疾病的基因组学

从“定位克隆”到“定位候选基因”

人类基因组计划(HGP)的直接始动因素是要解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子遗传学问题，因此与人类健康密切相关。另一方面，6千多种单基因遗传病和多种大面积危害人群健康的多基因疾病的致病基因和相关基因，代表了具有一定生物学冗余性的所有人类基因中结构和功能完整性至关重要的那一部分。因此，疾病基因的定位、克隆和鉴定，是HGP各种竞争中居于核心的部分，也是HGP启动以来在社会上显示度最大的成就。

90年代以前，绝大多数人类遗传性疾病的生化基础未知，无法用表型-蛋白质-基因的传统途径进行研究。在HGP的遗传和物理作图带动下，出现了“定位克隆”的全新思路，导致了包括囊性纤维化、享廷顿舞蹈病、遗传性结肠癌、乳腺癌等一大批重要疾病基因的发现，为这些疾病的基因诊断和未来的基因治疗奠定了基础。随着人类基因组序列工作草图的问世，所有人类基因很快就会被精确地定位于染色体的各个区域。因此，一旦某个疾病位点被定位，即可从局部的序列图中遴选出结构、功能相关的基因进行分析，这就是“定位候选基因”的策略。

多基因病

当前，多基因疾病已成为疾病基因组学研究的重点，多基因疾病不遵循孟德尔遗传表型-基因型的规律，难以用一般的家系遗传连锁分析取得突破。已知多基因疾病是由多个微效基因的累加作用和某些环境因子作用所致，估计参与多基因疾病发病原理的基因可达3～20个，这些基因的单个碱基的多态性(SNP)及其特定组合可能是造成疾病易感性最重要的原因。因此，选择相对隔离人群，对疾病相关调节通路的候选基因或通过基因组定位所限定的候选基因进行SNP的关联研究，可能是多基因疾病发病原理取得突破的希望所在。

疾病相关基因的网络概念

从生物大分子相互作用和网络调控的结构模式来研究和分析疾病基因的作用，是当前疾病基因组学研究的另一个重点。即使是在单基因疾病，基本的分子发病学原理也是由于疾病基因蛋白产物结构-功能的缺损或改变，阻碍或干扰了在特定生化通路中的生物大分子相互作用；而多基因疾病发生和发展更是多基因或多通路间平衡失调的结果。这样一种认识突破了以往“一个基因一种病”的模式，既能更深入透彻地了解疾病病理生理过程及其影响因素，又为利用调节网络设计药物或基因治疗提供了新的思路。

基因组信息与环境的相互作用

绝大多数人类疾病是基因组信息与环境因子相互作用的结果。由于人类遗传的多态性，不同个体对环境致病因素的易感性也有差异。针对与环境中物理、化学或生物因素发生相互作用蛋白的编码基因(如DNA修复机制、氧化-还原反应及病毒受体蛋白等)，识别其基因组多样性和结构-功能关系，将有助于发现特定环境因子致病的风险人群，并制定相应的预防措施和环境保护策略.

基因组计划相关的若干伦理学问题

在整体上，HGP相关的伦理问题似可以归纳为二个方面：一是人类基因组基础数据的共享，二是基因组信息应用于医学保健方面所产生的问题。

人类基因组所包含的遗传信息是人类的共同遗产，理所当然地应为全人类所有。然而，人类及模式生物体遗传信息又是21世纪生物技术、制药工业、农业、环保以及其他相关产业知识和技术创新的主要源泉，蕴藏着极大的商业价值。因此，从一开始，科学界与工业界之间，对于基因组序列知识产权问题就产生了较大的分歧。代表着国际人类基因组科学共同体主流的人类基因组组织(HUGO)在过去数年中就此发表过多次声明，认为人类基因组DNA的序列、功能和用途不明确的全长cDNA、以及EST和SNP等属于“竞争前”(pre-competitive)数据，亦即处于基因组科学研究上游的基础数据。对这些数据的独占或延误公布将阻碍科学的发展，故不应申请专利。但赞成对中、下游成果，如功能明确的全长cDNA或基因工程产品等申请专利。这一立场得到各国政府和非赢利机构支持的科学共同体的响应。因此就有了1996年由国际各大测序中心联合作出的基因组序列应在24小时之内公布的百慕大协议。实际上，由私营领域出资的研究结果，只要在知识产权保护与数据分享之间达到一个合理的平衡，也是可以为社会接受的。出于商业目的，一些私营机构力图获得基因组基础数据的专利，或在相当长的时间内封锁有关数据。这种做法违背了大多数公众的利益，也将妨碍科学的进步，遭到科学界的反对。2000年3月14日，美国总统克林顿和英国首相布莱尔联合声明支持基因组数据公开的政策，使垄断基因组数据的企图明显受挫^［10］。然而，“公”、“私”之争并未结束。当然，随着形势的变化，也不完全排除“公”、“私”之间在特定条件下达成某种妥协甚而是合作的可能性。值得指出，我国作为发展中国家，能否分享基因组基础数据对医学和生物制药产业发展至关重要。以笔者之见，既然我国已加入国际公共领域的人类基因组测序计划，我国政府也应该在基因组数据公开这一重大原则问题上表态。

HGP也为推动医学进步带来了空前的机遇。疾病的基因诊断有可能发展成医学的重要分支和实现产业化。在婴儿时期的基因筛查有可能识别出疾病基因或风险基因的携带者，这一被称为“预测医学”(predictive medicine)的做法，固然为疾病的早期预防提供了便利，但同时也可能带来一系列伦理、法律和社会学问题。诸如：病人的隐私权如何得到保护?他们的就业和保险是否会受到影响?是否会在社会上受到“遗传歧视”?社会和法律能够为他们提供何种帮助和保护?能否对生殖细胞进行基因治疗?近年来，整体动物克隆技术的发展使得生物技术的伦理问题更趋复杂化。因此，生物医学界和法律界应该就HGP的相关伦理、社会、法律问题共同商讨、制订对策，并取得全社会的理解和支持。

我国HGP的历史和现状^［11］

我国是一个多民族的大国，丰富的人群遗传资源是研究人类基因组多样性、人类进化以及人类疾病相关基因的宝贵材料。我国的人类基因组计划是于1994年启动，根据实际情况，我国HGP的初期目标主要是充分利用我国丰富的人类遗传资源，进行基因组多样性和疾病基因识别的研究。在过去的六年中，通过科学界的共同努力，组织了一批高水平的医学中心和遗传学领域内的国家和部门重点实验室，建立了全国性的遗传资源收集、保存网络，引进和建立了包括遗传和物理作图、大规模DNA测序、基因定位、克隆、突变检测和生物信息学等在内的较完整的基因组研究体系。同时，也获得了一批重要的研究成果。在基因组多样性领域中，建成了多民族人群的DNA样品库，对中国南、北30个民族或人群的遗传关系进行了研究，并与世界15个参考人群进行了比较。研究结果显示，中国人群可分为南、北两大组，两者之间有明显的基因融汇；东亚人群可能起源于东南亚，而东亚现代智人与其他各大洲现代人群都起源于10～20万年前“走出非洲”的群体^［12］。另一方面，疾病基因的研究也取得了实质性的进展，克隆了遗传性高频耳聋的致病基因^［13］，定位了若干单基因疾病的染色体位点。在白血病和某些实体肿瘤相关基因的结构、功能研究方面，取得了一批具有国际影响的成果^{［14，15］}。近年来，在多基因病的定位方面也取得了初步成功。此外，一些实验室在人类功能基因的研究方面也实现了突破，已获得来自造血-免疫、神经-内分泌、心血管系统以及肝脏的EST十多万条，克隆了1000条以上新基因的全长cDNA^［16］。在生物信息学理论和算法研究方面，我国学者也有一定的建树^［17］。

最近，我国HGP的研究规模和水平出现了质的飞跃。在国家科技部和上海市、北京市的大力支持下，成立了国家人类基因组南方和北方研究中心。在研究领域内的一个重大事件是展开了大规模的基因组测序，在国家科技部和中国科学院的支持下，由中科院遗传所基因组中心、国家人类基因组南、北研究中心共同承担了全球人类基因组测序计划的1%。经过半年的拼搏，取得了重大进展。除此以外，对若干致病微生物如钩端螺旋体、痢疾杆菌等的研究工作已在国家人类基因组研究中心展开，钩端螺旋体的全基因组最终完成序列可望在2000年底前获得。此外，一批实验室已致力于对中国人群SNP的大规模研究，试图通过对不同群体的基因型-表型相关性分析，揭示遗传和环境因子相互作用在我国人群疾病发生、发展中的作用。

对我国HGP的展望

最近，由于党和国家领导的高度重视、科学共同体和社会各界的关注和大力支持，我国HGP终于作为国家计划而被确立。1998年出台的我国《人类遗传资源管理办法》，有力地遏制了我国遗传资源盲目流失的倾向，促进了在平等互利基础上的国。但是，必须清楚地看到，我国现有基因组研究队伍的总体状况和科学技术水平与国际先进水平仍存在着相当大的差距，而国家在基因组基础科学领域的投资强度与美、欧、日相比仍然是非常薄弱的；我国拥有的遗传资源优势，是一种潜在的理论上的优势，受到总体社会、经济条件落后所带来的疾病登记制度不全、疑难病诊断水平低、采样工作难度大等的制约。因此，要使我国真正从基因资源大国转为基因研究大国，还必须付出极大的努力。

为了从根本上改变我国基因组研究的分散状况，加强计划和资源的集成度，当前一个刻不容缓的任务是，国家科技部、教育部、卫生部、农业部、中国科学院和国家自然科学基金委员会等相关部门应打破部门界限，统一协调，迅速制订