漫談基因檢測與遺傳病

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寫這篇文，主要是為了方便大眾（主要指家裡有遺傳病患者的大眾）理解基因檢測。對於專業人士，可能過於淺顯了。

細胞是人體結構和功能的基本單位。人體包含有數十萬億個細胞，比如腦細胞、心臟細胞、皮膚細胞，這些細胞統稱為體細胞。還有一類細胞比較特殊，就是人的精子和卵子，又稱為生殖細胞。

在體細胞中，除了成熟的紅細胞外，每個體細胞都含有一個細胞核，每個細胞核中，都有23對染色體，其中22對染色體都和性別無直接關係，稱為常染色體，另外一對與性別決定有明顯直接關係的染色體，X染色體和Y染色體，稱之為性染色體。其中正常男性的性染色體組成是XY，女性是是XX（注意這裡說的是絕大部分的正常人）。這46條染色體上，每一條染色體都分布有上千個基因，每個基因由ATCG四種鹼基排列組合組成。

在生物個體的發育過程中，很多生理生化過程都是相互聯繫，互相依賴的。基因的作用是通過控制新陳代謝的一系列生化反應而影響到個體發育的方式，從而決定性狀的形成。這些生化反應按照特徵的步驟進行，每一基因控制一個生化反應，當一個基因的改變直接影響其他生化過程的正常進行時，就會引起一些性狀的相應改變。

另外，要明確一下遺傳病的概念，所謂遺傳病是指遺傳物質的改變而導致的疾病，並不是大家所理解的一定是家族遺傳下來的。另外遺傳病不一定是先天性疾病，即出生前就形成的疾病。先天性疾病也不一定是遺傳病。

遺傳病根據遺傳物質改變的不同，可以分為5大類：

1. 染色體病：包括染色體數目多少的變化和染色體結構的變化。正常體細胞具有46條染色體，如果生殖細胞產生過程中以及受精卵早期發育過程中發生了差錯，就會產生整條染色體，或者染色體的片段，多於或少於正常個體的情況。比如唐氏綜合征，就是由於21號染色體多了1條，成為21三體綜合征。無論是數目畸變還是結構畸變，其實質是染色體上基因群的增減以及位置的轉移，使遺傳物質發生了改變。由於染色體異常涉及許多基因，患者通常均有較嚴重或明顯的臨床癥狀。具有染色體異常的胚胎，大部分流產或死產，少部分能存活到生育。在妊娠前3個月的自發性流產中，染色體畸變大約佔50%。

導致染色體畸變的因素有多種，包括化學因素，如一些化學藥品、農藥、毒物和一些抗腫瘤藥物、保胎及預防妊娠反應的藥物。

物理因素，如電離輻射。長期接受射線治療或從事放射工業的人員，由於微小劑量的射線不斷積累，會引起體細胞或生殖細胞染色體畸變。

生物因素，當人體感染某些病毒，如風疹病毒、乙肝病毒、麻疹病毒和巨細胞病毒時，就有可能引發染色體的疾病。

母親年齡，一般認為，生殖細胞在母體內停留的時間越長，受到各種因素影響的機會越多。

染色體遺傳病的檢測技術，包括低深度全基因組測序技術、染色體微陣列分析技術（chromosome microarray analysis，CMA）、染色體核型分析技術、熒光原位雜交技術（Fluorescence in situ hybridization，FISH)等。這幾項技術的敏感性和特異性不同，各有優劣。

2. 單基因病：受一對等位基因控制的疾病，簡單講，單個（對）基因的突變就會導致疾病的發生。當存在於生殖細胞或受精卵中的突變基因，按一定方式在上下代之間進行傳遞，其所攜帶的突變的遺傳信息，經過表達，可形成具有一定異常性狀的疾病。在單基因遺傳病中，根據決定該疾病的基因所在染色體不同（常染色體和性染色體），以及該基因性質的不同（顯性或隱性），可將單基因遺傳病分為三種主要遺傳方式：常染色體遺傳，又包括常染色體顯性遺傳和常染色體隱性遺傳；X-連鎖遺傳；Y連鎖遺傳。單基因病通常較為罕見，但發現的病種越來越多，目前已知的單基因遺傳病大約有7000多種，綜合來看，這一類疾病並不罕見。

雖然，單基因遺傳病，看似簡單，但是即便是同一基因型的不同個體或者同一個體的不同部位，由於各自遺傳背景的不同，所表現的程度也可能會有顯著差異。另外，即便是同一個臨床表現，也可能是由多個不同的基因控制的，所以在臨床診斷上，就會非常棘手。

基因突變的類型有多種，比如常見的突變：單個鹼基的替換、缺失或插入，也可出現多個鹼基的變化，如大小不同片段的缺失和插入。

臨床上，對於單基因遺傳病的檢測，分多種檢測策略。

1.對於臨床癥狀較典型的遺傳病，臨床醫生初步有較為明確的臨床診斷時，可以對單一的遺傳病進行相應的基因檢測。

2. 臨床癥狀相對典型，臨床醫生懷疑為某一大類的遺傳疾病，比如遺傳代謝病，神經系統疾病、遺傳性腎病等，此時可以對一大類遺傳病進行檢測，也就是常說的基因panel（包）。根據疾病類別不同，檢測的基因可能幾十到幾百個。

3. 臨床癥狀不典型，又懷疑為遺傳性疾病的，可以進行全外顯子基因檢測。雖然說全外顯子基因檢測比較全面，一次性檢測人類基因的全部外顯子。但是由於醫學的複雜性及人類對疾病認識的局限性，目前比較明確的單基因遺傳病也就4000種左右，相關基因3000多個。通過全外顯子測序進行檢測的複雜疾病，檢出率一般在30-40%左右。

目前臨床上使用較多的基因檢測技術是二代測序技術。但是二代測序技術有其自身的局限性，比如對於具有高度同源的假基因區域，大片段的重複或缺失突變、三鹼基動態突變等，這些特殊情況，二代測序技術無法保證準確性。

• 所以當基因檢測結果為陰性時，並不能完全排除受檢者患有遺傳病。只能說是沒能確診。（這個問題，很多患者都會問）
• 另外，當先證者的檢測結果為陰性時，對於夫妻雙方的生育指導，是沒辦法提供的。（這個問題，也很多家長問。生了一個患兒，孩子沒了，想繼續生育二胎，怎麼辦）第一，不確定孩子是不是遺傳病，第二，如果是遺傳病，不知道是哪個基因突變導致的，就沒辦法在產前診斷中進行相應干預。
• 當先證者樣本沒有了，夫妻雙方可以做哪些檢測，這個問題也比較難解釋。雖然孩子是父母雙親遺傳來的，但是在發育過程中是否存在自發突變，從而導致疾病發生的，不得而知。所以對健康的父母檢測，來查找孩子患病的原因的，查出來是萬幸，查不出來也是意料之中。

3. 多基因病：也稱為複雜性疾病。人類的一些遺傳性狀或某些遺傳病的遺傳不是取決於一對基因，而是多對基因，每一對基因對遺傳性狀或遺傳病形成的作用是微小的，故稱為微效基因。但是，若干對基因作用積累之後，可以形成一個明顯的表型效應，稱為累加效應，這些基因也稱為累加基因。同時，由於這些遺傳性狀或遺傳病的發生，不僅取決於微效基因的累加作用，還受環境因子的影響。例如 糖尿病、心腦血管疾病、精神分裂症、哮喘、身高等。

多基因遺傳性狀或基因與單基因遺傳的性狀或疾病有所不同，單基因遺傳決定於一對等位基因。因此，其基因型和表型之間的關係直截了當。因此該性狀的變異在群體中的分布是不連續的。可以明顯的分為2-3類。所以單基因遺傳的性狀也稱質量性狀。例如，苯丙酮血症這個遺傳疾病，是單基因遺傳病，由PAH基因控制，PAH基因編碼苯丙氨酸羥化酶，正常人中血漿PAH酶的活性為100%，那雜合攜帶者的PAH酶為正常人的45%-50%，而苯丙酮尿症患者的PAH酶活性僅為正常人的0-5%。而多基因遺傳性狀的變異在群體中的分布是連續的，有一個峰，即平均值。不同個體之間的差異只是量的變異，因此又稱為數量性狀，例如人的身高、智能、血壓等。

在多基因遺傳病中，遺傳基礎是由多基因構成的，但是它只部分決定了個體發病的可能性。這種由遺傳基礎決定一個個體患病的風險稱為易感性（susceptibility）。由於環境對多基因遺傳病產生較大影響，因此學術界將遺傳因素和環境因素共同作用決定一個個體患某種遺傳病的可能性稱為易患性（liability）。

為了衡量遺傳和環境對於性狀的相對作用，常採用遺傳度這一指標。遺傳度是多基因累加效應對疾病易患性變異的貢獻大小。遺傳度越大，表明遺傳因素對病因的貢獻越大。比如唇齶裂的遺傳度76%，冠心病的遺傳度65%，原發性高血壓的遺傳度62%，消化性潰瘍的遺傳度37%。

• 遺傳度是特定人群的估計值 遺傳度是由特定環境中特定人群的患病率估算得到的，因此，不宜外推到其他人群和其它環境。
• 遺傳度是群體統計量，用到個體毫無意義 如果某種疾病的遺傳度為50％，不能說某個患者的發病一半由遺傳因素決定，一半由環境因素決定，而應該說在這種疾病的群體總變異中，一半與遺傳變異有關，一半與環境變異有關。

如果你看到了這裡，你還會相信一些公司檢測了某個基因一兩個位點，告訴你某某疾病，你的患病風險高或低的基因檢測，是有多虛了嗎？你壓根都不知道某某疾病，到底有多少個微效基因參與，你也不知道那個疾病的遺傳度是多少。

所以，對於健康人，一些宣傳的易感基因的檢測項目，好奇的話，體驗一下就好。至於結果，不要太當真。而多基因疾病患兒的風險預測和產前診斷，目前的研究水平來看，還相當困難，但隨著技術的進步，相信有一天，有望將多基因疾病的基因診斷應用到臨床。

對於多基因遺傳病，再發風險的估計比單基因遺傳病相對複雜。

在相當多的多基因遺傳病中，群體患病率（q）常在0.1%～1%，遺傳度為70%～80%之間，那麼患者一級親屬的再患風險可利用Edwards（1960）公式，其內容為患者一級親屬再發風險 是群體患病率 的平方根，即 = ；當遺傳度低於70%～80%時，患者一級親屬再發風險低於群體患病率的平方根；當遺傳度高於70%～80%時，一級親屬再患風險高於群體患病率的平方根。例如：唇裂的群體患病率為0.17%，其遺傳度為76%，患者一級親屬再發風險 = ≈4%；如果遺傳度為100%時，患者一級親屬的再發風險上升到9%；如果遺傳度在50%時，患者一級親屬的再發風險下降到2%。由此可見，多基因遺傳病的再發風險與疾病的遺傳度高低有關。

另外，患者親屬再發風險與親屬中受累人數有關。也就是說，當一個家庭中，患病人數越多，則親屬再發風險越高。此外，再發風險，與患者的畸形或疾病的嚴重程度有關。

4. 線粒體疾病：線粒體DNA突變所導致的疾病。線粒體是細胞的能量工廠。線粒體DNA是環形封閉的雙鏈DNA分子。線粒體DNA全長16.6kb，共有37個基因。

一些人將線粒體DNA稱為第25號染色體，也有人稱之為M染色體。線粒體DNA能夠獨立複製、轉錄和翻譯，但同時線粒體的結構和功能受核DNA影響。

人類受精卵中的線粒體絕大部分來自卵母細胞，因此線粒體疾病，稱為母系遺傳。

雖然一個人的卵母細胞大約有10萬個線粒體，但是當卵母細胞成熟時，絕大多數線粒體會喪失，數目可能會少於10個，最多不會超過100個。此後，早期胚胎細胞分裂，線粒體會繁殖。每個細胞會達到1萬個或者更多線粒體。這種線粒體數目從10萬個銳減到少於100個的過程，稱之為遺傳瓶頸。如果通過遺傳瓶頸保留下來的線粒體碰巧攜帶一種突變基因，那個這個突變基因在發育完成後的個體中，就會佔有一定數量。並且，在胚胎髮生和組織形成的細胞分裂過程中，線粒體是隨機分布的。如果一些幹細胞接受了大量攜帶突變基因的線粒體，那隨後形成的成體組織細胞就會具有高比例的攜帶突變基因的線粒體。

如果一個細胞或組織中，所有的線粒體都具有相同的基因組，或者都是野生型序列，或者都是突變型序列，稱為"純質「。反之，一個細胞或組織既有突變型，又有野生型，稱之為」雜質「。線粒體是細胞的能量工廠，在異質性細胞中，突變型和野生型線粒體DNA的比例決定了細胞是否能量短缺。

mtDNA的突變率比核DNA高10倍~20倍。任何兩個人的mtDNA,平均每1000個鹼基就有4個不同。人群中含有多種中性到中度有害的mtDNA突變，且高度有害的突變不斷增多。

目前，在線粒體基因組中，發現有60多個單核苷酸突變與多種多系統紊亂疾病相關。

5. 體細胞遺傳病：由於體細胞遺傳物質改變所引起的疾病。多見於腫瘤，有些嵌合體和先天畸形也屬於這類遺傳病。體細胞遺傳病一般不會遺傳給後代。通常腫瘤細胞是一個積累了不同基因突變的體細胞，這些突變共同導致了細胞增殖的失控，結果形成大量細胞的集合體--腫瘤。約5%的惡性腫瘤是遺傳性的，其中生殖系突變（germ line mutation）起主要作用。對於臨床醫生而言，家族性癌通常表示一個家族的多個成員患有惡性腫瘤，而不一定是遺傳性的。在大多數遺傳性及幾乎所有的散發性惡性腫瘤中，腫瘤的始動和發展需要多次體細胞突變。腫瘤的遺傳基礎十分複雜，突變基因的不同組合可發生相同類型的腫瘤，在各種類型的癌症中，一些基因的突變具有普遍性，而另外一些基因突變只限於某種特定的細胞類型。

針對腫瘤的基因檢測項目，多集中在腫瘤的個體化用藥相關的基因檢測。也有一些預防性的基因檢測項目，但僅限於遺傳性腫瘤而言，比如家族性乳腺癌，遺傳性結腸直腸癌綜合征、遺傳性多發性神經纖維瘤、遺傳性黑色素瘤等。

先寫這麼多吧。

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