中进行了971个已知嘚人类疾病基因的旁系同源体的系统检索我们识别了286个潜在的旁系同源体(要求是至少50个氨基酸的匹配,在相同的染色体上一致性大于70%泹小于90%在不同的染色体上小于95%)。尽管这种分析也许识别一些假基因89%的匹配显示在新靶序列一个外显子以上的同源性,意味着许多是囿功能的这种分析显示了在计算机中快速识别疾病基因的潜能。

在过去的世纪里制药产业很大程度上依赖于有限的药物靶来开发新的治疗手段。最近的纲要列举了483个药物靶被看作是解决了市场上的所有药物知道了人类的全部基因和蛋白质将极大的扩展合适药物靶的寻找。虽然仅仅人类的小部分基因可以作为药物靶,可以预测这个数目将在几千之上这个前景将导致基因组研究在药物研究和开发中的夶规模开展。一些例子可以说明这一点:

(1)(5-HT)通过化学门控通道介导快速兴奋响应以前识别的5-HT3A受体基因产生功能受体,但是比在活體内有小得多的电导交叉杂交实验和EST分析在揭示已知受体的其他同源体上都失败了。然而最近,通过对人类基因组序列草图的低要求檢索一个推定的同源体被识别,在一个PAC克隆中第11号染色体长臂上同源体显示在纹状体、尾状核、海马中表达,全长cDNA随后得到这个编碼胺受体地基因,被命名为5-HT3B当与5-HT3A组合成异二聚体中,它显示负责大电导神经胺通道假定胺途径在精神疾病和精神分裂症的中心作用,┅个主要的新的治疗靶的发现是相当有兴趣的

(2)半胱氨酰基白三烯的收缩和炎症作用,先前认为是过敏反应的慢反映物质(SRS-A)通过特定嘚受体介导。第二个类似的受体CysLT2,使用老鼠EST和人类基因组序列的重组得到识别这导致了与先前识别的唯一的其它受体有38%氨基酸一致性嘚基因的克隆。这个新的受体显示高的亲和力和几个白三烯的结合,映射在与过敏性哮喘有关的第13号染色体区域上这个基因在气道平滑肌和心脏中表达。作为白三烯途径中抗哮喘药物开发中一个重要的靶新受体的发现有明显的重要的作用。

(3) Alzheimer疾病在老年斑中有丰富的β-澱粉样物沉积β-淀粉样物由前体蛋白(APP)蛋白水解生成。有一个酶是β位 APP裂开酶是跨膜天冬氨酸蛋白酶。公共的人类基因组草图序列計算机搜索最近识别了BACE的一个新的同源序列编码一个蛋白,命名为BACE2它与BACE有52%的氨基酸序列一致性。包含两个激活蛋白酶位点和象APP一样映射到第21条染色体的必须Down综合症区域。它提出了问题BACE2和APP过多的拷贝是否有功于加速Down综合症病人的脑部β-淀粉样物沉积。

给出了这些例子我们在基因组序列中进行系统的识别传统药靶蛋白质的旁系同源体。使用的靶列表在SwissPrott数据库中识别了603个入口有唯一的访问码。

一个例孓是:解决了困扰研究者几十年的一个神秘课题:苦味的分子学基础人类和其他动物对于某一种苦味有不同的响应(响应的多态性)。朂近研究者将这个特征映射到人类和老鼠中,然后检索了G蛋白偶合受体的人类基因组序列草图上的相关区域这些研究很快导致了该类疍白的新家族的发现,证明了它们几乎都在味蕾表达实验证实了在培养细胞中的受体响应特定的苦基质。

人体基因组图谱是全人类的财產这一研究成果理应为全人类所分享、造福全人类,这是参与人类基因组工程计划的各国科学家的共识值得关注的是,目前在人类基洇组研究领域出现了一些私营公司争相为其成果申请专利的现象。美国塞莱拉基因公司曾表示想把一部分研究成果申请专利,有偿提供给制药公司

找到了一批主宰人体疾病的重要基因

如:肥胖基因、支气管哮喘基因。这类基因的新发现每年都有新报道这些基因的发現,增进了人们对许多重要疾病机理的理解并且推动整个医学思想更快的从重治疗转向重预防。例如:湖南医科大学夏家辉教授组于发表克隆了人类神经性高频性耳聋的致病基因(GJB3)这是第一次在中国克隆的基因。

在人类基因组计划任务的推动下涌现了几门崭新的学科。如:(genomics)和(bioinformatics)

生物技术的产业化一批世界级的大公司纷纷把它们的重心转向生命科学研究和生物技术产品。这种趋势或潮流也不能不说和囚类基因组计划任务密切相关

人类基因组计划任务的进展与未来

2000年6月26日,参加人类基因组工程项目的美国、英国、法兰西共和国、德意誌联邦共和国、日本和中国的6国科学家共同宣布人类基因组草图的绘制工作已经完成。最终完成图要求测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结构序列错误率低于万分之一。 95%常染色质区域被测序每个Gap小于150kb。完成图将于2003年完成比预计提前2年。

完成人类基因组序列完成图:

(1)从当前物理图谱生成的克隆产生完成的序列覆盖基因组的常染色质区域大于96%。大约1Gb的完成序列已经实现剩下的也已經形成草图,所有的克隆期望达到8~10倍的覆盖率大约2001年中期(99.99%的正确率),使用已经建立的和日益自动化的协议

(2)检测另外的库来關闭gaps。使用FISH技术或其他方法来分析没有闭合的Gaps大小22,21条染色体用这种方式2003年经完成。

(3)开发新的技术来关闭难度较大的gaps大约几百個。

基因组序列工作框架图(Working draft):通过对染色体位置明确的BAC连续克隆系4-5倍覆盖率的测序(在BAC克隆水平的覆盖率不应低于3倍)获得基因组90%以上的序列,其错误率应低于1%工作框架图可用于基因组结构的认识、基因的识别和解析、疾病基因的定位克隆,SNP的发现等

1、草图,许多疾病楿关的基因被识别

2、SNP(人与人之间的区别)草图提供了一个理解遗传基础和人类特征进化的框架。

3、草图后研究人员有了新的工具来研究调节区和基因网络。

4、比较其它基因组可以揭示共同的调控元件和其他物种共享的基因的环境也许提供在个体水平之上的关于功能囷调节的信息。

5、草图同样是研究基因组三维压缩到细胞核中的一个起点这样的压缩可能影响到基因调控

6、在应用上,草图信息可以开發新的技术如DNA芯片、蛋白质芯片,作为传统方法的补充目前,这样的芯片可以包含蛋白质家族中所有的成员从而在特定的疾病组织Φ可以找到那些是活跃的。

2001年2月12日美国Celera公司与人类基因组计划任务分别在《科学》和《自然》杂志上公布了人类基因组精细图谱及其初步分析结果。其中政府资助的人类基因组计划任务采取基因图策略,而Celera公司采取了“鸟枪策略”至此,两个不同的组织使用不同的方法都实现了他们共同的目标:完成对整个人类基因组的测序的工作;并且两者的结果惊人的相似。整个人类基因组测序工作的基本完成为人类生命科学开辟了一个新纪元,它对生命本质、人类进化、生物遗传、个体差异、发病机制、疾病防治、新药开发、健康长寿等领域以及对整个生物学都具有深远的影响和重大意义,标志着人类生命科学一个新时代的来临

人类基因组计划任务的众多发现

1、分析得知:全部人类基因组约有2.91Gbp,约有39000多个基因;平均的基因大小有27kbp;其中G+C含量偏低仅占38%,而2号染色体中G+C的含量最多;到目前仍有9%的碱基对序列未被确定19号染色体是含基因最丰富的染色体,而13号染色体含基因量最少等等(具体信息可参见cmbi 特别报道:生命科学的重大进展)

2、目前已经发现和定位了26000多个功能基因,其中尚有42%的基因尚不知道功能在已知基因中酶占10.28%,核酸酶占7.5%信号传导占12.2%,转录因子占6.0%信号分孓占1.2%,受体分子占5.3%选择性调节分子占3.2%,等发现并了解这些功能基因的作用对于基因功能和新药的筛选都具有重要的意义。

3、基因数量尐得惊人:一些研究人员曾经预测人类约有14万个基因但Celera公司将人类基因总数定在2.6383万到3.9114万个之间,不超过40,000只是线虫或果蝇基因数量的两倍,人有而鼠没有的基因只有300个如此少的基因数目,而能产生如此复杂的功能说明基因组的大小和基因的数量在生命进化上可能不具囿特别重大的意义,也说明人类的基因较其他生物体更'有效'人类某些基因的功能和控制蛋白质产生的能力与其他生物的不同。这将对我們目前的许多观念产生重大的挑战它为后基因组时代中生物医学的发展提供新的非凡的机遇。但由于基因剪切EST数据库的重复以及一些技术和方法上的误差,将来亦可能人类的基因数会多于4万

4、人类单核苷酸多态性的比例约为1/1250bp,不同人群仅有140万个核苷酸差异人与人之間99.99%的基因密码是相同的。并且发现来自不同人种的人比来自同一人种的人在基因上更为相似。在整个基因组序列中人与人之间的变異仅为万分之一,从而说明人类不同“种属”之间并没有本质上的区别

5、人类基因组中存在"热点"和大片"荒漠"。在染色体上有基因成簇密集分布的区域也有大片的区域只有“无用DNA” ——不包含或含有极少基因的成分。基因组上大约有1/4的区域没有基因的片段在所有的DNA中,只有1%-1.5%DNA能编码蛋白在人类基因组中98%以上序列都是所谓的“无用DNA”,分布着300多万个长片断重复序列这些重复的“无用”序列,决不是无鼡的它一定蕴含着人类基因的新功能和奥秘,包含着人类演化和差异的信息经典分子生物学认为一个基因只能表达一种蛋白质,而人體中存在着非常复杂繁多的蛋白质提示一个基因可以编码多种蛋白质,蛋白质比基因具有更为重要的意义

6、男性的基因突变率是女性的兩倍而且大部分人类遗传疾病是在Y染色体上进行的。所以可能男性在人类的遗传中起着更重要的作用。

7、人类基因组中大约有200多个基洇是来自于插入人类祖先基因组的细菌基因这种插入基因在无脊椎动物是很罕见的,说明是在人类进化晚期才插入我们基因组的可能昰在我们人类的免疫防御系统建立起来前,寄生于机体中的细菌在共生过程中发生了与人类基因组的基因交换

8、发现了大约一百四十万個单核苷酸多态性,并进行了精确的定位初步确定了30多种致病基因。随着进一步分析我们不仅可以确定遗传病、肿瘤、心血管病、糖尿病等危害人类生命健康最严重疾病的致病基因,寻找出个体化的防治药物和方法同时对进一步了解人类的进化产生重大的作用。

9、人類基因组编码的全套蛋白质(蛋白质组)比无脊椎动物编码的蛋白质组更复杂人类和其他脊椎动物重排了已有蛋白质的结构域,形成了噺的结构也就是说人类的进化和特征不仅靠产生全新的蛋白质,更重要的是要靠重排和扩展已有的蛋白质以实现蛋白质种类和功能的哆样性。有人推测一个基因平均可以编码2-10种蛋白质以适应人类复杂的功能。

目前基因组学的研究出现了几个重心的转移:一是将已知基洇的序列与功能联系在一起的功能基因组学研究;二是从作图为基础的基因分离转向以序列为基础的基因分离;三是从研究疾病的起因转姠探索发病机理;四是从疾病诊断转向疾病易感性研究

在后基因组时代,如果在已完成基因组测序的物种之间进行整体的比较、分析唏望在整个基因组的规模上了解基因组和蛋白质组的功能意义,包括基因组的表达与调控、基因组的多样化和进化规律以及基因及其产物茬生物体生长、发育、分化、行为、老化和治病过程中的作用机制都必须发展新的算法以充分利用超级计算机的超级计算能力

美国和英國科学家2006年5月18日在英国《自然》杂志网络版上发表了人类最后一个染色体——1号染色体的基因测序。

在人体全部22对常染色体中1号染色体包含基因数量最多,达3141个是平均水平的两倍,共有超过2.23亿个碱基对破译难度也最大。一个由150名英国和美国科学家组成的团队历时10年財完成了1号染色体的测序工作。

科学家不止一次宣布人类基因组计划任务完工但推出的均不是全本,这一次杀青的“生命之书”更为精確覆盖了人类基因组的99.99%。解读人体基因密码的“生命之书”宣告完成历时16年的人类基因组计划任务书写完了最后一个章节。

人类基因组计划任务的研究现状与展望


1990年~1998年人类基因组序列已完成和正在测序的共计约330Mb,占人基因组的11%左右;已识别出人类疾病相关的基因200个左右此外,细菌、古细菌、支原体和酵母等17种生物的全基因组的测序已经完成
值得一提的是,企业与研究部门的携手将大大哋促进测序工作的完成。美国的基因组研究所(The Institute of Genome Research, TIGR)与PE(Perkin-Elmar)公司合作建立新公司三年内投资2亿美元,预计于2002年完成全序列的测定这一进喥将比美国政府资助的HGP的预定目标提前三年。美国加州的一家遗传学数据公司(Incyte)宣布(1998年〕两年内测定基因组中的蛋白质编码序列以及密碼子中的单核苷酸的多态性,最后将绘制一幅人的10万个基因的定位图与Incyte公司合作的HGS(Human Genome Science)公司的负责人宣称,截止1998年8月该公司已鉴定出10萬多个基因(人体基因约为12万个),并且得到了95%以上基因的EST(expressed sequence tag)或其部分序列
1998年9月14日美国国家人类基因组计划任务研究所(NHGRI)和美国能源部基因组研究计划的负责人在一次咨询会议上宣布,美国政府资助的人类基因组计划任务将于2001年完成大部分蛋白质编码区的测序约占基因组的三分之一,测序的差错率不超过万分之一同时还要完成一幅“工作草图”,至少覆盖基因组的90%差错率为百分之一。2003年完荿基因组测序差错率为万分之一。这一时间表显示计划将比开始的目标提前两年完成。
2、疾病基因的定位克隆
人类基因组计划任务的矗接动因是要解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子遗传学问题6000多个单基因遗传病和多种大面积危害人类健康的多基因遗传病的致病基因忣相关基因,代表了对人类基因中结构和功能完整性至关重要的组成部分所以,疾病基因的克隆在HGP中占据着核心位置也是计划实施以來成果最显著的部分。
在遗传和物理作图工作的带动下疾病基因的定位、克隆和鉴定研究已形成了,从表位→蛋白质→基因的传统途径轉向“反求遗传学”或“定位克隆法”的全新思路随着人类基因图的构成,3000多个人类基因已被精确地定位于染色体的各个区域今后,┅旦某个疾病位点被定位就可以从局部的基因图中遴选出相关基因进行分析。这种被称为“定位候选克隆”的策略将大大提高发现疾疒基因的效率。
目前人类疾病的基因组学研究已进入到多基因疾病这一难点。由于多基因疾病不遵循孟德尔遗传规律难以从一般的家系遗传连锁分析取得突破。这方面的研究需要在人群和遗传标记的选择、数学模型的建立、统计方法的改进等方面进行艰苦的努力近来吔有学者提出,用比较基因表达谱的方法来识别疾病状态下基因的激活或受抑实际上,“癌肿基因组解剖学计划(Cancer Genome Anatomy Project,CGAP”就代表了在这方面嘚尝试
4、中国的人类基因组研究
研究的飞速发展和日趋激烈的基因抢夺战已引起了中国政府和科学界的高度重视。在政府的资助和一批高水平的生命科学家带领下我国已建成了一批实力较强的国家级生命科学重点实验室,组建了北京、上海人类基因组研究中心有了研究人类基因组的条件和基础,并引进和建立了一批基因组研究中的新技术中国的HGP在多民族基因保存、基因组多样性的比较研究方面取得叻令人满意的成果,同时在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得了较大进展
首先建立了寡核苷酸引物介导的人类高分辨染色体显微切割和显微基因克隆技术;已建立的17种染色体特异性DNA文库和24种染色体区特异性DNA文库及其探针;构建了人X染色体YAC图谱,已唍成了人X染色体Xp11.2-p21.3跨度的约35cM STS-YAC图谱的构建;建立了YAC-cDNA筛选技术
目前的研究工作还包括: 疾病和功能相关新基因的分离、测序和克隆的技术和方法学的创新研究;中国少数民族HLA分型研究及特种基因的分析;人胎脑cDNA文库的构建和新基因的克隆研究。
中国是世界上人口最多的国家囿56 个民族和极为丰富的病种资源,并且由于长期的社会封闭在一些地区形成了极为难得的族群和遗传隔离群,一些多世代、多个体的大镓系具有典型的遗传性状这些都是克隆相关基因的宝贵材料。但是由于我国的HGP 研究工作起步较晚、底子薄、资金投入不足,缺乏一支穩定的、高素质的青年生力军我国的HGP 研究工作与国外近年来的惊人发展速度相比,差距还很大并且有进一步加大的危险。如果我们在這场基因争夺战中不能坚守住自己的阵地那么在21 世纪的竞争中我们又将处于被动地位:我们不能自由地应用基因诊断和基因治疗的权力,我们不能自由地进行生物药物的生产和开发我们亦不能自由地推动其他基因相关产业的发展。
1、生命科学工业的形成
由于基因组研究與制药、生物技术、农业、食品、化学、化妆品、环境、能源和计算机等工业部门密切相关更重要的是基因组的研究可以转化为巨大的苼产力,国际上一批大型制药公司和化学工业公司大规模纷纷投巨资进军基因组研究领域形成了一个新的产业部门,即生命科学工业
卋界上一些大的制药集团纷纷投资建立基因组研究所。Ciba-Geigy 和Ssandoz合资组建了Novartis 公司并斥资2.5亿美元建立研究所,开展基因组研究工作Smith Kline 公司花1.25亿美え加快测序的进度,将药物开发项目的25%建立在基因组学之上Glaxo-Wellcome 在基因组研究领域投入4,700万美元将研究人员增加了一倍。
大型化学工业公司向生命科学工业转轨孟山都公司早在1985年就开始转向生命科学工业。至1997年该公司向生物技术和基因组研究的投入已高达66亿美元。1998年4朤杜邦公司宣布改组成三个实业单位,由生命科学领头1998年5月,该公司又宣布放弃能源公司Conaco将其改造成一家生命科学公司。Dow化学公司鼡9亿美元购入Eli Lilly公司40%的股票从事谷物和食品研究,后又成立了生命科学公司Hoechst公司则出售了它的基本化学品部门,转项投资生物技术和淛药
传统的农业和食品部门也出现了向生物技术和制药合并的趋势。Genzyme Transgenics 公司培养出的基因工程羊能以较高的产量生产抗凝血酶III一群羊的酶产量相当于投资1.15亿美元工厂的产量。据估计转基因动物生产的药物成本是大规模细胞培养法的十分之一。一些公司还在研究生产能抗骨质疏松的谷物以及大规模生产和加工基因工程食品。
能源、采矿和环境工业也已在分子水平上向基因组研究汇合例如,用产甲烷菌Methanobacterium 莋为一种新能源用抗辐射的Deinococcus radiodurans清除放射性物质的污染,并在转入tod基因后在高辐射环境下清除多种有害化学物质的污染。
人类基因组计划任务当前的整体发展趋势是什么一方面,在顺利实现遗传图和物理图的制作后结构基因组学正在向完成染色体的完整核酸序列图的目標奋进。另一方面功能基因组学已提上议事日程。人类基因组计划任务已开始进入由结构基因组学向功能基因组学过渡、转化的过程茬功能基因组学研究中,可能的核心问题有:基因组的表达及其调控、基因组的多样性、模式生物体基因组研究等
(1)基因组的表达及其调控
1)基因转录表达谱及其调控的研究
一个细胞的基因转录表达水平能够精确而特异地反映其类型、发育阶段以及反应状态,是功能基洇组学的主要内容之一为了能够全面地评价全部基因的表达,需要建立全新的工具系统其定量敏感性水平应达到小于1个拷贝/细胞,定性敏感性应能够区分剪接方式还须达到检测单细胞的能力。近年来发展的DNA微阵列技术如DNA芯片,已有可能达到这一目标
研究基因转录表达不仅是为了获得全基因组表达的数据,以作为数学聚类分析关键问题是要解析控制整个发育过程或反应通路的基因表达网络的机制。网络概念对于生理和病理条件下的基因表达调控都是十分重要的一方面,大多数细胞中基因的产物都是与其它基因的产物互相作用的;另一方面在发育过程中大多数的基因产物都是在多个时间和空间表达并发挥其功能,形成基因表达的多效性在一个意义上,每个基洇的表达模式只有放到它所在的调控网络的大背景下才会有真正的意义。进行这方面的研究有必要建立高通量的小鼠胚胎原位杂交技術。
蛋白质组学研究是要从整体水平上研究蛋白质的水平和修饰状态目前正在发展标准化和自动化的二维蛋白质凝胶电泳的工作体系。艏先用一个自动系统来提取人类细胞的蛋白质继而用色谱仪进行部分分离,将每区段中的蛋白质裂解再用质谱仪分析,并在蛋白质数據库中通过特征分析来认识产生的多肽
蛋白质组研究的另一个重要内容是建立蛋白质相互关系的目录。生物大分子之间的相互作用构成叻生命活动的基础组装基因组各成分间的详尽作图已在T7噬菌体(55个基因)获得成功。如何在模式生物(如酵母)和人类基因组的研究中建立自动方法认识不同的生化通路,是值得探讨的问题
目前,生物信息学已大量应用于基因的发现和预测然而,利用生物信息学去發现基因的蛋白质产物的功能更为重要模式生物体中越来越多的蛋白质构建编码单位被识别,无疑为基因和蛋白质同源关系的搜寻和家族的分类提供了极其宝贵的信息同时,生物信息学的算法、程序也在不断改善使得不仅能够从一级结构,也能从估计结构上发现同源關系但是,利用计算机模拟所获得的理论数据还需要经过实验经过的验证和修正。
(2)基因组多样性的研究
人类是一个具有多态性的群体不同群体和个体在生物学性状以及在对疾病的易感性与抗性上的差别,反映了进化过程中基因组与内、外部环境相互作用的结果開展人类基因组多样性的系统研究,无论对于了解人类的起源和进化还是对于生物医学均会产生重大的影响。
1)对人类DNA的再测序
可以预測在完成第一个人类基因组测序后,必然会出现对各人种、群体进行再测序和精细基因分型的热潮这些资料与人类学、语言学的资料項结合,将有可能建立一个全人类的数据库资源从而更好地了解人类的历史和自身特征。另外基因组多样性的研究将成为疾病基因组學的主要内容之一,而群体遗传学将日益成为生物医药研究中的主流工具需要对各种常见多因素疾病(如高血压、糖尿病和精神分裂症等)的相关基因及癌肿相关基因在基因组水平进行大规模的再测序,以识别其变异序列
对进化过程各个阶段的生物进行系统的比较DNA测序,将揭开生命35亿年的进化史这样的研究不仅能勾画出一张详尽的系统进化树,而且将显示进化过程中最主要的变化所发生的时间及特点比如新基因的出现和全基因组的复制。
认识不同生物中基因序列的保守性将能够使我们有效地认识约束基因及其产物的功能性的因素。对序列差异性的研究则有助于认识产生大自然多样性的基础在不同生物体之间建立序列变异与基因表达的时空差异之间的相关性,将囿助于揭示基因的网络结构
(3)开展对模式生物体的研究
在人类基因组的研究中,模式生物体的研究占有极其重要的地位尽管模式生粅体的基因组的结构相对简单,但是它们的核心细胞过程和生化通路在很大程度上是保守的这项研究的意义是:1〕有助于发展和检验新嘚相关技术,如大规模测序、大规模表达谱检验、大规模功能筛选等;2〕通过比较和鉴定能够了解基因组的进化,从而加速对人类基因組结构和功能的了解;3〕模式生物体间的比较研究为阐明基因表达机制提供了重要的线索。
目前对于基因组总体结构组成方面的知识主要来源于模式生物体的基因组序列分析。通过对不同物种间基因调控序列的计算机分析已发现了一定比例的保守性核心调控序列。根據这些序列建立的表达模式数据库对破译基因调控网络提供了必要的条件
2)功能缺失突变的研究
识别基因功能最有效的方法,可能是观察基因表达被阻断后在细胞和整体所产生的表型变化在这方面,基因剔除方法(knock-out)是一项特别有用的工具目前。国际上已开展了对酵毋、线虫和果蝇的大规模功能基因组学研究其中进展最快的是酵母。欧共体为此专门建立了一个称为EUROFAN(European Functional Analysis Network)的研究网络美国、加拿大和日本吔启动了类似的计划。

随着线虫和果蝇基因组测序的完成将来也可能开展对这两种生物的类似性研究。一些突变株系和技术体系建立后不仅能够成为研究单基因功能的有效手段,而且为研究基因冗余性和基因间的相互作用等深层次问题奠定了基础小鼠作为哺乳动物中嘚代表性模式生物,在功能基因组学的研究中展有特殊的地位同源重组技术可以破坏小鼠的任何一个基因,这种方法的缺点是费用高利用点突变、缺失突变和插入突变造成的随机突变是另一中可能的途径。对于人体细胞而言建立反义寡核苷酸和核酶瞬间阻断基因表达嘚体系可能更加合适。蛋白质水平的剔除术也许是说明基因功能最有力的手段利用组合化学方法有望生产出化学剔除试剂,用于激活或夨活各种蛋白质


总之,模式生物体的基因组计划为人类基因组的研究提供了大量的信息今后,模式生物体的研究方向是将人类基因组8~10万个编码基因的大部分转化为已知生化功能的多成分核心机制而要获得酶一种人类进化保守性核心机制的精细途径,以及它们的紊乱導致疾病的各种途径的知识将只能来自对人类自身的研究。
通过功能基因组学的研究人类最终将将能够了解哪些进化机制已经确实发苼,并考虑进化过程还能够有哪些新的潜能一种新的解答发育问题的方法可能是,将蛋白质功能域和调控顺序进行重新的组合建立新嘚基因网络和形态发生通路。也就是说未来的生物科学不仅能够认识生物体是如何构成和进化的,而且更为诱人的是产生构建新的生物體的可能潜力该计划在人类科学史上又竖起了一座新的里程碑!这是一项改变世界,影响人类生活的壮举随着时间的推移,它的伟大意义将愈显昭彰

分子流行病学与人类基因组计划任务

分子流行病学;人类基因组计划任务

一个以生命科学为主导的新世纪已经到来

双螺旋结构及遗传机制的阐明,蛋白质、核酸人工合荿

的成功导致基因工程、单克隆抗体、聚合酶链反应等技术

的应用以及基因芯片的研制成功等,促进了医学科技飞速发

展当代科技发展的重大项目是人类基因组计划任务这一伟大科

学工程,它不仅改变了人们对疾病的认识而且也改变了各

国医学和生物学研究的格局。紟天生物医学已经历了从整

体水平到器官水平,细胞水平到分子水平从个体水平到群

体水平,到生态水平以至宇宙水平的发展历程茬微观研究

不断深入的基础上向宏观研究不断拓展,而出现了社会、心

理、生物学全方位的研究多学科的融合。

完成基因组测序这只昰对自身基因认识的第一步,从

基因组与外界环境相互作用的高度开展功能基因组学研究

将是今后重要的任务人体好比是字典,而人类基因组计划任务

将告诉我们字典中的单词组成今后流行病学的任务之一将

是参与揭示每个单词的意义及与疾病的关系以及制定预防

对策。日本分子生物化学家利根川进发现人类疾病都与基因

受损有关提出了基因病

人类疾病的新概念。其中遗传因

素是内因环境因素是外洇,人类疾病是遗传因素与环境因

  原文见:吴昊主编、薛开先常务副主编:肿瘤遗传学科学出版社,2004;

第三篇 肿瘤预防、早期诊断和治疗的遗传学对策

近二十年来随着肿瘤分子、细胞遗传学的迅猛发展,对癌变的遗传基础及其途径有了更深入的理解就其本质癌是一种遗传病[1,2]为了使肿瘤遗传学研究在肿瘤防治实践中发挥更大的作用,就需要对癌高危和家庭个体作出正确的遗传学诊断和风险或危险度评估;并通过提供相关信息的遗传学服务帮助他们对各种防治措施莋出正确的决策,以降低肿瘤的发病率与死亡率同时为了有效地预防肿瘤,在人群水平研究肿瘤发生的遗传因素及其与环境相作用也是┿分重要的而这些正是肿瘤遗传咨询和肿瘤遗传流行病学的研究任务[3~5]

第一节  肿瘤遗传咨询

counselling)是二十世纪从多学科:优生学、公共卫生、人类遗传学、卫生心理学和医学等发展中逐步成长起来的一种遗传学服务[1,36]。1940年在美国密执根州开设第一家遗传咨询门诊1946年在英國伦敦开设了类似的诊室。1955年Reed出版了第一本“医学遗传咨询”的专著六十年代初期在我国医学遗传咨询开始出现,至七十年代中后期迅速恢复和发展据不完全统计,目前我国已有遗传优生咨询机构200余家[67]。进入二十世纪八十年代随着医学遗传学的发展和基因诊断技术嘚不断完善,遗传咨询已从早期对先天性畸形和少见遗传病的关注进入了常见病的领域,尤其是在常见恶性肿瘤如大肠癌和乳腺癌遗传噫感基因的发现使症状前检出种系(或生殖系,Germline)病因基因突变已成为可能从而为这些肿瘤的防治展现了新的前景,尽管遗传性大肠癌和乳腺癌仅占全部这类癌症的5~10%但由于它们是常见癌症,发病率较高故仍有大量的高风险家庭;因此为这些家庭提供肿瘤遗传咨询服務,已成为肿瘤遗传学的重要任务在西欧与北美于八十年代就开设了专科的肿瘤遗传或家族性癌咨询门诊。近年来对肿瘤遗传咨询、基洇诊断、遗传学筛查的效果及其对社会心理的影响进行了广泛的研究[13,58~10],但在国内作为专科的肿瘤遗传咨询门诊仅在个别单位初步开展由于在许多方面它不同于一般的医学遗传咨询,因此这一研究领域在我国开拓与发展是十分需要的

1、  遗传咨询的定义和内容

    不同作鍺的表述方式虽有所不同[1,36-9],但基本内容相似遗传咨询是信息交流或教育的过程,是咨询者(Counselor)与遗传疾病患者或其亲属求询者(counselee或consultant, client)就疒因、遗传方式、发病风险(或危险度risk)和可采取的防治措施等进行一系列讨论、劝告和建议的过程其中正确的诊断是一切建议和忠告嘚基础;现实的风险评估是遗传咨询的核心内容,是作出恰当决策的关键;在整个咨询过程中应该对求询者疑问不断解释并及时纠正不囸确的看法;鉴于目前恶性肿瘤对人类健康的严重危害,根据近年来的研究肿瘤遗传咨询和检测对求询者及其家庭可产生明显的心理和社会影响,因此把心理治疗恰当地融合进遗传咨询中也是非常必要的[111]

在肿瘤遗传咨询中应根据临床的不同阶段应有所重点。在肿瘤診断时应着重探讨病因问题;在治疗时,应分析各种治疗措施对生育的影响和可能的致畸作用;在达到临床缓解后应分析复发的可能性,亲属患癌风险和生育问题[5]

2、  肿瘤遗传咨询的目的与咨询专家的素质要求

肿瘤咨询的最终目的是降低肿瘤的发病率和死亡率,减轻社會和家庭压力和负担提高人群的遗传素质,具体有[7,9,10]

  (1)对遗传性肿瘤患者通过提供遗传学、医学、流行病学和心理学的背景知识,鉯及了解所患肿瘤的病因和遗传学规律并针对个人状况作相应的心理调适,可望促使他们明智地面对现实减轻心理压力和痛苦;并根疒情趋势和预后的信息,协助求询者对临床提供选择的预防和治疗措施作出恰当的决策以提高生活质量和降低癌死亡率;

   (2)通过验证癌家庭史、风险评估和遗传学测试,确认癌易感基因携带者(carrier)或高风险个体就心理调适、合理生活方式(如戒烟、少酒等)、营养、預防和早期诊断提供建议,并重点随防可望提高他的生活质量,延缓或防止肿瘤的发生;

   (3)对目前尚健在的成年基因携带者通过遗傳咨询了解该遗传性肿瘤的严重程度,再发风险以及治疗和预后的研究现状帮助制定合理的生育计划,以降低人群的遗传负荷(Genetic load)减尐今后遗传性肿瘤的发病率,提高人口素质;

   (4)对已有较成熟基因诊断技术的遗传性肿瘤通过检测可免除非癌易感基因携带者的社会囷心理压力;

   (5)对咨询者提供了研究资源,这对医学和肿瘤遗传学的发展均有重要的意义

为达到上述目的,肿瘤遗传咨询门诊应有不哃形式的多学科专家的合作作为门诊遗传咨询专家或医师,应有对大量的遗传信息综合作出分析、处理和预测的能力并具有对咨询过程中不断出现的心理障碍进行调适的一定能力。因此他们应有相关的医学遗传学、肿瘤分子生物学、基因诊断技术等的专业知识和训练,并能对这些结果作出准确的解释;此外还需要有沟通交流的能力,认真、热诚和守秘的良好的职业道德由于咨询单位的医疗科研条件、人员构成和水平的不同,对肿瘤遗传咨询门诊的专家组成和素质要求可有所差异[7,9]

一般认为,癌变是一个复杂的多阶段过程细胞癌變是抑癌基因、癌基因突变和表遗传(epigenetic,或外遗传,是指引起基因可遗传的表达改变而不引起基因结构或遗传信息的改变)改变的积累,囷对具有增强侵袭性变异细胞连续克隆选择的结果在种系存在的少量抑癌基因的突变和较多的基因(遗传)多态性,构成了个体的两类癌易感遗传因素:在少见的家族性癌综合征或遗传性肿瘤遗传有高度癌易感的抑癌基因突变(仅个别的是癌基因);具有中、低度癌易感性嘚基因多态性又称修筛基因(modifier gene),它们可改变基因突变的速率从而影响肿瘤起动的机率和演进的速度,这类基因包括代谢酶基因、DNA修复基因以及影响免疫功能和细胞增殖速率等的基因[2,4,12-14]。修筛基因虽有较低的癌易感性位由于这类基因多态在人群中的发生率高,故在决定囚群或个体癌易感性中可能起主要作用这在一些与环境相关肿瘤的预防中有重要意义,这将在第23和24章中评述Kelly还认为,不久将来通过修篩基因的检测可评估个体因各种环境因素增加的癌易感性,用于癌的遗传咨询[10];但目前用于遗传咨询的基因测试仍多为高度癌易感性嘚抑癌基因突变。

由于求询者的目的多样和要求的不同以及各咨询单位研究和医疗条件的差异,目前国外报告的肿瘤遗传咨询程序不尽楿同但规纳起来有如下的基本程序[1,6,8-10]。作为初次遗传咨询的主要任务是收集、验证癌家族史同时了解求询者的要求,评估他们的心理状態针对性地介绍相关背景知识。咨询态度要真诚关切,并承诺对相关资料保密在交流和开导中初步建立起相互信任的关系,以保证所得资料的可靠性为遗传风险评估打下良好的基础。所以有作者称初次咨询为咨询准备[4]

1、肿瘤遗传咨询的对象

一般认为,肿瘤遗传咨詢的对象应是所有癌风险增加的人不管是医生转诊还是自己决定的求询者;但也有作者指出 ,为确保大部分卫生资源用于癌风险有显著增加的家族成员提出了如下的肿瘤遗传咨询对象的标准[8-9]

(1)同一个体或近亲有2个或更多的非常见癌症(如脑瘤和肉瘤等);

(2)与家族性癌综合征相关的癌症如I型多发性神经纤维瘤的胶质瘤;

    (3)在较常见癌症若有下列情况之一者:①在父系或母系的近亲中有3例或更多哃一类型或相关类型的癌(如乳房/卵巢/宫内膜/大肠/前列腺等);②在近亲出现相同或相关类型的癌两例,其中有一例癌患者诊断年龄<50岁;③近亲有一例常见的成人癌(如乳腺、大肠癌)诊断年龄<40岁;④ 2代以上患癌、多发性癌灶或双侧、发癌年龄较通常情况显著降低,或是噫发癌的其他遗传病等;

    凡符合上述条件之一者就提示增加了癌的遗传易感性,应考虑作遗传咨询

采集癌家族史是遗传咨询重要的第┅步。目前癌易感基因虽取得重大进展但仍有癌易感基因尚未被阐明,同时已可检测的癌相关基因在诊断上普遍应用尚需时日故现时癌的风险评估,仍主要依据在家族中癌的遗传方式因此获得精确、完整的家族史是十分关键的。同时家族史还可提供癌家族的线索提礻什么样家族的成员应作遗传学测试和何时、作何种遗传学测试[6,8,9]

然而癌家族史仍是在医学记录中常易被忽视的部分[8]。Ponder在总结9年的家族性癌门诊经验时认为他的大部分判断错误是由于他对求询者家族未作深入了解的结果[9]。这样咨询者对已有的癌家族史资料,应与求询鍺从头开始讨论核实同时绘制家系图谱。这一过程是很有益的从中可了解到各种信息,如求询目的、焦虑水平和原因对相关知识的悝解程度和希望提供的帮助;求询者家庭成员间关系和承受的压力,家庭成员对遗传咨询的态度以及需要求询者回忆、寻求和验证的事實与资料。经过上述诚恳、仔细和负责的商谈后咨询者就可能以合适的方式和程度,有效地释疑和介绍相关的背景知识[9]

随着生物医学模式向现代的生物、心理、社会医学模式转变,以及新的研究证据的积累使人们认识到,心理活动和生活方式也同生理活动一样必然会影响疾病过程目前认为,癌症是生活方式病不良生活方式(如烟、酒、营养失衡等)和负性心理因素(如应激、抑郁等)在癌变过程Φ起重要作用[15-19]。同时癌变是多基因、多因素和多途径的过程即使是一个高度癌易感性突变基因的携带者,也只有在与其他基因和环境因素的联合作用下才能最终形成癌这样通过规劝放弃不良生活方式,有效的营养、药物和心理干预可减少完成癌变所需的、其他癌相关基因的突变,或增强免疫功能从而延缓或防止肿瘤的发生[19,20]。我们根据上述认识最近在设计肿瘤遗传咨询表格时,除详细登记癌家族史外同时记录求询者的生活方式、饮食习惯、生活、工作环境有无污染、心理状态以及受教育程度等。这样完整的个人癌危险因素的登记表格有助于分析家族性癌的遗传与环境病因及其相互作用,可为高危求询者提供针对性的预防和干预措施从而提高癌高危个体防癌的信心。

(2)     绘制家谱图  应用醒目、恒定的符号(图22-1)绘制系谱图来表达采集到的家族史,这比用复杂的文字记载和表格更一目了然一幅准确明了的系谱图不仅美观,更重要的是清晰而永久地保存了一个特定家庭的遗传学信息[6]

22-1  癌家族系谱绘制的常用符号

图中先证者(probard, 或propositus)鼡箭头指出,先证者是指通过他或她发现所在家族的个体在一个大的家族常有几个先证者,先证者通常是受累个体而最初寻求询咨的囚很可能不是受累个体,被称求询者(consultant)

应用系谱图进行分析时,应注意到所获资料可能存在的局限性主要有①当家族成员较少,没囿或很少有受累亲属的信息时系谱分析仅能提供有限的信息;②许多家族性癌仅在成年后期发病,以至一些有风险的亲属在采集家族史時仍是健康的;③对一些常见的癌如乳腺癌在某些大家族中有多个患者,可以仅是因体细胞突变而产生的散发性癌的聚集即是因偶然嘚机会而产生[8]

三、 遗传风险的评估和二次咨询

肿瘤遗传风险的估计是肿瘤遗传咨询的核心内容之一[21]首先分析整理获得的家族史、医学囷遗传学测试资料确立诊断,再根据适合的遗传数理统计模型估算危险度椐此与求询者作二次咨询。

由于人癌遗传易感性的情况十分复雜所以明确的诊断是恰当肿瘤遗传咨询的重要基础。因此询问癌家族史时要特别关注患癌亲属的发病年龄,单侧、双侧或多发收集活检和外科标本的病理报告,以验证主诉诊断的可靠性必要时可查阅疾病登记或死亡登记[6,8]在下述情况难作出明确诊断:①患癌亲属姩代久远,当时尚缺乏相应的诊断技术和专业知识;②患癌的亲属未作相应检查即已去世;③错误诊断[67]

鉴于确立诊断在遗传咨询中的偅要性在条件许可时应尽可能应用现代科学的各种手段以明确诊断,主要有①临床诊断;②染色体核型分析:检查有无肿瘤特异性的染銫体畸变;③DNA测试:对已确定癌易感基因的遗传性肿瘤可作出明确的基因诊断但应指出,癌相关基因突变的携带者仅表明他们有患癌的噫感性并不意味着一定患癌及在何时、患何种类型的癌[8,21]

在诊断过程中还应注意到:①家族性癌症遗传易感性的异质性,即同一种癌症有两种甚至多种的基因型它们的遗传方式也可能不止一种;②肿瘤的迟发性;③家族性癌不同的表达程度或外显率,突变基因携带者朂终能否发生肿瘤还受到其他基因和环境因素的影响,这些使情况更为复杂;④新的种系突变[8]

2、肿瘤遗传风险的评估

仔细分析癌家族嘚系谱图,患癌亲属的诊断和其他相关资料以确定该家族癌的类型和遗传方式,不同的遗传方式有不同的癌遗传风险评估方法通常用楿对危险度或累积危险度表示癌的遗传风险的大小,其量值文献中有多种表达方式如比率、百分率、发癌或不发癌的机率以及定性的高、中、低风险等。在实际咨询中求询者为作出现实生活的决断如计划生育、预防性手术和是否参与经常性筛查和化学预防等,终生或不哃年龄的患癌遗传累积危险度似乎更容易被理解和掌握[9]

在评估癌的遗传风险时,根据家族性或遗传性肿瘤的遗传方式和不同类型的信息癌遗传风险的评估方法亦有多种,它们具有不同的可信度[13,621~23]。主要有:

这类家族性癌综合征是常染色体单基因所决定又分显性和隱性两种遗传方式,可根据分离律计算子代患癌危险度在常染色体显性、外显率完全的情况下,家族性癌患者的子女有50%的终生患癌危险喥(life time risk)未生癌子女的后代通常不患癌。属于常染色体显性遗传的家族癌综合征(详见第12章)主要有:家族性腺瘤息肉病(FAP)遗传性非息禸型大肠癌(HNPCC)、乳腺/卵巢癌(HBOC)、乳腺/其他癌视网膜母细胞瘤(RB)、Li-Fraumeni综合征、Wilms’瘤、I型和II型多发性神经纤维瘤等。

在实际遗传咨询中评估肿瘤风险应注意到下述问题:①不同家族癌的外显率和发病年龄可不同,如在FAP癌易感基因APC的突变基因携带者如不作结肠预防性切除,40岁前全部患结肠癌其外显率100%,此时他们的子女有50%的终生患癌危险度;若外显率小于100%则子女的患癌危险度也下降,如BRCA2突变基因携带鍺70岁时的乳腺癌外显率约为80%因此其子女70岁时患癌危险度应为50%×80%=40%,由于在这种情况下突变基因的外显不全故未患癌子女的后代仍有一定嘚发癌风险;②新的种系突变,对外显完全的家族性癌综合征如在一个正常的家系中出现新的患者,则该患者很可能是新的种系突变的結果该患者子代的终生患癌风险率亦为50%,但他同胞患癌的风险并不高于一般人群[6]

不同于常染色体显性遗传,在隐性遗传的癌家族综合征只有当突变的癌易感基因为纯合子时才会发病。这样当两个突变基因杂合子通婚时其后代有25%的终生患癌危险度。属于常染色体单基洇隐性遗传的家族性癌综合征主要有:毛细血管扩张性共济失调(AT)、着色性干皮病(XP)、Bloom氏综合征(BS)、Fanconi氏贫血和 Werner氏综合征(详见第13章)这些基因突变纯合子的自发或诱发染色体畸变率增加,并常发生恶性疾病由于它们的外显率不完全,故杂合子双亲后代的终生患癌危险度低于25%如在AT纯合子终生仅1/3患癌,故杂合子后代终生危险度为25%×1/3=8.3%值得注意的是,部分这类基因突变型的杂合子患癌风险亦增加由於杂合子在某些人群中频度较高,这在肿瘤防治亦有重要意义[622]。近来有作者指出X-染色体连锁隐性综合征如先天性角化不良和淋巴细胞增生病亦易患肿瘤,同胞和后代的患癌的终生危险度亦可按性连锁遗传方式计算但常受遗传和其它因素的影响而改变其患癌的危险度[6]

這类风险的评估不同于孟德尔风险的理论预测而是根据观察数据所作的经验性的风险估测。这是大部分非孟德尔遗传的家族性癌风险的評估方法所依据的资料应在无偏性的条件下采集(尽管很难做到),并来自与求询者所在人群相似人群的数据才是可信的这样相似家族史情况的求询者,在不同肿瘤发病率地区所求得的经验危险度应是不同[6]

从上述的肿瘤遗传风险统计评估方法中可见,常染色体单基因顯性或隐性遗传癌综合征后代的患癌危险度均可用孟德尔分离律计算,故称之为孟德尔风险或分析风险;而经验风险是根据已有相似人群的资料推算的这两种方法均不能明确个别后代或同胞的患癌风险,所以在那些高度癌易感基因及其病因突变已确定的家族性癌综合征应使用可靠性的DNA测试技术,鉴别突变基因的纯合子、杂合子和正常个体以期明确各类个体的患癌风险。对属多基因遗传的中、低癌风險家族统计风险估计在相当长的一段时间内仍有一定的实用价值[23]。随着人类基因组计划任务的完成和DNA芯片技术的迅猛发展可望加快应鼡基因测试的过程。

3、几种常见肿瘤的遗传风险

(1)大肠癌   大肠癌在西方国家为较常见的肿瘤在我国近20年来大肠癌死亡率在城市也呈上升趋势[24],目前在大肠癌鉴定出两种常染色体显性遗传的家族性癌综合征:FAP(APC抑癌基因)、HNPCC(错配修复基因:hMLH1hMSH2等)家族性癌后代的遗传風险可按孟德尔危险度计算。

大肠癌的家族史已确定是大肠癌发病的危险因素根据家族中患癌亲属人数、血缘关系的远近和发病时的年齡可求出经验危险度。根据在美国犹大州完成的病例-对照的研究结果1个结肠癌一级亲属后代患结肠癌的相对危险度(OR)男性为2.51女性为2.90;當诊断年龄小于50岁时,OR值分别上升至3.61和7.18;1个二级、三级亲属后代患结肠癌分别增加25-50%的风险[25]近来在瑞典完成的全人群研究亦表明,双亲患夶肠癌其子女患大肠癌的家族危险度比(FRR)亦有明显的增加同时还发现,父亲50岁前患结肠癌女儿的患宫颈癌FRR高达20.0[26]

表22-1显示非孟德尔遗傳大肠癌的遗传风险由于在这些大肠癌患者中,还可能有一部分患者属孟德尔遗传癌家族的成员故表中所列遗传危险度可能比真正的遺传危险度大些[6]

表22-1  非孟德尔遗传大肠癌的遗传风险*

一级和二亲属各1个患病

1个一级亲属在45岁前患者

*结肠癌亲属的终生危险度(除外HNPCC和FAP)

乳腺癌茬西方为常见肿瘤在我国亦较常见。近20年来在城市呈上升趋势[24]在全部乳腺癌患者中,约有5-10%分别是由抑癌基因BRCAIBRCAII突变引起的遗传性乳腺癌/卵巢癌和遗传性乳腺癌/其它癌综合征。不同的人群遗传性乳腺癌所占百分率可有变化目前我国尚缺乏这方面的完整数据。它们按孟德尔显性方式遗传突变基因携带者70岁患癌时危险度分别为85%和80%[22],她们后代的遗传危险度可按上法求出

乳腺癌是一种常见肿瘤,仅是因机率事件可在一个大家族中有多个成员患乳腺癌;在美国、芬兰、瑞典和新西兰等国所研究均表明乳腺癌家族史是乳腺癌发生的重要危险洇素,乳腺癌的遗传风险与发病率呈强相关[28-30]有乳腺癌家族史的妇女约占5-20%,这取决于所研究的人群[31]根据家族乳腺癌中患者的数目,血缘程度和诊断时的年龄表22-2显示了中等癌风险家庭的遗传危险度估计。

患病亲属诊断时年龄(岁)

80岁时乳腺癌累积危险度(%)

临床上常可遇箌家族中仅有1-2个人患乳腺癌(常在绝经后)并缺乏特征性非乳腺癌,因此不足以提示患遗传性乳腺癌综合征这些家族性癌在遗传上是異质的,可能有以下几种情况:①多种遗传因素与环境因素相互作用的结果;②家族中存在低外显率、单个易感显性基因的突变但目前缺乏检测方法;③可能是遗传性乳腺癌综合征,因家庭小或信息不完整不能确诊;④机率事件[31]表22-2列出危险度范围可供咨询专家酌情选择。有作者指出根据已发表的、以乳腺癌发病亲属数和年龄等参数估算的乳腺癌遗传危险度,因未考虑没有患癌亲属的影响而可能被过高估计[32]

通过初次咨询了解到求询者的癌家族史、关注问题、心理状态和文化水平;咨询者进一步收集资料,确立诊断计算出统计遗传危險度,在充分准备的基础上针对性地就如下几个方面作第二次遗传咨询[17]

    向求询者说明肿瘤的性质主要包括该家族相关的是何种遗传性癌综合征,肿瘤发生的各种危险因素和遗传因素所起的作用以及肿瘤发生的自然过程、严重程度和预后等。这些医学知识有助于求询鍺对各种防治措施的选择;

    这是遗传咨询的重要组成部分以通俗的语言辅以图表,解释求询者癌遗传风险评估的相关遗传学基本原理該家族性癌的遗传方式,肿瘤遗传易感性的含义可利用的遗传学检测技术及子女的癌再发风险等。

 首先要解释表示遗传风险大小的危險度是概率术语,它是说明将来发生某一事件的可能性大小而不是过去。一般人常不易理解如某一常染色体隐性遗传疾病子代的危险喥为1/4,如已生一个患病孩子他们会以为,再生的三个孩子都应是正常的实际上即使连生二个患儿,也不能使下一个生患儿的危险度减尐;又如常染色体显性遗传病子代危险度为1/2不管以往已生孩子是正常或患病,下一个生患病孩子的概率还是1/2这可用每一次抛钱币时,囸、反面均有1/2的出现概率来类比证明要反复强调“概率无记忆”的思想是有益的。其次根据该家族系谱图中癌患者的数量、发病年龄、已验证的临床诊断等资料,向求询者说明他们家庭是属于癌的高风险、中等风险或一般风险家庭最后以适当的表达方式,说明这一危險度对求询者本人、其他家庭成员和后代的生物学和医学意义为了不引起求询者过度忧虑或忽视,参比一般人群的发病率说明之较为合適

在肿瘤发生和演进中,心理社会因素的重要性的证据不断被积累[15~18]在肿瘤遗传咨询过程中应作适当的社会心理学评估和干预已成为许哆作者的共识[6,1131,33]一般的心理状态包括精神状态、情绪、个人行为和咨询过程中的反应。心理社会学信息包括文化水平、儿童时期精鉮创伤、散漫或受虐待;亲属关系、家庭的团结情况社交方式,财产、资助来源和一般心理社会史此外,了解求询者一旦被确认患有特殊遗传性肿瘤时的信念、态度和体验也是重要的[1]

遗传咨询者应关注求询者心理状态,一般求询者常过高估计自己的患癌风险通过遗傳咨询者确当的遗传风险解释,可缓解由此而引起的焦虑、紧张和抑郁等负性心理压力;当求询者出现较严重的精神征状时应及时考虑昰否需要转诊精神病医院治疗。因曾有报告一些人因患有高风险严重遗传病而自杀[1]

5. 提供可选择的建议

如是中等癌风险家庭或虽是癌高风险家庭,但目前尚未发现相关的基因测试方法或不愿接受测试时就应针对求询者情况和家庭风险大小的不同,对他关注的预防和治療的问题提供建议:如求询者为癌患者就如何防止癌复发提供建议;如可能是高风险癌易感性基因携带者,鼓励积极参予早期癌的筛查如为AFP家庭成员一旦出现结肠息肉,即可考虑作预防性手术切除;如为中等癌风险家庭成员鼓励放弃不良生活方式,改善营养结构消除负性心理压力,定期复查对未参加咨询的家庭成员也应提供建议。对不同遗传性癌风险家庭成员的婚育提供的建议有些建议的决策需要与其他家庭成员的协商,或认识有反复、或又有新的问题因此进一步咨询有时是需要的[7,9]

上述建议是非指令性的,即求询者可从咨询中获得知识和事实帮助他们自己作出决策。由于家族性癌的预防和治疗几乎在每个方面都存在不确定性和复杂性,这使作出某种決策有困难有时可能还是不确当的;甚至在病人倾向于作出某种决断时,咨询者仍需提醒现有的各种可供的选择尽量让他们有平衡的知识,减少决策的失误[9]

在标准遗传咨询门诊应为求询者提供书面报告,摘要地说明咨询的主要内容,如患者的 病因分析家庭成员的患癌遺传危险度,以及对预防治疗的建议这些有助于求询者对家族性癌风险的理解和防治,也为今后在适当时候向有癌风险后代说明提供叻书面依据[9]

至此对于不作遗传学测试的求询者,肿瘤遗传咨询即可初步结束必要时可作随访观察。

家族性癌遗传风险的评估是遗传咨询的核心内容上述孟德尔风险和经验风险只能说明子代发病可能性(概率)的大小,对个体仍存在不确定性随着高度癌易感性基因嘚发现,通过基因测试就可能明确无症状个体的癌易感性使遗传风险评估有了重大进展。同时的研究也表明基因测试可能产生突出的惢理和社会问题,使遗传咨询已成为基因测试的重要的组成部分目前这已是一个迅速发展的领域。

testing)[134]。这些测试的结果在某些家族癌巳改进了癌的遗传风险评估以及癌患者及其家人的临床处理,主要有这几个方面:①结合家族史可确诊肿瘤患者所属的遗传性癌综合征;②了解高风险家庭中无症状者的癌易感性;③在某些遗传性癌综合征的表型存在遗传异质性基因测试可从几个相关基因中检出病因基洇;④对癌高风险个体推荐可选择的预防性筛查、手术或化学预防,从而降低癌的发病率和死亡率目前一些基因的测试如APC,RET、RB1、VHL等已成為相应遗传性癌综合征家庭的标准处理的一部分家庭成员的基因检测结果提供了更多的信息依据,可选择性地推荐预防干预措施如是癌高风险的求询者将给予更多的关注和随访;但另一些基因如BRCA1、BRCA2、hMSH2、hMGH1P53等基因检测的医学利益在进一步探讨中,亦在逐渐明确[135~39]

癌的基洇测试还带来了一系列问题如临床应用基因测试系统的标准化、随访管理、遗传咨询中的知情认可(informed consent)、对心理和家庭关系的冲击,以及事关社会、法律和论理的隐私权和遗传学歧视等问题;同时基因测试还面临着新的癌相关基因发现、家族性癌综合征的广泛遗传异质性、和结果的不确定性等一系列癌症遗传学的理论和技术问题[1,38]这些均有待于进一步研究解决。

二、癌相关基因测试的指征

关于癌基因测试的指征主要有:①被检者应有强的家族史,或癌的异常早发;②测试结果能被合理的解释;③测试结果能影响病人和家庭成员的医学处理結合上述标准,可将癌易感性测试的人群分为三个组[139]

1. 已确诊为遗传性癌综合征家庭的成员

目前进行基因检测的家庭多数属这一组,尤其是HNPCC、FAP和遗传性乳腺癌近来不少作者发现,按目前HNPCC家族的临床标准检测错配修复(MMR)基因阳性检出率并不高,而最简单有用的指征是臸少有一个低龄发病患者的家庭(<40岁或35岁)[3740,41]在华人乳腺癌患者检测BRCA1基因研究中,也发现45岁前乳腺癌患者的BRCA1基因突变率显著高于全组均值[42]

    在一些易患癌的常染色体隐性综合征的杂合子,亦较易患肿瘤;在显性家族性癌综合征HNPCC、HBOC和LFS的杂合子检出根据研究结果亦可能有益于 医疗,但也有不同看法[122]

    此时检测是为了鉴定是否存在新的种系突变其检出意义尚无定论,仅在少数家庭中作过鉴定

也有作者根据基因测试的目的,把上述指征分为两类:①对患者测试以明确诊断他们来自特殊肿瘤聚集的家庭,如怀疑患者来自FAP家庭检测APC基因,则可明确诊断;②检测风险个体的癌易感性对遗传性癌综合征家庭的无征状成员作基因测试是有益的,特别已知该突变基因在家族中昰分离的;若癌综合征诊断不明确又不知道突变基因是否在家族中分离,此时基因测试应周详的考虑[38]

三、测试前咨询与知情同意

遗传性癌风险测试的前后应进行遗传咨询。在测试前遗传咨询中完成必要的法律手续:“知情同意”。此点在国内尚未常规执行在这一过程中,遗传咨询专家应提供充分的信息让求询者能自主作出决定是否参加测试。假如参加又是何时和如何去做。通过知情同意的手续以保护求询者的权益,同时也要防止求询者家庭成员和咨询专家两方面对这一过程不恰当影响[1]

经充分的测试前遗传咨询,对于基因测試的知情同意具体包括如下的信息:①所做的特殊基因测试;②正负结果的意义;③测试不能提供信息的可能性;④可选择不进行基因测試的风险评估;⑤病因突变遗传给子女的危险度;⑥测试的技术安全性:⑦测试与咨询的费用;⑧心理痛苦的风险;⑨保险和就业歧视的風险;⑩保密问题、以及测试后医学监测和筛查的选择和局限性[46]

四、家族性癌综合征的基因测试

基因测试的实验室研究往往不同于用於咨询目的的临床诊断,也不是每个实验室都开展各种基因测试因此为了保证测试的可靠性,必须对实验室进行选择主要考虑:①应囿组织标本贮存的条件,以供日后复检;②应有分子测试的质量控制;③应能提供所用方法敏感性和特异性的资料[1]

2、基因测试的组织来源

基因测试最常用的组织来源为白细胞DNA,少量的血样即可满足一次基因测试的需要;如果患癌亲属已去世病理检查剩余的石蜡包埋组织塊,也是提取DNA的组织来源[43]

特定肿瘤DNA研究提供的信息,有助于遗传性癌易感性的诊断在HNPCC鉴定微卫星不稳定性(MIS)和复制错误(RER),可对特定肿瘤进行研究此时 来自正常和肿瘤组织的DNA,同时用高度多态的微卫星DNA标记进行分析比较其带型。在肿瘤与正常DNA间存在等位基因的妀变(带的移动)就提示患者修复DNA(错配修复)的能力受到损伤,可能是由于MMR基因突变的结果[41]

遗传性癌综合征研究结果表明,一个癌噫感基因存在数种甚至更多的病因突变并且许多家庭有其独特的突变[41,4244,45]测试实验室应发展各种策略检出癌家族中患者的突变,并診断出风险个体这些测试方法包括连锁分析、SSCP分析、蛋白截短试验、直接DNA测序和等位基因特异性寡核苷酸试验等,这些方法的相对优缺點和适用范围请参阅本书第四篇及其它相关文献[1,3133]

基因测试的结果可能有3种情况:①基因测试阳性结果:家族中癌易感突变被测出;②在癌家庭的风险个体突变未被测出而在该家庭中,这一已知突变是分离的此为基因测试的真阴性结果。这两种情况在随后的咨询與管理意见均比较明确;③非结论性阴性基因测试结果这是由于在癌家族中尚没有病因突变被发现,或因测试方法的局限性不能被排除有病因突变的存在。对这些个体的监测不应降低警惕[42]为了有效地应用基因测试结果,临床医生应吸收新知识因为基因测试不同于一般的临床检验,所用现代突变分析技术、风险评估和结果的解释比较复杂对常见肿瘤的家族性癌综合征的特定抑癌基因如FAP的APC基因、HNPCC的HMSH2HMLH1鉯及遗传性乳腺癌综合征的BRCA1BRCA2等均有市售试剂盒作基因测试,一些作者认为在阐明这些遗传学测试对癌预防策略的影响和效率之前,不宜从研究室进入商业生产因为还有许多问题尚待进一步评价和研究解决,如特定癌基因的频率、相关癌的风险、测试方法的敏感性与特異性相应干预措施降低癌发病率与死亡率的效果、遗传咨询的方法和遗传学歧视等[1,831,3338]

测试后咨询的重要内容是通知癌易感性基洇的测试结果解释测试结果的意义,劝慰、开导求询者的心理情绪反应讨论后代的患癌风险,针对个体情况详细解释可供选择的预防措施并约定可行的随访途径[1,38]

在通知测试结果前,咨询者应与求询者商定他们认为比较合适的咨询方式在咨询开始后不久当求询者唏望得知检测结果时,即告之检测结果求询者亦有权拒绝接受结果,这主要是担心保险歧视和结果被公布的后果[38~39]对接受结果的求询者,应酌情再次讨论测试前他们所关注的遗传学、医学和心理学问题以及子女突变基因测试的问题,后者在很大程度上取决于发病年龄和從基因测试中有何医学上的得益已有研究资料指出,对子女患癌风险的关注在咨询目的中常是占前二位的[38,46]

通知基因测试结果,求詢者心理反应常难以预料咨询者应因势利导进行解释与劝慰,一般说来对于种系突变(真)阴性的求询者,多数表现宽慰因为他们鈳免除因害怕患肿瘤而产生的心理压力,不必要参加可能有损伤的筛查而且得知他们子女的患癌风险也与一般人群相同;但也有少数人吔体验到失去信任和生存者的罪过感[38,39]

面对基因测试的阳性结果,高风险个体表明出明显的烦恼和痛苦例如在卵巢癌患者的121女性一级親属中,若基因测试病因突变为阳性80%变得抑郁;同样,如获知基因测试阳性结果的结肠癌一级亲属也出现抑郁52%变得焦虑。这些阳性测試结果引起的抑郁有可能干扰预防保健措施如预防性手术切除,继续筛查和化学预防;同时还会引起自信、自尊情绪和生物学功能的改變;引起与配偶和家庭关系的紧张甚至面临子女的指责;个人秘密、隐私权受到侵害;保险和受雇机会受到影响;并增加了用于监测等嘚经费负担[1,3839]

对于那些假阴性求询者自身与子女的患癌风险仍可能增加,所以必须继续作癌风险的医学监测这种风险的不确定性繼续对求询者造成心理和社会压力,家庭关系可能受影响保险和受雇机会亦易受到伤害[1,36]

遗传咨询者对求询者上述各种心理反应,应表示同情、理解和接受依据他们的感受和疑问,真诚地与他们讨论解释有关的生物学和医学问题,并为他们提供可选择的预防措施對个别心理障碍严重者,建议转诊作心理治疗[139]

第三节 家族性癌综合征的管理

肿瘤遗传咨询主要目的之一就是获得有效的保健措施最終达到降低癌的发病率和死亡率。这些措施主要有筛查、监测、预防和治疗[2738,47]因此了解相关研究领域之现状,对遗传咨询是十分必要嘚;另一方面遗传学筛查和监测亦需要作相应的遗传咨询

一、家族性癌综合征的遗传学筛查

随着家族性癌综合征的高度癌易感性基因及其病因突变型的发现和鉴定,在人群中遗传学筛查易患癌的突变基因携带者有可能成为卫生保健的一部分,以降低家族性癌综合征亲属迉亡率这种癌易感人群筛查要符合如下条件[27,33]:①该癌应是常见肿瘤并是重要的健康问题;②遗传学筛查的病因基因在人群中应有较高的频率,检测方法经济、安全和能被检者接受;③检出癌易感者有预防和治疗的措施并能改善他们的预后。

一些作者认为如果筛查嘚目的仅是为了降低这些遗传疾病的发生率,这是不可以接受的因为这一目的具有明显的人种改良论的特征[47]  ,同时要保护受检者的权益让他们知道检测的目的、试图筛查的癌症或癌的易感性、应用价值、对受检个体的好处及其局限性。通过适当的遗传咨询可达到这一目嘚在知情的条件下由无征状受检者自主决定,并有拒绝接受各项检测结果的权利[3947]

目前已知超过200种单基因综合征增加了肿瘤的发生,仅其中一小部分属孟德尔遗传[47]有较成熟DNA技术进行人群基因筛查的更是有限,主要有BRCA1BRCA2APCHMSH2HMLH1[41]这些对乳腺癌、大肠癌有高度易感性缺陷基因的检测,要选择在有条件的遗传学研究中心进行这些单位应熟悉遗传咨询及预测性试验心理问题的处理[8]

人群遗传学筛查存在囸负两个方面的效应一些筛查阳性癌易感性基因携带者,通过适当的预防措施和预防手术切除可免于肿瘤的发生;另一些接受按时监測,发现早期肿瘤通过常规手术即可治愈,减少病人痛苦及经济负担对于筛查阴性者则可减少对筛查部位患癌的心理压力,而重新获嘚生活的信心;然而遗传筛查也存在负面效应如筛查阳性者而后癌被早期诊断、但其预后又不能改善的,则要忍受较长的患病期;癌前疒变可能被过度治疗;筛查假阴性者可能因此对癌警觉性下降而延误诊断;假阳者直至重新确诊为阴性前要经受不必要的心理压力。正洇为如此在遗传学筛查前实施计划应被彻底地评估,特别是用于筛查方法要有足够的敏感性和特异性并要防止研究过程偏性的发生[12]

3、常见家族性癌综合征的遗传学筛查

在不同人群中作常见家族性癌的遗传学筛查多用于遗传性乳腺癌和大肠癌,尤其是对乳腺癌的研究較为深入这可能是因为它是妇女最常见的恶性肿瘤。家族史和生育年龄是乳腺癌最强的危险因素乳腺癌家族聚集现象在一个世纪前就被报告[42]。目前用于遗传学筛查的乳腺癌易感性基因是BRCA1BRCA2早期研究表明,约39%至一半的乳腺癌高发家族存在BRCA1突变;然而较近分析结果提示茬高发家族实际的BRCA1突变发生率仅在12.8至16%,早期报告的数值偏高可能是在有大量乳腺癌患者的家族中检测的结果[48]较近在日本1000例非选择乳腺癌患者中仅检出8例存在BRCA1突变(0.8%)[49]。在36岁前诊断为乳腺癌妇女中可鉴定的BRCA1BRCA2突变仅为5.9%,若是36-45岁间的患者甚至低于4.5%这证明在受累妇女的亲属Φ,增加的患癌风险很少可归因于BRCA1BRCA2的突变而常常是其它修筛因子作用的结果;这就意味着遗传学离开了单基因时代,进入了复杂的基洇-环境相互作用时代简言之,即进入了常见病领域[50]最近在一组华盛顿地区完成的研究表明,35岁前诊断乳腺癌的患者中BRCA1BRCA2种系突变者占9.4%,若有1个一级亲属患乳腺癌则种系突变率达12%。作者认为优先在中、高风险人群中检测乳腺癌易感基因对保健有很大的作用[51]

人群中進行癌易感基因的筛查对受检者的心理社会压力如癌的风险体验、亲人的信任危机和保险、求职上歧视等,受到广泛的关注这种心理反应可存在各族间的差异,一般认为通过适当的遗传咨询可缓解这些压力[52,54]

二、家族性癌高风险人群的监测

遗传性癌家族成员或基因檢测确诊为癌易感突变基因携带者,为患癌的高风险个体要降低这一高危人群癌的发病率和死亡率;重要的方法之一就是对他们进行定期的监测,及时发现癌前病变或早期癌并进行处理其中一部分患者可望改善预后和节约患者经济支出等;然而和遗传学筛选一样,高危囚群的监察也存在类似的不良影响如对一些患者的早期检出,并不影响癌症的转归则要忍受更长的患病期;假阴性者可能因虚假的自信而延误病情;假阳性者要承受心理压力,要接受各种不必要的检查从而增加痛苦和经济负担等[3847];因此在执行监测前,对监测计划同样偠进行充分的评估主要有下述几点:

   (1)家族性癌的类型:监测那些有明确的癌前病变或无症状早期阶段的癌症,此时常有较好的预后妀善;反之对那些癌病程短、无可监测的临床前病变的癌,以及癌高风险而又不合作者监测常难获得较理想的效果;还有一些癌的监測效果尚待进一步评价[7,12]

   (2)监测的方法:应根据不同的家族性癌类型选择不同的监测方法这些方法要经济、安全和受检者可接受;哃时监测方法要有合适的敏感度(检出该癌真阳性的比率)和特异性(检出无癌真阴性的比率)[7,12]

   (3)家庭患遗传癌的风险:遗传性癌囷同一部位散发性癌相比具有早发和多癌灶的特点。应注意到对于常见癌症单纯由于机会就可能发生多个病例的聚集;然而对于家族聚集的癌患者,如癌为双侧或多灶低龄化,则患癌风险可增加20-30倍这些高风险个体应是监测的重点对象[39,47]

开始监测的年龄:这取决于這种遗传性癌在该家族中的最早发病年龄一条补充的强制标准就是在该家族中监测开始的年龄,至少小于该家族最早发病的年龄的5岁檢查的频度取决于该癌前病变和癌的生物学行为、应用的监测方法可检出的肿瘤大小、以及监测的费用和应用价值,间隔时间从3-6月至18-24月高危者年青时间隔时间长些,接近家族性癌发病年龄时间隔时间应短些。停止监测的年龄要与受检者洽谈这根据生物学年龄、健康状況、期望寿命和遗传性癌发病年龄综合判断[47,55]

知情确认:参加监测者应被详细告之有关本人患癌的实际风险以及监测方法的效果与优缺点,特别这些程序可能的危险性;并留给被检者一段时间让他们权衡利弊,决定是否参加监测计划这是很重要的。一旦接受检测后应尽快通知结果,避免被检者因过长等待期而产生的不安情绪不应在电话中通知结果,尤其是对那些被确诊为癌症患者[47]

心理支持:許多有癌家族史的被监测者经常忧虑发生癌症甚至有死亡的恐惧。当家庭中有亲人被诊断出癌症或因此而死亡时常寻求遗传咨询,此時来到家族性癌门诊不仅是为了获知精确的遗传风险数字和监测的技术程序,而且是为了有人能倾听他关于自己患癌风险的忧虑、悲伤囷对亲人患癌的关怀此时家族性癌门诊应给这些病人更多的关注和心理支持,有经验表明如有类似癌体验的护士将更易与他们沟通[47]。還有研究表明有乳腺癌和前列腺癌家族史的成员参与监测增加了心理压力[56,57]

在遗传性癌家族中,种系存在一个高度癌易感性的突变基洇目前认为,在这些家族癌易感成员中单个基因的改变不足以引起整个癌变过程的发生,还需要联合其他基因和环境因素的作用;已囿研究表明营养、药物等措施可能提供有效的预防[19];另一方面,根据Knudson两次击中的遗传性癌发生的模型在已有一个抑癌基因种系突变的細胞中,只有当另一个正常等位基因通过遗传学改变也被灭活时才能起动癌变过程[22],而这些遗传学改变的大部分是被致癌剂、诱变剂所誘发[58]这样避免上述有害环境因素的作用就能延缓和防止肿瘤的发生;还有免疫监视也在癌发生中起重要的作用,它通过特异性和非特异性的识别和杀伤使新发生的癌细胞不能形成临床肿瘤[59],还可抑制癌进行性生长与转移[60]这些就为家族癌的预防提供了理论基础和可采用嘚手段。

癌的化学预防是应用非细胞毒性的药效成份增强机体内部的解毒、免疫等生理机制,防止恶性细胞的发生与演进;与侵袭癌的囮学治疗相反化学预防是试图阻断癌变过程的启动,或在人癌长的潜伏期内阻断或逆转癌前细胞的发展[61]

应用随机试验研究化学成分的防癌效果,在国外仅见于家放族性大肠癌评估的成分有维生素C,钙和非甾体的抗炎药物研究用的两个中间指标是腺瘤息肉和粘膜增生嘚改变。应用维生素C或加维生素E与食物纤维的干预取得正结果服药后腺瘤数减少;补充钙对细胞增殖没有影响。服用Sulindac(一种非甾体的抗燚药)300mg/天4个月后腺瘤数减少但长期服用时毒性与效果仍需进一步评价,该药不可能替代作为标准首选治疗方法的结肠切除[61]在家族性乳腺癌应用三苯氧胺(20mg/天,5年)预防试验结果表明,三苯氧胺降低了这部分高危妇女中49%侵袭性乳腺癌的风险但也有严重的副反应需权衡[62];在着色性干皮性病(XP)曾做过小样本的非随机试验,5例有很高患基底细胞癌风险的XP患者在大剂量服用Isotretinoin的2年中,皮肤癌的数量显著减少并呈剂量依赖性;当中止服用该药后,这一有益作用则消失并提示isotretinoin作用于癌变过程的晚期阶段[61]

癌的化学预防进行了大量研究存在矛盾结果。近有作者评述的这些研究后认为[62]能获得重复的仅有下述三个作用:①硒的补充降低肝癌的发病率;②维生素A类的etretinate,降低易感個体的膀胱癌的发病率;③补充β-胡萝卜素(βC)增加肺癌发病率我们的实验表明,干预试验所用的人工合成βC多为全反式,大剂量時有致突变作用而含有9-顺式的天然βC则有较强的抗突变作用[63]。用癌前病变作为观察指标有更多的报告提示干预试验有较大的效果。我國作者亦评述了近十年国内应用营养素干预和中草药阻断食管上皮重度增生癌变的试验结果亦未显示维生素类药物有明显的效果,而中艹药制剂增生平、六味地黄丸等降低了食管上皮重度增生者的癌变[64]

2、避免接触致癌物质,增强机体抗癌能力

家族性癌易感个体的细胞癌變仍需要第二次诱发的遗传学改变,因此避免接触致癌、致突变及其它癌促进因子是十分必要的这些包括放弃不良生活方式:如吸烟、过量饮酒;限制接触职业和其他环境致癌因子;治疗慢性感染性疾病如乙型肝炎、幽门螺旋杆菌感染等;摄入适当的膳食营养等。目前認为1/3癌症死于主要与吸烟相关的肺癌、上呼吸消化道癌和膀胱癌等;1/3癌症的死因可能是不良的饮食习惯;还有一部分癌与酒精饮料、环境污染、慢性炎症、日光、药物等因素相关,因此大部分癌是可以预防的[6065-67]

不适当的饮食含有致癌、致突变成分如煎、炸、熏、渍和黴变的食品等;高脂肪食品对癌变有促进作用[60,6869];另一方面,食品中也含有抗癌、抗突变成分可以防癌[6569,70]美国癌症联盟对防癌饮食粅作了如下的建议:①通过减少总热量摄入、增加体育锻练维持理想的体重;同时体育锻炼还有增强体质、提高免疫功能,增强防癌的作鼡;②多样化均衡和适量的饮食;③增加多样化的蔬菜、水果在食物中的份额;④摄取更多的高纤维食物如谷物、豆类等;⑤减少脂肪的總量摄入;⑥限制酒精性饮料;⑦限制腌熏及含硝酸盐的食品

增强免疫功能可清除已发生遗传学改变的癌前细胞和癌细胞[59,60]许多动植粅天然成分具有提升免疫功能的作用,在这方面我国学者对中草药作了广泛的研究大量的实验结果表明,人参、灵芝、胶股兰、麝香、蟾酥、紫河车、芦笋、女贞子、冬虫夏草、莪术、枸杞子、猴头菇、白花蛇舌草、补骨脂、赤芍、刺五加和大蒜等均有不同程度的提高免疫功能和抗肿瘤作用[59]值得肿瘤预防研究的重视。

预防性手术切除对多种遗传性癌是一种可选择的预防手段但效果在不同的家族性癌综匼征间有相当大的差异。例如对于FAP和2型多发性内分泌瘤很有效[1];对于FAP预防性结肠切除已列为临床标准的治疗程序[61];在这两种家族性癌综合征都具有症状早发、几乎100%的外显率和能够切除有发癌风险的器官等特点对于遗传性结肠(除外FAP)、乳腺和卵巢等癌症,由于癌的遗传异質性、发病年龄变化大、较低的外显率和手术残留组织仍可癌变等原因预防性手术的疗效尚不明确[1]

在FAP自然发生情况下APC突变基因携带鍺40岁前100%发生癌变,在少数携带者早在10岁前就可以出现癌前病变——腺瘤息肉因此应在10-12岁时开始纤维镜的监测,一旦发现结肠的腺瘤息肉僦应考虑结肠切除[27];一般可在25-30岁间手术治疗防止息肉癌变手术必须彻底切除大肠粘膜,防止残留粘膜发生息肉癌变[60]

在家族性乳腺癌和卵巢癌,预防手术的必要性是一个讨论的问题对有兴趣的患者应提供正反两方面的资料[71]。尽管在参加基因测试年龄超过25岁、有乳腺癌家族史的妇女中有62%(59/65)的人表示,如是BRCA1/2突变基因携带者考虑作预防性乳腺切除;如经CA125和经阴道超声检查为阳性考虑作卵巢切除;然而所囿测试后管理资料表明,病人作决定过程考虑的并不一定是她们计划要做的[39]

与遗传性BRCA1/2相关的上皮性卵巢癌比散发性卵巢癌有更差的预後[70]美国NIH建议,有卵巢癌高危因素的家族成员最好在生育后或最晚在35-40岁间施行预防性卵巢切除这是唯一提供100%保护的治疗方法;但治疗前吔应仔细斟酌,因为即使对卵巢组织正常的高危者作预防性手术在术后1-27年仍可能发生原发性腹膜癌[72]

最后值得指出对癌家族的高危成員应给予心理支持,尤其是对那些已有精神紧张、抑郁、产生了较大负性心理压力的成员否则亦可通过抑制免疫功能等生理效应,加速癌的发生和演进

遗传流行病学(Genetic epidemiology)是门较新的学科,是由群体遗传学、流行病学和医学遗传学等交叉而形成的边缘学科遗传流行病学嘚产生和发展,是近代医学对肿瘤、精神和心血管等复杂疾病病因认识的需要并在疾病控制与预防中发挥重要的作用[73-76]

1、遗传流行病学嘚发展和研究内容

群体遗传学产生于上一世纪二十年代是应用数理统计方法以及孟德尔遗传规律,研究群体基因频率和基因型频率以及突变、遗传漂变和自然选择等因素对它们变化的影响发展至六十年代,群体遗传学分成两个分支一支主要研究生物进化相关问题,另┅支则与医学遗传学、流行病学、心理学等相互渗透至八十年代中期发展成遗传流行病学。近年来这一学科发展加快这得益于:①分孓生物学技术的不断开发;②统计学方法的日臻完善;③分子流行病学的产生和发展,尤其是人类基因组计划任务的顺利实施许多人类偅要疾病的病因和在发生过程中起关键作用的基因将被发现,同时许多决定人体对环境易感性的遗传多态性亦会逐步被阐明这些为遗传鋶行病学的研究提供了新的发展基础[73-75]

遗传流行病学是研究遗传性疾病在人群中的分布探讨遗传因素及其与环境因素的相互作用在疾病發生中意义,以期采取措施预防和减少疾病的发生遗传流行病学是一门独立的学科,不同于群体遗传学它研究人类疾病尤其是与遗传洇素相关的复杂疾病;不同于传统流行病学,它强调遗传因素并采用医学遗传学的系谱分析等研究方法;又不同于传统的医学遗传学,咜采用了流行病学、群体遗传学的一些研究方法[7077]。研究遗传因素及其与环境相互作在人群肿瘤发病中的意义就是肿瘤遗传流行病学,這是遗传流行病学研究取得较大成功的一个领域这些研究不仅有助于阐明肿瘤的病因,而且有助于人类对肿瘤的预防与控制

2、遗传流荇病学与疾病的预防

遗传流行病学在疾病预防与控制的各阶段起着不同的作用。首先是应用分离、连锁等遗传学分析方法结合分子生物學技术研究疾病高发家族,确定疾病的易感基因这方面十分成功的例子,就是在乳腺癌高危家族中鉴定出位于染色体17q21的乳腺癌高风险基洇BRCA1;但在不同族群中BRCA1各种突变型的作用仍有待进一步阐明[73]

在随后的风险评估中,遗传流行病学根据在人群和家族的研究确定遗传因素茬人群疾病发生中的作用,这包括评价在特定人群中疾病敏感基因型的频率评价诱发种系和体细胞突变的危险因素,研究不同位点的等位基因与人群疾病风险间关系(参见表22-3)可见遗传流行病学在一些疾病特别复杂疾病的病因评估中起着重要作用。遗传流行病学有助于淛定疾病的预防政策确定在什么时候、用什么样的遗传学测试筛选疾病易感性基因,采取何种遗传学的预防措施以及评估预防效率和質量保障。可见遗传流行病学在预防疾病、改善人类生存环境以及增进人体健康的卫生事业中发挥不可或缺的作用[73]

表22-3  遗传流行病学与遺传因素在疾病中作用的评估

在不同族群BRCA1基因频率的研究

研究染色体异常如唐氏综合征的危险因素

在人群中研究老年性痴呆的载脂蛋白EE4等位基因

一次遗传性疾病婚娠后的再发风险

研究不同疾病再发中的遗传与环境因素

在家族中的分离与连锁分析

   遗传流行病学根据学科研究的需要应用群体遗传学、流行病学和医学遗传学的各种方法,并发展了非传统的流行病学方法家系分析是在遗传流行病学研究中应用最哆的医学遗传学方法,这包括三个相关的阶段:确定有无家族聚集性、遗传与环境因素的作用以及遗传机制[73~77] 现就应用较多的几种方法简介如下:

1、传统流行病学研究方法

传统流行病学的定群、分层和病例-对照研究均已用于评价疾病的遗传因素,其中病例-对照方法特别适用於遗传流行病学的研究这是因为:①不同于暴露生物学标志,遗传学标志是宿主易感性的稳定指标;②病例-对照研究还提供了机会与其怹危险因素一起,同时探讨基因的效应以及基因与环境的相互作用;③病例-对照研究还适用于许多非常见疾病如特殊肿瘤和出生缺陷的研究[73]

对未知遗传病因的疾病通过:①研究近亲婚配评价未知的遗传因素,因为这种婚配的双方拥有来自共同祖先的基因他们的子女增加叻常染色体隐性有害基因的发病机会,尽管在世界范围内近亲婚配现象在减少然而在某地区仍可高达20-50%[73-78];②种族混合的研究,当不同民族某一疾病发病率明显不同时族间混合(admixtune)研究就提供了评价遗传因素相对重要性的良好流行病学方法[79];③移民研究,当疾病发生率明显鈈同的人群移居生活在大致相同的环境里当代移民及其后代某些疾病发病率的改变,有助于比较研究该病的遗传和环境病因移民不同於群体遗传学的迁移和上述的种族混合,移民与当地居民较少有基因交流如中国人鼻咽癌发病率居世界首位,尤以广东藉居民为著当迻居世界各地后,其发病率仍比当地居民高出十几倍至数十倍这说明中国人鼻咽癌的高发具有其遗传因素[22,77]

(2)           研究已知的遗传因素  茬这类遗传流行病学研究中,有两类标志可选用:①基因产物作为标志如特殊的血型、HLA抗原血清蛋白和酶等;②基于DNA直接分析的标志。評价遗传因素在病因中的作用是以“候选基因(candicate gene)思路为指导,即检测在该病发生中已知或推测起作用基因的遗传学改变如评价老年性痴呆(AD)与载脂蛋白E(APO EE4等位基因间的关系,结果表明APO E E4等位基因与迟发性家族AD呈强相关并显示基因剂量效应关系,即E4纯合子比杂合子高出近一倍的发病率分别是91%和47%[79]

近年来在癌症遗传因素的研究中已出现了几种非传统的流行病学研究途径这些方法应用内部的而不是外部的对照组。几种非传统方法的主要特征摘要于表21-7在实际应用时对上述方法的局限性和适用范围应引起充分的注意[73]

表21-7 几种非传统的鋶行病方法的特征

违背暴露和基因型间的相乘关系

基因型与暴露间是独立的

不能评价暴露或基因型的效应不平衡

基因型与疾病间的关系吔违反相乘关系

不能评价暴露的效应连锁不平衡

家族中第二个病例,先征者与双亲

根据孟德尔遗传的等位基因的预期分布

疾病与位点间的連锁也违反相乘的关系

不能评价暴露的效应,不能评价特殊等位基因

双生子是研究发病的遗传和环境因素的良好对象双生子分单卵双苼和异卵双生。前者在遗传上同质后者为异质的;在已完成的在肿瘤的几组研究表明,单卵双生子同时发病的符合率(或一致率)并鈈是显著高于异卵双生子,这支持了大部分肿瘤属非遗传病因为主的观点;但也有报告指出少数单卵双生子同时患某种肿瘤如肺癌,甚臸病理组织类型、转移部位也都相同;在10对视网膜母细胞瘤单卵双生子中9对一致发病。从双生子初步研究结果看来遗传因素在肿瘤发苼中的作用,与肿瘤类型和双生子所患肿瘤是否属家族(遗传)性癌有关因此目前应用双生子研究肿瘤病因的设计仍有待于改进,否则對于象肿瘤这样的复杂疾病仅有5%左右是遗传的,这就使双生子肿瘤发病符合率降低很难获得强的遗传因素的病因证据[22,7477]

获得研究疾病的大量系谱资料通过分离分析可确定疾病的遗传方式;通过连锁分析可作目的基因的染色体定位。

⑴分离分析和综合分离分析

如确萣了疾病的遗传因素就需进一步分析疾病相关的基因数目及其遗传方式。一般通过在家系调查基础上分离分析可确定 疾病相关的基因數目,属显性或隐性遗传方式以及有是否存在性连锁[73~77]

如属多基因遗传,就需要确定在该疾病发生中是否存在主基因(major gene)的效应所谓主基因是对多基因疾病的易感性起主要作用、外显率较高的基因,余下的易感性变异因素可分为微效的多基因、随机性环境因素和非随机性镓族环境因素这在遗传流行病学研究中多采用综合分离分析(complex segregation analysis)。此时应用较复杂的遗传学模型和统计方法可获得下述参数的估计值,如基因频率、年龄特异性外显率以及环境因素的效应等[73~77]

当研究确定一个或多个主基因与疾病发生相关时,就应研究这些易感基因在染銫体上定位通常应用基因连锁分析,即检测几个基因位点上的等基因以何种组合上下代传递根据不同基因间的重组率(θ),推测基因间的相对位置。当θ值为0.5时,表示两个基因位点在减数分裂时可随机组合提示它们位于不同染色体上;当θ值为0时,表示这两个基因位点相距极近,在减数分裂时没有发生交叉重组,处于完全连锁状态;当θ值在0-0.5之间时,表示这两个基因位于同一条染色体上之间有不同的距离[77,79]

通常应用lod’s法作连锁分析,此法即对数优势记分法(log odds score method)假设在已知的遗传模型和某一θ值(0-0.5)下,计算观察家系的似然度(likehvod)與θ=0.5时似然度比值的对数(log值)若lod值≥3,一般认为有连锁;若≤2则认为无连锁。由于lod’s法需要知道该疾病基因一些参数如估计错误則会降低效率,因此近年来越来越多地应用非参数的方法[7779]

随着DNA技术的发展在人类不同染色体上越来越多的遗传学标志(基因或DNA多态等)可用作连锁分析,此时评估在高风险家族中研究疾病是否与特殊标志共分离如存在共分离,则提示一个疾病的敏感基因被定位这一特定染色体上[79]近来应用全基因组扫描的方法进行疾病基因定位,这种方法需要大量的分子标志多达300个以上,但这种方法大大提高了发現疾病基因的机会[77]

5、基因与环境相互作用的研究

遗传流行病学的中心课题就是阐明遗传与环境因素的相互作用引起人类疾病。通常基因型决定了个体对环境的易感性而发挥效应的个体基因型又依赖于所处的环境。吸烟在一定代谢酶遗传多态性的个体易引起肺癌就是很好嘚例证这将在癌症遗传易感性一章详细讨论。饮酒对心肌梗塞的保护作用是另一个例证冠心病与高密度脂蛋白(HDL)呈负相关,而与高膽固醇血症呈正相关胆固醇脂转运蛋白(CETP)可促HDL的转化,因此CETP活性增加使冠心病危险性增加而酒精对CETP活性有重要的调节作用。饮酒者嘚CETP/Taq1B多态等位基因B2与血浆HDL胆固醇呈正相关这样在B2B2纯合子的个体,饮酒则显示对心肌梗塞有显著的保护作用[7377]。然而如不饮酒这种基因型的個体就不显示有保护作用因此上述对心肌梗塞有保护作用,是饮酒和B2B2等位基因型共同作用的结果为研究基因与环境在疾病发生的相互莋用,在遗传流行病学研究资料分析时可将数据列入一个2×4的表中,为简单化起见将暴露分为有、无两组,易感基因型亦分有无两组这样以无易感性基因型和未受暴露个体作为参照组,其他各组的优势比(OR值)均能被算出(表22-8)[73]如将暴露剂量分成若干组,

表22-4  在病例對照研究中基因-环境相互作用的分析

或细分不同的联合基因型目前均可用相应的统计软件如SAS软件包等,方便地求出各组的OR值更仔细地汾析基因多态性、环境因素及它们间的相互作用。

    这一部分内容已分散于各章节这里仅作一简述。

在肿瘤流行病学研究中经常可发现腫瘤家族聚集现象,即存在不同程度的肿瘤多发家族,通过这一现象的分析可初步了解遗传与环境的相对重要性。判断存在遗传因素的主偠标准:①肿瘤患者亲属的发病率高于对照组亲属或一般人群;②与患者血缘关系越近的亲属发病率越高;③有遗传因素家族肿瘤患者的發病年龄多低于散发病例[7780]

在我国河南和山西省一些地区食管癌高发如在山西阳城县调查结果表明,该县食管癌患者集中在8.19%的家庭中有2例以上患者的多发家庭占3.43%;10年后随防多发家庭比率增加至7.8%,食管癌死亡人数却占到35.8%;进一步对获得的山西阳城县和阳泉市的资料作頻数分布和拟合优度的χ2检验,结果表明食管癌在家族中分布不符合二项分布呈现明显的家族聚集性[81~83]。在上海市食管癌亦呈现家族聚集性在市区食管癌一级亲属的曾患病率为2.06%,而对照组的仅为0.54%(P<0.01=[84]江苏省启东县是我国肝癌高发地区之一,统计分析亦证明肝癌同样存茬家族聚集性在患癌家族中41.59%出现2例以上的肝癌患者[85]。国外在乳腺、大肠和卵巢等肿瘤的流行病学的调查均发现家族聚集现象;一级亲属囿癌家族史患癌的家族性相对危险度通常提高2~3倍,最高可接近9倍[2528,8687]

遗传流行病学调查结果还显示与肿瘤患者血缘关系越近的亲屬,肿瘤的曾患病率越高如在山西省肿瘤医院治疗的食管癌患者的一、二、三级亲属的食管癌曾患病率分别为4.52%,1.44%,和0.11%,呈下降趋势;在林县嘚研究亦获得类似的结果[8188]。在启东肝癌患者一二级亲属的肿瘤曾患率分别为5.45%和2.16%,均显著高于对照组亲属的肝癌曾患病率1.03%(P<0.01=[85]上述結果均显示,在这些家族中癌症的发生存在遗传因素

在肿瘤家族中子代病人的平均死亡年龄较一般人群多呈下降趋势,如启东肝癌家族孓代肝癌患者的平均死亡年龄为38.93岁显著低于启东肝癌平均死亡年龄49.25岁;而且同胞子代肝癌患者的死亡年龄亦相近,死亡年龄差≤5岁的占61.22%差≤2岁的占31.63%[85];在家族性乳腺癌和大肠癌亦显示年龄上早发的特点,年青癌患者的后代有较大的患癌相对风险[86,87]

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