臨床遺傳學(xué)01 概論

臨床遺傳學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)教研室

ClinicalGenetics1第一節(jié)臨床遺傳學(xué)發(fā)展史

臨床遺傳學(xué)(ClinicalGenetics)是遺傳學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)的交叉學(xué)科，是醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)向臨床的延伸，主要研究對(duì)象是人類遺傳病，具體研究遺傳病的預(yù)防、診斷、治療和預(yù)后。2

在美國(guó)，所有的臨床遺傳學(xué)從業(yè)人員在醫(yī)學(xué)院畢業(yè)后都要經(jīng)過嚴(yán)格的臨床訓(xùn)練，并且要通過全美醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)會(huì)(AmericanBoardofMedicalGenetics,ABMG)的考試和資格認(rèn)證。

中國(guó)，醫(yī)學(xué)遺傳科，醫(yī)學(xué)遺傳醫(yī)師的規(guī)范化培訓(xùn)基地，上海暫無規(guī)培基地。31.遺傳規(guī)律的認(rèn)識(shí)

1866年，奧地利遺傳學(xué)家G.T.Mendel根據(jù)他堅(jiān)持10年的豌豆雜交試驗(yàn)，提出了分離定律，自由組合定律等。這些工作的重要性在于辯明了遺傳不是性狀本身，而是決定性狀的遺傳因子。41909年，丹麥生物學(xué)家Johannse根據(jù)希臘文“給予生命”定義，創(chuàng)造了基因（gene）一詞，并代替了Mendel的遺傳因子;并首次提出基因型(genotype)和表現(xiàn)型(phenotype)的概念?；蛐褪侵?jìng)€(gè)體的遺傳結(jié)構(gòu)；表現(xiàn)型指環(huán)境條件與基因型相互作用使該個(gè)體表現(xiàn)出的性狀。新概念：純合子，雜合子，顯性性狀，隱性性狀。51910～1912年,美國(guó)遺傳學(xué)家Morgan和他的學(xué)生以果蠅為實(shí)驗(yàn)材料，確認(rèn)遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)存在于染色體中并提出了基因連鎖互換定律。61901年,Garrod發(fā)現(xiàn)尿黑酸尿癥屬隱性遺傳病。1902年，F(xiàn)arabee在他的博士論文中第一次描述了短指癥是顯性遺傳病。2.遺傳病臨床觀察1949年生化學(xué)家

Pauling發(fā)現(xiàn)鐮狀細(xì)胞貧血（遺傳?。r(shí)血紅蛋白電泳有微小的改變，說明蛋白質(zhì)分子的遺傳變異可以導(dǎo)致疾病，并提出了分子病的概念。

7細(xì)胞遺傳學(xué)的發(fā)展：染色體檢測(cè)技術(shù)1956年蔣有興和A.Levan首次正確地確定了人類染色體數(shù)為46。男性有一條X和一條Y染色體，女性有兩條X染色體。1959年,Lejeune等發(fā)現(xiàn)Down綜合征的核型為21三體，F(xiàn)ord發(fā)現(xiàn)Turner綜合癥婦女只有一條X染色體，這年被譽(yù)為“臨床遺傳學(xué)”開創(chuàng)年。81960年美國(guó)費(fèi)城研究小組在慢性粒細(xì)胞白血病患者的細(xì)胞內(nèi)第一次發(fā)現(xiàn)了Ph染色體。迄今為止，染色體核型檢查仍然是經(jīng)常使用的方法。93.遺傳病的本質(zhì)：1944年Rockefeller研究所OswaldAvery、ColinMacLeod和MacylnMcCarty發(fā)現(xiàn)DNA是遺傳信息的載體，使全球生物學(xué)家和化學(xué)家大為震驚。

101952年,英國(guó)倫敦皇家學(xué)院的RosalindFranklin得到了非同尋常的DNA的X-線衍射照片，它為解析DNA的結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵線索。11JamesWatson和FrancisCrick在1953年提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。

12遺傳病的本質(zhì)：遺傳物質(zhì)發(fā)生質(zhì)和量的改變134.致病基因的研究：重組DNA：

七十年代加州大學(xué)舊金山分校的科學(xué)家HerbBoyer和斯旦福大學(xué)的PaulBerg、StanleyCohen利用限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶將不同物種來源的DNA片段進(jìn)行了重組。PCR技術(shù)：1984年Cetus公司的KaryMullis發(fā)明了PolymeraseChainReaction(PCR)，這個(gè)技術(shù)在基因克隆，基因定位和法醫(yī)科學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。

GeneTherapy：美國(guó)醫(yī)學(xué)家W·F·安德森等人對(duì)腺甘脫氨酶缺乏癥（ADA缺乏癥）的基因治療，是世界上第一個(gè)基因治療成功的范例。

14第二節(jié)遺傳與疾病疾病的發(fā)生是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果15遺傳因素占主導(dǎo)作用：半乳糖血癥、苯丙酮尿癥、Down綜合征、Turner綜合征；

環(huán)境與遺傳因素都很重要：心血管疾病、高血壓、糖尿病、癌癥、風(fēng)濕病、精神?。?/p>

環(huán)境因素起主導(dǎo)作用：感染性疾?。⊿ARS,肝炎）、酒精中毒；

主要是環(huán)境因素：外傷、中毒等。1.遺傳與環(huán)境16遺傳性疾病（inheriteddisease):

指細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)在數(shù)量、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生改變而導(dǎo)致的疾病。17遺傳病單基因遺傳病復(fù)雜性狀疾病染色體病線粒體遺傳病體細(xì)胞遺傳?。[瘤）2.遺傳病的分類183.遺傳病的特點(diǎn)1）遺傳性2）先天性3）家族性19遺傳性：生殖細(xì)胞遺傳，體細(xì)胞遺傳；

遺傳因素，環(huán)境因素。2.先天性：先天性疾病≠遺傳病3.家族性：家族性疾病≠遺傳病204.遺傳病的研究方法1）群體普查與家系調(diào)查：遺傳病2）系譜分析法：?jiǎn)位虿?）雙生子分析法：多基因病4）細(xì)胞遺傳學(xué)檢查：染色體病5）分子遺傳學(xué)檢查：遺傳病診斷21第三節(jié)疾病的遺傳服務(wù)遺傳服務(wù)（geneticservice）：

是一種醫(yī)學(xué)服務(wù)，它是把遺傳學(xué)的基本理論與技術(shù)應(yīng)用于臨床疾病的預(yù)防、診斷和治療，從而控制遺傳病在家族中的再發(fā)，降低它在人群中的危害，為改善人類做貢獻(xiàn)。22遺傳服務(wù)

1）遺傳病的診斷：

細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)，分子遺傳學(xué)技術(shù)2）遺傳病的治療：基因克隆、基因擴(kuò)增、細(xì)胞培養(yǎng)、

基因轉(zhuǎn)染技術(shù)綜合（基因治療）3）遺傳病的預(yù)防：產(chǎn)前診斷，新生兒篩查23高風(fēng)險(xiǎn)妊娠的遺傳服務(wù)出生缺陷的遺傳服務(wù)242.高風(fēng)險(xiǎn)妊娠的遺傳服務(wù)

針對(duì)高齡孕婦的遺傳咨詢及指導(dǎo)大約占美國(guó)遺傳工作者1/4-1/3的工作量。美國(guó)法律規(guī)定，大于35歲孕婦都要進(jìn)行孕前或產(chǎn)前遺傳咨詢。被咨詢者教育程度和宗教背景不同，由此所接受的檢查手段及采取措施可能也不同。遺傳學(xué)醫(yī)生的職責(zé)是向患者及家屬提供所有信息及可利用的措施，并尊重患者的選擇。

人文關(guān)懷，自主性，知情同意。(Culturallysensitivecare/autonomy/informedconsent)25不孕癥和反復(fù)流產(chǎn)：引起不孕癥常見的遺傳病有：性分化異常有關(guān)的染色體病，如Turner綜合征(45,X)等；雄激素受體不敏感綜合癥(androgeninsensitivitysyndrome)；SRY基因(sex-determiningregionofY)缺失等。多發(fā)性流產(chǎn)的遺傳學(xué)診斷大多檢查夫婦染色體是否為平衡易位攜帶者。26唐氏綜合癥：27唐氏綜合征檢測(cè)新技術(shù)：

應(yīng)用母體血漿中胎兒DNA的甲基化差異及等位基因比例無創(chuàng)性診斷唐氏綜合征。

SystematicsearchforplacentalDNA-methylationmarkersonchromosome21:towardamaternalplasma-basedepigenetictestforfetaltrisomy21.ClinChem.2008,54:500-511.Noninvasiveprenataldiagnosisoffetalchromosomalaneuploidiesbymaternalplasmanucleicacidanalysis.ClinChem.2008,54:461-466.Non-invasiveprenataldiagnosisofDown‘ssyndrome.Lancet.2007,369:1997.

28

應(yīng)用新型測(cè)序方法檢測(cè)母體血漿中胎兒DNA進(jìn)行唐氏綜合征的無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷。NoninvasiveprenataldiagnosisoffetalchromosomalaneuploidybymassivelyparallelgenomicsequencingofDNAinmaternalplasma.ProcNatlAcadSciUSA.2008Dec10NoninvasivediagnosisoffetalaneuploidybyshotgunsequencingDNAfrommaternalblood.ProcNatlAcadSciUSA.2008Aug22.29全世界每年嚴(yán)重缺陷兒出生率

約占出生總?cè)丝诘?-4%3.出生缺陷的遺傳服務(wù)30我國(guó)出生缺陷發(fā)生概況

我國(guó)是出生缺陷高發(fā)國(guó)家之一，出生缺陷發(fā)生率為4%-6%。在部分地區(qū)，如山西省出生缺陷高發(fā)地區(qū)2002-2004年的出生缺陷率高達(dá)8%以上。出生缺陷不僅成為我國(guó)圍產(chǎn)兒、嬰幼兒死亡的主要原因，部分存活者由于嚴(yán)重殘疾還給家庭、社會(huì)帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)與精神壓力，這些日益成為我國(guó)人口安全問題面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。31WHO出生缺陷三級(jí)預(yù)防策略

一級(jí)預(yù)防是在孕前和孕早期進(jìn)行健康教育與指導(dǎo)，預(yù)防出生缺陷的發(fā)生；二級(jí)預(yù)防是在孕期進(jìn)行產(chǎn)前篩查和產(chǎn)前診斷，減少出生缺陷兒的出生；三級(jí)預(yù)防是對(duì)新生兒先天性疾病進(jìn)行篩查，對(duì)出生缺陷兒進(jìn)行治療和康復(fù)，提高患兒生活質(zhì)量。32出生缺陷遺傳服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)：遺傳診斷應(yīng)用分子遺傳學(xué)技術(shù)在染色質(zhì)/體、DNA或RNA水平對(duì)某一或某些遺傳學(xué)性狀進(jìn)行診斷。從診斷時(shí)間上分為：出生后診斷、產(chǎn)前診斷、胚胎植入前遺傳學(xué)診斷。從診斷方式上又分為有創(chuàng)性遺傳診斷與無創(chuàng)性遺傳診斷。

33遺傳診斷實(shí)質(zhì)上是針對(duì)導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育異?；虿∽兊倪z傳物質(zhì)突變的檢測(cè)技術(shù)。這里突變分為三個(gè)層次：基因組突變，指染色體數(shù)目的改變，如21-三體綜合征。染色體突變，指染色體結(jié)構(gòu)的改變，如轉(zhuǎn)位/大片段缺失或插入/倒置/復(fù)制或擴(kuò)增等?；蛲蛔兓螯c(diǎn)突變，指在分子水平上發(fā)生的突變，從大到幾十kb、小到1bp的缺失/插入/復(fù)制/替代等。

34對(duì)出生缺陷兒進(jìn)行遺傳診斷的重要前提是：

必須有一個(gè)可靠的和可以接受的方法獲得足夠的出生缺陷兒的遺傳物質(zhì)，以進(jìn)行前述遺傳學(xué)檢測(cè)。據(jù)胎兒細(xì)胞或遺傳物質(zhì)的獲得方式，遺傳診斷分為有創(chuàng)性與無創(chuàng)性兩種類型。35有創(chuàng)性遺傳診斷36

羊膜腔穿刺術(shù)(amniocentesis)絨毛吸取術(shù)(chorionicvillussampling,CVS)臍帶穿刺術(shù)(cordocentesis)

胎兒鏡檢查(fetoscopy)侵襲性診斷方法3716-18weeksAmniocentesis(AC)38ChorionicVillusSampling(CVS)經(jīng)腹部絨毛活檢(TA-CVS)39目前，臨床上胎兒細(xì)胞或遺傳物質(zhì)的獲得方法仍以有創(chuàng)性為主，以羊膜腔穿刺和絨毛取樣兩種最常用。取材時(shí)存在以下風(fēng)險(xiǎn)：孕婦早產(chǎn)，有一定的胎兒丟失率。有引起胎兒羊膜束帶綜合征及羊膜腔內(nèi)感染的可能。診斷孕周相對(duì)較晚，一方面造成篩查陽性的孕婦需等待數(shù)周才可進(jìn)行診斷性檢測(cè)，孕婦要面臨很大的心理壓力；另一方面若胎兒診斷為嚴(yán)重缺陷，有時(shí)需終止妊娠并引產(chǎn)，這對(duì)孕婦及家人來說無疑是極痛苦的過程。40無創(chuàng)性遺傳診斷41孕婦外周血中胎兒有核細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)繼1959年有研究證實(shí)母血循環(huán)中存在胚胎滋養(yǎng)層細(xì)胞以來，1969年在孕婦外周血中發(fā)現(xiàn)了核型為46，XY的淋巴細(xì)胞，母血中的其他胎兒細(xì)胞也相繼被發(fā)現(xiàn)。滋養(yǎng)層細(xì)胞由于具有多核特征及嵌合核型會(huì)干擾遺傳學(xué)結(jié)果分析；胎兒淋巴細(xì)胞在血中滯留時(shí)間過長(zhǎng)且缺乏母胎間區(qū)分的特異性標(biāo)志物；胎兒有核紅細(xì)胞是目前公認(rèn)的的適合進(jìn)行遺傳診斷的胎兒細(xì)胞，其表面有多種胎兒特異性的抗原標(biāo)志物可供鑒別；半衰期相對(duì)較短。孕婦外周血中胎兒有核細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)42胎兒有核細(xì)胞在遺傳診斷中的應(yīng)用及存在問題通過分離胎兒有核紅細(xì)胞進(jìn)行某些出生缺陷如單基因遺傳病、非整倍體染色體病的遺傳診斷早在90年代就已在實(shí)驗(yàn)室大量開展，并取得良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但該方法走向臨床應(yīng)用仍有其本身固有的瓶頸限制：母體外周血中的胎兒細(xì)胞非常稀少，約1個(gè)細(xì)胞/ml孕婦血；約1/105~106母體有核細(xì)胞。分離富集的方法價(jià)格昂貴、繁瑣復(fù)雜，有流式細(xì)胞分選法(FACS)、磁激活細(xì)胞分選法(MACS)、電荷流式分選法(CFS)等,這些分選方法本身又會(huì)造成胎兒細(xì)胞的丟失。前次妊娠的胎兒細(xì)胞可持續(xù)存在于母體血液中，從而影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性。43孕婦外周血中胎兒游離DNA的發(fā)現(xiàn)-11977年，Leon等證實(shí)腫瘤病人血漿中游離DNA的量明顯增加。1980-1990年，多個(gè)課題組發(fā)現(xiàn)腫瘤病人血漿中的某些游離DNA具有腫瘤特異性的特點(diǎn)，從而證實(shí)腫瘤病人血漿中的游離DNA部分來自腫瘤細(xì)胞(Ras和p53基因突變、微衛(wèi)星變化、特定基因啟動(dòng)子序列的異常高甲基化等)

。441997年，Lo等基于胎盤和胎兒與腫瘤在生物學(xué)上的相似性(偽劣性)，認(rèn)為孕婦外周血中應(yīng)存在胎兒游離DNA，并利用實(shí)時(shí)定量PCR方法從孕婦血漿中擴(kuò)增出男胎的Y染色體特異性序列(SRY基因序列)，從而首次證實(shí)胎兒DNA可以引入母親的外周血循環(huán)，并以游離DNA的形式穩(wěn)定存在。孕婦外周血中胎兒游離DNA的發(fā)現(xiàn)-245胎兒有核細(xì)胞vs胎兒游離DNA孕婦外周血中的胎兒有核細(xì)胞：數(shù)量很少(~1個(gè)/ml)；分離富集的操作繁瑣復(fù)雜；分娩后長(zhǎng)期存在于母血中(甚至可長(zhǎng)達(dá)27年)。孕婦外周血中的