中国发现人类疾病基因的两个重要贡献

中国发现人类疾病基因的两个重要贡献
中国在人类遗传学方面一直比较薄弱。
DNA测序相对容易,如果有机器和试剂,但分析比测序难。
而遗传分析,特别是人类遗传分析,迄今在中国好像没有正规训练,而其中有些环节不是很容易。
基因变化与疾病的关系,从1970年代开始,特别是1980到1990年代,西方(特别是美国)有很多发现,大多数引起疾病的基因变化(疾病罹患基因突变,或俗称疾病基因)都是美国发现的。
中国科学家发现了几十种疾病的基因,但以罕见病为主,原因是罕见病研究的竞争较少,而且研究与病人分布有关。
发现疾病的基因变化,就能帮助诊断疾病。
判断疾病的基因研究是否重要,有三个因素:疾病是否重要,发现其基因是否有助于理解自
然,是否有助于。
痛觉与基因
2018年6月11日读到MIT出版社新书“Chasing Men on Fire”(《追踪在火上的人》),作者为耶鲁大学的Stephen G Waxman,讲痛觉的基因研究。
痛觉是非常重要的感觉,没有痛觉的人,难以存活很久。但世界上,真有缺乏痛觉的人,当然极为罕见。科学上报道第一例缺乏痛觉的人是1932年,迄今也不过十几例。在巴基斯坦发现三个遗传痛觉缺失的家系,都是近亲结婚的家庭。其中一位小孩14岁不到就去世,原因是他没有痛觉,平时经常在街头表演刀刺自己、火上行走,他不能感到痛,但这并不意味着他不受伤害,而是受了伤害不感到痛。一个人如果从来不感到痛,他对世界的理解就会出现偏差。这个孩子后来跳楼,当然他确实不痛,但与常人一样,跳楼会死,他因此去世了。
还有一种病,称为“红斑肢痛症”,患者会自发或者受到轻微的刺激就出现肢体剧烈疼痛、皮肤红、灼热。Waxman的书名,可以视为是“灼热痛”和“火上走”双关语。1966年,美国M
ayo医院的医生发现阿拉巴马州有一个较大的家系,5代51人中19位有自发疼痛。1992年,阿拉巴马大学医学院的教授发现同一家系更多病人,29人患病。荷兰遗传学家联系美国阿拉巴马州的医生,获得这一家系多个病人和正常人的DNA样本,进行分子遗传分析,发现病人是因为2号染体特定段落出现突变,这段含约50个基因,但他们不知道是哪个基因导致自发疼痛。
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北京大学第一医院皮肤科的杨勇,发现一家三代有“红斑肢痛症””。他进一步分析了这50个基因,发现包含有一组钠通道基因,而其中SCN9A比较特异的表达在外周神经,与伤害感受有关,是最可能的致病基因。后面的工作证实了他的猜想,他们发现SCN9A元数据管理平台基因在家系中每一个病人都有相同的突变,而正常人没有。他们进一步分析散发病人,有一位“红斑肢痛症”病人也在同一基因有另外一个突变。杨勇因此提出微电脑时间控制器SCN9A突变是“红斑肢痛症”的致病原因。这一结论于2004年发表在《医学遗传学杂志》。后续杨勇与Waxman合作,阐明了疾病的发病机制:突变导致SCN9A功能增强,从而对伤害刺激更敏感。
2006年,英国遗传学家在杨勇研究的基础上,专门研究巴基斯坦三个先天缺乏疼痛的家系,三家有六个“病人”,完全没有痛觉。英国遗传学家发现他们都是因为发生SCN9A的功
能缺失型突变而失去痛觉感知能力。这些缺乏痛觉的人身体很多伤害,包括小时候自己咬坏了自己。他们都有正常的触觉、压觉、温度感觉、本体感觉。文章发表在《自然》,当年我是看到这篇文章,再追踪得知北大第一医院杨勇老师做出的关键一步。当然,2004年杨勇的《医学遗传学杂志》论文比英国遗传学家的《自然》论文更重要,但《自然》杂志的读者多。
影响痛觉的基因不止一个,但确定SCN9A与痛觉的关系非常有助于理解痛觉传导。
SCN9A基因编码Nav1.7蛋白质,这是钠通道蛋白质的一个组分(专业称为“亚基”)。杨勇的发现,首先表明Nav1.7钠通道是痛觉特异的离子通道。杨勇研究的病人实际是基因突变后,Nav1.7钠通道功能增强,导致自发疼痛。而英国遗传学家研究的巴基斯坦疼痛缺乏的病人所含的遗传突变,导致Nav1.7钠通道功能缺失。所以,两项工作相辅相成,证明Nav1.7钠通道对于疼痛传导非常重要。但杨勇是第一个发现Nav1.7钠通道对疼痛的重要性。杨勇的工作既有国外工作的基础,也有国外工作的继续,但杨勇的工作是关键一步。这一工作既揭示了一个疾病的罹患基因,同时提出了疼痛的一个特异机理,而且提示可以寻抑制Nav1.7钠通道的药物而疼痛。所以,杨勇的工作意义很大。
自闭症与基因
自闭症是很重要的疾病,患者与他人交往障碍。
自闭症患病率不低:1000人有1到2人,发达国家儿童患病率为1.5%。
遗传基因影响自闭症。
隧道烘箱验证方案催产素(OXT)是九个氨基酸连起来形成的小肽,它最早被发现可以刺激子宫收缩,所以称为催产素。它被细胞分泌到细胞外,作用于子宫肌肉细胞,后者的细胞膜表面有催产素受体(OXTR)。几十年后,研究发现催产素对动物的社会行为和认知非常重要。催产素产生与脑,但作用于两个截然不同的部位:外周(如子宫),和中枢(脑)。
如果缺乏催产素,动物照样生孩子,但社会行为却出现问题,如动物缺乏哺乳等母性行为、社会交往及认识功能受损等。所以,催产素首要功能是社会行为和认知,而不是子宫收缩,虽然它确实能够收缩子宫,临床上继续可以用它催产,但那不是它在动态体内的首要功能。在中枢神经系统,OXTR与内源催产素结合后产生效应,精细调控社会行为和认知活动等复杂过程。有些很有趣的研究,例如:在有些动物,如果缺乏催产素,母亲对于
刚刚出生的孩子缺乏母爱;在有些动物,如果出生时没有催产素,女婴长大后缺乏对自己孩子的母爱;甚至在人做过研究,如果通过鼻腔喷雾给予催产素,可以提高人对人的信任,这一研究不是用女性做的,而是用男人做的。也就是说,催产素对社会行为和认知的很多作用并不仅限于女性。
自闭症属于多基因复杂疾病,筛选主效基因对于理解发病机理尤为重要。2005年,张岱实验室发现OXTR基因与自闭症关联,当属自闭症易感基因研究中最重要的发现之一。其后,不同研究组在不同种族间获得良好的一致性验证。近年来的研究证明OXTR功能异常与自闭症社会交往受损等核心症状的关系密切,在发病中起到重要作用。张岱的发现,把一个重要疾病与一个重要基因联系起来了。对于机理和,都提供了很好的线索。
Yang Y, Wang Y, Li S, Xu Z, Li H, Ma L, Fan J, Bu D, Liu B, Fan Z, Wu G, Jin J, Ding B, Zhu X, Shen Y (2004). Mutations in SCN9A, encoding a sodium channel alpha subunit, in patients with primary erythermalgia. Journal of Medical Genetics 41:171–174. 
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微绿球藻Wu S, Jia M, Ruan Y, Liu J, Guo Y, Shuang M, Gong X, Zhang Y, Yang X, Zhang D (2005). Positive association of the oxytocin receptor gene (OXTR) with autism in the Chin
ese Han population. Biological Psychiatry 58:74-77.

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