基因組學(xué)在生殖醫(yī)學(xué)范疇的發(fā)展,醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)論文

現(xiàn)代遺傳學(xué)/基因組學(xué)在生殖醫(yī)學(xué)范疇的發(fā)展,醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)論文改善生殖健康和降低出生缺陷問(wèn)題，是21世紀(jì)生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要責(zé)任。根據(jù)中國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)2020年9月(中國(guó)出生缺陷防治報(bào)告〕發(fā)布的數(shù)據(jù)，中國(guó)2018年出生缺陷的發(fā)生率為5.6%，每年新增病例90萬(wàn)。發(fā)病率較發(fā)達(dá)國(guó)家高出近2倍，每年國(guó)家和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)高達(dá)數(shù)千億元。華而不實(shí)遺傳性病因約占40%~60%，這還不包括遺傳性功能缺陷〔即廣義的出生缺陷〕，如遺傳性耳聾、智障、孤單癥等。在生育障礙的一系列研究中，人們對(duì)女性和男性配子以及胚胎的發(fā)育和調(diào)控機(jī)制表示了極大的關(guān)注，其遺傳性狀的影響主要表如今：①配子發(fā)生障礙，表現(xiàn)為卵母細(xì)胞和精子的數(shù)量減少、質(zhì)量低下和功能缺陷等。②機(jī)體對(duì)外界的環(huán)境因素更為易感，出現(xiàn)生育能力低下和妊娠丟失。③子代的生育風(fēng)險(xiǎn)加大。排在前位的出生缺陷和生育障礙，幾乎都屬于復(fù)雜性疾病，也就是由多個(gè)致病或易感因素與環(huán)境交互作用產(chǎn)生的遺傳物質(zhì)的構(gòu)造和功能異常。當(dāng)前對(duì)這類疾病的發(fā)病機(jī)制和遺傳規(guī)律所知甚少，采用傳統(tǒng)的常規(guī)技術(shù)無(wú)法對(duì)人群和患者進(jìn)行高效便捷的遺傳學(xué)診斷和篩查。由于人口諸多、地區(qū)發(fā)展的不平衡，對(duì)于已出生的缺陷患兒，尚缺乏系統(tǒng)的干涉和糾治策略以及長(zhǎng)效機(jī)制，構(gòu)成當(dāng)前面臨的知識(shí)瓶頸、技術(shù)瓶頸和體制瓶頸的嚴(yán)峻形勢(shì)。人類基因組計(jì)劃〔humangenomeproject，HGP〕的提早完成，敲開(kāi)了基因組醫(yī)學(xué)的大門(mén)。透過(guò)這扇門(mén)，人們看到了更為廣闊的全新基因組醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，意味著后基因組時(shí)代的到來(lái)。人類變異基因組計(jì)劃、全基因組關(guān)聯(lián)研究〔genome-wideassociationstudies，GWAS〕及重要疾病基因組學(xué)，以及其他組學(xué)等全景式分子醫(yī)藥工程技術(shù)的發(fā)展，為21世紀(jì)新的醫(yī)學(xué)形式個(gè)體化醫(yī)學(xué)奠定了基礎(chǔ)。近年來(lái)，由于對(duì)人類基因組的不斷解析，十分是應(yīng)運(yùn)而生的分子生物檢測(cè)技術(shù)和全基因組分析的核心技術(shù)微陣列生物芯片和深度測(cè)序技術(shù)的問(wèn)世，使得我們真正地走進(jìn)了以基因組醫(yī)學(xué)為基礎(chǔ)的個(gè)體化醫(yī)學(xué)時(shí)代。本文重點(diǎn)討論當(dāng)代遺傳學(xué)/基因組學(xué)在生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。1后基因組時(shí)代的技術(shù)發(fā)展人類基因組學(xué)已揭示出每個(gè)人的遺傳背景是有差異的，構(gòu)成人體遺傳圖譜共30億個(gè)核苷酸分子，其遺傳圖譜字母排列的99.9%是一樣的，但剩下的0.1%的差異不同〔變異〕是至關(guān)重要的，這些變異稱為基因多態(tài)性，華而不實(shí)最為重要、最常見(jiàn)的為單個(gè)核苷酸多態(tài)性〔singlenucleotidepolymorphism，SNP〕，是繼限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性〔RFLP〕、短串聯(lián)重復(fù)序列〔STR〕之后的GWAS報(bào)道的3個(gè)位點(diǎn)，又確定了8個(gè)新的PCOS的關(guān)聯(lián)位點(diǎn)：9q22.32，11q22.1，12q13.2，12q14.3，16q12.1，19p13.3，20q13.2和2p16.3。挑選出的這些候選基因集中在與胰島素、性激素和Ⅱ型糖尿病〔T2DM〕相關(guān)的通路上，與PCOS的病理生理學(xué)機(jī)制密切相關(guān)，這2項(xiàng)GWAS結(jié)果為PCOS的遺傳學(xué)/基因組學(xué)基礎(chǔ)研究提供了新的方向。2.3POF/POI的遺傳學(xué)研究POF通常是指女性40歲之前閉經(jīng)，伴有高卵泡刺激素和低雌激素水平。大約1%的育齡婦女患有此病，是一類臨床高度異質(zhì)、病因復(fù)雜的疾病。由于POF的概念常代表卵巢功能的終末階段，且無(wú)法具體表現(xiàn)出疾病的進(jìn)展性和多樣性，美國(guó)生殖醫(yī)學(xué)會(huì)建議稱為POI，不但對(duì)該病給予了更準(zhǔn)確的詮釋，而且進(jìn)一步揭示了疾病的本質(zhì)特征。卵巢發(fā)育需要很多基因通太多種途徑發(fā)揮作用并互相協(xié)調(diào)，這些基因廣泛分布于X染色體和常染色體，不同基因的突變可能通過(guò)累積效應(yīng)或級(jí)聯(lián)反響導(dǎo)致卵巢功能的完全喪失，尤其是那些與卵母細(xì)胞發(fā)生相關(guān)的基因，包括減數(shù)分裂基因，很可能與POF/POI的病因相關(guān)，但很多通過(guò)動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn)的候選基因在人體中的作用一直未得到證實(shí)。近期，國(guó)際權(quán)威期刊(新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志〕同期發(fā)表了2篇獨(dú)立的原創(chuàng)性研究，初次在中國(guó)人和歐洲人的POI/POF不同家系中各自發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂基因〔HFM1和STAG3〕的突變導(dǎo)致POF/POI。這個(gè)經(jīng)歷了10多年的假講，終于在小鼠動(dòng)物模型和POI/POF病患中都得到了證實(shí)，為探尋求索POF/POI的發(fā)生機(jī)制以及說(shuō)明該病的臨床高度異質(zhì)性和遺傳病因復(fù)雜性開(kāi)拓了一個(gè)新的研究途徑。2.4男性精子發(fā)生基因的遺傳學(xué)研究在10多年的前期工作中，南京醫(yī)科大學(xué)生殖醫(yī)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用基因組學(xué)技術(shù)，初次發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證了一批與精子發(fā)生相關(guān)的基因，繼后又用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)構(gòu)建了一系列精子發(fā)生相關(guān)的蛋白質(zhì)表示出譜，包括：①小鼠睪丸單倍體生精細(xì)胞〔精子細(xì)胞/精子〕蛋白質(zhì)表示出譜，共2116種蛋白可能介入了精子細(xì)胞的變態(tài)經(jīng)過(guò)。②小鼠睪丸四倍體生精細(xì)胞〔精母細(xì)胞〕蛋白質(zhì)表示出譜，共3507種蛋白可能介入了精母細(xì)胞的減數(shù)分裂經(jīng)過(guò)。③人類睪丸蛋白質(zhì)表示出譜，華而不實(shí)2873種蛋白可能與人睪丸的功能相關(guān)。這些研究證實(shí)了大量睪丸特異性基因編碼蛋白質(zhì)的存在，包括很多已經(jīng)報(bào)道的與精子發(fā)生一系列生物學(xué)事件相關(guān)的蛋白質(zhì)以及一系列未被深切進(jìn)入研究的蛋白質(zhì)，為精子發(fā)生調(diào)控蛋白的深切進(jìn)入研究創(chuàng)造了條件。近年來(lái)Hu等在構(gòu)建了2927例非阻塞性無(wú)精子癥的患者和5734例可育男性對(duì)照標(biāo)本庫(kù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)1000例無(wú)精子癥患者外周血DNA與1703例對(duì)照可育男性外周血DNA進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)32個(gè)SNP與無(wú)精子癥高度相關(guān)，用GWAS方式方法分析了無(wú)精子癥患者和正常男性外周血DNA的SNP位點(diǎn)變化，通過(guò)SNP與無(wú)精子癥全基因組關(guān)聯(lián)分析，確定了3個(gè)SNP位點(diǎn)與精子發(fā)生高度相關(guān)，分別為rs2477686、rs12097821和rs10842262。華而不實(shí)rs2477686所在區(qū)域有一個(gè)基因PEX10，已在果蠅中被證實(shí)該基因缺失可導(dǎo)致精子發(fā)生障礙和雄性不育，PEX10可能是人類無(wú)精子癥的重要候選基因。這些SNP位點(diǎn)的變化可能通過(guò)改變關(guān)聯(lián)基因的表示出而調(diào)控精子的發(fā)生，據(jù)此有可能發(fā)現(xiàn)新的精子發(fā)生調(diào)控基因，對(duì)揭示精子發(fā)生的調(diào)控機(jī)制和男性不育的診治具有重要意義。2.5EMs的遺傳學(xué)研究EMs是另一種導(dǎo)致女性生育力及生活質(zhì)量降低的常見(jiàn)疾病，病因牽涉到免疫學(xué)、解剖學(xué)、內(nèi)分泌學(xué)等方面，一直缺乏及時(shí)和非侵入性的診斷工具，以及缺少真正有效的治療手段，是當(dāng)前EMs在臨床上的最大障礙。雙胞胎研究與家族研究已經(jīng)證明遺傳因素可增加患病相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)。Uno等開(kāi)展了針對(duì)EMs的GWAS研究，這也是生殖領(lǐng)域的首個(gè)GWAS研究。該研究發(fā)現(xiàn)了9p21.3，8p23.1，1p36.12三個(gè)EMs相關(guān)區(qū)域，對(duì)應(yīng)CDKN2B-AS1、DEFA10P-DEFA1，WNT4-ZBTB40基因。近年來(lái)又有了4項(xiàng)新的有關(guān)該病的GWAS研究，而最有影響力的是Albertsen等進(jìn)行的兩個(gè)階段的大樣本的全基因組關(guān)聯(lián)隊(duì)列研究，包括2019例手術(shù)。。證實(shí)的EMs病例和14471例正常對(duì)照的SNP，發(fā)現(xiàn)1p36.12，2q23.3，6p22.3，10q11.21等區(qū)域和EMs相關(guān)，與之相關(guān)的是WNT4，RND3，RBM43，RNF144B-ID4，HNRNPA3P1等基因。這些研究結(jié)果表示清楚遺傳因素對(duì)EMs的發(fā)病有重要作用，相關(guān)的SNP位點(diǎn)有可能成為早期診斷EMs的生物標(biāo)記。2.6PGDPGD/胚胎植入前遺傳學(xué)篩查〔PGS〕是在胚胎期進(jìn)行卵裂球或滋養(yǎng)細(xì)胞的遺傳學(xué)檢測(cè)，能夠幫助有遺傳病生育風(fēng)險(xiǎn)夫婦懷上正常胎兒，避免女方反復(fù)流產(chǎn)或終止有遺傳缺陷的妊娠帶來(lái)的身心傷害。熒光原位雜交技術(shù)〔fluorescentinsituhybridization，F(xiàn)ISH〕曾是染色體異常PGD/PGS的主要技術(shù)方式方法，但是臨床應(yīng)用中存在眾多局限性，也限制了其在PGD/PGS中的進(jìn)一步應(yīng)用。最近微陣列比較基因組雜交技術(shù)〔arraybasedcomparativegenomichybridization，CGHarray〕和微陣列單核苷酸多態(tài)技術(shù)〔SNParray〕具有高通量、快速、自動(dòng)化等特點(diǎn)，能夠全面檢測(cè)整個(gè)染色體組的數(shù)目異常和微構(gòu)造異常，已開(kāi)場(chǎng)應(yīng)用于臨床PGD/PGS，明顯提高了臨床妊娠率。隨著高通量遺傳檢測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，新一代測(cè)序技術(shù)迅速?gòu)目蒲袑?shí)驗(yàn)室走向臨床應(yīng)用，在染色體異常PGD中的應(yīng)用具有更高層次通量、低成本的優(yōu)勢(shì)，并且可能應(yīng)用于單基因病PGD，具有宏大的應(yīng)用前景。3瞻望生殖醫(yī)學(xué)在過(guò)去的30多年經(jīng)過(guò)了一個(gè)長(zhǎng)足發(fā)展的經(jīng)過(guò)，輔助生殖技術(shù)解決了很多不孕夫婦的生育問(wèn)題，但仍有很多困難的病例和令人困惑的個(gè)體差異問(wèn)題無(wú)法解決。人們開(kāi)場(chǎng)尋求優(yōu)化的卵母細(xì)胞利用率最高的個(gè)體化誘導(dǎo)排卵方案，結(jié)合藥物遺傳學(xué)和藥物基因組學(xué)研究結(jié)果，有可能成為指導(dǎo)個(gè)體化醫(yī)療的將來(lái)趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)個(gè)體選擇適宜、有效、安全的誘導(dǎo)排卵治療藥物，降低卵巢過(guò)度刺激綜合征〔OHSS〕風(fēng)險(xiǎn)，減少I(mǎi)VF的取消率，提高治療經(jīng)過(guò)的舒適度及接受度的最終目的；對(duì)人類早期生殖活動(dòng)的遺傳學(xué)規(guī)律的研究，使人們更多了解自然和環(huán)境對(duì)人類生存和繁衍的調(diào)控，制定更好的優(yōu)生優(yōu)育的生殖健康計(jì)劃；人們將愈加關(guān)注輔助生殖技術(shù)對(duì)配子和胚胎表觀遺傳學(xué)的影響，觀察人工助孕技術(shù)對(duì)子代安全性的關(guān)系；這些都將會(huì)依靠后基因組時(shí)代的各類新型技術(shù)的應(yīng)用，以進(jìn)一步的深切進(jìn)入研究和指導(dǎo)臨