第一章 概论

一、医学遗传学研究的对象和范围

医学遗传学 (medical genetics) 是医学与遗传学相结合的一门边缘学科，是遗传学知识在医学领域中的应用。而医学遗传学的理论和实践又丰富和发展了遗传学。医学遗传学的研究对象是人类。人类遗传学（human genetics）探讨人类正常性状与病理性状（trait, 或 character 特征）的遗传现象及其物质基础。而医学遗传学则主要研究人类（包括个体和群体）病理性状的遗传规律及其物质基础。医学遗传学通过研究人类疾病的发生发展与遗传因素的关系，提供诊断、预防和治疗遗传病和与遗传有关疾病的科学根据及手段，从而对改善人类健康素质作出贡献。

医学遗传学不仅与生物学、生物化学、微生物及免疫学、病理学、药理学、组织胚胎学、卫生学等基础医学密切有关，而且已经渗入各临床学科之中。研究临床各种遗传病的诊断、产前诊断、预防、遗传咨询和治疗的学科称为临床遗传学（clinical genetics）。

医学遗传学主要由人类细胞遗传学（human cytogenetics）和人类生化遗传学（human biochemical genetics）组成。它们分别用形态学和生物化学方法研究人类正常及变异性状的物质基础。而分子遗传学（molecular genetics）是生化遗传学的发展和继续；分子细胞遗传学（molecular cytogenetics）则是细胞遗传学与分子遗传学结合的产物。它们互相补充，甚至正融为一体，使人们能从基因水平提示各种遗传病的本质，从而不断完善基因诊断、预防以至治疗遗传病的措施。与医学遗传学关系密切的其他遗传学分支还有：

群体遗传学（population genetics）研究群体中基因的行为。探讨人类正常和病理性状在群体中分布及变迁的规律，研究从群体水平对遗传病的防治作远期效果估价。群体细胞遗传学（population cytogenetics）和遗传流行病学（geneticepidemiology）是这一学科的分支

免疫遗传学（immunogenetics)研究免疫现象的遗传基础。从分子水平阐明人类免疫现象的遗传和变异规律以及与遗传有关免疫性疾病的遗传背景，以揭示生物免疫现象的本质及遗传控制。

药物遗传学（pharmacogenetics）是生化遗传学的一个分支。研究药物反应个体差异的遗传基础。在理论上，它从一个侧面阐明遗传易感性的物质基础；在实践上，为指导医生用药的个体化原则提供理论根据。

辐射遗传学（radiation genetics）研究辐射对生物产生遗传效应的规律。从进化来看，确定辐射对地球上所有生物的遗传效应，可以达到影响整个生物圈的进化过程。

毒理遗传学（toxico genetics）或称遗传毒理学 (genetic toxicology) 是用遗传学方法研究环境因素对遗传物质的损害、产生机制及子代影响的一门学科。具体包括致变（mutagenesis）、致癌（carcinogenesis）及致畸（teratogenesis）的“三致”效应及其检测和评价这类效应的一套手段。

体细胞遗传学（somatic cell genetics）通过体细胞，特别是离体培养的体细胞研究基因的作用。它对基因定位的调节、细胞分化、个体发育、肿瘤的发生以及基因治疗都提供了重要的研究手段。

行为遗传学 (genetics of behavior) 研究基因对人类和动物行为的影响。这门学科对阐明人类正常及异常的社会行为、个性、智力、神经病和精神病的发生和表现都极为重要。

发育遗传学（developmental genetics）研究基因对发育过程的控制与调节，研究基因在发育不同阶段的表达及调控机制。

肿瘤遗传学（cancer genetics）研究肿瘤发生发展的遗传因素，研究恶性变、发展、转移的遗传基础。它不仅有助于探讨肿瘤的病因和发病机制，而且对肿瘤的早期诊断、预后和防治提供科学根据。

基因工程（genetic engineering）基因工程是一种新技术，即将基因加以人工改造而表达为新性状的科学，在人类遗传病的基因诊断及基因治疗中有重要作用。

优生学（eugenics）是研究用遗传学的原理和手段来提高人类素质的一门科学。

二、医学遗传学的发展史

医学遗传学借助于现代生物学的研究方法，在遗传学理论指导和实验方法广泛采用的基础上发展起来的。人类在遗传学中获得的每一新的成就都非常迅速地应用于研究人类的疾病，因而医学遗传学近年来得以突飞猛进。

医学遗传学早期受孟德尔、摩尔根经典遗传学的指引，对遗传病的来源及传递方式作了朴实的描述。本世纪初，随着染色体制备技术和观察方法的建立，生物化学理论和实验手段的发展，人类细胞遗传学和生化遗传学才迅速成长。

1923-1952 年，由于低渗制片技术的建立（徐道觉等）和使用秋水仙碱获得了更多中期细胞分裂象（蒋有兴等）后，才证实人体细胞染色数目为 46。1959 年相继发现先天愚型为 21 三体（Lejeune 等）、Klinefelter 综合征为 47，XXY(Jacob 和 Strong)、Turner 综合征为 45，X 等染色体改变，标帜着临床遗传学的建立。1970 年 Caspersson 应用喹咔因氮芥荧光染色使每对染色体显示特殊带型（显带技术）。继后，Yunis(1978)应用同步培养法，使细胞分裂停留于中期之前各期，显示出更多带型（高分辨显带技术）。这样，对染色体序号的确认、对染色体上微细变化以致对染色体疾病的认识都不断深化。染色体脆性部位与脆性 X 综合征的研究开辟了细胞遗传学的新领域。荧光原位杂交（FISH）使细胞遗传学获得了新的应用方向。通过细胞遗传学与分子遗传学的结合，现在已能用显微切割（micro-dessection）的方法，切下染色体特定区带进行微克隆，进而认识某区带所含 DNA 顺序的结构和功能，这将有助于对遗传病特别是染色体病发生奥秘的认识。

人类生化遗传学的发展应追溯到 1902 年 Garrod 对尿黑酸尿症等病的观察。他认为某一代谢环节出现先天性差错（inborn error of metebolism）可以导致遗传病。1948 年发出了黄递酶缺乏以及 1952 年证实糖原贮积病 I 型是由于葡萄糖 -6- 磷酸酶缺乏引起后才确认 Garrod 判断是正确的。这类疾病现称为遗传性酶缺陷或遗传性酶病（enzymopa-thy），目前已证实的有 200 多种。另一方面，Pauling(1949)在研究镰形细胞性贫血时发现电泳慢速的 HbS，提出蛋白质分子的遗传变异可引致一类疾病，他称之为分子病（molecular disease）。1956 年他的同事 Ingram 证实 HbS 是由于球蛋白 β 链单个氨基酸置换（β6 谷→缬）引起。现知免疫球蛋白、胶原蛋白、膜蛋白、凝血因子等遗传变异均可产生分子病。目前已证实的分子病约有 200 种。70 年代崛起的分子遗传学将遗传病的研究推向了一个新的阶段。一大批遗传病因都从分子水平得以阐明，并迅速对基因定位、基因诊断及产前诊断以至基因治疗取得丰硕成果。展望未来，现今 医学遗传学正在研究的热门课题是：

1．人类基因组计划（human genomeproject）1986 年 Berg 提出将人类基因组的核苷酸顺序全部“弄清”。在“弄清”的基础上还要“弄懂”这些 DNA 顺序代表什么意义。这是一个生命科学的“登月计划”，是“人类细胞的分子解剖学和生理学”。人类基因组据估计约有 3×109 碱基对。美国计划用 35 亿美元，现已联合日本、欧洲国家成立了人类基因组组织（Human Genome Organization,HUGO）来完成这一巨大工程。由于基因工程技术的进步（如大片段 DNA 的切割与分离，YAC 重叠克隆系的建立，测序技术的快速化等）已在第二个五年计划的伊始就完成了 70%-75%基因组建立 YAC 库的工作，Y 及 21 号染色体的测序已大体完成,X 染色体 DNA 顺序也即将弄清，发展比预期快。同时，“弄懂”的工作也已展开，基因定位的进展、位置克隆（positional cloning）、外显子捕获（exon trapping）等技术的建立大大加快了对编码蛋白基因的认识。这项工程的实施无疑将大大推动医学和人类遗传学的发展。（详见第七章）

2．基因定位 基因定位就是要将结构基因和有价值的 DNA 片段定位于染色体的某一区带，由此绘制出人类基因定位图。这对克隆新的基因、了解基因功能与调节、基因间相互关系、基因与进化以及阐明遗传病遗传方式、病因及发病机制、遗传咨询及产前诊断都极重要。据 1993 年人类基因制图（human gene mapping）第 12 次国际会议（HGM93）报道，已定位人类基因 4000 多个。（详见第七章）

3．遗传病病因及发病机制的阐明 尽管随着分子遗传学的发展，许多单基因遗传病的病因得到阐明，甚至发现其异质性。但目前发现的 6000 多种单基因病和性状中，从蛋白质或酶水平证实病因者不到 1 /10。这些疾病发病机制的研究仍是薄弱环节。对多基因病如动脉粥样硬化、精神分裂症、糖尿病等的分子水平研究仍在起始阶段。这些领域尚需加强。

4．肿瘤遗传学 肿瘤是危害人类健康的大患。近年来对癌基因（oncogene）、肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene）以及肿瘤转移基因（metastatic gene）和肿瘤转移抑制基因（non-metastatic gene）的发现及深入研究无疑是对肿瘤的发生、恶性转化、转移的重大突破。但要彻底了解各种肿瘤的发生发展机制仍有很大距离。而这些基因研究将为肿瘤的防治奠定基础。（详见第九章）。

5．基因诊断 基因诊断，特别是基因产前诊断是目前预防遗传病的主要手段。日新月异的各种方法使基因诊断日臻完善和简化，目前正拓宽可用此法诊断遗传病的领域。原则上所有的单基因病都可能进行基因诊断，要达到此目标尚需做大量的工作。早期（植入前）和母血产前基因诊断成了现今的热门话题。（详见第十三章）。

6．基因治疗 基因治疗的目标是要用正常基因取代致病基因，达到根治遗传病的目的。目前这一工作已在许多实验室进行，并已取得瞩目的效果。有些遗传病已开始进入人体试验阶段，可望在本世纪末或下世纪初在个别病种取得突破。目前似乎人们更热衷于肿瘤的基因治疗（详见第十四章）。

我国医学遗传学的实验研究工作开始于 60 年代。1962 年项维、吴旻等首先报告了中国人的染色体组型，标志着我国人类细胞遗传学的开始。在生化遗传学方面，当时已对血红蛋白病和红细胞葡萄糖 6 - 磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏症开展了实验性研究，标志着我国生化遗传学的萌芽。此后相当长一段时间，我国医学遗传学停滞不前。直到 1979 年底我国召开了第一次人类和医学遗传学论文报告会后，医学遗传学才得到迅猛发展，部分医学院校已将医学遗传学列入必修课或选修课，各地开办了各种形式的临床医生培训班。在原来的工作基础上又开展了先天性代谢缺陷、免疫遗传学、肿瘤遗传学、眼遗传病、神经精神遗传病、酶和蛋白质多态性、群体遗传学、遗传咨询以及诱变剂检测等工作。80 年代后期，我国处于前沿的细胞遗传学，引进了先进的高分辨显带技术、显微切割及微克隆技术，正向分子细胞遗传学领域迈进。生化遗传学已大步跨入分子遗传学行列。在分子代谢病的突变性质、产前基因诊断、癌基因和肿瘤抑制基因的研究、分子生物学技术的广泛应用，以至基因治疗等方面都取得可喜的成果。90 年代参与了基因组计划和新的致病基因的克隆。深信我国的医学遗传学必将迅速赶上世界水平。

三、医学遗传学在现代医学中的地位

医学遗传学已经成为现代医学中一个十分活跃的领域，并迅速向医学各学科渗透。分析其原因是：

1．遗传病对人类健康的威胁日益严重。传染病得到或基本得到控制后，遗传病的相对发病率正在增长。据估计，1 岁以内的死因，先天畸形占首位；活婴中有遗传病者约占 24‰。约 10%的孕妇流产是因为染色体异常。3%的儿童有智力发育不全，其中 4 / 5 为遗传病引起。其次，人类遗传病的病种在不断增长。

据 McKusick 统计，人类单基因病及异常性状，至 1993 年 11 月 1 日已达 6457 种。染色体畸变综合征在 100 种左右，加上异常核型近 1000 种。多基因病估计不少于 100 种。由于后者多为常见病，故人类约有 1 /5-1/ 4 的人患有某种遗传病或与遗传有关的疾病。这不能不引起人们极大的关注。当然报告病种的增加，一方面是由于对遗传病认识水平的提高，对过去已存在的遗传病加以确认；但另一方面是基于研究方法的进步，从原有遗传病中分出了若干亚型。但无论如何，遗传病病种的增加仍是不容忽视的事实。

2．有些严重危害人类健康的常见病已证明与遗传因素有关。诸如肿瘤、糖尿病、动脉粥样硬化、冠心病、高血压病、精神分裂症等。过去有些不明原因的疾病，现已确证为遗传病。可以预料，随着这类疾病病因发病机制的进一步阐明，人们将从环境和遗传两个方面提出防治对策，这是一个正在开拓的广阔领域。

3．控制人口数量，提高人口质量是我国实行计划生育的基本内容。因此，应用遗传学知识和技术，提高后代健康素质是医学遗传学的一项长远目标。

四、医学遗传学的研究技术和方法

由于医学遗传学是一门边缘学科，因此它广泛地采用了形态学、生物化学、免疫学、生物统计学等研究技术。这些技术当应用于遗传学实践时得到了发展。如医学遗传学中的染色体观察技术、基因分析技术等。

医学遗传学的研究方法需针对不同的研究目的而设计。这里主要介绍一些为确定某种疾病是否有遗传因素参与而常用的方法。

1．群体筛查法 采用一种或几种高效、简便并有一定准确性的方法，对某一人群进行某种遗传病或性状的普查。这种普查需在一般人群和特定人群（例如患者亲属）中进行。通过患者亲属发病率与一般人群发病率比较, 从而确定该病与遗传是否有关。如果此病与遗传有关，则患者亲属发病率应高于一般人群。而且发病率还应表现为一级亲属（父母、同胞、子女）> 二级亲属（祖父母、孙子女、叔舅姨姑、侄甥）> 三级亲属（堂表兄妹、曾祖父母等）> 一般人群。由于同一家族成员往往有相同或相似的生活环境，故在确定某病亲属患病率是否较高时，应排除环境因素影响的可能性。通常采用的方法是：①将血缘亲属与非血缘亲属加以比较。此时应该见到血缘亲属患病率高于非血缘亲属。②养子女调查，即调查患者寄养子女与养母亲生子女间患病率的差异。例如精神分裂症女性患者生育子女后，常寄养他人家中。Heston 和 Denny 调查了寄养子女和非寄养子女精神病及有关疾病发病情况，表明两者之间有显著差异（表 1 -1）。

表 1-1 精神分裂症母亲的寄养子女与非寄养子女

2. 系谱分析法 通常用以辨别单基因病抑或多基因病、确定遗传方式、开展遗传咨询及产前诊断、探讨遗传异质性等（参阅第二章和第九章）。

3. 双生子法 双生子分两种：一种称为单卵双生（同卵双生，monozygotic twin,MZ），是受精卵在第一次卵裂后，每个子细胞各发育成一个胚胎，故它们的性别相同，遗传特性及表型特征也基本相同；另一种称为双卵双生（异卵双生，dizygotic twin,DZ），来源于两个卵子分别与精子受精而发育成的两个胚胎，故其性别不一定相同，遗传特征及表型仅有某些相似。两种双生子可从外貌特征、皮纹、血型、同工酶谱、血清型、HLA 型或 DNA 多态性加以鉴定。单卵双生子在不同环境中生长发育可以研究不同环境对表型的影响；双卵双生子在同一环境中发育生长可以研究不同基因型的表型效应。通过比较单卵双生和双卵双生某一性状（或疾病）的发生一致性（concordance），可以估计该性状（或疾病）发生中遗传因素所起作用的大小。一般可用发病一致率（同病率）来表示。

发病一致率（%）=同病双生子对数 / 总双生子（单卵或双卵）对数×100

例如结核病 MZ 同病率为 74%，DZ 同病率为 28%，可以认为结核病的发生有一定遗传背景。表 1 - 2 列举了几种双生子法研究几种与遗传因素有关疾病的结果（其中麻疹与遗传因素关系较小）。

表 1-2 几种疾病单卵双生子与双卵双生子发病一致率的比较

4．种族差异比较 种族是在繁殖上隔离的群体，也是在地理和文化上相对隔离的人群。各个种族的基因库（群体中包含的总的遗传信息）彼此不同。世界上主要的人种有 6 种，即高加索人（白种人）、黑种人、亚洲蒙古种人、美洲印第安人、澳大利亚种人及巴斯克人（西班牙及法国南郊）。每一种还可分为若干亚种。种族的差异具有遗传学基础。不同种族的肤色、发型、发色、虹蟆颜色、颧骨外形、身材等外部形态性状都显示出遗传学差异。它们之间在血型、组织相容性抗原（HLA）类型、血清型、同工酶谱等的基因型频率也不相同。因此，如果某种疾病在不同种族中的发病率、临床表现、发病年龄和性别、合并症有显著差异，则应考虑该病与遗传密切有关。例如中国人的鼻咽癌发病率在世界上居首位。在中国出生侨居美国的华侨鼻咽癌发病率比当地美国人高 34 倍。当然，不同种族生活的地理环境、气候条件、饮食习惯、社会经济状况等方面也各不相同，故在调查不同种族发病率及发病情况时，应严格排除这类环境因素的影响。为此，这种调查常安排在不同种族居民混杂居住的地区进行，最好选择生活习惯和经济条件比较接近的对象。

5．疾病组分分析 疾病组分分析（component analysis）是指对待比较复杂的疾病，特别是其发病机制未完全弄清的疾病，如果需要研究其遗传因素，可以将疾病“拆开”来对其某一发病环节（组分）进行单独的遗传学研究。这种研究方法又称为亚临床标记（subclinical marker）研究。如果证明所研究的疾病组分受遗传控制，则可认为这种疾病也有遗传因素控制。

6．伴随性状研究 在疾病的研究中，如果某一疾病经常伴随另一已确定由遗传决定的性状或疾病出现，则说明该病与遗传有关。性状的伴随出现可以是由于基因连锁（link-age），即两个基因座位同在一条染色体上；也可以是由于关联（association），即两种遗传上无关的性状非随机的同时出现。属于连锁的伴随性状如椭圆形红细胞增多症常见于 Rh 血型阳性者。现知这两种性状的基因紧密连锁，前者定位于 1 号染色体短臂 3 区 2 带（1p32）；后者定位于 1p35。属于关联的伴随性状如 O 型血者十二指肠溃疡发病率较其他血型高 30%-40%。较多用的遗传标记为 HLA(humanleucocyte antigen)系统。HLA 包括 7 个连锁座位（A，B，C，D，DR，DP，DQ）148 个复等位基因。例如强直性脊柱炎与 HLA 系统的 B27 等位基因有关联。强直性脊柱炎患者中 HLA-B27 频率非常高，相对风险比为 87.4，即有 B27 者，患本病风险是无 B27 者的 87.4 倍。最近已广泛使用 DNA 多态遗传标记（详见第四章、第十三章）。有时，已确定的遗传病也可作为遗传标记，如溃疡性结肠炎常与强直性脊柱炎伴发，由于后者已证明为遗传病，故前者可认为与遗传因素有关。

7．动物模型 由于直接研究人类遗传病受到某些限制，故动物中存在的自发遗传病可以作为研究人类遗传病的辅助手段。但应注意所得结论仅可作参考，但不能搬用于人类。近年来研究成功的转基因动物，特别是转基因小鼠，已有人工定向复制可传代的动物模型，大大的丰富了这一手段。

五、遗传性疾病概述

（一）遗传因素在疾病发生中的作用

人们对疾病有着不同的认识。因此疾病也有各种各样的定义。遗传学家往往认为形态或代谢异常的性状就是疾病；临床学家则认为疾病是有特定症状和体征的病态过程；生物学家将疾病看成是内环境稳态的失衡。从环境与机体统一的观点看，疾病是环境因素（外因）和机体（内因）相互作用而形成的一种特殊的生命过程，伴有组织器官形态、代谢和（或）功能的改变。遗传因素是构成内因的主要因素。因此，可以认为，任何疾病的发生都是环境因素与遗传因素相互作用的结果。但在某一具体疾病发生中，环境因素与遗传因素的相对重要性则要具体分析。大致有下面三种情况：第一类是环境因素起主要作用的疾病。第二类是遗传因素起主导作用的疾病。第三类是环境因素与遗传因素都很重要，遗传因素提供了产生疾病的必要的遗传背景，环境因素促使疾病表现出相应的症状和体征（图 1 -1）。但三者之间并无严格的界限，例如维生素 C 缺乏症（坏血病）是环境因素起主导作用的疾病。这是因为人类普遍缺乏体内合成维生素 c 必需的古洛酸糖内酯氧化酶，所以必需外源性维生素 C，因此维生素 C 缺乏症也可看成是此酶遗传性缺乏的结果。任何表现型都是基因型与环境相互作用的结果，遗传因素起主导作用的疾病，也都有环境因素参与。

（二）遗传性疾病的概念

遗传性疾病（hereditary disease ,inherited disease,genetic disease）简称遗传病，是指生殖细胞或受精卵的遗传物质（染色体和基因）发生突变（或畸变）所引起的疾病，通常具有垂直传递（vertical transmission）的特征。

上述定义强调了遗传学病的三个方面：①垂直传递。遗传病不同于传染病的水平传递（horizontaltransmission），而是具有上代往下代传递的特点。但不是每个遗传病的家系中都可观察到这一现象。因为有的患者是首次突变产生的病例。是家系中的首例；有些遗传病特别是染色体异常的患者，由于活不到生育年龄或不育，以致观察不到垂直传递的现象。②遗传物质（主要是指基因，由于染色体是基因的载体，为叙述方便，也将染色体归入这一概念）的突变（或染色体畸变）。这是遗传的物质基础。③不是任何细胞的遗传物质改变都可以传给下代，所以必须强调生殖细胞或受精卵的遗传物质发生改变。例如人在遭受电离辐射后可以产生放射病，此时，皮肤细胞、骨髓细胞等体细胞的遗传物质可以发生改变，但放射病不能传给下一代。所以这里必须强调生殖细胞或受精卵中的遗传物质发生改变，如果体细胞遗传物质突变传给了子细胞，这种情况可以认为是一种体细胞遗传病，有人将肿瘤看成是一种体细胞遗传病。

遗传病不应与先天性疾病（congenital disease）等同看待。先天性疾病是指个体出生后即表现出来的疾病。如果主要表现为形态结构异常，则称为先天畸形（congenital anomaly）。应该指出，许多遗传病在出生后即可见到，因此大多数先天性疾病实际上是遗传病，但也有某些先天性疾病是在子宫中获得的，如风疹病毒感染引起的某些先天性心脏病，药物引起的畸形等。反之，有些出生时未表现出来的疾病，也可以是遗传病。如原发性血色病（primary hematochromatosis）是一种铁代谢障碍疾病，但铁要积存到 15g 以上才发病，故 80%病例发病年龄在 40 岁以上。

据估计，先天性疾病中，已肯定主要为遗传因素引起的仅占 10% 左右，主要在子宫中或产程中后天获得的也仅约占 10%，尚不能分清（包括遗传与环境因素共同作用）的约占 80%，现已有专门研究先天畸形的学科，称为畸形学（dysmorphology)。在实际工作中，要清楚区分哪些是遗传的，哪些是在发育中获得的，往往很困难。下列几点有助于判断两种情况：

1．产妇在妊娠过程中，特别是妊娠的 15-60 天内（高敏感期）有否接触过致畸因素，又称致畸剂（teratogen）。1962 年，西德发现在出生婴儿中有大批（10,000 例以上）无肢或短肢畸形。据分析可能是由于孕妇因妊娠反应服用了当时新合成的一种抗恶心和安眠药——酞胺哌啶酮（thalidomide, 又名反应停）。后来，当局下令停止生产和出售该药，该类畸形很快匿迹。

2．通过了解生产史，估计环境影响胎儿发育的可能性。例如先天性髋脱位的婴儿多有臀位生产史，表明髋脱位是胎位不正所致。

3．先天畸形的发病率如果随季节、时间、地理或社会经济等环境条件而变化，则这种畸形多为环境因素引起。例如，最初怀疑酞胺哌啶酮致畸就是从发病率的突然变化而察觉。

遗传病也与家族性疾病（familial disease）加以区别。家族性疾病是指某种表现出家族聚集现象的疾病，即在一个家庭中不止一个成员罹患。当然，许多遗传病（特别是显性遗传病）常见家族聚集现象，但也有不少遗传病（特别是隐性遗传病和染色体病）并不一定有家族史。故“家族性”一词一般用于表达未弄清病因而又怀疑可能为遗传病时，但在弄清病因后，应该代之以“遗传性”。然而，由于习惯，至今仍沿用家庭性高胆固醇血症、家族性甲状腺肿等名称。

六、遗传病的分类及发病率

遗传病一般分为基因病（genicdisease）与染色体病（chromosomal disease）。基因病又分为单基因病（monogenic disease）和多基因病（polygenic disease）。单基因病可按遗传方式而细分；染色体病可按常染色体和性染色体异常分两大类（表 1 -3）。

表 1-3 遗传病的分类及发病率

单基因病未计红绿色盲及地区性发病如 G6PD 缺乏症和地中海贫血等

遗传病的发病率目前还缺乏确切的资料，这是由于诊断水平、研究方法、群体选择以及分类标准不同，各地区不同学者报告有较大差别。在我国还缺乏全面的调查和确诊的手段。表 1 - 3 中列出的数字仅为一粗略估计，其中染色体病的发病率比较准确。

第二章 染色体病

第一节 人体染色体

一、人体染色体数目、结构和形态

人类体细胞具有 46 条染色体，其中 44 条（22 对）为常染色体，另两条与性别分化有关，为性染色体。性染色体在女性为 XX，在男性为 XY。生殖细胞中卵细胞和精子各有 23 条染色体，分别为 22+X 和 22+Y。

染色体在细胞周期中经历着凝缩（condensation）和舒展的周期性变化。在细胞分裂中期，染色体达到凝缩的高峰，轮廓结构清楚，因而最有利于观察（图 2-1）。

每一中期染色体都由两条染色单体构成，它们各含一条 DNA 双螺旋链。两条单体仅在着丝粒外互相连接，该处为染色体的缩窄处，故又称为主缢痕。着丝粒是纺锤丝附着之点，在细胞分裂中染色体的运动密切相关，失去着丝粒的染色体片段通常不能在分裂后期向两极移动而丢失，着比粒又将染色体横向地分为两个臂。图 2-1 为中期染色体的模式图。

根据着丝粒的位置，人类染色体可以分为三种：①近中着丝粒染色体，着丝粒位于或靠近染色体中央，将染色体分为长短相近的两个臂；②亚中着丝粒染色体，着丝粒偏于一端，将染色体分为长短明显不同的两个臂；③端着丝粒染色体，着丝粒靠近一端，人类没有真正的端着丝粒染色体（图 2-1）。

图 2-1 中期染体模式图

右图；人类三种染色体：近中（a）、

亚中（b）、及端（c）着丝粒染色体

二、核型和分组

任何一条染色体重要的形态特征是着丝料的位置和相对长度。着丝粒将染色体分为短臂（以 p 表示）和长臂（以 q 表示）。着丝粒的位置可在显微镜下直接观察，精确测量。

将一个细胞内的染色体按照一定的顺序排列起来所构成的图像称为该细胞的核型（karyotype）。通常是将显微镜摄影得到的染色体照片剪贴而成（图 2-2）。一个细胞的核型一般可代表该个体的核型。核型如用模式图表示则称为组型（idiogram）。

图 2-2 一个女性的未显带核型

早期，根据染色体的长度和着丝粒位置将人类染色体顺次由 1 编到 22 号，并分为 A、B、C、D、E、F、G7 个组。将 X 和 Y 染色体分别归入 C 组和 G 组（图 2-2）。但据此要准确鉴别多数组内染色体的序号是困难的。

1．显带染色体 70 年代初，瑞典细胞化学家 Caspersson 首先应用荧光染料喹吖因氮芥（quinacrine mustard）处理染色体标本，发现在荧光显微镜下每条染色体出现了宽窄和亮度不同的纹，即荧光带，而各条染色体有其独特的带型，由此可以清楚地鉴别人类的每一条染色体。

用此法显带称 Q 显带。后来发现将染色体标本用热、碱、胰酶、尿素、去垢剂或某些盐溶预先处理，再用 Giemsa 染料染色，也可以显示类似带纹，称为 G 显带（图 2-3）。用其它方法还可以得到与 G 带明暗相反的 R 带（reverse bands）和专门显示着丝粒异染色质的 C 带，以及专一显示染色体的端粒（T 显带）或核仁组织区（N 带）和各种带型。

图 2-3 一个男性 G 显带中中期分裂象

显带技术不仅解决了染色体的识别问题，由于染色体上能区别许多区和带，还为深入研究染色体的异常和人类基因定位创造了条件。

显带染色体模式图和命名：为了例于交流，1971 年召开的巴黎会议曾制订了一幅显带染色体模式图并对命名作了详细的规定（图 2-4）。由图可见，每条染色体仍以数字编号并分为短臂（p）和长臂(q)，每条臂又分为若干区和带，次递以数字表示，如 3p14 代表 3 号染色体短臂 1 区 4 带。在此模式图的基础

图 2-4 显带染色体模式图（巴黎会议，1971）

上以后又制订了人类细胞遗传学命名的国际体制（ISCN，1978），并几经修改。

2．高分辩显带染色体 巴黎会议模式图中，一套单位染色体共有 332 条带。70 年代后期，由于细胞同步化方法的应用和显带技术的改进，人们已能得到更长和带纹更加丰富的染色体，这种染色体称为高分辩显带染色体（high resolution banding）。它能提供染色体及其畸变的更多细节，有助于发现更多细微的染色体异常，使染色体结构畸变的断点定位更加准确，因而在临床细胞遗传学检查或肿瘤染色体研究以及人类基因定位中被采用。

第二节 人体染色体畸变

一、染色体的数目畸变

正常人的体细胞具有 46 条染色体（2n），配子细胞（精子和卵）具有 23 条染色（n）, 前者称为二倍体，后者称为单位体。染色偏离正常数目称为染色体数目异常或数目畸变。

1．多倍体和多倍性 体细胞染色体倍数超过 2 倍，即是 3n=69,4n=92 等时，这些细胞称为多倍体细胞，而这种状态称为多倍性（polyploidy）。在人类，全身三倍性是致死的，因而极为罕见，但三倍性在流产胎儿中较常见，是流产的重要原因之一。全身三倍性可能是由于参加受精卵细胞为二倍体而非单倍体，或由于双精子受精所致。

全身四倍性更多罕。但四倍体和其它高倍细胞在一些组织发肝、子宫内膜、骨髓细胞、瘤组织和培养细胞中并不罕见。其产生的原因是，如果细胞在分裂之前再复制一次，或由于纺锤体的缺陷或缺如，细胞未能分裂，都会使染色体数目倍增。

2．异倍性或非整倍性（aneupoloidy）细胞的染色体数不是 23 的整倍时，称为异倍体细胞，如细胞具有 44，45，48，67，90 条染色体时都是异倍体细胞，44 和 45 略少于 46，故可称为亚二倍体；47，48 略多于 46，称为超二倍体。同理，67 可称为亚三倍体等。异倍体细胞在肿瘤组织十分常见。发生的原因是染色的丢失，某些染色体的核内复制（endoredplication）或染色体的不分离。

3．三体性和单体性 体细胞在减数分裂时如发生某号染色不分离，则导致该染色体增多一条（三体性，trisomy）或减少一条（单体性，monosomy）。除 21、13、18、和 22 三体性外，其它三体性多导致流产（嵌合状态者除外，如嵌合性的 8、9、10 号三体性等）。性染色体三体性常见一些。常染色体的单体性严重破坏基因平衡，因而是致死的。但 X 染色体单体的女性还可见于儿童或成人。（表 2-1）

表 2-1 1863 例染色体异常的自发流产儿中各种异常的频率

染色体数目异常的机理：在细胞分裂时，如果某一染色体的两条单体在分开后的期不能正常地分开而同时进入某一子细胞，则必然导致该子细胞增多一条染色体而另一子细胞缺少一条染色体，这称为染色体不分离（nondisjunction）。

如不分离发生在减数分裂，所形成的异常配子与正常配子结合后，就会出现合子细胞中某一染色体的三体性或单体性。不分离可以发生在第一次减数分裂，也可以发生在第二次减数分开。不分离产生的异常配子在受精后导致合子染色体异常，因此由合子分裂得来的全身细胞都具有该种异常（图 2-5）。

另一情况是，合子细胞最初是正常的，但在以后的某次有丝分裂时发生不分离，这也能导致染色数目异常。这种异常细胞如能存活和继续分裂，将构成异常的细胞系，并与正常细胞系并存。具有染色体组成不同的两种或两种以上细胞系的个体称为嵌合体（mosaic）(图 2-5)。

还有一种造成个别染色体数目异常的原因是染色体丢失（chromosome loss）。这是由于有丝分裂后期染色单体的迟留（anaphaselag）所致。导致本应向子细胞移动的某一染色体（此时为单体状态）未能与其它染色体一起移动而进入了细胞，并随后丢失，这就导致某一子细胞及其后代中该染色体减少一条。（图 2-6）。

图 2-5 减数分裂时染色体不分离

图 2-6 嵌合体形成的机理示意图有丝分裂不分离（A，B）及染色体的丢失（C）

二、染色体的结构异常

许多物理、化学和生物因子可以引起染色体断裂（breakage）, 这些因子称为致断因子（clastogenic factor）或染色体断裂剂。此外，染色体也能自发断裂。断裂端被认为具有“粘性”，即易与其它断端接合或重连（reunion）。因此，一次断裂产生的两个粘性末端通常重连而修复如初。但有时出现非正常的重连，结果导致多种染色体结构异常。

根据断裂发生时染色体是否已复制，结构异常可分为两大类型：即染色体型和单体型。如断袭发生于 G1 期，即染色体尚未复制而只有一条单体，断裂通过 S 期时的复制而影响到两条单体，将导致染色体型的异常。如断裂发生在 G2 期，此时染色体已完成复制，由两条单体组成，断裂通常只涉及其中一条单体，导致单体型结构异常。以下着重叙述染色体型结构常。

常见的染色体型结构异常有以下几种：

1. 缺失 染色体部分丢失称为缺失（deletion, 用 del 表示）（图 2-7）。当一条染色体发生两次断裂，其间的片段丢失，称为中间缺失（intersititial deletion）。虽然缺失是中间缺失，但在显微镜下像是末端缺失。

2. 环状染色体 当一条染色体的两臂各有一次断裂，有着丝粒节段的两个断端如彼此重新连接，可形成环状染色体（ring chromosome，用 r 表示）（图 2-7）。这在辐射损伤时尤为常见。

3. 等臂染色体 一次染色体断裂如果发生在着丝粒区，使着丝粒横断，则两个臂的姐妹染色单体可分别互相连接，结果形成两条与短臂和长臂相应的等臂染色体（isochromosome，用 i 表示）（图 2-8）。当然，等臂染色体还可能有其它的形成机理，如通过两条同源染色体着丝粒融合，然后短臂和长臂分开，两条短臂和两条长臂借着丝料分别各自连接成一条等臂

图 2-7 染色体缺失及环状染色体的形成

图 2-8 等臂染色的形成

左图：中间缺失 右图：环状染色体形成染色体。

4．倒位 如果两次断裂形成的片段倒转 180 度重新接合，那么，虽然没有染色体物质的丢失，但基因顺序颠倒，称为倒位（inversion, 用 inv 表示）。如果倒位发生在同一臂内，称为臂内倒位（paracentric inversion）; 如果两次断裂分别发生在长臂和短臂，则称为臂间倒位（paracentric inversion）。在应用显带技术以前，臂内倒位是无法检出的，因为染色体的长度和臂率（p/ q 长度比）都没有改变。至于臂间倒位，如果两断点距着丝粒不等，则能被发现（图 2-9）。倒位因无染色体物质的增减，一般没有明显的表型效应。

图 2-9 染色体的臂间例位

图 2-10 染色体相互易位示意图

图 2-11 罗氏易位的机理及结果

5. 易位 染色体片段位置的改变称为易位（translocation，用 t 表示）。它伴有基因位置的改变。易位发生在一条染色体内时称为移位（shift）或染色体内易位（intrachromosomal translocation）；易位发生在两条同源或非同源染色体之间时称为染色体间易位（intrachromosomal translocation）。染色体间的易位可分为转位（transposition）和相互易位（reciprcal translocation, 用 rcp 表示）。前者指一条染色体的某一片段转移到了另一条染色体上，而后者则指两条染色体间相互交换了片段。

(1)相互易位：两条染色体发生断裂后相互交换无着丝粒断片形成两条新的衍生染色体为相互易位（图 2-10）。相互易位是比较常见的结构畸变，在各号染色体间都可发生，新生儿的发生频率约 1-2/1000。相互易位仅有位置的改变，没有可见的染色体片段的增减时称为平衡易位(balanced translocation)。它通常没有明显的遗传效应。然而平衡易位的携带者与正常人婚后生育的子女中，却有可能得到一条衍生异常染色体，导致某一易位节段的增多（部分三体性）或减少（部分单体性），并产生相应的效应。

(2)罗氏易位：罗氏易位（Robertsonian translocation）为相互易位的一种特殊形式。两条近端着丝粒染色体（D/D，D/G，G/G）在着丝粒处或其附近断裂后形成两条衍生染色体。一条由两者的长臂构成，几乎具有全部遗传物质；而另一条由两者的短臂构成（图 2-11），由两个短臂构成的小染色体。由于缺乏着丝粒或因几乎全由异染色质组成，故常丢失。它的存在与否不引起表型异常。

罗氏易位通常又称为着丝粒融合（centricfusion）。在减数分裂时，由于由两条短臂构成的小染色体丢失，故在联会时只有三条染色体参与，形成三价体（trivalent）(图 2-12)。三价体的分离方式有三种，即交替式（同源着比粒各走向一极，结果产生一种正常的和一种平衡易位的配子）、邻式-1 和邻式-2。同源着丝粒均走向一级，亦即易位染色体与某一条正常染色体同走向一极，结果均形成二体（重复）或缺体的配子。这种配子在受精后形成三体性或单体性的合子。由于缺体的配子通常是致死的，因而实际上可能参与受精的配子只有三种：正常的、带有平衡易位的和导致三体性的配子。罗氏易位的携带者尽管只有 45 条染色体，但除偶有男性不育外，没有表型异常。这是因为易位染色体几乎包括了两条长臂的全部，没有基因的大量丢失，而丢失了两条短臂几乎全是结构异染色质。

图 1-12 罗氏易位（14q21q）杂合体减数分裂时染色体的联会

（A）、分离（B）、正常配受子精结果（C）及某些具有代表性的核型（D）

6. 双着丝粒染色体 两条染色体断裂后，具有着丝粒两个片段相连接，即形成一个双着丝粒染色体（图 2-3）。两个无着丝粒片段也可以连接成一个无着丝粒片段，但后者通常在细胞分裂时丢失。双着丝粒染色体常见于电离辐射后，因此在辐射遗传学中常用以估算受照射的剂量。

7. 插入 一条染色体的某一节段插入另一染色体中称为插入（insertion，用 ins 表示）。显然，只有发生了三次断裂时插入才有可能（图 2-14）。插入可以是正位的，也可以是倒转 180 度后反向的。插入如发生在同源染色体间，则导致一条染色体中发生重复，而另一条同源染色体中发生同一节段的缺失。

图 2-13 双着丝粒染色体的形成 图 2-14 染色体插入示意图

8．重复 染色体上个别区段多出一份，称为重复（duplication，用 dup 表示）。除相互易位外，插入也是导致重复的主要原因。例如，一条染色体两次断裂后，其中一条单体的断片可以手稿另一单体的任一断口。在细胞分裂后，一条染色体缺失了两个断口之间的节段，而另一染色体却有该节段的重复（图 2-15）。类似的插入也可发生在减数分裂过程中两条同源染色体间，造成全身性的重复和缺失。

图 2-15 染色体重复示意图

三、核型的描述

核型的描述，首先是书写染色体总数，加一个逗号，接着写出性染色体的组成，然后写出染色体的异常。一些常用符号的含义见表 2-2。

表 2-2 常用符号及其意义

“+”和“-”号当其放在相应的符号之前，表示增加或丢失了整条染色体；当其放在相应符号之后，则表示染色体长度的增加或减少。例如：47，XX，+21 为一个女性先于愚型的核型，有一条额外的 21 号染色体；46，XY，5p- 表示一个 5 号染色体短臂长度减少的男性核型。

结构异常染色体的核型描述可用简明或详尽描述系统来表示，前者指出了异常核型，并可推论出异常染色体的带的构成；后者除指出重排类型外，学依据其带的构成说明了每一条异常染色体，现举数例如下：

1. 末端缺失

46,XX，del (1) (q21)

46, XX,del (1) (pter→ q21：)

表示 1 号染色体长臂 2 区 1 带处断裂造成了该处以远的末端缺失，异常的染色体由完整的短臂和着丝粒与 1q21 带之间的部分长臂构成。

2. 中间缺失

46,XX，del (1) (q21q23)

46, XX,del (1) (pter →q21∷q31→qter)

表示 1 号染色体长臂 2 区 1 带与 1 区 1 带处断裂，其间片段丢失，下行括号内说明了异常染色体的构成。

3. 臂间倒位

46，XY，inv (2) (p21q31)

46, XY, inv(2) (pter→ p21∷q31→p21∷q31→qter)

断裂和重接在 2 号染色体短臂的 2 区 1 带和长臂的 3 区 1 带之间，其间的节段倒置。

4. 环形染色体

46，XY, r (2) (p21q31)

46, XY, r (2) (p21→ q31)

5、相互易位

46，XY,t (2；5) (q21；q31)

46，XY, t (2；5) (2pter→ 2qter ∷5q31→5qter；5pter→ 5q31∷2q21→2qter)

断裂和重接分别发生在 2 号染色体和 5 号染色体长臂的 2q21 和 5q31 带, 这些带以远的节段在两条染色体之间进行了交换, 后面括号内描述小号数的衍生染色体(本例为 2 号)

6．等染色体

46，X, i (Xq)

46, X, i (X) (qter→ cen→ qter)

女性核型，有一条正常的 X 染色体和一条 X 染色体长臂形成的等臂染色体。

四、姐妹染色单体交换

一条染色体的两条单体在同一位置发生同源片段的变换，称为姐妹染色单体交换（sister chromatid exchange,SCE）。由于交换是对等的，所以染色体的形成没有改变，但用特殊的培养液和处理方法可以显示出来（图 2-16）。

图 2-16 姐妹染色体单位交换

左图：姐妹染色单体区染色原理（虚线为 Brdu 取代后的 DNA 链）

右图：姐妹染色单体交换（箭头示交换部位）

SCE 的遗传学意义还不完全清楚，是否存在自发的 SCE 也还有争议，交换的机理尚未完全阐明，但它显然与 DNA 损伤和修复过程有关。作为一种简便和敏感的遗传学指标，它在诱变和肿瘤研究等领域中的应用十分广泛。例如，目前已知许多环境诱变剂、职业有害因素、抗肿瘤药物、病毒等都可以引起 SCE 率增加，Bloom 综合征患者和某些肿瘤患者的 SCE 率也明显上升。

第三节 染色体畸变综合征

染色体病（chromosomaldisease）或染色体畸变综合征（chromosome aberration syndrome）是一大类严重的遗传病，通常伴有发育畸形和智力低下，同时也是导致流产与不育的重要原因。一般估计染色体畸变见于 0.5%-0.7% 的活产婴儿，7.5% 的胎儿，自发流产儿约 1/2 有染色体异常。现今已知的染色体病超过 100 种，已报告的染色体数目和结构异常在 500 种以上。随着高分辩显带及其它细胞遗传学新技术的应用，今后还会发现更多的染色体病和异常。

一、染色体畸变综合征的概念。

染色体畸变综合征是指由于染色体异常而引起的疾病。由于它有多种临床表现，故称为综合征。通常如果没有染色体物质明显增多或减少。如一些染色体重排 (平衡易位、倒位) 就不一定引起表型异常。染色体的多态或异态性（polymorphism 或 heteromorphism）通常不伴有异常表型，故不称为染色体畸变综合征。

二、染色体异常发生的频率

综合许多国家的资料，大约有 15%的妊娠发生流产，而其中一半为染色体异常所致，即约为 5%-8%的胚胎有染色体异常。不过在出生前，90%以上已有自然流产或死产。流产愈早，有染色体异常的频率愈高。新生儿染色体异常调查结果见表 2-3。

不同地区染色体异常发生的频度相关不大，波动于 0.47-0.84% 之间，用表 2-3 中的发病率对我国新生儿中染色体异常发病率作了外推估算（表 2-4）。

普通成人染色体调查的资料很少。1986-1987 年，我国四川省曾进行过大规模的遗传病流行病学抽样调查，其染色体病患者的患病率如表 2-5。

表 2-3 56 952 名新生儿细胞遗传学检查结果

表 2-4 我国新生儿染色体异常人数的估算

(按 1981 年出生人口外推计算)

表 2-5 四川省普通人群中染色体病的患病率

* 先天性睾丸发育不全，可能因为筛查困难而数值偏低

三、常染色体异常综合证

（一）三体综合征

1．先天愚型 先天愚型是最重要的染色体疾病。英国医生 Langdon Down 首先描述，故称为 Down 综合征（Down sydrome）。1959 年，法国细胞遗传学家 Lejeune 证实此病的病因是多了一个小的 G 组染色体（后来确定为 21 号），故此病又称为 21 三体综合征。Lejeune 的发现开创了医学遗传学的一个重要分支――临床细胞遗传学。

（1）发病率：新生儿中 21 三体综合征的发病率约为 1/800 或 1.25%，但男性患儿多于女性。母亲年龄是影响发病率的重要因素。根据国外资料，如果一般人出生时的母亲年龄平均 28.2 岁，则本病患儿母亲平均年龄为 34.4 岁，如母龄 20 岁后为 1：2000，35 岁后为 1：300，40 岁后为 1：100，45 岁后升至 1：50。

（2）临床表现：先天愚型患儿出生时体重和身长偏低，肌张力低下，突出的是颅面部畸形（图 2-17），头颅小而圆，枕部扁平，脸圆而扁平，鼻扁平, 脸裂细且上外倾斜，眼距过宽，内眦赘皮明显，常有斜视，虹膜时有白斑点，常见晶状体混浊，嘴小唇厚，舌大外伸（伸舌样痴呆之名由此而来），耳小，耳位低，耳廓畸形，颈背部短而宽，有多余的皮肤，由于软骨发育差，患者四肢较短，手宽而肥，通贯掌，指短，第 5 指常内弯，短小或缺小指中节，皮纹也有一定的特点（参阅第十章），腹肌张力低下而膨胀，故常有腹直肌分离或脐疝，约 1/2 以上的患者有先天性心脏病，主要是室间隔缺损、房室道连通、和运脉导管未闭, 消化道的畸形如十二指肠的狭窄、巨结肠、直肠脱垂及肛门闭锁等也偶尔可见。在男性常有隐睾，睾丸有生精过程，但精子常减少，性欲下降，尚未见有生育者。女性患者通常无月经，但有少数能妊娠和生育。精神发育迟滞或智力低下（mental retardation,MR）是本病最突出最严重的表现，但其程度在各患者不完全相同，智商通常在 25-50 之间，高于 50 的很少。行为、动作倾向于定型化，抽象思维能力受损最大。

（3）实验室检查：过氧化物岐化酶（SOD-1）活性可增高 50%，该酶基因定位 21q22，即具有基因剂量效应。此外，患者对阿托品特别敏感，患者乙酰胆碱缺陷或许可以解释智力低下、应变力差、便秘等症状，而免疫功能失调，如淋巴细胞和丙球蛋白减少则是患儿易感染的原因。

图 2-17 先天愚型患者

右图：1 岁女孩

左图：16 岁女孩

（4）核型：核型可分为三型，各型的比例是：典型的（游离型），即 47，+21 占 95%；嵌合型即 46/47，+21 占 1%-2%; 易位型占 3%-4%。游离型全身体细胞均多一条 21 号染色体，临床症状典型而且显著。由于嵌合型通常具有两个细胞系，其症状表现取决于异常细胞所占的比例，故差异很大，但一般较典型者为轻。如果三体细胞很少，则表现与正常人无异。易位型的核型有多种, 最常见的是 Dq21q，占全部易位型的 54.2%, 其次是 21qGq, 占 40.9%，其它易位型 5%。一般说来，易位型的症状比典型的要轻些，在 Dq21q 中，最常见的是 14q21q，占 Dq21q 的 58.5%，其次为 13q21q，占 22%，而 15q21q 占 19.5%。21qGq 易位中，21q21q 占 83.3%，而 21q22q 仅占 16.6%。无论体积易位，患者虽然只有 46 条体，但因一条 21 号易位到了另一条 D 组或 G 组染色体上，加上正常的两条 21 号，仍多了一条额外的 21 号长臂，而决定本病的关键区带为 21 号长臂，故临床上仍表现出 21 三体的症状。

（5）遗传学：典型的 21 三体几乎都是新发生（de novo）的，与父母的核型无关，经是减数分裂时不分离的结果。不分主离常发生在母方生殖细胞，约占病例数的 95%，另 5%见于父方，而且主要发生在第一次减数分裂。典型的 21 三体只有极少一部分是遗传的，即母亲是本病患者。此外，不能排除某些表型正常的母亲实际是 21 三体细胞较少的嵌合体，因而她们的子女有可能获得额外的 21 号染色体。男性患者不能生育，没有遗传给下一代的问题。

嵌合型患者有两个或两个以上的细胞系（图 2-6）。它们是合子后（post-zygotic）有丝分裂不分离的结果。如果第一次卵裂时发生不分离，就会产生 47，+21 和 45，-21 两个细胞系。而后一种细胞是很维存活的。因此，导致嵌合体的不分离多半发生在以后的某次有丝分裂，所有嵌合体内都有正常的细胞系。

易位型的 21 三体征患者细胞中有一条易位的染色体，后者通常由一条D组或G组染色体与 21 号染色体长臂通过着丝粒融合（罗氏易位）而成。Dq21q 易位中，55% 是新发生的，45% 是由于双亲之一有平衡易位。21qGq 易位几乎全部 (96%) 是新发生的，由遗传而来的仅占 4%。

各种易位的遗传后果不同。Dq21q 平衡易位的携带者通过减数分裂可以形成 6 种配子，而受精后除不能发育者外，可以产生正常胎儿、易位型三体患儿和平衡易位携带者三种胎儿（图 2-12）。因此，检出平衡易位携带者的双亲具有重要意义。

21qGq 易位中，21q22q 和 21q21q 易位的遗传学意义不完全相同。如果双亲之一为 21q21 平衡易位携带者，就没有可能娩出表型正常的胎儿，因为他们只能产生三体或单体的合子。21q22q 易位的遗传后果与 Dq22q 相似，只是前者更多通过父亲传递而后者多由母亲传递得来。

（6）遗传咨询：各种类型再发风险不同。对游离型的 21 三体性，再发风险率与年龄特异风险率相近（即 35 岁以下约为 0.5%，35%岁以上约为 1%）。然而，如双亲（通常是母亲）之一嵌合体则风险会增加。总之，已产生一个 21 三体患儿，其再发风险 0.5%, 而染色体畸变的总风险为 1.2%，即不排除再生产其它染色体异常的患儿。

易位型有大约 1/2 的病例是新发生的，另 1/2 是双亲的之一平衡易位引起的。前者复发风险很小，而平衡易位导致的再发风险则可以根据经验估计。理论上如双亲之一为平衡易位携带者，产出患儿风险为 33.3%。但实际风险低得多，这与双亲哪一方为携带者有关。Dq21q 易位携带者若是母亲，生产患儿的风险为 10%-15%；如为父亲，则风险为 5%或更小。21q21q 易位的情况与之大体相同，但易位染色体由父方传递的百分比较 D/G 易位要多，风险率在 10%以下。21q21q 平衡易位携带者的后代 100%均是三体征患儿，携带者不宜生育。

（7）预后：患者平均寿命只有 16.2 岁。50%的患儿在 5 岁以前死亡。只有 8%的患者超过 40 岁，2.6% 超过 50 岁。根据四川省的资料，人群中患病率仅约为再生时的 1/10。

2．13 三体综合征1960 年 Patau 首先描述本病，故又称为 Patau 综合征。新生儿中的发病率约为 1：25 000，女性明显多于男性。

（1）临床表现：患儿的畸形和临床表现要比 21 三体性严重得多（图 2-18）。颅面的畸形包括小头，前额、前脑发育缺陷，眼球小，常有虹膜缺损，鼻宽而扁平，2/3 患儿有上唇裂，并常有腭裂，耳位低，耳廓畸形，颌小，其它常见多指（趾），手指相盖叠，足跟向后突出及足掌中凸，形成所谓摇椅底足。男性常有阴囊畸形和隐睾，女性则有阴蒂肥大，双阴道，双角子宫等。脑和内脏的畸形非常普遍，如无嗅脑，心室或心房间隔缺损、动脉导管未闭，多囊肾、肾盂积水等，由于内耳螺旋器缺损造成耳聋。

图 2-18 Patau 综合征患者示颅面和手的畸形

智力发育障碍见于所有的患者，而且程度严重，存活较久的患儿还有癫痫样发作，肌张功力低下等。

（2）细胞遗传学及遗传咨询：80%的病例为游离型 13 三体，核型为 46，XX（或 XY），+13，其余的则为嵌合型或易位型。嵌合型一般症状较轻，易位型通常以 13 和 14 号罗氏易位居多，患者有一条 t(13q14q)易位染色体，核型为 46，-14，+t(13q14q)，其结果是多了一条 13 号长臂，当双亲之一是平衡易位携带者时，因为绝大多数异常胎儿均流产死亡，产出患儿的风险不超过 5%或 1%。如果双亲之一为 13q13q 易位携带者，由于只能产生三体或单体的合子，流产率达 100%

（3）病因及预后：与 13 三 体发和表关的因素所知甚少，母亲高龄可能是原因之一，患儿母亲的平均年龄为 31.6 岁，父亲的平均年龄为 34.6 岁。此外，有资料表明，79%病例妊娠于寒冷季节（9-2 月），45%的患儿在出生后一个月内死亡，90%在 6 个月内死亡，存活至 3 岁者少于 5%，平均寿命为 130 天。

3．18 三体综合征，1960 年 Edward 等首先描述，故又称为 Edward 综合征(Edward syndrome).18 三体性导致严重畸形，在出生后不久死亡。发病率约 1：3500-8000 新生儿。但在某些地区或季节明显增高，达到 1：450-800。患儿中女性：男性比为 4：1。

（1）临床表现：患儿出生时体重低，平均仅 2243g, 发育如早产儿，吸吮差，反应弱，头面部和手足有严重畸形（图 2-19），头长而枕部凸出，面圆，眼距宽，有内赘眦皮，眼球小，角膜混浊，鼻梁细长，嘴小，耳位低，耳廓畸形（动物样耳），小颌（micrognathia）, 颈短，有多余的皮肤，全身骨骼肌发育异常，胸骨短，骨盆狭窄，脐疝或腹股沟疝，腹直肌分离等。手的畸形非常典型：紧握拳，拇指横盖于其它指上，其它手指互相叠盖，指甲发育不全，手指弓形纹过多，约 1/3 患者为通贯掌。下肢最突出的是“摇椅底足”，拇趾短，向背侧屈起。外生殖器畸形比较常见的有隐睾或大阴唇和阴蒂发育不良等。95%的病例有先天性心脏病，如室间隔缺损、动脉导管未闭等，这是死亡的重要原因。肾畸形，肾盂积水也很常见。患儿智力有明显缺陷，但因存活时间很短，多数难以测量。

图 2-19 18 三体综合征患者（左）面部特征；（右）手的典型握拳式

（2）细胞遗传学：80%患者核型为 47，XY（或 XX），+18；另 10%患者为嵌合体，即为 46，XY（或 XX）/47，XY（或 XX），+18；其余为各种易位，主要是 18 号与 D 组染色体的易位。双亲是平衡易位携带者而导致 18 三体征者很少。

（3）预后；患儿大多在 2-3 个月内死亡，平均存活 71 天，只有极个别病人超过儿童期。嵌合型的存活期比较长。

4．其它染色体三体综合征 比较重要的有 8 号、22 号三体综合征等。都伴有明显的发育畸形和智力低下。还有一系列由易位引起染色体部分三体综合征，其临床症状取决于额外染色体片段的性质和大小。染色体部分三体性可分为两大类：一类有某一染色体片段的三体性（重复），同时又伴有其它染色体的异常（如缺失、易位），这一类部分三体性的表型比较复杂，常兼有重复和缺失片段的某些症状；另一类为染色体的某一片段的单纯重复或三体性，这在人类极为少见。

（二）单体及部分单体综合征

整条常染色体的丢失通常是致死的，因而极为罕见，但确有小染色体（如 21 号）完全丢失的报告。由于易位、环形成或缺失导致的染色体部分单体则比较多见。现以 5q-综合征，即猫叫综合征为介绍如下。

猫叫综合征（5q-综合征）为最见的缺失综合征，其发病率估计为 1：50000，女性多于男性。患婴的哭叫声非常似小猫的咪咪声，故得名。患儿面部情似很机灵，但实则智力低下非常严重（智商常低于 20），发育迟滞也很明显。常见的临床表现还有小头、满月脸、眼裂过宽、内眦赘皮、下颌小且后缩（图 2-20）。约 20%患者有先天性心脏病，主要是室间隔缺损和动脉导管未闭等。

患者的染色体缺失片段大小不一。症状主要由 5p15 的缺失引起。畸变多数是新发生的。由染色体片段的单纯缺失（包括中间缺失）的占 80%，不平衡易位引起的占 10%，环状染色体或嵌全体则比较少见，由亲代染色体重排导致的 5p-综合征不多见。

图 2-20 猫叫综合征患者及其部分核型

患者的死亡率低，许多能活到成年。

表 2-6 亲代平衡易位携带者再出生不平衡易位患儿的概率（%）

（引自 Jacobs PA.1979）

四、性染色体异常综合征

（一）性别和性染色体

1．性别的决定 人类有 X 和 Y 两种性染色体，但决定个体的表型性别是 Y 染色体。从临床上看，除个别例外，凡有 Y 者皆为男性，否则均为女性。因为 Y 染色体上有决定睾丸发育的睾丸决定因子（testis determining factor,TDF），而睾丸的存在决定了个体的性别。

2．X 染色体的失活 女性有两条 X 染色体而男性只有一条，但女性 X 染色体的基因产物并未比男性多 1 倍。这种男女 X 连锁基因产物相等的现象在遗传学一称为剂量补偿（dosage compensation）。对这一现象的解释是：虽然女性有两条 X 染色体，但其中一条是失活的，结果无论男女都只有一条有功能的 X 染色体。英国遗传学家 Mary Lyon 在 1961 年首先提出了上述 X 染色体失活假说，即 Lyon 假说，其要点是：①雌性哺乳动物细胞内只有一条 X 染色体有活性，另一条失活并固缩，后者在间期细胞表现为性染色质；②失活发生在胚胎的早期；③失活是随机的，即失活的 X 染色体既可来自父亲也可来自母亲，但一个细胞某条 X-旦失活，由该细胞繁衍而来的子细胞都具有同一条失活的 X 染色体。后知，X 染色体失活发生在囊胚期，约在妊娠 16 天左右。

Lyon 学说可以解释许多遗传现象，但经典的 Lyon 假说不能解释何以核型为 XO 的 Turner 综合征患者会有各种异常，又何以多 X 患者还会有各种症状，而且 X 越多症状越严重。可见，为保证正常的发育，至少在胚胎发育的某一时期需要双份 X 染色体上的基因。现在知道，失活的一条 XX 染色体上的基因并非全都失活，这方面已有一些证据。如已知 Xg 血型基因、寻常牛皮癣基因等是不失活的。有作者还提出，Y 染色体有一些与 X 染色体型基因同源的基因，这样，正常男性或女性都有两份这类基因，但 XO 患者缺少一份而 XXX 患者有三份，因之都有表型异常。

失活的 X 染色质在间期呈固缩状态，称为 X 染色质（X-chromatin）。在口腔颊粘膜细胞或其它细胞中都可以用简单的染色方法查见（图 2-21）。X 染色质的数目是 X 染色体数目减 1。这样，当怀疑有 X 染色体异常时，可以通过用性染色质检查作出初步诊断。例如，X 染色质在 XO 时为 0，正常女性为 1，XXY 患者为 1，XXX 患者为 2。

（二）性染色体数目异常综合征

1．Klinefelter 综合征（Klinefelter syndrome）又称为先天性睾丸发育不全或原发小睾丸症。患者性染色体为 XXY，即比正常男性多了一条 X 染色体，因之本亦常称为 XXY 综合征。

Klinefelter 综合征的发病率相当高，男性新生儿中达到 1.2‰。根据白种人的资料，身高 180cm 的男性患病率为 1/260，在精神病患者或刑事收容机构中为 1/100，在因不育而就诊者中约为 1/20。临床表现为睾丸小而质硬，曲细精管萎缩，呈玻璃样变。由于无精子产生，故 97%患者不育。患者男性第二性征发育差，有女性化表现，如无胡须，体毛少，阴毛分布如女性，阴茎龟头小等，约 25%的患者有乳房发户（图 2-22）。患者身材高。四肢长，一部分患者（约 1/4）有智力低下，一些患者还有精神异常及患精神分裂症倾向。实验室检查可见雌激素增多，19-黄体酮增高，激素的失调与患者的女性化可能有关。

图 2-21 X 染色质 图 2-22 Klinefelter 综合征患者及其核型

绝大多数患者的核型为 47，XXY。大约有 15%患者为两个或更多细胞系的嵌合体，其中常见的为 46，XY/47，XXY;46,XY/48，XXXY。额外的 X 是由于亲代减数分裂时 X 染色体不分离的结果。

用睾丸酮治疗可以收到一定的效果，它可促使第二性征发良并性病患者的心理状态。

2．XYY 综合征 在男婴中的发生率为 1：900。XYY 男性的表型的正常的，患者身材高大，常超过 180cm，偶尔可见隐睾，睾丸发育不全并有精过程障碍和生育力下降，尿道下裂等，但大多数男性可以生育。XYY 个体易于兴奋，易感到欲望不满足，厌学，自我克制力差，易产生攻击性行为。XYY 核型是父亲精子形成过程中第二次减数分裂时发生 Y 染色体不分离的结果。

3．Turner 综合征 又称为 45，X 或 45，XO 综合征、女性先天性性腺发育不全或先天性卵巢发育不全综合征。在新生女婴中的发病率约为 0.2‰-0.4‰，但在自发流产胚胎中 Turner 综合征的发生率可高达 7.5%. 患者表型为女性，身材矮小，智力一般正常，但常低于其同胞，面呈三角形，常有睑下垂及内眦赘皮等，上颌突窄，下颌小且后缩，口角下旋呈鲨鱼样嘴，颈部的发际很低，可一直伸延到肩部，约 50%患者有蹼颈，即多余的翼状皮肤，双肩径宽，胸宽平如盾，乳头和乳腺发育差，两乳头距宽，肘外翻在本病十分典型（图 2-23），第四、第五掌骨短而内

图 2-23 Turner 综合征患者及其核型

弯，并常有指甲发育不全。婴儿期脚背有淋巴样肿，十分特殊。泌尿生殖系统的异常主要是卵巢发育差（索状性腺），无滤泡形成，子宫发育不全，常因原发性闭经来就诊。由于卵巢功能低下患者的阴毛稀少，无腋毛，外生殖器幼稚。此外，大约有 1/2 患者有主动脉狭窄和马蹄肾等畸形。

Turner 综合征的核型除典型的 45，X（约占 55%）外，还有各种嵌合型和结构异常的核型。最常见的是嵌合型 46，XX/45，X 和 46，X,i（Xq）。一般说来，嵌合型的临床表现较轻，而有 Y 染色体的嵌合型可表现出男性化的特征，身材矮小和其它 Turner 症状主要是由 X 短臂单体性决定的，但卵巢发育不全与不育则更多与长臂单体性有关。

Turner 综合征的发病机理是双亲配子形成过程中的不分离，其中约 75%的染色体丢失发生在父方，约 10%的丢失发生在合子后早期卵裂时。

除少数患者由于严重畸形有新生儿期死亡之外，一般均能存活，只是在青春期才被检出。其智力发育障碍也较轻，应用激素在 14 岁以前开始治疗可以促进第二性征和生殖器官的发育，月经来潮，心理状态改变，但不能促进长高，个别患者可生育。

4．47，XXX 和 X 女性 本病又称为超雌（superfemale）。发病率约为 0.8‰或 1 /2250。

多数具有三条 X 染色体的女性无论外形、性功能与生育力都是正常的，只有少数患者有月经减少、继发闭经或过早绝经等现象。大约有 2/3 病智力稍低，并有患精神病倾向。

除了 47，XXX 外，一些患者的核型为嵌合型，即 47，XXX/46，XX。XXX 患者的母亲生育年龄平均约增高 4 岁。这表明不分离主要发生在母亲一方。少数患者有 4 条甚至 5 条 X 染色体。一般来说，X 染色体愈多，智力损害和发育畸形愈严重。

（三）性染色体的结构畸变

1．X 染色体的结构异常 常见的 X 染色体结构异常有各种缺失、易位和等臂染色体。它们的临床表现多样，主要取决于涉及 X 染色体上的哪些区段异常，因为不同的区段载有的基因不同，缺失导致的症状也不同。Wyss 等曾作一 Turner 综合征的核型与症状关系图。有助于了解 X 染色体结构异常的表现（图 2-24）。

图 2-24 Turner 综合征核型与症状相关图

（1）X 短臂缺失（XXp-）：Xp 远端缺失病人有诸如身材矮小等 Turner 综合征特征，但性腺功能正常。Xp 缺失如包括整个短臂，则患者既有 Turner 综合征的体征，又有性腺发育不全。X 染色体长臂等染色体 [X,i,(Xq)] 的临床表现与此类似，因为也缺失了整个短臂。

（2）X 长臂缺失（XXq-）：缺失在 q22 以远者，一般仅有性腺发育不全，原发闭经，不育，而无其它诸如身材矮小等 Turner 综合征体征。缺失范围较大，包括长臂近端者，有性腺发育不全外，一些患者还有其客观存在体征。X 染色体等臂染色体 [Xi(p)] 与此类似。Xq 中间缺失累及 q13-q26 者性腺功能正常，但有其它体征，可见中段缺失与 Turner 体征出现有关。

通常部分缺失 ` 形成环状或等臂染色体的 X 均选择性地失省事，从而保证有一条正常的 X。

（3）易位：当 X 染色体与常染色体发生平衡易位时，由于基因平衡的保持，一般不会产生症状，此时失活的正常的 X 染色体。但如平衡易位断点在 q12-q26 时，有活性的 X 在该区被分为两部分，就会导致性腺发育异常。此外，如常染色体节段易位到 X 染色体产生不平衡易位时，多数产生双着丝粒染色体，其表型取决于 Xp 或 Xq 上断裂点的位置。

2．脆性 X 染色体综合征 本世纪初一些学者注意到智力下患者中逻辑性多于女性。1943 年 Martin 和 Bell 在一个家系两代人中发现 11 名逻辑性患者和两名轻度智力低下的女性，认为该家系智力低下是与 X 连锁的，因此 X 连锁智力低下又称为 Martin-Bell 综合征。

1969 年 Lubs 首先在逻辑性智力低下患者及其女性亲属中发现了长臂具有“随体和呈细丝状次缢痕”的 X 染色体。后来，Sortherland 证明细丝位位于 X 染色体长臂 2 区 7 带（Xq27）。它在低叶酸培养条件下表达，并提出了脆性部位（franile site）的概念。现今人们把在 Xq27 处有脆性部位的 X 染色体称为 X 染色体（fragileX,fra X）（图 2 -25），而它所导致的疾病称为脆性 X 染色体综合征。

图 2 -25 脆性 X 染色体（Fra X）综合征

左图：脆性 X 染色体

中图：患者大耳 ` 大颌

右图：患者大睾丸

（1）发病率：本病在逻辑性中的发病率为 1 /1000~1/1500，仅次于先天愚型。在所有逻辑性智力低下患者约 10%~20~ 为本病所引起。

（2）临床表现：主要表现为中度到重度的智力低下，其它常见的特征尚有身长和体重超过正常儿，发育快，前额突出，面中部发育不全，下颌大而前突，大耳，高腭弓，唇厚，下唇突出，另一个重要的表现是大睾丸症。一些患者还有多动症，攻击性行为或孤癖症。20% 患者有癫痫发作。过去曾认为由于女性有两条 X 染色体，因此女性携带者不会发病，但由于两条 X 染色体中有一条失活，女性杂合子中约 1 / 3 可有轻度智力低下。

（3）发病的分子机理：现今在 X 脆性部们已发现了致病基因 FMR-1，它含有（CGC）n 三核甘酸重复序列，后者在正常人约为 30 拷贝，而在正常男性传递者和女性携带者增多到 150~500bp，称为小插入，相邻的 Cpg 岛未被甲基化，这种前突变（premutation）无或只有轻微症状。女性携带者的 CGG 区不稳定，在向受累后代传递过程中扩增，以致在男性患者和脆性部位高表达的女性达到 1000~3000bp，相邻的 CpG 岛也被甲基化。这种全突变（full mutation）可关闭相邻基因的表达，从而出现临床症状。由前突变转化为完全突变只发生母亲向后代传递过程中。根据对脆性部位 DNA 序列的了解，现已可用 RFLP 连锁分析、DNA 杂交分析、PCR 扩增等方法来检出致病基因。

（4）治疗：Lejeune 认为叶酸缺乏是 Fra X 综合征时智力低下的原因，他用大剂量叶酸治疗患者获得了良好的效果，但其他作者未能证实叶酸的疗效。新近一些作者认为中枢神经兴奋剂疗效较好，但副作用大。其它有用可乐定（clonidine）、心得安者，据称可减轻多动症。

3．Y 染色体及其结构异常 Y 染色体用荧光染色时，因长臂未端有宽阔的极明亮的荧光带，易与 21、22 号区别。Y 染色体长臂的多态性非常明显，存在种族差异，大 Y 在中国人和日本人中的比例较高。

4．Y 染色体的数目异常 包括前已述及的 XYY 以及超 Y 综合征（XXYY，X– 等）。Y 染色体的结构异常包括 Y 的长臂或短臂缺失、等臂染色体 i(Yq)和 i（Yp）、环状染色体和双着丝粒染色体（为两条 Y 的短臂 相连或两条 Y 的长臂相融合）、倒位和各种涉及 Y 的易位（即 Y 与常染色体，Y 与 X 染色体的易位等）。此外性反转综合征 46，XX 男性是 Yq 上的 SRY 基因易位到一条 X 染色体所致，而 46，XY 女性是 SRY 基因缺失或突变的结果。

第三章 基因及基因突变

第一节 基因的概念

基因的概念随着遗传学、分子生物学、生物化学等领域的发展而不断完善。从遗传学的角度看，基因是生物的遗传物质，是遗传的基本单位——突变单位、重组单位和功能单位；从分子生物学的角度看，基因是负载特定遗传信息的 DNA 分子片段，在一定条件下能够表达这种遗传信息，变成特定的生理功能。有的生物基因为 RNA。

一、基因的一般的特性

从分子水平来说，基因有三个基本特性：①基因可自体复制；②基因决定性状，即基因通过转录和翻译决定多肽链的氨基酸顺序，从而决定某种酶或蛋白质的性质，而最终表达为某一性状；③基因的突变，即基因虽很稳定，但也会发生突变。一般来说，新的突变的等位基因一旦形成，就可通过自体复制，在随后的细胞分裂中保留下来。

二、基因的类别

基因按其功能可分为：

1．结构基因（structural gene）是指某些能决定某种多肽链（蛋白质）或酶分子结构的基因。结构基因的突变可导致特定蛋白质（或酶）一级结构的改变或影响蛋白质（或酶）量的改变。

2。调控基因（regulator and control gene）是指某些可调节控制结构基因表达的基因。调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因的功能，或导致一个或多个蛋白质（或酶）时的改变。

此外，还有一些只转录而不翻译的基因，如核糖体 RNA 基因（ribosomal RNA gene），也称为 rDNA 基因，它们专门转录 rRNA；还不转运 RNA 基因（transfer RNA gene），也称为 tRNA 基因，是专门转录 tRNA 的。

存在于原核生物与真核生物中的基因也有区别：

1．原核生物 一般只有一个染色体，即一个核酸分子（DNA 或 RNA），大多数为双螺旋结构，少数以单链形式存在。这些核酸分子大多数为环状，少数为线状。例如大肠杆菌染色体是由 4.2×106bp(碱基对)组成的双链环状 DNA 分子，约有 3000~4000 个基因，目前已经定位的基因已达 900 多个。

2．真核生物包括人类在内，其基因主要存在于细胞核内线状的染色体上。存在于细胞质的基因位于环状的线粒体 DNA 上。核内基因的 DNA 顺序由编码顺序和非编码顺序两部分构成。编码顺序是不连续的，被非编码顺序隔开。其次，真核的生物基因大小差别很大，例如，人类血红蛋白的基因长仅约 1700bp，而假肥大型营养不良症（duchenne muscular dystrophy, DMD）基因全长 2300kb，是迄今认识的最巨大的人类基因。

第二节 结构基因的结构

人类结构基因 4 个区域：①编码区，包括外显子与内含子；②前导区，位于编码区上游，相当于 RNA5’末端非编码区（非翻译区）；③尾部区，位于 RNA3’编码区下游，相当于末端非编码区（非翻译区）；④调控区，包括启动子和增强子等。基因编码区的两侧也称为侧翼顺序（图3-1）。

1．外显子和内含子 大多数真核生物的基因为不连续基因（interruptesd 或 discontinuous gene）。所谓不连续基因就是基因的编码顺序在 DNA 分子上是不连续的，被非编码顺序所隔开。编码的顺序称为外显子（exon），是一个基因表达为多肽链的部分；非编码顺序所称为内含子（intron）, 又称插入顺序（intervening sequence,IVS）。内含子只转录，在前 mRNA(pre-mNRA)时被剪切掉。如果一个基因有几个内含子，一般总是把基因的外显子分隔成 n + 1 部分。内含子的核苷酸数量可比外显子多许多倍。

2．外显子-内含子 接头每个外显子和内含子接头区都有一段高度保守的一致顺序（consensus seqence）, 即内含了 5’末端大多数是 GT 开始，3’末端大多是 AG 结束，称为 GT-AG 法则，是普遍存在于真核基因中 RNA 剪接的识别信号。

3．侧翼顺序在第一个外显子和最末一个外显子的外侧是一段不被翻译的非编码区，称为侧翼顺序（flankingsequence）。侧翼顺序含有基因调控顺序，对该基因的活性有重要影响。

4．启动子 启动子（promoter）包括下列几种不同顺序，能促进转录过程：

（1）TATA 框（TATA box）：其一致顺序为 TATAATAAT。它约在基因转录起始点上游约 -30-50bp 处，基本上由 A - T 碱基对组成，是决定基因转录始的选择，为 RNA 聚合酶的结合处之一，RNA 聚合酶与 TATA 框牢固结合之后才能开始转录。]

（2）CAAT 框（CAAT box）：其一致顺序为 GGGTCAATCT，是真核生物基因常有的调节区，位于转录起始点上游约 -80-100bp 处，可能也是 RNA 聚合酶的一个结合处，控制着转录起始的频率。

（3）GC 框（GC box）：有两个拷贝，位于 CAAT 框的两侧，由 GGCGGG 组成，是一个转录调节区，有激活转录的功能。

此外，RNA 聚合酶Ⅲ负责转录 tRNA 的 DNA 和 5SrDNA，其启动子位于转录的 DNA 顺序中，称为下游启动子。

5．增强子在真核基因转录起始点的上游或下游，一般都有增强子（enhancer）, 它不能启动一个基因的转录，但有增强转录的作用。此外，增强子顺序可与特异性细胞因子结合而促进转录的进行。研究表明，增强子通常有组织特异性，这是因为不同细胞核有不同的特异因子与增强子结合，从而对基因表达有组织、器官、时间不同的调节作用。

例如人类单拷贝胰岛素基因 5’末端上游约 250 bp 处有一组织特异性增强子，在胰岛 β 细胞中有一特异因子可

图 3 -1 真核生物的结构基因的结构示意图

En：增强子：P1、P2、P3：启动子（TATA 框，CAAT 框，GC 框）；E：外显子：I：内含子；

UT：非翻译区；GT-AG：外显子 - 内含子接头

作用于该区以增强胰岛素基因的转录和翻译，其它组织中无此因子，这是何以胰岛素基因只有在胰岛 β 细胞中才得以很好表达的原因。

6．终止子在一个基因的末端往往有一段特定顺序，它具有转录终止的功能，这段终止信号的顺序称为终止子（termianator）。终止子的共同顺序特征是在转录终止点之前有一段回文顺序，约 7 -20 核苷酸对。回文顺序的两个重复部分分由几个不重复碱基对的不重复节段隔开，回文顺序的对称轴一般距转录终止点 16-24bp（图 3 -2）。

在回文顺序的下游有 6 - 8 个 A - T 对，因此，这段终止子转录后形成的 RNA 具有发夹结构，并具有与 A 互补的一串 U，因为 A - U 之间氢健结合较弱，因而 RNA/DNA 杂交部分易于拆开，这样对转录物从 DNA 模板上释放出来是有利的，也可使 RNA 聚合酶从 DNA 上解离下来，实现转录的终止。

图 3 -2 转录终止了顺序图解

第三节 基因的复制与表达

生物的遗传物质基础是核酸（nucleicacid）, 它也是基因的基本结构，它们的化学组成分子结构符合遗传物质的稳定性、连续性及多样性的要求。

（一）核酸的化学组成

核酸结构的基本单位是核苷酸（nucleicacid），每个核苷酸由 1 个磷酸、1 个五碳糖和 1 个碱基 3 部分组成。核酸有两类：一类是脱氧核糖核酸（DNA），DNA 中的脱氧核糖核苷酸主要由 4 种碱基构成，即腺嘌呤(adenine,A)、鸟嘌呤（guanine,G）、胞嘧啶（cytosine,C）和胸腺嘧啶（thymine,T），此外，还有脱氧核糖（deoxyribose）和磷酸；另一类是核糖核酸（RNA），RNA 分子中的核糖核苷酸主要由碱基 A、G、C 和尿嘧啶（uracil,U）构成，此外，还有核糖（ribose）和磷酸。

（二）DNA 的分子结构

DNA 分子是 4 种脱氧核苷酸经 3’→5’磷酸二酯健聚合而成，所以了称为多核苷酸（polynucleotide）。DNA 的一级结构是指 4 种核苷酸的连接及其排列顺序。1953 年 Watson 和 Cricd 提出了 DNA 分子双螺旋结构模型，其要点是：DNA 分子是由 2 条平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成的右手双螺旋结构（B 型 DNA）。多种芏酸的方向由核苷酸间的磷酸二酯健的走向决定，一条从 5’→3’，另一条从 3’→5’，两条链呈反向平行排列（antiparallel）, 彼此由氢键相连，G 与 C 配对（G≡C），A 与 T 配对（A=T）。图 3 - 3 表明 DNA 的分子骨架。

图 3 -3 DNA 双螺旋结构及碱基配对示意图

（A）部分 SNA 多核苷酸链，示邻近脱氧核苷酸由 3’-5’磷酸二酯键连接；

（B）DNA 互补的两条链；（C）DNA 双螺旋模型

根据以上原则，只要确定了一条链中的碱基顺序，就可以相应在确定与它互补的另一条链上碱基的顺序，估计 1 个 DNA 分子大约有 4 千至 40 亿个核酸对，而各种碱基对排列顺序没有限制，即假定某一段 DNA 分子链有 100 个碱基对，则该段就有 4100 各不同的排列组合形式，即可有 4100 种不同性质的基因。现知，基因就是 DNA 分子链上的一个特定的区段，其平均大小约为 1 000 个碱基对。这说明对 DNA 分子贮存了大量正常和变异的遗传信息，满足了生物的遗传和多样性的要求，特别是通过 DNA 分子的准确复制，又可使遗传信息得到稳定和连续的传递。

（三）DNA 的复制

基因的复制的以 DNA 复制为基础的。生物体的遗传特征表现为特定的核苷酸顺序，并以密码子的形式编码在 DNA 分子上。在细胞分裂过程中，通过 DNA 准确地自体复制（self-replication），把遗传信息从亲代传给子代，这样，DNA 就能真正完成其作为遗传信息载体的使命，从而保证遗传物质的连续性和相对的稳定性。

由于 DNA 分子两条链的碱基是互补的，一条链上的核苷酸排列顺序可以由另一条链上的核苷酸排列顺序决定。DNA 复制过程中，首先碱基间氢断裂，双螺旋解旋并松开，然后每条多核苷酸链各以自己为模板（template）吸收周围游离核苷酸，按碱基互补原则，进行氢键结合。在一些聚合酶作用下，合成新的互补的链，与原来模板单链并列盘旋在一起，形成了稳定的双螺旋结构（图 3 -4）。

这样新形成的 2 个 DNA 分子与原来 DNA 分子的碱基顺序完全一样。每个子代 DNA 分子的一条链来自亲代 DNA，另一条链则是新合成的, 所以这种复制方式称为半保留复制(swmi-conservativereplication).

图 3-4 双螺旋 DNA 半保留复制过程

P1，P2：DNA 亲链；F1，F2：DNA 子链；

示复制结果的两个 DNA 分子完全相同，每个新 DNA 分子均由亲链和子链组成

（四）基因的表达

所谓基因表达 (geneexpression) 是指细胞在生命过程中, 把储存在 DNA 顺序中遗传信息经过转录和翻译, 转变成具有生物活性的蛋白质分子. 生物体内的各种功能蛋白质和酶都是同相应的结构基因编码的(图 3 -5)。

1. 转录过程 在 RNA 聚合酶的催化下, 以 DNA 为模板合成 mRNA 的过程称为转录(transcription). 在双链 DNA 中, 作为转录模板的链称为模板链(template strand), 或反义链(antisensestrand); 而不作为转录模板的链称为编码链(codingstrand), 或有义链(sense strand). 在双链 DNA 中与转录模板互补的一条 DNA 链即编码链, 它与转录产物的差异仅在于 DNA 中 T 变为 RNA 中的 U. 在含许多基因的 DNA 双链中, 每个基因的模板链并不总是在同一条链上, 亦即一条链可作为某些基因的模板链的, 也可是另外一些基因的编码链。

转录后要进行加工, 转录后的加工包括：

（1）剪接：一个基因的外显子和内含子都转录在一条原始转录物 RNA 分子中，称为前 mRNA(pre-mRNA)，又称核内异质 RNA（heterogenuous nuclear RNA,huRNA）。因此前 mRNA 分子既有外显子顺序又有内含子顺序，另外还包括编码区前面及后面非翻译顺序。这些内含子顺序必须除支而把外显子顺序连接起来，才能产生成熟的有功能的 mRNA 分子，这个过程称为 RNA 剪接（RNasplicing）。剪切发生在外显子的 3’末端的 GT 和内含子 3’末端与下一个外显子交界的 AG 处。

（2）加帽：几乎全部的真核 mRNa 端都具“帽子”结构。虽然真核生物的 mRNA 的转录以嘌呤核苷酸三磷酸（pppAG 或 pppG）领头，但在 5’端的一个核苷酸总是 7 - 甲基鸟核苷三磷酸（m7GpppAGpNp）。mNRA5’端的这种结构称为帽子（cap）。不同真核生物的 mRNA 具有不同的帽子。

mRNA 的帽结构功能：①能被核糖体小亚基识别，促使 mRNA 和核糖体的结合；②m7Gppp 结构能有效地封闭 RNa 5’末端，以保护 mRNA 免疫 5’核酸外切酶的降解，增强 mRNA 的稳定

（3）加尾：大多数真核生物的 mRNA 3’末端都有由 100~200 个 A 组成的 Poly（A）尾巴。Poly(A)尾不是由 DNA 编码的，而是转录后的前 mRNA 以 ATP 为前体，由 RNA 末端腺苷酸转移酶，即 Ploy(A)聚合酶催化聚合到 3’末端。加尾并非加在转录终止的 3’末端，而是在转录产物的 3’末端，由一个特异性酶识别切点上游方向 13~20 碱基的加尾识别信号 AAUAAA 以及切点下游的保守顺序 GUGUGUG，把切点下游的一段切除，然后再由 Poly(A)聚合酶催化，加上 Poly(A)尾巴，如果这一识别信号发生突变，则切除作用和多聚腺苷酸化作用均显著降低（图 3 -5）。

图 3 -5 真核生物结构基因表达（DNA→RNA→蛋白质）流程图

mRNAPoly(A)尾的功能是：①可能有助 mRNA 从核到细胞质转运；②避免在细胞中受到核酶降解，增强 mRNA 的稳定性。

2．翻译过程 真核细胞的转录以及加工都是细胞核内进行，但翻译过程则在细胞质中进行。

以 mRNA 作为模板，tRNA 作为运载工具，在有关酶、辅助因子和能量的作用下将活化的氨基酸在核糖体（亦称核蛋白体）上装配为蛋白质多肽链的过程，称为翻译（translation）, 这一过程大致可分为 3 个阶段（图 3 -6）：

（1）肽链的起始：在许多起始因子的作用下，首先是核糖体的小亚基和 mRNA 上的起始密码子结合，然后甲酰甲硫氨酰 tRNA(tRNA fMet)结合上去，构成起始复合物。通过 tRNA 的反密码子 UAC，识别 mRNA 上的起始密码子 AUG，并相互配对，随后核糖体大亚基结合到小亚基上去，形成稳定的复合体，从而完成了起始的作用。]

（2）肽链的延和长：核糖体上有两个结合点——P 位和 A 位，可以同时结合两个氨酰 tRNA。当核糖体沿着 mRNA 从 5’→3’移动时，便依次读出密码子。首先是 tRNAfMet 结合在 P 位，随后第二个氨酰 tRNA 进入 A 位。此时，在肽基转移酶的催化下，P 位和 A 位上的 2 个氨基酸之间形成肽键。第一个 tRNA 失去了所携带的氨基酸而从 P 位脱落，P 位空载。A 位上的氨酰 tRNA 在移

图 3 -6 翻译过程（蛋白质合成）图解

位酶和 GTP 的作用下，移到 P 位，A 位则空载。核糖体沿 mRNA 5’端向 3’端移动一个密码子的距离。第三个氨酰 tRNA 进入 A 位，与 P 位上氨基酸再形成肽键，并接受 P 位上的肽链，P 位上 tRNA 释放，A 位上肽链又移到 P 位，如此反复进行，肽链不断延长，直到 mRNA 的终止密码出现时，没有一个氨酰 tRNA 可与它结合，于是肽链延长终止。

（3）肽链的终止：终止信号是 mRNA 上的终止密码子（UAA、UAG 或 UGA）。当核糖体沿着 mRNA 移动时，多肽链不断延长，到 A 位上出现终止信号后，就不再有任何氨酰 tRNA 接上去，多肽链的合成就进入终止阶段。在释放因子的作用下，肽酰 tRNA 的的酯键分开，于是完整的多肽链和核糖体的大亚基便释放出来，然后小亚基也脱离 mRNA.

（4）翻译后加工（postranslational processing）：从核糖体上释放出来的多肽需要进一步加工修饰才能形成具有生物活性的蛋白质。翻译后的肽链加工包括肽链切断，某些氨基酸的羟基化、磷酸化、乙酰化、糖基化等。真核生物在新生手肽链翻译后将甲硫氨酸裂解掉。有一类基因的翻译产物前体含有多种氨基酸顺序，可以切断为不同的蛋白质或肽，称为多蛋白质（polyprotein）。例如胰岛素（insulin）是先合成 86 个氨基酸的初级翻译产物，称为胰岛素原（proinsulin），胰岛素原包括 A、B、C 三段，经过加工，切去其中无活性的 C 肽段，并在 A 肽和 B 肽之间形成二硫键，这样才得到由 51 个氨基酸组成的有活性的胰岛素。

3．外显子与内含子表达过程中的相对性 从内含子与外显子的定义来看，两者是不能混淆的，但是真核生物的外显子也并非都“显”（编码氨基酸），除了 tRNA 基因和 rRNA 基因的外显子完全“不显”之外，几乎全部的结构基因的首尾两外显子都只有部分核苷酸顺序编码氨基酸，还有完全不编码基酸的外显子，如人类 G6PD 基因的第一外显子核苷酸顺序。

现在已发现一个基因的外显子可以是另一基因的内含子，所这亦然。以小鼠的淀粉酶基因为例，来源于肝的与来源于唾液腺的是同一基因。淀粉酶基因包括 4 个外显子，肝生成的淀粉酶不保留外显子 1，而唾液腺中的淀粉酶则保留了外显子 1 的 50bp 顺序，但把外显子 2 与前后两段内含子一起剪切掉，经过这样剪接，外显子 2 就变成唾液淀粉酶基因中的内含子。

4．同一基因在不同组织能生成不同的基因产物 来源于不同组织的类似蛋白，可以由同一基因编码产生，这种现象首先是由于基因中的增强子等有组织特异性，它能与不同组织中的组织特异因子结合，故在不同组织中同一基因会产生不同的转录物与转录后加工作用。此外真核生物基因可有一个以一的 poly(A)位点，因此能在不同的细胞中产生具有不同 3’末端的前 mRNA，从而会有不同的剪接方式。由于大多数真核生物基因的转录物是先加 poly(A)尾巴，然后再行剪接，因此不同组织、细胞中会有不同的因子干预多聚腺苷酸化作用，最后影响剪接模式。降钙素（calcitonin）基因在不同组织中的表达可作为实例（图 3 -7）。

图 3 -7 降钙基因在不同的细胞中产生不同的激素

1：为非翻译顺序；2、3：为共同的编码外显子；

4：为降钙素外显子；5 a：为 CGRP 外显子；5b：为 CGRP3’非翻译顺序；pA1、pA2：为 AATAAA 加尾信号；CGRP：与钙素基因相关的多肽

降钙素基因（CALCAa 多肽，定位于 11p15.4）中甲状腺细胞中形成的前 mRNA（短转录物），包含有非翻译顺序（1）、编码外显子（2）和（3）以及降钙素编码外显子（4）（包括部分非编码区），在转录物 pA1 位点即 AAUAAA 信号附近进行多聚腺苷酸化。而在下丘脑，其前 mRNA（长转录物）中除了包含转录物的全部顺序外，还包含有与降钙素基因相关肽（calcitonin gene-related peptide, CGRP）的编码外显子（5a）和 CGRP 的 3’末端非翻译顺序 (5b)，并在转录物 pA2 处进行 poly(A) 加工。可是，在长转录物的剪接过程中，外显子（3）的拼接点直接与 CGRP 编码外显子 (5a) 拼接点相连，从而删除降钙素的编码外显子（4），这样形成两种成熟的 mRNA, 分别翻译产生降钙素的前体和 CGRP 前体，然后通过酶促降产生降钙素 CGRP 这两种激素。

第四节 人类基因组

人类基因组包括细胞核内的基因组及细胞质内线粒体基因组，它们大致结构如图 3 -8。

图 3 -8 人类基因组结构

一、细胞核基因组

每条染色体含 1 个 DNA 分子，1 个细胞的全部遗传信息（基因）都编码在线状的 DNA 分子上。由于每个体细胞中有 2 套染色体（2n）, 故所含的 DNA 是由两个基因组（genome）构成。每个单倍体基因组约含 3.2×109bp。人类基因的平均长度为 1 -1.5kb，所以基因组以足以编码 1.5×106 蛋白质，但实际上编码蛋白质的结构基因只不过 5 万 -10 万个，仅占总基因组的 2%-3%。其余的 DNA 顺序包括基因之间的间隔顺序、基因内插入顺序、重复顺序等。目前，对它们的功能知之甚少，绝大多数重复顺序只不过是过剩的 DNA。但是，其中一些则有着特殊的功能，包括：调节基因的表达，增强同源染色体之间的配对和重组，维持染色体结构，调节前 mRNA 的加工以及参与 DNA 的复制等。

（一）单一顺序

单一顺序（uniquesequence）约占基因组的 60%-65%，这种顺序在一个基因组中一般仅有单个或几个拷贝，大多数编码蛋白质和酶基因属于此类。单一顺序还以间隔顺序和散在分布在重复顺序构成侧翼。

（二）重复顺序

重复顺序（repetitivesequence）是指在一个基因组中有很多拷贝，又可分为几类：

1．高度重复顺序（highly repetitive sequence）其长度可能 2、4、6、8 等几个 bp，较长的顺序可达 200bp，但是重复拷贝数可达 106 次以上，例如染色体着丝粒、端粒和 Y 染色体长臂上的异染区就是由高度重复顺序的卫星 DNA（satellite DNA）构成的，高度重复顺序不能转录，它们参与染色体结构的维持，形成结构基因间隔，可能与减数分裂时同源染色体的联会配对有关。

2．中度重复顺序（moderately repetitive sequence）其长度 300-7000bp，一般都是不编码的顺序。据认为在基因调控中起重要作用，包括开启或关闭基因，促进或终止转录，DNA 复制的起始，参与前 mRNA 加工等。例如人类 Alu 家族（Alu family），占人类基因组的 3%-6%，由 300bp 构成，在第 170 位附近都 AGCT 顺序，可被内切酶 AluⅠ所切割（AG↓CT）故得名。这些顺序在基因中重复达 30-50 万次，平均 5kbDNA 就有一个 Alu 顺序。此外还有 KpnⅠ家族(KpnⅠfamily)，约占基因组的 3%-6%，由 3000-4800 个拷贝构成，其功能不详。此外，还有小卫星 DNA 和微卫星 DNA(参阅第十三章)。

3．基因家族和基因簇真核基因组中有许多来源相同．结构相似．功能相关的基因，这组基因称为基因家族（genefamily）。基因家族的成员可以分布于几条不同染色体上，也可集中于一条染色体上。集中成簇的一组基因称为基因簇（gene cluster）。例如人类白细胞抗原（HLA）系统的 7 个连锁基因座位，排列成 A-C-B-D-DR-DQ-DP，形成一个基因簇。此外，人类的类 α 和 β 珠蛋白基因簇分别集群串联排列于 16p13 和 11p15 上，而组蛋白基因簇则群集于 7q32-q36。有些基因家族的成员并不集中排列为基因簇，而是散布在基因组中不同部位，如微管蛋白基因家簇，微管相关蛋白 2（MAP2）定位于 2q34-q35, 微管相关蛋白 tau，β（MAPT1）定位于 17q21，微管相关蛋白 tau-2（MAPT2）定位于 6q21。

（三）假基因

在基因家族中的某些成员并不产生有功能的基因产物，称为假基因（pseudogene）, 如 Ψξ、Ψα、Ψβ 等。假基因起始也可能有功能，后来由于缺失、倒位或点突变等原因使这些基因成为无功能的基因。假基因可以与有功能基因连锁，也可以由于染色体易位或作为转座子，从一部位移到另一新的部位。

此外，人类基因组中还有一些特殊的短顺序位于各基因的侧翼，它们是起到调控作用的调节顺序（启动子、增强子等）。有的是与细胞恶性转化有关的原癌基因（proto-onco-gene）等构成了五花八门的人类基因组结构。

二、线粒体基因组

人类线粒体 DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）是独立于细胞核染色体外的又一基因组，它能自主复制，由 16569 个碱基对组成，每一个 mtDNA 分子为环状双链 DNA 分子，外环为重链，内环为轻链。基因组含有 37 个基因，其中 13 个为蛋白质基因（包含 1 个细胞素 b 基因，2 个 ATP 酶复合体组成成分基因，3 个细胞色素 c 氧化酶亚单位的基因及 7 个呼吸链 NADH 脱氢酶亚单位的基因），2 个为 rRNA 基因，还有 22 个 tNRA 基因（图 3-9）。

图 3-9 人类线粒体基因组 H：重链；L：轻链

ND1-ND6：基因编码 NADH 脱氢酶亚单位 CO1-CO3：基因

编码细胞色素 C 氧化酶亚单位 1-3CYB：基因编码细胞色素 b

人类线粒体基因组具有下列特点：

1．人类线粒体的基因排列得非常紧凑，除与 mtDNA 复制及转录有关的一小段区域外，无内含子序列。在 37 个基因之间，基因间隔区总共只有 87bp, 只占 DNA 总长度的的 0.5%，有些基因之间没有间隔，有时基因有重叠，即前一个基因的最后一段碱基与下一个基因的第一段碱基相衔接。因此，mtDNA 的任何突变都会累及到基因组中一个重要功能区域。

2．mtDNA 为高效利用 DNA。有 5 个阅读框架，缺少终止密码子，仅以 U 或 UA 结尾。

3．mtDNA 的突变率高于核中 DNA，并且缺乏修复能力。

4．mtDNA 为母系遗传。

5. 部分 mtDNA 的密码子不同于核内 DNA 的密码子。

遗传密码是在长期进化中形成并保持不变的，因此细胞核内所列的密码是一种通用密码，但是真核生物线粒体的密码却有若干处不同于通用密码。以人类线粒为例：①UGA 不是终止密码子，而是色氨酸的密码子；②AGA、AGG 不是精氨酸的密码子而是终止密码子。这样，加上通用密码中的 UAA 和 UAG，线粒体共有 4 个终止密码子；③内部甲硫氨酸密码子有 2 个，即 AUG 和 AUA，起始甲硫酸密码子有 4 个，即 AUN。

总之，线粒体的密码表排列得比较整齐，各种氨基酸的密码子以及起始和终止密码子的数目或是 2，或是 4，或是 6。

目前，由于发现有些遗传病如 Leber 遗传性视神经病，肌阵挛性癫痫等与线粒体基因突变有关，因而它的基因结构引起普遍关注。

第五节 基因突变

一、基因突变的特性

1．突变 突变（mutation）是指遗传物质发生的可遗传的变异。广义的突变可以分两类：①染色体畸变（chromosome aberration）, 即染色体数目和结构的改变；②基因突变（genemutation）。狭义的突变，即一般所指的突变仅指基因突变。基因突变是指基因的核苷酸顺序或数目发生改变。仅涉及 DNA 分子中单个碱基改变者称点突变（point mutation）。涉及多个碱基的还有缺失、重复和插入。

2．体细胞突变和生殖细胞突变 基因突变可发生在个体发育的任何阶段，以及体细胞或生殖细胞周期的任何分期。如果突变发生在体细胞中，突变的变异只能在体细胞中传递。因此体细胞突变不能直接遗传下代。生殖细胞的突变率比体细胞高，主要因为生殖细胞在减数分裂时对外界环境具有较高的敏感性。如果显性突变基因在生殖细胞中发生，它们的效应可能通过受精卵而直接遗传后代并立即在子代中表现出来；如果突变基因是隐性的，则其效应就可能被其等位基因所遮盖。如果突变发生在某一配子中，那么，在子代中只有某一个有可能承继这个突变基因。如果突变发生在配子发生的早期阶段（如发生在成熟分裂的性母细胞），则多个配子都有可能接受这个突变基因，因此，突变基因传到后代的可能性就会增加。携带突变基因的细胞或个体，称为突变体（mutant)没有发生基因突变的细胞或个体称为野生型（wild type）。

3．诱发突变和自发突变 引起突变的物理因素（如 X 射线）和化学因素（如亚硝酸盐）称为诱变剂（mutagen）。诱变剂诱发的突变称为诱发突变（induced mutation）。由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制、转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变称为自发突变（spontaneous mutation）。人类单基因病大都为自发突变的结果。自发突变频率（突变率）很低，平均每一核苷酸每一世代为 10-10-10-9，即每世代 10 亿个核苷酸有一次突变。

4．突变热点 从理论上讲，DNA 分子上每一个碱基都可能发生突变，但实际上突变部位并非完全随机分布。DNA 分子上的各个部分有着不同的突变频率，即 DNA 分子某些部位的突变频率大大高于平均数，这些部位就称为突变热点（hot spots of mutation）。形成突变热点的原因仍未明了，有人认为是 5-甲基胞嘧啶（MeC）的存在，MeC 脱氨氧化后生成 T，引起 G-MeC→A- T 转换；短的连续重复顺序处容易发生插入或缺失突变；有的与突变剂种类有关，如 DNA 顺序中某个碱基对突变剂更敏感，有的则相反。

二、基因突变的种类

从 DNA 碱基顺序改变来分，突变一般可分为碱基置换突变、移码突变、整码突变及染色体错误配对和不等交换 4 种。

（一）碱基置换突变

一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基置换突变（图 3-10）。凡是一个嘌呤被另

图 3-10 碱基置换类型（A）及缺失和插入突变（B）示意图

一个嘌呤所取代，或者一个嘧啶被另一个嘧啶所取代的置换称为转换（transition）；一个嘌噙被另一个嘧啶所取代或一个嘧啶被另一个嘌呤所替代的置换称为颠换（transversion）。由此可产生 4 种不同的转换和 8 种不同的颠换。但自然界的突变，转换多于颠换。碱基置换会导致蛋白一级结构氨基酸组成的改变而影响蛋白质酶生物的功能。

由于碱基置换导致核苷酸顺序的改变，对多肽链中氨基酸顺序的影响，有下列几种类型；

1．同义突变 由于密码子具有兼并性，因此，单个碱基置换后使 mRNA 上改变后的密码子与改变前所编码的氨基酸一样，肽链中出现同一氨基酸。例如 DNA 分子模板链中 GCG 的第三位 G 被 A 取代而成 GCA，则 mRNA 中相应的密码子 CGC 就被转录为 CGU，CGC 和 CGU 都是精氨酸的密码子，翻译成的多肽链没有变化，这种突变称为同义突变（same-sense or synonymous mutation）。同义突变不易检出。据估计，自然界中这样的突变频度占相当高比例。

2．错义突变 是指 DNA 分子中的核苷酸置换后改变了 mRNA 上遗传密码，从而导致合成的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代，这种情况称为错义突变（missense mutation）。此时，在该氨基酸前后的氨基酸不改变。例如 mRNA 分子正常编码顺序为：UAU（酪）GCC（丙）AAA（赖）UUG（亮）AAA（赖）CCA（脯）, 当第三密码子 A 颠换为 C 时，则 AAA（赖）→ACA（苏），即上述顺序改变为 UAU（酪）GCC（丙）ACA（苏）UUG（亮）AAA（赖）CCA（脯）。错义突变结果产生异常蛋白质和酶。但也有不少基因由于错义突变而产生部分降低活性和异质组分的酶，从而不完全抑制了催化反应，这种基因称为漏出基因（leaky gene）。如果由于基因错义突变置换了酶活性中心的氨基酸，因此合成了没有活性的酶蛋白，虽不具有酶活性但有时还具有蛋白质抗原性，其所产生的抗体可与正常蛋白质发生交叉反应。有些错义突变不影响蛋白质或酶的生物活性，因而不表现出明显的表型效应，这种突变可称为中性突变（neutral mutation）。

3．无义突变 当单个碱基置换导致出现终止密码子（UAG、UAA、UGA）时，多肽链将提前终止合成，所产生的蛋白质（或酶）大都失去活性或丧失正常功能，此种突变称为无义突变（non-sense mutation）。例如，DNA 分子模板链中 ATG 的 G 被 T 代替时，相应的 mRNA 上的密码子便从 UAC 变成终止信号 UAA，因此翻译便到此为止，使肽链缩短。无义突变如果发生在靠近 3’末端处，它所产生的多肽链常有一定的活性，表现为渗漏型，这类多肽多半具有野生型多肽链的抗原特异性。

4．终止密码突变 当 DNA 分子中一个终止密码发生突变，成为编码氨基酸的密码子时，多肽链的合成将继续进行下去，肽链延长直到遇到下一个终止密码子时方停止，因而形成了延长的异常肽链，这种突变称为终止密码突变（termination codon mutation），这也是种延长突变（elongtionmutation）。

5．抑制基因突变 当基因内部不同位置上的不同碱基发生了两次突变，其中一次抑制了另一次突变的遗传效应，这种突变称为抑制基因突变（suppressor gene mutation）。例如 Hb Harlem 是 β 链第 6 位谷氨酸变成缬氨酸，第 73 位天冬氨酸变成天冬酰胺；如果单纯 β6 谷氨酸→缬氨酸，则可产生 HbS 病，往往造成死亡。但 Hb Harlem 临床表现却较轻，即 β73 的突变抑制了 β6 突变的有害效应。

（二）移码突变

移码突变（frame-shiftmutation）是指 DNA 链上插入或丢失 1 个、2 个甚至多个碱基（但不是三联体密码子及其倍数），在读码时，由于原来的密码子移位，导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生了相应改变。移码突变造成的肽链延长或缩短，取决于移码终止密码子推后或提前出现。（图 3-11）

（三）整码突变

如果在 DNA 链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码子，则合成的肽链将增加或减少一个或几个氨基酸，但插入或丢失部位的前后氨基酸顺序不变，称为整码突变（codon mutation）或密码子插入或丢失（codon insertion ordeletion）(图 3-11)。

（四）染色体错误配对不等交换

染色体错误配对不等交换（mispairedsynapsis and unequal crossing-over）减数分裂期间，同源染色体间的同源部分发生联会和交换，如果联会时配对不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失和部分基因重复。这种突变常用解释大段多核苷酸的丢失和重复（图 3-21）。

图 3-12 错误配对和不等交换

三、调控基因突变对结构基因表达的影响

所有细胞都是全能核（携带全部遗传信息，但不是全部基因都有活性，所以必定有一种抑制某些基因活笥和启动另一些基因活性的机制。对于基因调控机制 1961 年 Jacob 与 Monod 对大肠杆菌的研究提出了乳糖操纵子假说（Lac operon hypothesis），认为基因的作用单位是操纵了（operon），它由一个操纵基因和相邻的结构基因构成，它们按一定的线性顺序排列，并产生一系列相关的酶。操纵基因可以启动全组结构基因的活性，但它又被调节基因激活或抑制。调节基因能合成一种物质（阻遏物），能抑制操纵基因，当调节基因起作用时，有关的结构基因不合成蛋白质，只有在阻遏物被一种特殊代谢物（诱导物）灭活后，调节基因在关闭的情况下，结构基因才起作用。真核细胞的基因调控还未完全阐明。如果这一模式能应用在人类，即假设有不止缺乏一种相关酶的那些遗传病，有可能是由于调控系统基因突变的结果。又如有些酶活性缺乏或增加，或蛋白质合成量有改变，但从结构基因水平并未发现有任何碱基改变，这样推测突变可能发生调控基因部分，例如腺苷脱氨酶（adenosine deaminase,ADA）遗传性酶活性过高（相当于正常 45-70 倍）可引起溶血，但该突变酶结构没有改变，而转录的 mRNA 大大增多，故认为是调控基因突变的结果。又如 Crigler-Najjar 综合征Ⅱ型，表现为先天性黄疸，为肝葡萄糖醛酰转移酶缺乏，血中非结合胆红素增高。如用苯巴比妥可诱导此酶活性升高，黄疸消失，故认为此病可能是调节失控所致。

如果调节基因突变失去活性，基因不再被控制，结果蛋白质合成就会增加。在杂合子中，由于同源染色体上的正常调节基因所产生的阻遏物足够抑制两条染色体上的蛋白质合成，所以只有在纯合子才表现出来。另一种情况是，由于调节基因发生突变，合成了异常的阻遏物，它不能被诱导物所灭活，导致蛋白质合成减少。由于阻遏物是可以扩散的，它将有可能在同源染色体上起作用，因此杂合子即可表现出来。因此，尽管一般认为，遗传性代谢缺陷是由于结构基因突变造成的，但应考虑到调控基因突变也可引起表型相同的遗传病。近年来分子遗传学的发展，已从 DNA 顺序的改变证明了这一点，例如地中海贫血有些突变就发生在调控基因部分。

四、基因突变的后果

根据基因突变对机体影响的程度，可分为下列几种情况：

1．变异后果轻微，对机体不产生可察觉的效应。从进化观点看，这种突变称为中性突变。

2．造成正常人体生物化学组成的遗传学差异，这样差异一般对人体并无影响。例如血清蛋白类型、ABO 血型、HLA 类型以及各种同工酶型。但在某种情况下也会发生严重后果。例如不同血型间输血，不同 HLA 型间的同种移植产生排斥反应等。

3．可能给个体的生育能力和生存带来一定的好处。例如，HbS 突变基因杂合子比正常的 HbA 纯合子更能抗恶性疟疾，有利于个体生存。

4．产生遗传易感性（genetic susceptibility）.

5．引起遗传性疾病，导致个体生育能力降低和寿命缩短，这包括基因突变致蛋白质异常的分子病及遗传酶病。据估计，人类有 50000 个结构基因，正常人的基因座位处于杂合状态的可占 18%，一个健康人至少带有 5-6 个处于杂合状态的有害突变，这些突变如在纯合状态时就会产生有害后果。

6．致死突变，造成死胎、自然流产或出生后夭折等。

第四章 单基因病

第一节 单基因病的遗传方式

单基因遗传病简称单基因病（monogenicdisease;single gene disorder）是指单一基因突变引起的疾病，符合孟德尔遗传方式，所以称为孟德尔式遗传病。

由于人类病症和性状不能如动物或植物那样通过杂交试验研究其遗传规律，因而必须采取适合于人类特点的研究方法。家系调查和系谱分析是判断某种遗传病遗传方式最常用的方法。系谱分析（pedigree analysis）是指将调查某患者家族成员所得到的该病或性状发生情况的资料，按一定格式绘制成图解（系谱）。对某病或性状遗传方式的判断必须进行多个系谱综合分析后方能作出准确结论。

绘制系谱图时采用统一的符号以表示家系中各个成员情况和相互之间的关系（图 4-1）。

图 4-1 系谱符号

单基因病遗传方式的基本类型分述如下。

一、常染色体遗传

单基因涉及单个即一对等位基因发生突变所致的疾病，可按遗传方式分为下列 4 种主要类型。

1．由这种致病基因导致的疾病称为染色体显性遗传病。据统计，此类遗传病或异常性状已达 3711 种（1992 年）。

致病基因有显性和隐性之分，其区别在于杂合状态（Aa）时，是否表现出相应的性或遗传病。若杂合子（Aa）能表现出与显性基因 A 有关的性状或遗传病时，其遗传方式称为显性遗传。

（1）完全显性遗传：凡是致病基因杂合状态（Aa）时，表现出像纯合子一样的显性性为状或遗传病者，称为完全显性（completedominance）。短指症（brachydactyly）可作为完全显性遗传的实例。本症为较常见的手（足）部畸畸形。由于指骨或掌骨变短，或指骨缺如，致使手指（趾）变短（图 4 -2）。

图 4 -2 一例短指（趾）症系谱

从系谱分析（图 4 -2），男女都可发病，与性别无关，所以本病是由某对常染色体上的基因决定的。假定 A 为显性基因（dominant gene）, 杂合状态时（Aa），只有基因 A 控制的性状显示出来，呈现出某种临床症状，而基因 a 的作用没有表达出来，称为隐性基因（recssive gene）。临床症状是表现出来的性状，称为表现型或表型（phenotype）。例如患者有短指，正常人没有短指，这是不同的表现型。控制各种表现型的遗传组成称为基因型或遗传型（genotype）。设短指症病人的基因型是 Aa，正常人的基因型是 aa.。等位基因 Aa 的人，两个基因不同，称为杂合子（heterozygote）。而一对基因相同（aa 或 AA）者，称为纯合子（homozygote）。因为 A 对 a 是显性的，基因 A 的作用在杂合子时表现出来，所以短指症的遗传方式是常染色体显性遗传。短指症的基因型有两种，纯合子（AA）和杂合子（Aa），它们在临床表现上无区别，故为完全显性。但临床上常见的情况都是杂合子患者（Aa）和正常人 (aa) 之间的婚配，后代中短指症患者与正常人的比例应为 1：1，也就是说，后代将有约 1 / 2 子女发病，当两个短指症杂合子患者婚配时，其后代约 3 / 4 的子女将发病，只有约 1 / 4 子女正常。

图 4 - 2 的每个患者基因型都是杂合子（Aa），他（她）们的致病基因 A 一定来自双亲中的一方，所以双亲中的一方也是 Aa，当然也是患者，这样就出现三代连续传递的现象。正常人的基因型都是 aa，因此，患者的正常亲属也应都是 aa，其子女都可能完全正常。该家系共 21 人，短指症患者 11 人（男 5 女 6），发病比例接近 1/2。应该指出，这种比例是在大样本的观察中方能反映出来，在子女数较少的小家庭往往不能反映出这种特点而出现较大的偏差。上述系谱基本反映了完全显性遗传特点，表现在：①连续四代发病；②患者子女中约 1/2 发病；③男女发病机会大致均等。

（2）不完全显性：有时杂合子（Aa）的表现型较纯合子轻，这种遗传方式称为不完全显性（incompletedominance）或半显性（semi-dominance），也称中间型遗传（intermedeate inheritance）。这里，杂合子（Aa）中的显性基因 A 和隐性基因 a 的作用都得到-定程度的表达。β 地中海贫血可作不完全显性遗传实例，致病基因 βO 纯合子，基因型为 βOβO 者病情严重，杂合子基因型为 βOβA 者病情较轻，而正常基因 βA 纯合子基因型为 βAβA 者无症状。从临床症状轻重来看，杂合子 βOβA 病情是界于 βOβO 与 βAβA 之间（详见本章第三节）。

（3）共显性：一对常染色体上的等位基因，彼此间没有显性和隐性的区别，在杂合状态时，两种基因都能表达，分别独立地产生基因产物，这种遗传方式称为共显性遗传（co-dominace）。ABO 血型的遗传可作为显性遗传的实例。ABO 血型决定于一组复等位基因（multiple alleles）。复等位基因是指在一个群体中，一对特定的基因座位上的基因不是两种（如 A 和 a），而是三种或三种以上，有时可达数十种。但是，对每一个人来说只能具有其中的任何两个等位基因。复等位基因是由于一个基因发生多种突变，从而产生多种基因型的结果。ABO 血型的基因已定位于 9q34，在这一座位上，由 IA、IB、和 i 三种基因组成复等位基因。基因 IA 对基因 i 为显性，基因 IB 对基因 i 也是显性。基因型 IAIA 和 IAi 都决定红细胞膜上抗原 A 的产生，这种个体为 A 型血；基因型 IBIB 和 IBi 都决定红细胞膜上抗原 B 的产生，这种个体为 B 型血；基因型 ii 测定 H 物质的产生而不产生抗原 A 和抗原 B。就 IA、IB、i 这一组复等位来说，复等位基因的数目是 3 个，所以共有：n(n+1)/2=3(3+1)/2=6

种基因型。在共显性时，有 4 种表现型。如果纯合子（IAIA）A 型血的人与纯合子（IBIB）B 型血的人结婚只能出生杂合子（IAIB）AB 型血的子女；如果两个杂合子（IAIB）AB 型血的人结婚则会导致 1（IAIA）：2（IAIB）：1（IBIB）的比率，这样，3：1 的比值就被 1：2：1 的比值所代替，这是两个等位基因共显性的结果。

根据孟德尔分离律的原理，已知双亲血型，就可以估计出子女中可能出现的血型和不可能出现的血型（表 4 -1），这在法医学的亲子鉴定中有一定意义。

表 4 - 1 双亲和子女之间血型遗传的关系

此外，人类 MN 血型、人类组织相容性抗原（human lecocyte antigen,HLA）系统等都是共显性例子。

（4）不规则显性：带有显性基因的个体理应发病，但事实上并非完全如此，有些杂合子（Aa）并不发病，这可能是因受修饰基因等因素的影响而不表现出临床症状，失去显性特点而不外显，有时表现程度有差异，称为不规则显性（irregular dominance）。修饰基因（modifier gene）是指本身没有表型效应，可是能对主基因发生影响，使主基因的表型成完全或能削弱主基因的作用，从而出现各种表现度和不完全的外显率。

图 4-3 一例成骨不全病例系谱

图 4 - 3 是一个成骨不全症的系谱，该家族中的患者有一共同的致病基因（A），均同 I1 传递而来，然而他们的临床表现却有很大的差别。先证者Ⅲ8 有蓝色巩膜和多次骨折，其母亲Ⅱ5 只有一次骨折史，其姨母Ⅱ3 和外祖母Ⅰ1 都只有蓝色巩膜，其姨表兄Ⅲ5 则具多次骨折和耳聋两种症状，可见这些患者存在着明显的表现程度不一致。杂合子（Aa）在不同遗传背景和环境因素影响下，性状表现程度的差异称为表现度（expressivity）。上述种患者症状表现速度的区别可以解释为：Ⅰ1．Ⅱ3 由于遗传背景中可能存在着减弱基因（reducer gene）作用，所以表现度轻：Ⅲ4、Ⅲ5 和Ⅲ8 的遗传背景中可能存在增强基因（enhancergene），所以表现度重。

（5）延迟显性：有些显性遗传病并非出生后即表现出来，而是到较晚期才出现症状，这种情况称为延迟显性（delayed dominance）。慢性进行性舞蹈病（Huntington’schorea）可作为实例。此病为染色体显性遗传病，致病基因位于 4p16。杂合子（Aa）在 20 岁时只有 1%发病，40 岁有 38%发病，60 岁有 94%发病。这里，年龄对发病是一个重要的修饰因素。可见本病杂合子要个体发育早期，致病基因并不表达，但到一定年龄后，致病基因的作用方表达出来，主称为延迟显性。

图 4-4 例慢性进行舞蹈病系谱

图 4-4 是一例慢性进行性舞蹈病系谱。Ⅲ1 未见发病，但他的母亲（Ⅱ1）和 2 个儿子（Ⅲ1，2）均已患病，因此可以认为Ⅲ1 携带有致病基因，由于某种原因未能表现症状，因而出现了隔代传递现象。显性基因完全不能表达的个体称顿挫型（form fruste）。Ⅲ1 是顿挫型，虽未发病的，便仍将致病基因传给后代。因此，本例是不规则显性。顿挫型的存在形成致病基因（A）不完全外显，这样显性基因在杂全状态时是否得到表现，可用外显就绪来衡量。外显率（penetrance）是指显性基因能形成相应表现型的比例，一般用百分率（%）来表示。显性基因能 100%表现出相应性状称为完全外显，外显率低于 100%时为不完全外显或外显不全。一般外显率高者可达 70%-80%，低者只有 20%-30%。当计算外显率时应搜集较多的家系汇总分析方能符合实际情况。

延迟显性的一特点是，最年轻一代的患者比例常不足 1/2。图 4-4 中的第Ⅳ代患者仅 3/13 即为佐证。

2．常染色体隐性遗传控制 遗传性状或遗传病的基因位于常染色体上，其性质是隐性的，在杂合状态时不表现相应性状，只有当隐性基因纯合子（aa）方得以表现，称为常为常染色体隐性遗传病（autosomal recessiveinheritance,AR)。这种致病基因所引起的疾病称为常染色体隐性遗传病。目前已知的常染色体隐性遗传病或异常性状达 1631 种（1992 年）。白化病（albinism）可作为常染色体隐性遗传病的实例。白化病是由于全身黑色素细胞均缺乏黑色素, 所以皮肤毛发呈白色。本病患者只有当一对等位基因是隐性致病基因纯合子（aa）时才发病，所以患者的基因型都是纯合子（aa）。当一个个体为杂合状态（Aa)时，虽然本人不发病，但为致病的基因携带者，他（她）能将致病基因 a 传给后代，因此患者父母双方都应是致病基因（Aa）的肯定携带者（obligatory carrier）。如果两个杂合子（Aa）婚配，后代子女患者（aa）占 1/4，表型正常者占 3/4。表型正常的人中 1/3 基因型为纯合子（AA）,2/ 3 为杂合子（Aa），是致病基因的可能携带者（probable carrier）。

图 4-5 一例白化病系谱

图 4-5 是白化病的一个家系，这个系谱基本反映了常染色体隐性遗传的特点。表现在：①患者（Ⅳ1，3，4，11）的双亲（Ⅲ2，3 和Ⅲ7，8）表现型正常，但均为致病基因的肯定携带者；②系谱中看不到连续遗传现象，常为散发，有的系谱中只见先证者；③同胞中约 1/4 个体发病，男女性发病机会均等，患者大部分出现在同胞之间，子女往往正常；④近亲婚配的后代发病概率显著较高，系谱中的Ⅲ2 和Ⅲ3．Ⅲ7 和Ⅲ8 都是近亲婚配。

二、性染色体遗传

性染色体上的基因所控制的遗传性状或遗传病，在遗传上总是和性别相关的。目前已知的性连锁遗传的致病基因大都在 X 染色体上，与性别相关联的遗传方式称为性连锁遗传（sexlinkedinheritance）。目前已知的 X 连锁隐性遗传病或异常性状有 360 种（1992 年）。

1．X 连锁隐性遗传 一种性状或遗传病有关的基因位于 X 染色体上，这些基因的性质是隐性的，并随着 X 染色体的行为而传递，其遗传方式称为 X 连锁隐性遗传（X-linked recessive inheritance,XR）.

以隐性方式遗传时，由于女性有两条 X 染色体，当隐性致病基因在杂合状态（XAXa）时，隐性基因控制的性状或遗传病不显示出来，这样的女性表型正常的致病基因携带者。只有当两条 X 染色体上等位基因都是隐性致病基因纯合子（XaXa）时才表现出来。在男性细胞中，只有一条 X 染色体，Y 染色体上缺少同源节段，所以只要 X 染色体上有一个隐性致病基因（XaY）就发病。这样，男性的细胞中只有成对的等位基因中的一个基因，故称为半合子（hemizygote）。

红绿色盲可作 X 连锁隐性遗传病实例。色盲有全色盲（achromatopsis）和红色绿色盲（dyschromatopsia of theprotan and deutan）之分。前者不能辨别任何颜色，一般认为是常染色体隐性遗传；后者最为常见，表现为对红绿色的辨别力降低。呈 X 连锁隐性遗传，致病基因定位于 Xq28。据报道，男性发生率 7.0%, 女性为 0.5%. 一个红绿色盲男患者（XbY）和正常辩色能力女性 (XBXB) 结婚，他们的女儿都应从父亲那里接受一个 X 染色体，从母亲那里得到一条正常的 X 染色体而成为致病基因携带者杂合了 (XBXb)，他们的儿子必定由母亲那里接受一条 XB，故辩色能力全部正常(XBY)。凡携带致病基因的女性(XBXb) 与正常辩色男人结婚，下一代中，儿子有一半是正常 (XBY) 的，一半是绿色盲 (XbY)，女儿中一半是致病基因携带者(XBXb)，一半则完全正常(XBXB)。因此，男性患者的父亲一定是患者，其母亲是致病基因携带者。这里可见“父传女，母传子”的交叉遗传（criss-crossinheritance）现象，如果女性携带者(XBXb) 与男性患者(XbY)s 结婚，后代中，女儿 1 / 2 可能发病，1/ 2 可能为携带乾，独生子中发病者和正常者各占 1 /2。

图 4 -6 一例红绿色盲系谱

从图 4 - 6 红绿色盲系谱分析，男性红绿色盲患者 I1（XbY）和正常辩色能力女性 I2 结婚，他们的女儿全部是杂合子 (Ⅱ1,3,5,7)，因为儿了(Ⅱ9) 只能从母亲处得到 XB，故表型正常，在下一代中，携带致病基因的女性（XBXb）与正常男性 (XBY) 结婚时，他们的儿子有 1 / 2 可能是正常的(XBY)，1/ 2 可能是红绿色盲(XbY)(Ⅲ3,6,7,8,11)，女儿中 1 / 2 可能是携带者（XBXb），1/ 2 可能完全正常（XBXB），这样出现代与代间明显的间隔遗传现象。该系谱先证者Ⅲ8 的妹妹Ⅲ9,10 姨表姐妹Ⅲ4,5,12,-14 虽表型正常，但有 1 / 2 可能是携带者，她们结婚后也有可能把致病基因传给儿子。

从红绿色盲系谱中，可反映出 X 连锁隐性遗传系谱和特点，表现在：①男性患者过远多于女性患者，系谱中的病人几乎都是男性；②男性患者的双亲都无病，其致病基因来自携带者母亲；③由于交叉遗传，男患者的同胞、舅父、姨表兄弟、外甥中常见到患者，偶见外祖父发病，在此情况下，男患者的舅父一般正常；④由于男患者的子女都是正常的，所以代与代间可见明显的不连续（隔代遗传）。

2．X 连锁显性遗传 一些性状或遗传病的基因位于 X 染色体上，其性质是显性的，这种遗传方式称为 X 连锁显性遗传（X-linked dominant inheritance），这种疾病称为 X 连锁显性遗传病。目前所知 X 连锁显性遗传病不足 20 种。

由于致病基因是显性的，并位于 X 染色体上，因此，不论男性（XAY）和女性（XAXa）只要有一个这种致病基因 XA 就会发病。与常染色体显性遗传不同之处是，女性患者既可将致病基因传给生子，又可以传给女儿，且机会均等；而男性患者只能将致病基因传给女儿，不传给儿子。由此可见，女性患者多于男性，大约为男性的 1 倍。另外，从临床上看，女性患者大多数是杂合子，病情一般较男性轻，而男患者病情较重。

抗维生素 D 佝偻病（vitamin D resistant rickets, VDRR）可以作为 X 连锁显性遗传病的实例。VDRR 是一种以低磷酸血症导致骨发育障碍为特征的遗传性骨病。患者主要是肾远曲小管对磷的转运机制有某种障碍，困而尿排磷酸盐增多，血磷酸盐降低而影响骨质钙化。患者身体矮小，有时伴有佝偻病等各种表现。患者用常规剂量的维生素 D 治疗不能奏效，故有抗维生素 D 佝偻病之称。从临床观察，女性患者的病情较男性患者轻，多数只有低血磷，佝偻症状不太明显，表现为不完全显性，这可能是女性患者多为杂合子，其中正常 X 染色体的基因还发挥一定的作用。

男性患者（XHY）与正常女性（XhXh）结婚，所生子女中，儿子全部正常，女儿全部发病；女性患者 (XHXh) 与正常男性 (XhX) 结婚，子女中正常与患者各占 1/2。

图 4-7 是抗维生素 D 佝偻病系谱，女性患者 I1(XHXh)产生两种配子，她与正常男性结婚，理论上子女正常与患者各占 1/2，故Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3 都可能发病，Ⅱ3 的子女Ⅲ12，13，14 也可能发病；但男性患者与正常女性结婚，由于男性患者把致病基因只传给他的女儿，不传给儿子，所以Ⅲ12 和Ⅲ14 的女儿（Ⅳ18，Ⅳ21）都发病，儿子（Ⅳ19，Ⅳ20）正常。同时可见到上代传给下代的连续性。女性（Ⅲ3、4、6）患者只有低血磷，没有佝偻病。本系谱可以反映出 X 连锁显性遗传特点，表现在：①女性患者多于男性，女性患者（Ⅲ3、4、6）病情较轻，只有低血磷；②患者双亲之一必定是患者，女患者都是杂合子，她们的致病基因可传给儿子和女儿，但男患者的致病基因只传给女儿，因此系谱中男患者的女儿全部发病；③可看到连续两代以上都有患者。

3．Y 连锁遗传 如果致病基因位于 Y 染色体上，并随着 Y 染色体而传递，故只有男性才出现症状。这类致病基因只由父亲传给儿子，再由儿子传给孙子，女性是不会出现相应的遗传性状或遗传病，这种遗传方式称为 Y 连锁遗传（Y-linked inheritance）。由于这些基因控制的性状，只能在雄性个体中表现，这种现象又称为限雄遗传（holandric inheritance）。

图 4-7 一例抗维生素 D 佝偻病系谱

迄今报道 Y 连锁遗传病及异常性状仅 10 余种。我国发现一个视网膜色素变性的家系，4 代共 26 人中，8 例患者均为男性，女性正常且后代亦无患者，很可能属 Y 连锁遗传, 有待进一步证实。另外耳毛性状呈 Y 连锁遗传较多见。

除上述几种基本遗传方式外，尚有 2 种特殊情况：

（1）从性遗传：从性遗传睡性连锁遗传的表现都与性别有密切关系，但它们是两种截然不同的遗传方式。性连锁遗传的基因位于性染色体上，而从性遗传的基因位于常染色体上，致病基因性质有显性和隐性之别。这种常染色体上的基因所控制的性状，在表现型上受性别影响而男女性分布比例或表现程度上的差别，这种遗传方式称为从性遗传（sex-influrenced inheritance）。

原发性血色病（primaryhematochromatosis）可作从性遗传方式的实例。本病为一种遗传性铁代谢障碍，其特征为含铁血黄素在组织中大量沉积，造成多种器官损害，典型症状是皮肤色素沉着、肝硬化、糖尿病三联综合征，症状发生较迟，由于铁质蓄积达到 15-30g 方产生症状，所以 80%病例在 40 岁以后发病。本病致病基因在常染色体上，但男性多于女性 10-20 倍，而且女性发病较迟，这是因为女性通过月经、妊娠和哺乳，一生顺可丧失铁 10-35g，故难以表现铁质沉着症状。

遗传性早秃（hereditaryalopecia）为常染色体显性遗传病，男性显著多于女性，女性仅表现为头发稀疏，极少全秃，杂合子（Bb）男性会出现早秃；相反，女性杂合子 (Bb) 不出现早秃，只有纯合子（BB）才出现早秃，这也是从性遗传的一例。

（2）限性遗传；一种遗传性状或遗传病的致病基因位于常染色体或性染色体上，其性质可以是显性或隐性，但由于性别限制，只在一种性别得以表现，而在另一性别完全不能表现，但这些基因都可以向后代传递，这种遗传方式称为限性遗传（sex-limited inheritance）。例如，子宫阴道积水（hydrometrocolpos）由常染色体隐性基因决定，因此，女性只有在纯合子才表现相应症状，男性虽有这种基因但不能表现该性状，然而这些基因都向后代传递。

上述从性遗传和限性遗传特点可见，并非所有表现出性别差异的遗传性状或遗传病都是性连锁遗传，在常染色体遗传病中有时也可见到性别差异，应注意加以区别。

三、两种单基因病或性状的遗传规律

1．两种单基因病的致病基因分别位于不同对染色体上，在临床上，一个家系中如果出现两种单基因病患者，在大多数情况下，其遗传方式受孟德尔自由组合律制约。假设一个并指症（并指完全，伴有掌、跖骨融合）女性与一个甲型血友男患者结婚，生育了一个男孩，其并指症状与母亲类同，他们要求再生一孩子，试问后代子女发病风险如何？

并指症是常染色体性遗传病，因此母亲的基因型为 XXBb, 甲型血友病是 X 连锁隐性遗传病，男性是半合子发病，所以父亲的基因型是 XhYbb。从图 4-8 可以看出，他们后代的女孩中，有 50%可能患并指症伴甲型血友病携带者，50%可能是甲型血友病携带者；男孩中，50%可能是并指症，但有 50%可能正常。

图 4-8 两种致病基因在不同染色体上的自由组合

B：并指症基因；h：甲型血友病基因

2．两种单基因病基因位于同一染色体上 有时患者有两种单基因遗传病，如果这两种致病基因位于同一染色体上，它们将表现为连锁遗传，其遗传方式受连锁与交换律制约。例如，红绿色盲与甲型血友病的基因都是在 X 染色体上，所以彼此连锁。假定两者间交换率是 10%。如果父亲是红绿色盲，母亲外表正常，已生出一个女儿是红绿色盲，一个儿子是甲型血友病，试问他们以后所生的孩子中，这两种遗传病的发病风险如何？能生出正常的后代吗？

从一个女儿是红绿色盲来看，母亲必然是红绿色盲基因（b）的携带者，再从一个儿子是甲型血友病来看，母亲也必然是甲型血友病基因（h）的携带者。但是，这两种致病基因分别位于两条染色上。父亲是红绿色盲患者，所以有红绿色盲基因（b）。从图 4-9 可以看出，他们后代的女孩中，50% 可能是正常的，50%可能患红绿色盲；男孩中，45%可能患红绿色盲，45%可能患甲型血友病，5%可能同时患这两种病，只有 5%可能是正常的。

图 4-9 两种 X 连锁隐性遗传病的连锁和交换

h：甲型血友病基因：b：红绿色盲基因

综上所述，研究两种基因病伴随遗传规律，在遗传咨询时估测遗传病患者后代发病风险是重要的。

3．两对基因的相互作用 先天性聋哑是一个较常见的两对基因相互作用的例子。假定在不同座位上的两套以上的隐性基因中，只要任何一个座位是隐性纯合子，就出现聋哑。

（1）聋哑双亲生育的子女可以是全部聋哑或全部正常

DDee×DDee→DDee

ddEE×ddEE→ddEE

DDee×ddEE→DdEe 全部正常

（2）不同家系的聋哑尊重亲生育正常听觉子代相互结婚，有较高机会出现聋哑儿女

即正常听觉占 9 /16, 聋哑占 7 /16

四、单基因病的遗传异质性与遗传方式

遗传异质性 (heterogeneity) 是指表现型一致的个体或同种疾病临床表现相同，但可能具不同的基因型，称为遗传异质性。由于遗传基础不同，它们的遗传方式、发病年龄、病程进展、病情严重程度、预后以及复发风险等都可能不同。研究表明，遗传病病种增多的原因不仅是由于发现了新的疾病，而是从已知的综合征中分出了亚型，即遗传异质性的存在。遗传异质性几乎成为遗传的普通现象。例如视网膜色素变性（retinitis pigmentosa,RP）是最常见的致盲的单基因遗传眼病之一，主要表现为视网膜萎缩、夜盲和视野缩小，多为双眼发病，致中年或老年进完全失明。

RP 的遗传方式具有遗传异质性，即可以有 AD、AR、XR 连锁遗传，可能还有 Y 连锁遗传。遗传方式不同的 RP，一般其遗传基础也不同，因而伴随的综合征的以及始发年龄、主要病情变化特征（XR 常伴高度近视，AR 和 AD 多为低度近视）、病程进展（AD 快，AR 慢）、预后情况（AD 较轻，AR 致盲）也有差异，甚至还可区分为其他不同亚型。

现知，XL 的 RP2 基因定位于 Xp11.4-11.23,XL 的 PR3 基因定位于 Xp21.1,AD 的 RP 基因定位于 8p11-q21。因此，普遍认为 RP 是多个基因座位上 RP 基因所引起的一组具有临床亚型的视网膜退行性病变的遗传性疾病。

五、不同于孟德尔遗传规律的遗传现象

1．母系遗传 母系遗传（maternalinheritance）是指核外染色体所控制的遗传现象。例如 Leber 遗传性视神经病（Leber’s heredi tary optic neuropathy,LHON），也称 Leber 病。其主要病变为视神经退行性变，发病较早，表现为急性亚急性视力减退，中心视野丧失最明显。此病发病机制一般认为是由于 mtDNA 点突变导致其第 11778 位精氨酸→组氨酸（多见）及细胞色素 b 第 15257 位天冬氨酸→天冬酰胺。前者使编码呼吸链 NADH 脱氢酶 mtDNA 第 340 位精氨酸被组氨酸取代，改变了 mtDNA 阀间构型，导致 NADH 脱氢酶活性降低，线粒体产能下降，因而对需能量多的视神经组织损害最大，久之导致视神经细胞退行性变，直至萎缩。

由于 mtDNA 为母系遗传，因此由 mtDNA 基因突变所致的 Leber 病也遵循母系遗传的传递规律，即患者都与母亲有关。男性患者的后代中尚未见有直接传代者。但并非女性患者的后代全部发病，而且发病年龄也不一致；甚至一些女性患者本身表型正常，但可将本病传给下一代。母系遗传的特点：①母亲将她的 mtDNA 传递给儿子和女儿，但只有女儿能将其 mtDNA 传递给下一代；②人的细胞里通常有上千个 mtDNA 拷贝，在突变体和正常 mtDNA 共存的细胞中，mtDNA 在细胞的复制和分离过程中发生遗传漂变，可导致子细胞出现三种基因型：纯合的突变体 mtDNA、纯合的正常 mtDNA、突变体和正常的 mtDNA 的杂合，这是由于 mtDNA 的遗传不遵循孟德尔定律，被随机分配到子细胞中所致; 线粒体病发病有一阈值，只有当异常的 mtDNA 超过阈值时才发病。女性携带者的细胞内突变的 mtDNA 未达到阈值或在某种程度上受核影响而未发病，但仍可以通过 mtDNA 突变体向下代传递。女性患者细胞里 mtDNA 同样可能存在杂合性，子女中得到较多突变 mtDNA 的个体发病，得到较少的病情较轻或不发病。

2．遗传印记 根据孟德尔的遗传定律，当一个性状从亲本传给子代，无论携带这个性状的基因或染色体来自父方或母方，所产生的表型效应是相同的。但是目前发现同一种染色体（或基因）的改变由于不同性别的亲本传给子女时可以引起不同的疾病。例如，Prader-Willi 综合征（PWS）和 Angelman 综合征（AS）是两种不同的遗传病，但都有共同的 15q11-13 缺失。父源染色体缺失时临床上为 PWS，而母源染色体缺失时表现为 AS。这提示来源不同的等位基因有不同的表达。某些常染色体显性遗传病的发病年龄和病情轻重似乎与传递基因亲本有关。慢性进行性舞蹈病患者发病年龄一般在 30-50 岁，但有 5%-10%患者在 20 岁以前发病，且病情严重，这些患者致病基因均由父亲遗传。母亲遗传者，子女发病年龄多在 40-50 岁。囊性纤维化（cystic fibrosis,CF）是一种常染色体隐性遗传病，已发现某些 CF 患者的二条 7 号染色体均来自母亲，即单亲二体性（uniparental disomy,UPD）。人类的胚胎发育也有类似现象, 拥有父源两套染色体的受精卵发育成葡萄胎, 而拥有母源两套染色体的发育成卵巢畸胎瘤。此外，无论是双雄三倍体还是双雌三倍体都发育成畸胎儿。因此，正常的胚胎发育必须拥有亲代双方染色体或基因组。一些胚胎性肿瘤中也存在亲源性非随机的染色体或基因丢失现象，而且主要是母源染色体的丢失。如散发的肾母细胞瘤（Wilms trmor）有 11p13-15 的基因丢失，且皆来自母方，而遗传型基因丢失多来自父方；遗传型视网膜母细胞瘤（Rb）中有 13q14 杂合性丢失（LOH），且丢失的多为母系源 Rb 基因（详第九章）。

目前已知，至少有数十种遗传病存在着遗传印记现象，这种现象很难用经典的孟德尔定律来解释，也不能用性连锁遗传、线粒体遗传及多基因遗传来回答。近年来，揭示了一种新的遗传现象，即基因组印记（genomic imprinting），亦称遗传印记（geneticimprinting），是指来自双亲的基因或染色体存在着功能上的差异，因而子女来自父方与来自母方的基因表达可以不同。这是由于基因在生殖细胞分化过程中受到不同修饰的结果。换言之, 遗传印记是一种依赖于配子起源的某些等位基因的修饰现象. 一些基因在精子生成过程中被印记，另一些基因在卵子生成过程中被印记，被印记了的基因，它们的表达受到抑制。

遗传印记现象已在哺乳动物和人类中确认，但对印记现象的机理仍了解很少。据推测 DNA 的甲基化可能遗传印记的分子机理之一。在精子和卵子中一些基因甲基化程度不同，高度甲基化（被印记）的基因不表达或表达程度降低，当胚胎发育过程中发生去甲基化时，这些基因即开始表达。总之，基因的印记影响到性状或许多遗传病和肿瘤的发生，影响发病年龄、外显率、表现度，甚至遗传方式。在对某些不能用经典孟德尔定律解释的遗传现象时，用遗传印记可以得到合理解释。

第一节 基因突变致蛋白质合成异常

蛋白质性质是由 DNA 分子上碱基数量和顺序决定的。如果 DNA 分子的碱基数量或顺序发生变化，由它编码的蛋白质结构就发生相应的改变。由于基因突变导致蛋白质分子质和量异常，从而引起机体功能障碍的一类疾病称为分子病（molecular disease）。

分子病种类很多, 根据各种蛋白质的功能可将分子病分为运输性蛋白病、凝血及抗凝血因子缺乏症、免疫蛋白缺陷病、膜蛋白病、受体蛋白病等.

一、血红蛋白病

血红蛋白病（hemoglobinopathy）是指由于珠蛋白分子结构或合成量异常所引起的疾病。它是人类孟德尔或遗传病中研究得最深入、最透彻的分子病，是运输性蛋白病的代表，是研究人类遗传机理的最好模型。据估计，全世界有一亿多人携带血红蛋白病的基因，我国南方发病率较高，因此，血红蛋白病是最常见的遗传之一。

（一）正常血红蛋白的组成，结构及遗传控制

1．人类血红蛋白的组成和发育变化 每个红细胞内含有约 28000 万个血红蛋白分子，每个分子由四个亚单位构成，每一个单位由一条珠蛋白肽链和一个血红素辅基组成，即血红蛋白分子是由二对珠蛋白链构成的球形四聚体（图 4-10）。其中一对是类 α 链（α 链和 ξ 链），由 141 个氨基酸组成；另一对是类 β 链 (ε、β、γ 和 δ 链)，由 146 个氨基酸组成。由这 6 种不同的珠蛋白链组合成人类的 6 种不同的血红蛋白，即 Hb Gower1(ξ2ε2)、HbGower2、(α2ε2)、HbPortland(ξ2γ2)、HbF(α2γ2)、HbA(α2β2) 和 HbA2(α2δ2)。其中 γ 链有两种亚型，即 Gγ2 和 Aγ2，因此 HbF 有两类：α2Gγ2 和 α2Aγ2，前者的第 136 位氨酸为甘氨酸，后者为丙氨酸。

上述各种血蛋白在发育的不同阶段先后交替出现（图 4-11）。在胚胎发育早期，合成胚胎血红蛋白 HbGowerl、HbGower2 和 HbPortland。胎儿期（从 8 周至出生为止）主要是 HbF。成人有 3 种血红蛋白：HbA，占 95%以上；HbA2，占 2%-3.5%；HbF，少于 1.5%。

2．人类珠蛋白基因人类珠蛋白基因分为两类：一类是类 α 珠蛋白基因簇（α-likeglobin gene cluster），包括 ξ 和 α 基因；另一类是 β 珠蛋白基因簇（β-like globin gene cluster）, 包括 ε、γ（Gγ 和 Aγ）、δ 和 β 基因。

（1）类 α 珠蛋白基因：人类 α 珠蛋白基因簇位于 16p13，每条染色体上均有两个 α 珠蛋白基因，因此，二倍体细胞中共有 4 个 α 基因，每个 α 基因几乎产生等量的 α 珠蛋白链。此外，在类 α 珠蛋白基因簇中，还包括两个 ξ 基因和一个假基因 Ψα，这些基因紧密连锁其排列顺序如图 4-12 所示。

图 4-10 血红蛋白结构示意图

A：血红蛋白四聚体（四级结构）

B：血红蛋白单体的三维空间结构

图 4-11 人类血红蛋白类型及基发育过程中的演变

图 4-12 人类 α 珠蛋白基因簇和人类 β 珠蛋白基因簇的结构及排列顺序

（2）类 β 珠蛋白基因：人类 β 珠蛋白基因簇分布于 11p15，每条 11 号染色体上只有一个 β 珠蛋白基因，基因簇内各成员也都紧密连锁，其排列顺序如图 4-12。类 β 珠蛋白基因簇的排列顺序与以育过程中的表达次序完全一致。

（3）珠蛋白基因的结构：类 α 与类 β 珠蛋白基因的结构相似，都含有 3 个外显子和 2 个内含子（IVS2 和 IVS2）。α 珠蛋白基因中的 IVS1 和 117bp 组成，位于 31 和 32 密码子之间，IVS2 由 149 或 140bp 组成，位于 99 和 100 密码子之间。类 β 基因中的 IVS1 含 130bp，位于 30 和 31 密码之间，IVS2 大约含 850bp，位于 104 和 105 密码子之间。

（二）血红蛋白病的分类和分子基础

血红蛋白病可分为两大类，即异常血红蛋白病和地中海贫血。

1．异常血红蛋白病 异常血红蛋白（abnormalhemoglobin）是指由于珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结构异常，如有临床表现者称为异常血红蛋白病或异常血红蛋白综合征。至今全世界已发现异常血红蛋白 471 种。国内已发现 60 种，其中 20 种是世界首报。尽管异常血红蛋白种类繁多，但仅约 40%的异常血红蛋白对人体有不同程度的功能障碍。

（1）异常血红蛋白病的类型：

1）镰形细胞病（sickle cell disease）：此病主要见于黑人。该病系由于 β 链第 6 位谷氨酸被缬氨酸取代，形成 HbS，导致电荷改变，在脱氧情况下 HbS 聚合形成长棒状聚合物，使红细胞镰变，由于镰变引起血粘度增高，导致血管梗阻性继发症状，一过性剧痛（肌肉骨骼痛、腹痛），急性大面积组织损伤，心肌梗塞可致死，镰变细胞的变性降低还可引起溶血。HbS 纯合子（HbSHbS）表现为镰形细胞性贫血，杂合子（HbAHbS）表现为镰形细胞性状，大部分无症状，但也可有轻度慢性贫血。

2）不稳定血红蛋白病（unstable hemoglobinpathies）: 已发现的不稳定血红蛋白在 80 种以上。由于 Hb 不稳定容易自发（或在氧化剂作用下）变性，形成变性珠蛋白小体（Heinz 小体）。Heinz 小体粘附红细胞膜上，导致了离子通透性增加；另外，由于变形性降低，当红细胞通过微循环时，红细胞被阻留破坏，导致血管内、外溶血。不稳定 Hb 病一般呈常染色体显性遗传（不完全显性），杂合子可有临床症状，纯合子可致死。临床表现与 Hb 不稳定程度、产生高铁血红蛋白的多少以及不稳定 Hb 的氧亲和力大小有关。轻者仅在服用磺胺等药物或有感染时溶血；重者需反复输血才能维持生命。

3）血红蛋白M病（HbM）：HbM 是因肽链中与血红素铁原子连接的组氨酸或邻近的氨基酸发生了替代，导致部分铁原子呈稳定的高铁状态，从而影响了正常的带氧功能，使组织供氧不足，导致临床上出现紫绀和继发性红细胞增多。本病呈常染色体显性遗传，杂合子 HbM 含量一般在 30%以内，可引起紫绀症状。

4）氧亲和力改变的血红蛋白病：这类血红蛋白病是指由于肽链上氨基酸替代而使血红蛋白分子与氧的亲和力增高或降低，致运输氧功能改变。如引起 Hb 与氧亲和力增高，输送给组织的氧量减少，导致红细胞增多症；如引起 Hb 与氧亲和力降低，则使动脉血的氧饱和度下降，严重者可引起紫绀症状。

（2）异常血红蛋白的分子基础：异常血红蛋白的发生涉及基因突变的各种类型，概括举例如下。

1）单个碱基置换：大多数异常血红蛋白是由于珠蛋白基因发生单个碱基置换所致，其中多为错义突变。

①错义突变：例如镰形细胞贫血是 β 基因第 6 位密码子 GAG 变成 GTG。中国人较常见的 HbE 是 β 基因第 26 位密码子由 GAG（谷）→AAG（赖）所致。

②无义突变：例如 HbMckees-Rock, 其 β 链只有 144 个氨基酸组成，原因是 β 基因第 145 位酪氨酸密码子 TAT 改变为终止密码子 TAA，使肽链合成提前终止。

③终止密码突变：例如 Hb Constant Spring 就是由于 α 珠蛋白基因第 142 位终止密码子 TAA（mtRNA 为 UAA）突变为 CAA（谷氨酰胺），结果 α 延长为 172 个氨基酸，这种突变基因转形成的 mRNAI 不稳定，所以导致 α 链合成减少，表现为 α+地中海贫血。

2）移码突变：例如 Hb Wagne 是由于 α 链第 138 位丝氨酸密码子 UCC 丢失一个 C，致使其 3’端碱基顺序依次位移，重新编码，第 142 位终止信号变为可读密码，致使翻译至 147 位才终止（图 4-13）。

3）整码突变：例如 Hb Gum Hiu 是 β 链缺失第 91-95 氨基酸（亮-组-半胱-门冬-赖），但其前后氨基酸顺序正常（图 4-13）。

图 4-13 人类 α 链和 β 链 mRNAR 不同突变类型

4）融合基因：例如 Hb Lepore 的类 β 链是由 δ 链和 β 链连接而成，肽链的 N 端像 δ 链，C 端像 β 链，故称为 δβ 链，相反，Hb 反 Lepore(Hbanti-Lepore)其 N 端像 β 链，C 端却像 δ 链，称为 βδ 链。这是由于染色体的错配联会和不等交换而形成的融合基因（fusion gene）(图 4-14)。

图 4-14 血红蛋白融合基因形成机理

2．地中海贫血 由于珠蛋白基因缺失或突变导致某种珠蛋的链合成障碍，造成 α 链和 β 链合成失去平衡面导致的溶血性贫血称为地中海贫血（thalassemia）。根据合成障碍的肽链不同可把地中海贫血分为 α 和 β 地中海贫血两类。此外还有少见的 δβ 和 γβ 地中海贫血。

（1）α 地中海贫血（α-thalassemia, 简称 α 地贫）是由于 α 珠蛋白基因的缺失或缺陷使 α 珠蛋白链（简称 α 链）的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。如果一条 16 号染色体缺失 1 个 α 基因者称 α+地贫（亦称 α 地 2），缺失 2 个 α 基因者称为 α0 地贫（亦称 α 地 1）。α 地 1 的基因型可写作―/αα，α 地 2 的单倍型则写成 α -/αα. 以上每种 α 地贫基因型与正常型配合可构成各种 α 地贫杂合子. 各种 α 地贫基因型杂合子相互配合可构成各种纯合子或双重杂合子.α 地中海贫血在我国多见于南方各省.

1)α 地贫的临床类型: 根据临床表现程度, 依受累 α 基因数量不同而有差异, 基本上可分为 4 类型.

①HbBart’s 胎儿水肿综合征 (HbBart’s hydrops fetalis syndrome): 是两条 16 染色体的 4 个 α 基因全部缺失或缺陷, 基因型为 α0 地贫纯合子(–/–), 完全不能合成 α 链, 不能形成胎儿 HbF, 相对过多的 γ 链形成 γ 四聚体(γ4) 称为 HbBart’s(γ4).HbBart’s 对氧亲和力非常高, 因而释放给组织的氧减少, 造成组织严重缺氧导致胎儿水肿, 引起死胎或新生儿死亡. 患儿血红蛋白 60% 以上为 HbBart’s, 其余为 HbPortland.

患儿父母均为 α0 地贫杂合子, 基因型为 α /–. 他们若再生育, 则胎儿有 1 / 4 的机会为 αHbBart’s 水肿胎儿,1/ 4 为正常人,1/ 2 为 α0 地贫杂合子(α 地 1)

②血红蛋白 H 病：是 α0 地贫和 α + 地贫的双重杂合子，即有 3 个 α 基因缺失或缺陷，基因型为 -α/– 或 α -/–, 也可为 ααT/–(αT 代表有突变, 如 Hb Constant Spring)。因缺失 3 个 α 基因，只能合成少量 α 链，β 链相对过多，形成 β 四聚体(β4)，易被氧化，导致 β4 解体成游离的单链，游离 β 链沉淀聚积包涵体，附着于红细胞膜上，使红细胞膜受损，失去柔韧性，易被脾破坏，导致中等度或较严重的溶血性贫血，称为血红蛋白 H 病（Hbh disease）.

患者双亲的基因型多为 α0 地贫杂合子（αα/–）和 α + 地贫杂合子（α/αα），或为 α0 地贫杂合子（αα/–）和非缺失型地贫杂合子（ααT/αα）。婚配后其子女有 1 / 4 机会为正常人 1 / 4 为 α + 地贫杂合子，1/ 4 为 α0 地贫杂合子及 1 / 4 为 HbH 病。如父母一方有 αT，则导致非缺失型 HbH 病。

③轻型（标准型）α 地中海贫血：为 α0 地贫杂分子（–/αα）或 α + 地贫杂合子（α/α-），缺失两个 α 基因，间或有轻度贫血，我国主要是 α0 地贫杂合子。

轻型 α 地贫患者之间婚配，生育子女中可有 1 / 4 机会为 HbBart 水肿胎儿综合征。

④静止型 α 地中海贫血：仅缺失一个 α 基因，为 α + 地贫杂合子（-α/αα），无症状。

静止型 α 地贫与轻型地中海贫血个体婚配，可有 1 / 4 机会生育 HbH 病患儿。

2）α 地中海贫血的分子基础：从基因缺陷程度来区分，可把 α 地贫分为缺失型和非缺失型（点突变）。

①基因缺失：可分为 α + 和 α0 地贫两种。α+ 地贫有两种基因型：左侧缺失（leftward deletion）, 缺失一个包括 α2 基因在内的 DNA 片段；②右侧缺失（right ward deletion）, 缺失范围包括 α2 基因 3’端和 α1 基因的 5’端，结果形成了由 α1 的 3’端和 α2 的 5’端构成的融合基因。其发生机理是类 α 基因发生不等交换的结果。α0 地贫基因缺失范围差别很大（图 4 -15）。

图 4 -15 类 α 基因簇缺失类型

②非缺失型（点突变：（类型见表 4 -1）。

（2）β 地中海贫血：β 地中海贫血（β 梩 halassemia, 简称 β 地贫），是由于 β 珠蛋白基因的缺失或缺陷使 β 珠蛋白链（简称 β 链）的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。完全不能合成 β 链者称 β0 地贫；能部分合成 β 链者（约为正常的 5%-30%）称 β + 地贫。此外，还有 δβ 地贫。它们可以有不同的组合，即 β0 地贫纯合子（β0β0）、β0 地贫双重杂合子（β0/β+）、β0 地贫杂合子（β0βA）、β+ 地贫纯合子（β+/β+）和 β + 地贫杂合子（β+/βA）。β 地贫在我国南方较常见。

1）临床分类：大致可有 4 种主要类型。

①重型 β 地中海贫血：患者是 β + 地贫、β0 地贫或 δβ0 地贫的纯合子（其基因型分别为 β +/β+、β0/β0 和 δβ0/δβ0）或是 β + 和 β0 地贫的双重杂合子（基因型为 β0/β+）。这些患者的 β 链几乎不能合成，或合成量很少，以致无 HbA 或量很低，γ 链的合成相对增加，使 HbFt GbA2 比率升高。由于 HbF 较 HbA 的氧亲和力高，在组织中不易释放出氧，所有 β 地贫患者有组织缺氧症状。组织缺氧促使红细胞生成素大量分泌，刺激骨髓的造血功能，使红骨髓大量增生，骨质受锓蚀致骨质疏松，可出现“地中海贫血面容”（头颅大，额顶及枕部隆起，鼻梁塌陷，上颌及牙齿前突，眼距宽，眼睑浮肿）。由于 β 链合成受抑制，过剩的游离 α 链形成 α 链包涵体，引起溶血性贫血，靠输血维持生命。

表 4 -1 点突变引起的地中海贫血

②轻型 β 地中海贫血：患者是 β + 地贫、β0 地贫或 δβ0 地贫的杂合子，基因型分别为 β +/βA、β0/β+ 和 δβ0/βA。这类患者由于还能合成相当量的 β 链，所以症状较轻，贫血不明显或轻度贫血。本病特点是 HbA2 升高（可达 4%-8%）或（和）HbF 升高。

③中间型 β 地中海贫血：患者通常是某些 β 地贫变异型的纯合子，如 β + 地贫（高 F）/β+ 地贫（高 F）或两种不同变异型地贫的双重杂合子，如 β +，地贫 /δβ+ 地贫。其症状介于重型和轻型之间，故称为中间型 β 地中海贫血。

④遗传胎儿血红蛋白持续增多症：患者是由于 β 基因簇中某些 DNA 片段的缺失或者点突变，使 δ 和 β 链合成受抑制，而 γ 链的合成明显增加，使成人红细胞内 HbF 含量持续增多，故称为遗传性胎儿血红蛋白持续增多症（hereditarypersistance of fetal hemoglobin,HPFH）.HPFH 的特点是 HbF 的成年人仍持续较高水平，无明显的临床症状。

2）β 地中海贫血的分子基因：β 地中海贫血迄今已发现 100 多种突变类型，其中 10 多种为缺失型，其余均为点突变。我国已报道 17 种点突变。

点突变：绝大多数 β 地中海贫血是由于 β 基因发生点突变所致，突变涉及基因内及旁侧表达顺序的各个环节。主要类型有 4 种。

a. 编码区的无义突变、移码突变和起始密码突变：使生成的 mRNA 稳定性降低或形成无功能的 mRNA，从而不能合成正常的 β 珠蛋白链，多数产生 β0 地贫，少数为 β + 地贫。例如无义突变密码子 17（A→G）、43（G→T）都产生 β0 地贫；称码突变 41/42（-TCTT），71/71（+A）和 β0 地贫；以及起始密码子突变 ATG→AGG 导致的 β0 都属这类。见于中国人。

b. 非编码区 IVS- 1 和 IVS- 2 突变：影响前 mRNA 剪接等加工过程不能准确进行，形成异常的 mRNA，导致 β0 或 β + 地贫。例如 IVS- 1 的 1 位 G→T 为 RNA 拼接处改变；中国人中常见的 IVS-2654，为内含子中由于碱基置换形成了一个新的裂解信号，影响正常位点的剪接，产生异常 mRNA；还有一种是内含子中剪接位点的通用顺序上的同义突变，从而激活内含子或外显子中隐蔽裂解位点（cryptic splicihng site,CSS）如 IVS-15（G→C）。CSS 即 DNA 的一段顺序在点突变后可以形成剪切识别顺序（CCTATTGGT）的第 7 个碱基 G 如变为 A，则产生新的切点，即 CCTATTAG↓T）。

c. 影响转录的突变：这类突变主要集中于起始位点上游的启动子 TATA 框，使转录效率降低，mRNA 生成量减少而产生 β + 地贫。中国人的 -29A→G，-28A→G 都属于这类。

d．RNA 裂解部位缺陷：这类突变是由于异常的 RNA 加帽部位和多聚腺苷酸化信号的突变，从而影响 RNA 转录而不能准确裂解，产生不稳定的 mRNA，使正常 β 链生成量减少，导致 β + 地贫。例如在 mRNA 加帽部位发生 A→C 颠换，引起 β + 地贫（亚洲人。）又如，多聚腺苷酸化信号 AATAAA→AACAAA，引起 β + 地贫。

e. 编码区的外显子突变引起剪接作用的改变：这类突变是由于编码区的单碱基突变（错义突变或同义突变）激活邻近的隐蔽裂解信号，影响 IVS 正常位点的剪接，产生异常的 mRNA。如东南亚常见 HbE, 是一种轻型的 β 地贫，其原因是当 β 链 26 位密码子发生 G→A 错义突变时，其相邻的裂解信号被激活，生成异常 mRNA，产生 HbE（图 4 -16）。

图 4 -16 干扰正常 β 珠蛋白剪接的突变举例

HbE: 密码子 26（G-→A）

谷→赖

GAG→AAG（QAJ）（错义突变）

β+（HbA 60%）βE(HbE 40%)

3)类 β 基因缺失：①按类 β 珠蛋白基因簇缺失长短大致可分为 4 种，即 β0、δβ、γδ 地中海贫血及遗传性胎儿血红蛋白持续增多症；②单纯由于 β0 基因缺失引起的 β 地中海贫血罕见；③融合基因，如 HbLeproe，是类 β 基因缺失 7kb 导致 δβ 融合基因，形成 β0 地贫。

二、免疫缺陷病

免疫缺陷病（immunodeficiency）是指免疫系统功能障碍引起的一类疾病，就其原因可分为遗传性（原发性）与继发性两大类。根据参与免疫反应的细胞又可分为 B 细胞和 T 细胞以及联合免疫缺陷病。本节主要阐述具有免疫功能的各种蛋白质遗传性缺陷引起的免疫缺陷病。主要有下列几种：

1. 无丙球蛋白血症 无丙球蛋白血症（agammaglobulinemia）分为两型：

（1）Bruton 型：此型呈 X 连锁隐性遗传。血中 B 细胞缺如，导致血中 IgA、IgG 和 IgM 完全或基本缺如。而 T 细胞不受影响。患儿反复发生严重的细菌感染，但对病毒或真菌并无易感性，细胞免疫机制尚保存，对移植物有排斥反应。另有一型 X 连锁的低丙球蛋白血症（hypogammaglobulinemia）患者，除易发感染外，尚伴有生长激素缺乏所引起的生长发育迟缓，身材矮小，性发育延迟等症状（Fleischer 综合征）。

（2）瑞士型：瑞士型（Swiss type）呈常染色体隐性遗传。血中 B 细胞及 T 细胞均缺如，胸腺发育不全，对细菌、真菌及病毒抵抗力均低，对移植物无排斥能力。血中 IgA、IgG 和 IgM 均缺如或严重低下。预后较 Bruton 型更差，常于 1 岁内死亡。本型有异质性，也发现有 X 连锁型存在。

2．严重联合免疫缺陷病 严重联合免疫缺陷病（severecombined immunodeficiency）是指 B 细胞和 T 细胞均有缺陷的一类免疫缺陷病。一般分为 4 类，瑞士型无丙球蛋白血症属其中一类，其它 3 类为：X 连锁淋巴细胞减少性低丙球蛋白血症、网状细胞发育不全和腺苷脱氨酶缺乏症。

3．选择性免疫球蛋白缺乏症 由于检测免疫球蛋白技术的改进，现在已有可能降低丙球蛋白血症按其主要缺乏的免疫球蛋白类型分为 8 类（表 4 -2）。

表 4 - 2 选择性免疫蛋白缺乏症分型

选择性 IgA 缺乏症为最常见类型。本病主要表现为上呼吸道感染、肺炎、支气管炎，其次为肠炎、自身免疫性疾病（类风湿关节炎、系统性红斑狼疮）等。

4．补体成分缺乏症 补体（cpmplement）是一个比较复杂的系统，包括 12 种成份，还有接近补体性质解裂素系统 P 因子（解裂素）、B 因子和 D 因子，此外，还有几种调节蛋白 B 如 Ci 抑制因子（Ci INH）、C3b 激活因子(3bINA)、βIH 因子等。

基因突变可以导致补体合成障碍，引起补体缺乏症。已报告过的补体缺乏症至少有 14 种，包括：Ci INH,C1q,C1r,C2,C3,C3b 灭活剂，C4，C5，C6，C7，C8，C9 缺乏症及 C5 功能异常。这类疾病的主要表现是反复感染、皮下和粘膜水肿及自身免疫性疾患。

三、膜蛋白病

细胞膜是物质、能量、信息总的传递和变换的场所，具有广泛的生理功能，其中有许多功能是与膜蛋白息息相关的。按其功能可分为下列几类。

1．膜骨架蛋白病 以红细胞为例。红细胞膜是由双层脂质组成，外层主要为胆碱磷脂，内层主要为氨基磷脂，横跨双脂层及双脂层下有多种蛋白质 *，横跨双脂层的蛋白质称为整合膜蛋白或跨膜蛋白（transmembrane proteins）(图 4 -17)，其中有：①血型糖蛋白 A、B、C（glycophorin,GP-A,B、C）, 有抗原和受体功能；②蛋白 3 为主要的阴离子转运蛋白，作为运输渠道。

* 膜蛋白的命名沿用电泳速率快慢依次为蛋白 1 -8，后来又分为亚带蛋白，如蛋白 4 有蛋白 4.1、4.9 等，当这些蛋白质的性质或功能明确后，有的名称又有改变，如蛋白 2.1 又称为锚蛋白等。

图 4 -17 红细胞膜的结构示意图

脂质内层与胞质接触部份的蛋白质称外周膜蛋白（peripheral membrane protein），其中有：①膜收缩蛋白（spectrin,Sp）是主要成分，由两种肽链组成，即 α -Sp(240kd)与 β -Sp(220kd)形成的二聚体（异常二聚体，heterodimer）；②膜动蛋白（actin, 蛋白 5），呈短丝状，连接 Sp 的四聚体；③蛋白 4.1 其功能为促进 Sp 与膜动蛋白结合，并与 GP- C 连接，亦即将 Sp 固定在膜上；④蛋白 4.2，它与阴离子通道、锚蛋白及蛋白 4.1 结合；⑤蛋白 4.9，与 Sp-Sp 四聚体结合，再与 Sp 和蛋白 4.1 结合，构成红细胞膜骨架（membrane skeleton）的主体（图 4 -17）；⑥锚蛋白（ankyrin, 蛋白 2.1），其作用似乎是连接 β -Sp 与蛋白 3，使膜骨架蛋白固定在脂质内层，起“锚”的作用。其它尚有一些膜蛋白，其作用在探讨中。膜骨架的形成是维持红细胞双凹形结构、膜的可变形性和完整性的基础。基因突变导致这些膜蛋白结构和功能的改变，是一类遗传性溶血性贫血的根本原因。

（1）球形细胞增多平：球形细胞增多症（spherocytosis）是以球形红细胞增多为特点的溶血性疾病。患者呈慢性中度贫血、黄疸、脾大，大多数红细胞呈球形，脆性明显增高。本病多数呈常染色体显性遗传。从分子水平看，有遗传异质性，有 Sp 轻至中度缺乏、锚蛋白缺乏、蛋白 4.2 缺乏等病因。

（2）椭圆形细胞增多症：正常外周血中有 1%-14% 的椭圆形红细胞，而遗传性椭圆形红细胞增多症时，可增至 50%-90%，出现溶血、贫血、黄疸、脾大等症状，红细胞脆性增高。多呈常染色体不完全显性遗传，其遗传基础也有异质性，可因 Sp 二聚体结合障碍、蛋白 4.1 异常或糖蛋白缺乏引起。

（3）热异形细胞增多症：热异形细胞增多症（pyropoikilocytosis,HPP）的特点是外周血红细胞对热不稳定，在加温至 46℃时即出现异红细胞乃至红细胞碎片（正常要 49℃才出现）。患者表现严重溶血。呈常染色体隐性遗传。Sp 严重缺乏是本病的基本原因。

目前发现的几十种膜蛋白基因突变与上述疾病有关，但某种突变与这三种疾病间并没有发现必然的联系，但 Sp 突变仍占多数。

2．膜转运蛋白病 有些物质（如氨基酸、葡萄糖）通过细胞膜需要借助于分子导体（膜蛋白）进行易化扩散（faciliteddiffusion）。基因突变可导致膜蛋白质或量的改变，影响某些物质通过细胞膜的转运，由此产生的一类疾病称为转运病（transport disease）。例如胱氨酸尿症就是由于肾近曲小管和胃肠上皮细胞不能转运胱、赖、精和鸟氨酸 4 种氨基酸。其中特别是胱氨酸解度低，在尿中浓度超过 30mg% 时，即易产生胱氨酸结石。因此，尿路结石、感染、绞痛是本病的主要临床表现。目前已知的转运病有十多种。

3．肌膜蛋白病 肌膜蛋白病以附着于肌膜（sarcolemma）上的抗肌萎缩蛋白（dystrophin, 又称肌营养不良蛋白）遗传缺陷为代表的假肥大型肌营养不良症（又称 Duchenne 型肌营养不良症，DMD）和表现较累的良性假肥大型肌营养不良症（又称 Becker 型肌营养不良症，BMD）加以讨论。

DMD 是一种严重致残致死性 X 连锁隐性遗传病，发病率约为 1 /3500 活男婴。其临床表现以肌肉的进行性萎缩和无力为特征。患者多在 3 - 5 岁发病，肌肉无力，走路困难呈鸭步，大部部分患者有腓肠肌假性肥大现象和不同程度的心肌损害，约 30% 伴有智力障碍。肌纤维萎缩变性，被脂肪及结缔组织替代。血清磷酸肌酸激酶等活性升高。多在 12 岁左右便不能行走，一般在 20 岁前死亡。BMD 患者病情较轻，临床表现与 DMD 相似，在 5 -25 岁发病，病程发展较缓慢，存活期较长，有活至 63 岁者。现在已证实 DMD 和 BMD 是同一基因发生不同突变的后果。

人群中 DMD 病例约 2 / 3 有家族史，呈 X 连锁隐性遗传，有约 1 / 3 病例为散发，是由基因新突变造成。DMD 基因定位在 Xp21，全长约 2300kb，为迄今人类认识的最大基因。此基因至少含有 79 个外显子，内含子长度差异很大，可从 1kb-180kb。cDNA 全长 13,974bp，编码 3685 个氨基酸，分子量为 427kd。根据电脑提示该基因产物为一棒状结构的细胞骨架蛋白，可分为 4 个功能区（图 4 -18）。

图 4 -18 DMD 基因及其编码蛋白质的结构示意图

目前已知的 DMD 基因突变主要为缺失型，约占病例的 50%-60%；重复 (duplication) 次之，约占 6%，有两个缺失热区：即 5’端的第 4 -21 外显子（占缺失的 20%）；另一为第 45-52 外显子（占 54%-60%）。内含子 44 约 160-180kb，断裂频率最高，缺失导致移码突变者，多数会引起 DMD，未导致移码者多为 BMD。无论缺失或重复，都有可能使突变区域的两个残端形成连接片段，这对于家系分析、携带者检出及产前基因诊断都极有意义。

DMD 基因上还存在一些短串联重复顺序（short tandem repeats,STR），已知有 13 个 STR。DMD 的 STR 多表现为两个核苷酸亚单元的串联重复，如 CA 串联（Ca repeats）。重复频数在不同个体差异很大，杂合子频率达 25%-93%，为非缺失型 DMD 的产前诊断、携带者检出提供了一种有效的遗传标记。

目前尚无有效疗法，唯一有效的预防途径是对高风险胎儿进行产前诊断（参阅第十三章）。

四、凝血及抗凝血因子缺乏症

凝血是一复杂的生理过程，包括多种凝血因子及抗凝血因子参与。遗传性凝血障碍包括低凝和高凝两种情况。前者是由于基因突变致凝血因子活性降低，后者是由于抗凝血因子活性缺乏。

1．凝血因子缺乏症

除 Ca2+ 与凝血活素外，所有凝血因子都有遗传性缺乏的报告，其中血友病，特别是甲型血友病较为多见。现主要就血友病及与其有关的血管性假血友病加以介绍。

血友病（hemophilia）除甲、乙、丙三型外，加上后来又发现的一种 vWF 因子（vonwillibrand factor）缺乏的血管性假血友病，构成血友病的四种类型。1986-1989 年全国 24 省、市，37 个地区作血友病患病率的调查，调查人数 16866 654 人，总患病率 2.73/10 万(男性 5.21/10 万，女性 0.06/10 万)，与欧美相比较低，四型的构成比是：甲型 79.8%，乙型 14.1%，丙型 2.8%，血管性假血友病 3.3%。

（1）甲型血友病：甲型血友病（hemophilia A）又名抗血友病球蛋白（antihemophilicglobulin,AHG）缺乏症或第Ⅷ因子缺乏症。主要表现为出血倾向，其出血特点为：①缓慢持续渗血；②多发生于轻微创伤之后；③出血部位广泛，常反复发生，可形成血肿，并节变形，死因多为颅内出血。

现知，Ⅷ因子由三种成分组成：①FⅧ：C（AHG）；②FⅧ：Ag(Ⅷ因子相关抗原)；③vWF 因子。甲型血友病为 AHG 遗传性缺乏所致。

本病为 X 连锁隐性遗传，基因定位于 Xq28, 基因跨度超过 186kb，由 26 个外显子 (占 9kb) 及 25 个内含子 (占 177kb) 组成，编码 2351 个氨基酸，已发现缺失型（包括错义、无义及移码突变等）共 46 种以上。杂合子的鉴定对开展遗传咨询很重要。过去多通过测定血浆 AHG 水平或用ⅧR：Ag/AHG 比值来检出杂合子，现已能采取分子遗传学手段，特别是已成功地应用 DNA 印迹杂交、PCR 技术等于产前诊断，这对防止重型患儿出生，十分有效。

治疗可使用各种 AHG 制剂，但需长期使用，正在研究的基因治疗将会是本病的根治方法。

（2）乙型血友病：乙型血友病（hemophilia B）又名血浆凝血活酶成分（PTC）缺乏症或第Ⅸ因子缺乏症。此型临床表现酷似甲型，但发病率较低，遗传方式亦为Ⅹ连锁隐性遗传，由于杂合子Ⅸ因子活性仅为正常 1 /3，某些杂合子可出现症状，故女性病人较甲型多见。

人类第Ⅸ因子基因已定位 Xq27.1，基因总长度为 34kb 左右，由 8 个外显子组成。已鉴定出的突变有 100 种之多（部分缺失及全缺失者 30 种，其余为各种类型点突变）。我国王宁波等报告了重庆发现的 5 种点突变（外显子 2 和 5）。上海曾溢滔等发现 1 例 1 - 3 内含子 5kb 片段缺失。在这些突变中发现几例启动子突变，临床表现为儿童期有严重出血倾向，但到青春期后自发出血减轻。后证明，雄性类固醇可诱导启动子产生Ⅸ因子，这也表明临床症状轻重与突变性质可以有一定关系。

本型亦多采用输血浆或浓缩血浆制剂治疗，将第Ⅸ因子活性提高到 25% 以上即有疗效。产前诊断是防止本病患儿出生的有效方法。近年，我国薜京伦等在Ⅸ因子缺乏症的基因治疗方面取得了进展，有望在临床取得长期稳定疗效。

（3）丙型血友病：丙型血友病（hemophilia C）又名血浆凝血活酶前质（PTA）缺乏症（plasma thromboplastic antecedent deficiency）或第Ⅸ因子缺乏症。此型症状较甲、乙型轻。本病种族倾向明显，多见于土耳其南部犹太人后裔。遗传方式属染色体隐性遗传。现知，基因定位于 15q11，基因长度为 23kb，由 15 个外显子组成，编码 625 个氨基酸，但仅第 11-15 外显子编码羧基端具有凝血功能为Ⅺ因子主要成分。已发现 3 种点突变。本病纯合子的Ⅺ因子活性在 20% 以下，杂合子为 30%-65%。多数严重缺乏者用小剂量正常或浓缩血浆治疗即显效。

（4）血管性假血友病：血管性假血友病（von Willebrand disease）是一种较多见的与第Ⅷ因子有关的遗传性凝血障碍。与本病有关的 von Willebrand 因子（v WF）是一大分子量的糖蛋白。基因定位于 12pter-p12,vWF 基因长度为 180kb，有 52 个外显子，mRNA 总长度为 9kb 左右编码 2813 个氨基酸。vWF 蛋白由血管内皮细胞及巨噬细胞分泌，它在血中不仅作为Ⅷ因子载体，而且可增强Ⅷ稳定性，故 vWF 因子缺乏往往伴有Ⅷ因子活性降低。此外，血小板 α 颗粒中含 vWF，故也参与血小板聚集，在凝血中发挥作用。本病患者有明显的出血倾向。血中 AGH 活性降低，但不如甲型血友病严重，从基因水平已发现 20 多种突变型。

由于对本病基因有足够的了解，已可通过 RFLP 连锁分析或 PCR 法对本病进行产前诊断。

此外，由于遗传性血小板缺乏或功能障碍和纤维蛋白原的遗传性缺陷都可造成低凝状态，在此不多赘述。

2．抗凝血因子缺乏症

（1）遗传性抗凝血酶Ⅲ缺乏症：抗凝血酶Ⅲ（antithrombinⅢ,ATⅢ）对凝血酶 Xa 有抑制作用，肝素能加速其对凝血酶的抑制。其次，ATⅢ还有抑制Ⅸ、Ⅺ及Ⅻ的功能。

遗传性抗凝血酶Ⅲ缺乏症（hereditary antithrombin Ⅲ deficiency）的临床表现为容易发生血栓形成（主要部位为髂静脉）及肺体塞。

本病为常染色体显性遗传。发病率在不同种族有显著差异。欧美白种人中可高 1：2000-5000。我国也已有个例报告。现知，ATⅢ基因定位 1q23，基因长 16kb，由 7 个外显子组成，编码 432 个氨基酸，至少已发现 20 种以上的突变类型，表现出不同的功能缺陷。

（2）遗传性蛋白 C 系统异常：遗传性蛋白 C 系统由蛋白 C（PC）、蛋白 S（PS）、血栓调节蛋白（thrombomdorlin,TM）及活性蛋白 C 抑制物（APC1）组成，它们之间的关系见图 4 -19。活化的蛋白 C 有抑制 Va、Ⅻa 及促进纤维蛋白溶解的作用。蛋白 C 系统缺乏症有 3 种：

图 4 -19 蛋白 C、蛋白 S 及活性蛋白 C 抑制物的相互关系

1）蛋白 C 缺乏症：主要症状是静脉血栓形成，常见于深部静脉。本病发生率估计为 1：16000，呈常染色体显性（或不完全显性）遗传，纯合子严重，表现为出血性皮肤坏死、弥漫性血管内凝血（DIC）和血栓。杂合子多数在青壮年发病。蛋白 C 基因定位 2 号染色体，基因长 12kb，由 8 个外显子组成，已鉴定出若干种缺失型及点突变病例，也有涉及 mRAN 加工缺陷者。

2）蛋白 S 缺乏症：蛋白 S 的作用是促进活化蛋白 C（APC）结合于磷脂，加速 APC 灭活 Va 因子。本病亦属常染色体显性（或不完全显性）遗传。基因定位在 3 号染色体，其总长度为 45kb。上海也已报告 2 例 PS 缺乏症。

3）先天性活化蛋白 C 抑制缺乏症（congenitaldeficiency of activated protein Cinhibitor）。

其它还有遗传性纤溶系统异常，包括①先天性异常纤溶酶原血症；②先天性纤溶酶原激活物释放异常；③遗传性纤溶酶原激活抑制物增多症；④血块异常所致先天性纤溶减弱等，均表现出高凝状态的各种症状。

五、受体蛋白病

受体是存在于细胞膜上、胞质中或核内的一类具有特殊功能的蛋白质。现已证明具有调节生理功能和特异性受体达 30 种以上。其中包括多肽激素受体、固醇类激素受体以及神经递质、前列腺素、免疫性因子、脂蛋白等受体。由于受体的本制是蛋白质，不言而喻，基因突变也可导致受体蛋白质和量的改变。由于受体蛋白遗传性缺陷引起的一类疾病，称为受体病（receptor diseae）。

受体病有获得性与遗传性之分。遗传性受体病研究得较多的有下列 4 种：

1．家族性高胆固醇血症 家族性高胆固醇血症（familialhypercholesterolemia,FH）的临床表现是：出生时即存在高胆固醇血症，增高的胆固醇主要为低密度脂蛋白胆固醇（）LDL-C）和 β 极低密度脂蛋白（β-LDLC），黄色瘤 (xanthoma) 即增高的胆固醇在组织广泛沉积。其最严重的后果是早年发生动脉粥样硬化。纯合子在 5 -30 岁即表现心绞痛和心肌梗塞症状，可骤死。杂合子发生冠心病稍迟且发生率较低。

本病为常染色体显性遗传病。在人群中，杂合子发生率为 1：500，杂合子临床表现较轻，故属不完全显性遗传，外显率高（90%-100%）。

本病的主要病因是 LDL 受体（LDLR）的遗传性缺乏。血浆中的 LDL 和 β -VLDL 与 LDL 受体结合后，内吞入细胞，在溶酶体中 LDL 与 LDLR 分离，LDLR 回到细胞表面重新利用，LDL 则在胆固醇酯酶作用下，释出胆固醇供细胞利用。在这一过程中，细胞表面有功能的 LDLR 数量决定了血浆中 LDL 及 β -VLDL 的浓度。现知 LDLR 的编码基因位于 19p1.3-p13.3，总长度 45kb，由 18 个外显子组成。已发现 FH 患者有数十种突变，包括缺失型突变（主要的）、错义突变、无义突变、移码突变及整码突变。表现为 LDLR 功能异常有 4 种类型：①细胞膜上完全无 LDLR；②LDLR 明显减少；③LDLR 无功能不能与 LDL 结合；④LDLR 与 LDL 结合后不能内吞，可能是由于合成受体前后有加工缺陷。

2．睾丸女性化综合征 睾丸女性化综合征（testicularferminization syndrome）又称雄性素全不敏感综合征（complete androgeninsensitivity syndrome,CAIS）, 为最常见男性假两性畸形。患者核型为 46，XY，有睾丸，能分泌雄性素，但缺乏雄性素受体，雄性素不能发生效应（图 4 -20）。

图 4 -20 睾丸女性化综合征患者（核型 46，XY）

第二节 基因突变致酶活性异常

由于基因突变导致酶活性降低或增高所引起的疾病称为遗传性酶病（hereditary enzymopathy）。遗传性酶病与分子病的区别在于后者引起机体功能障碍是蛋白质分子变异的直接后果；而前者则由于合成酶蛋白结构异常或调控系统突变后导致酶蛋白合成数量减少，通过酶的催化作用间接导致代谢紊乱所引起的机体功能障碍。基因突变导致酶的遗传变异可表现为酶活性降低、酶活性正常（同义突变或突变部位不影响酶活性中心）及酶活性增高。绝大多数遗传性酶病是由于酶活性降低引起的，仅少数表现为酶活性增高。

据估计，人类的酶有 10 000 种左右，但目前已明确的酶仅 200 多种，只占酶总数的 2% 左右。遗传方式以常染色体隐性遗传为多见，常染色体显性和 X 连锁隐性遗传者较少。杂合子所产生酶量往往等于正常纯合子和突变基因纯合子所含酶的半量，这种现象称为基因的剂量效应（gene dosage effect）。

一、酶活性降低引起的遗传性酶病

1．酶活性降低的原因 基因突变引起酶活性降低的可能原因包括：①结构基因突变；其结果致使酶动力学特性改变（表现为酶与底物亲和力降低，与抑制物的亲和力增高）和酶的稳定性降低（表现为酶降解速率加快）；②调节基因突变：酶合成速率减慢；③影响翻译后修饰和加工。

图表 -21 典型代谢途径示意图

S1：底物；S2、S3：中间产物；P：终产物；E1-2、E2-3：不同代谢环节的酶；

E3-P：形成终产物的酶；E6-7：旁路代谢的酶；S6、S7：

旁路代谢产物；— 旁路代谢途径；— 反馈抑制

2，酶活性降低的发病机理 人类体内一般代射过程如图 4 -21 所示：代谢底物（S1）进入细胞后，底物（S1）在一系列酶（E+1-2。E2-3，E3-P）催化下经过一系列中间产物（S2、S3），最后形成代谢终产物（P），同时代谢产物（P）可对一定的酶（如 E1- 2 酶）起反馈抑制作用。另外，在正常代谢过程中还可能存在代谢旁路（S2→S6→S7……）。当控制酶蛋白合成的基因发生突变时，正常代谢受阻，可能通过不同发病环节引起不良后果。

（1）酶缺乏致代谢中间产物堆积和排出引起的疾病：当 E2- 3 缺乏时，中间产物 S2 不能转变为 S3，它在血和尿中的浓度增加，如果中间产物是无毒的，可由肾排出或通过其它方式降解，则不会严重危害人体。如尿黑酸尿平患者，因酪氨酸代谢中间产物（尿黑酸）堆积，可大量由尿排出，对人体无影响。但如果中间产物具有毒性，则将会引起症状。

半乳糖血症可作为实例，半乳糖血症（galactosemia）表现为婴儿哺乳后呕吐、腹泻，对乳类不能耐受，继而出现肝硬化、白内障、智力发育不全等症状。乳类含有乳糖，它经消化道乳糖酶分解产生葡萄糖及半乳糖，半乳糖通过一系列酶促反应产生葡萄糖而被组织利用（图 4 -22）。

图 4 -22 半乳糖代谢途径（虚线表示年长以后才发展起来的代偿途径）

①半乳糖激酶；②半乳糖 -1- 磷酸尿苷酰转移酶；③半乳糖尿苷 -2- 磷酸 -4- 异构酶；④磷酸葡萄糖变位酶；⑤- 磷酸尿苷半乳糖（或葡萄糖）焦磷酸化酶；⑥醛糖还原酶

典型的半乳糖血症患者由于半乳糖 -1- 磷酸尿苷酰转移酶（galactose-1-phosphate uridy1 transferase, 简称转移酶）缺乏（图 4 -22②），致使半乳糖 -1- 磷酸（Gal-1-P）及半乳糖积聚在血中，部分随尿排出。Gal-1- P 在肝的积聚可引起肝功能损害，甚至肝硬化；在脑的积聚引起智力障碍；血中半乳糖升高可使葡萄糖释出减少，出现低血糖症。半乳糖在醛糖还原酶作用下产生半乳糖，能改变晶状的渗透压，使水分进入，影响晶状体代谢而致白内障。

患者都是隐性纯合子（gg），杂合子表型正常，转移酶活性约为 50%，活性低于 10% 可出现典型症状。

另一类半乳糖血症为半乳糖激酶（galactokinase）缺乏所引起，症状较轻，主要表现为青年型白内障，血中半乳糖增高，但无肝及脑损害。

转移酶基因（GALL）定位于 9p13，半乳糖激酶基因（GALK）定位于 17q21-q22。两病均为常染色体隐性遗传。

（2）酶缺乏致代谢底物堆积引起的疾病：当一系列生化反应可逆时，一处的阻断常导致代谢底物（S1）贮积。贮积的物质如果溶解度高，则在血和尿中浓度增高；若溶解度低时，则在组织中贮积引起疾病。

糖原贮积症（glycogenstorage liseaee,GSD）是一组由糖原合成和降解酶缺陷引起的疾病，至少有 12 种类型。糖原贮积症主要累及肝或肌肉，但有的也可伴有心、肾和神经系统的损害。不同类型之间其严重性和预后都不全相同。例如，von Girke 病（Ⅰ型）症状非常严重，而 Hers 病（Ⅵ型）较轻。此类疾病发病机理可用 von Gierke 病为例说明。本病是由于肝内葡萄糖 6 - 磷酸酶（glucose-6-phosphatase,G6Pase）缺乏引起。肝糖原在一系列酶的作用下生成葡萄糖，这个反应的各个步骤都是可逆的，其主要步骤如下：

患者由于 G6Pase 缺乏，所以 G6P 不能转变为葡萄糖供组织利用，通过可逆反应而合成过多的肝糖原，引起患儿肝肿大。当不进食时极易发生低血糖。由于动用脂肪可以出现酮血症。G6P 通过无氧酵解，生成大量乳酸，导致酸中毒。所以患者的肝大伴低血糖，发育不良，消瘦，身体矮小，常有出血倾向。肝活检见糖原含量增加。

本病呈染色体隐性遗传。患者 G6P 酶完全缺乏，多数患者父母表型正常，但 G6P 酶活性为中间值。同胞中可出现患者。

（3）酶缺乏致代谢终产物缺乏引起的疾病：这是一类由 E2- 3 酶缺乏，致所有产物 (包括终产物 P) 缺乏引起的疾病. 白化病就是实例. 白化病 (albinism) 分全身型及局部型. 全身型常见, 患者皮肤呈白色, 毛发银白或淡黄色, 虹膜及瞳孔呈淡红色, 视网膜无色素, 羞明, 眼球震颤等, 本病发病率约 1 /10000-1/20000, 呈常染色体隐性遗传.

正常人黑色素由黑素细胞合成, 这些细胞中有特殊的细胞器 - 黑素小体 (melanosome), 其中有含铜的酚氧化酶, 即酪氨酸酶(tyrosinase), 它可将酪氨酸转变成黑色素(图 4 -23). 白化病人有黑素细胞, 但酪氨酸酶缺乏, 使黑色素不能形成, 病人因缺黑色素而白化. 白化病存在遗传异质性. 已知白化病至少有 7 种不同类型. 酪氨酸酶基因(TYR) 定位于 11q14-q22.

属于此类的例子尚有遗传性甲状腺肿, 它是由于偶联酶、脱碘酶或碘过氧化酶缺乏导致甲状腺素生成减少引起的, 患者身材矮小, 智力低下, 面貌丑陋.

(4)酶缺乏致旁路产物增多引起的疾病: 当酶的缺乏导致主要代谢途径受阻断时, 过量的前体物 S2 通过另一旁路代谢引起某些副产物的堆积. 如果增多的旁路产物是无毒的, 则可排出体外不致危害人体, 但如果旁路产物或其分解产物有毒, 则可危害机体引起疾病.

图 4-23 苯现氨酸代谢及有关的遗传性酶病的发病机理

苯酮尿症（phenylketouria,PKU）可作为实例。本病以智能发育不全为主要特征，呈常染色体隐性遗传，群体发病率约 1/16000，由苯丙氨酸羟化酶（phenylalaninehydroxylase,PAH）遗传性缺乏引起。现已知苯丙氨酸羟化酶基因定位于 12q24.1, 此基因全长约 90kb，含 13 个外显子，在中国人中已发现 10 余种点突变，这是造成酶活性缺乏的原因。

典型 PKU 患儿出生时，外貌正常，约至 3-4 个月时，渐出现智能发育不全，患儿步伐小，姿似猿猴，肌张力增高，易激动，甚至惊厥，90%以上患者毛发发黄，肤白，甚至虹膜呈黄色（白种人呈蓝色）。此外，患儿尿和汗有一种特殊的腐臭。

正常人苯丙氨酸在体内主要通过 PAH 的作用转变成为酪氨酸，继而生成黑色素（图 4-23）。PAH 主要存在于肝中，它的作用需要辅因子四氢生物蝶啶（BH4），如果 PAH 缺乏（活性<1/10）可阻断苯丙氨酸转化为酪氨酸，即产生典型的苯酮尿症。酶活性部分缺乏，可导致轻度高苯丙氨酸血症（hyperphenylalaninemia）。

典型 PKU 患者，由于肝内 PAH 几乎完全缺如，致血清苯丙氨酸增高（正常人 1-3mg%, 患者可达 50-100mg%）。过多的苯丙氨酸通过转氨酶作用生成苯丙酮酸，再经氧化．脱羧产生苯乳酸．苯乙酸等异常产物，由尿和汗液排出，致患儿的尿和汗呈特殊的腐臭。可能由于旁路产物抑制了脑组织内 L-谷氨酸羧酶，使谷氨酸脱羧基生成 γ-氨基丁酸减少，而后者对脑细胞的发育及功能起重要作用。也有人认为苯现氨酸和旁路产物可影响 5-羟色胺的生成，而影响脑功能。由于正常产物酪氨酸是黑色素前体，所以酪酸不足加之旁路产物可以抑制酷氨酸酶，使患者皮肤毛发及眼血管膜色素减少，因而色泽都较浅。

（5）酶缺乏致反馈抑制减弱引起的疾病：有些代谢过程中，某些代谢产物对整个反应过程具有反馈调节作用。因此，某种酶的遗传性缺陷，使该代谢产物减少，致反馈调节功能失调。自毁容貌综合征可作为实例。处毁容貌综合征亦称 Lesch-Nyhan 综合征（Lesch-Nyhan syndrome,LNS）, 是由于遗传性次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（hypoxanthine-guanine-phosphoribosyltransferase,HGPRT）缺乏所引起。本病的特征是智力发育不全、舞蹈样动作和强迫性自残行为，并伴有高尿酸血症、尿酸尿、血尿、尿道结石和痛风。患者可活至 20 余岁，多死于感染和肾功能衰竭。

LNS 呈 X 连锁隐性遗传，患者均为男性（半合子）。现知 HGPRT 定位于 Xp26-q27.2，其发病率约为 1/380000。

正常时，HGPRT 的功能是将次黄嘌呤转变为次黄苷酸（（（即 IMP，肌苷酸），将鸟嘌呤转为鸟苷酸（GMP），鸟苷酸及腺苷酸可以反馈抑制磷酸核糖焦磷酸（PRRR）合成 1-氨基-5-磷酸核糖，从而控制 IMP 的自发合成速度（图 4-24）。这一过程，HGPRT 的催化起到反馈抑制作用。当 HGPRT 缺乏时，这一反馈抑制作用减弱或消失，IMP 和 GMP 生成量大为减少，嘌呤合成速度就大大增快，致使患者体液内的尿酸浓度增高，出现高尿酸血症和尿酸尿。经典型患者无 HGPRT 活性。酶仅部分缺乏时，患者往往出现痛风而无 LNS 症状。

图 4-24 HGPRT 缺乏导致 Lesch-Nyhan 综合征

5-PR-1-amine:- 1 氨基-5-磷酸核糖；PRPP-Sym：磷酸核糖焦磷酸全盛酶；虚线：反馈抑制

（6）维生素依赖性遗传病：这是由于基因突变改变了某种酶蛋白，使之与辅酶的相互作用受到损害引起该酶活性降低。这类辅酶多数为维生素，故称为维生素反应性遗传病（vitam-in-responsive hereditary disorders）。例如，在体内，吡多醇-5-磷酸（PLP）是维生素 B6 的活性形式，它是多种酶蛋白的一种辅酶，因此，某些酶蛋白基因的突变能引起多种遗传性代谢病（图 4-25）。例如谷氨酸脱羧酶基因的突变致使酶蛋白和 PLP 的相互作用受损，将导致 γ-氨基丁酸缺乏和痉挛。胱硫醚合成酶基因突变使酶蛋白与 PLP 的结合部位发生改变而导致胱硫醚尿症。胱硫醚合成酶的缺乏可导致同型胱氨酸尿症。

图 4-25 吡多醇-5-磷酸（PLP）作为多种酶的辅酶形式示意图

（7）多种酶缺陷引起的疾病：有些遗传性代谢缺陷，在某一患者不只一种酶缺陷。例如先天性蔗糖不耐受症（congenital sucrose intolerance），患者其异麦芽糖酶和蔗糖酶都缺乏，而枫糖尿症（maple syrup urine disease）病人体内则同时缺乏缬氨酸脱羧酶．亮氨酸脱羧酥酶和异亮氨酸脱羧酶。这种现象可作如下解释：①有缺陷的几种酶均有一条共用的多肽链，当编码这条多肽链的结构基因发生突变时，就会使凡含有这条共同多肽链的各种酶蛋白结构改变而失活；②由于一个酶，致使由这种催化生成的代谢物缺乏，因此由它诱导的各种酶也相应缺乏；③由于一个调控基因发生突变，关闭了邻近几个结构基因，使这些结构基因控制的酶不能产生。

二．酶活性增高引起的遗传性酶病

基因突变可使个别酶活性增高，其代谢产物增多从而可引起疾病。例如有一类痛风（gout）是由于患者体内的磷酸核糖焦磷酸合成酶 (phosphoribodsylpyrophosphate synthetase,PRPP-syn) 结构变异，酶活性可升高 3 倍，致使磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的生成大大加快（图 4-24），结果由 PRPP 分解的终产物尿酸在体内大量增加，并从尿中排出，由于尿酸的溶解度低，过多的尿酸盐在结缔组织中沉积，出现痛风性关节炎，久后造成关节变形，大量尿酸在尿中沉积，可形成尿路结石。

目前已知 PRPP-syn 活性增高有三种情况：①酶分子合成正常，但每分子酶的活性增高 2-3 倍；②PRPP-syn 与底物 5’-磷酸核酮的亲和力增高；③酶与抑制物的亲和力降低。本病呈常染色体显性遗传。PRPP-syn 酶基因定位于 Xq22-q26.

酶活性过高导致产物过多引起的一类疾病称为生产过剩病（over-production disease）。

第三节 遗传多态现象

遗传多态现象（genetic polymorphism）是指在一个群体中，同时和经常存在的两种或两种以上的变异型或基因型，每种类型的频率比较高，一般认为每种变异型超过 1%即可定为多态现象，不足 1%的称为罕见变异型。

人类存在多种遗传多态现象（多态性），主要有染色体多态性、酶和蛋白质多态性、抗原多态性的 DNA 多态性五类。

1. 染色体多态性 染色体的多态性又称异态性（heteromorphism)是指正常人群中经常可见到各种染色体形态的微小变异。这种变异主要表现为同源染色体大小形态或着色等方面的变异。多态性是可遗传的，并且通常仅涉及一对同源染色体中的一个。例如表现的 D 和 G 组的随体增大、重复（双随体）或缺如，短臂的长短，1、9、16 号染色体的次缢痕区加长或缩短，染色体着线粒区的荧光强度变异等。Y 染色体长臂的长度变异，可大于 F 组，也可小于 G 组，这种变异可能有民族差异。

染色体多态性的临床意义尚不清楚，在产前诊断中，染色体多态性可分胎儿细胞和母体细胞；可探讨异常染色体不分离的来源，有利于对患者家庭进行婚育的指导。此外，可用于鉴定不同个体，对法医学中的亲权鉴定有一定的意义。

2．蛋白质多态性 现在认为, 人类结构蛋白质的多态性是一种普遍现象。例如结合珠蛋白（haptoglobin,Hp）是一种糖蛋白，其生理功能在于 Hp 和血红蛋白结合后不能透过肾小球膜，因而红细胞破坏后释出的血红蛋白不能被肾清除，既避免铁的大量丢失，也可保护肾免受损害。构成 Hp 分子的肽链有 α 和 β 链二种。Hp 多态性主要是 α 链的遗传变异。α 链有 α1 和 α2 二种。α1 中又有 αIs 和 αIF 二种亚型，各由 84 个氨基酸组成，两者区别在于第 54 位氨基酸（αIF 为赖氨酸，αIs 为谷氨酸），因此可以推断这一区别是通过一次点突变形成。α2 则由 143 个氨基酸组成。从 α 链一级结构分析，Hpα2 是 HpαIF 的 N 端 71 个氨基酸和 HpISC 端的 72 个氨基酸连接而成，即发生了错误配对和不等交换，形成了与 HbLepore 相似的融合基因。Hpα1 和 α2 肽链是由一对等位基因 Hp1 和 Hp2 所决定，基因定位于 16q22.1，呈共显性遗传。因此有三种基本基因型：Hp1-1 型为 Hp=1/Hp1；Hp2-1 型为 Hp2/Hp1；Hp2- 2 型为 Hp2/Hp2。除上述三型外。α 还有其它变异型，由此组合成人群中 Hp 的多种多样的基因型和表现型。

常见的 3 种 Hp 类型在不同人种中分布不同，Hp1 和 Hp2 的基因频率也各异，Hp2 基因频率以亚洲人中最高(0.75)，欧洲白人次之(0.60)，非洲人最低(0.30～0.40)。

人血清运铁蛋白（transferrin,Tf）也是一种高度多态性系统。Tf 基因位于 3q21, 已发现有 30 多种遗传类型（根据电泳迁移率快慢分型），也有明显的种族差异。

3．酶的多态性 酶的遗传多态性表现为许多酶都在存在同工酶的现象。同工酶（isozyme 或 isoenzyme）是指分子结构不同的酶，可催化相同化学反应，这类酶称为同工酶。同工酶不仅可存在于不同个体。也可存在于不同的组织中，甚至在同一细胞的不同细胞器中有同工酶。

根据酶的多态性产生原因不同，大致可以分为三类：

（1）多座位同工酶（multiple loci determining isozyme）: 是指由不同基因座位决定的同工酶。例如乳酸氢酶（lactic dehydrogenase,LDH）有 A、B 两种亚基，分别由 LDHA 基因（定位于 11p15-p14）和 LKHB 基因（定位一起 12p12.2-p12.1）所决定。磷酸葡萄变位酶（phosphoglucomutase,PGM）的 3 个不同肽链分别由不同座位的基因编码。PGM1 定位于 1p22.1、PGM2 定位于 4p14-q12、PGM3 定位于 6q12。以 LDH 同工酶为例，LDH 是 A、B 两种亚基不同比例组成的四聚体，依电泳速度可有 5 种表现型：LKH1（B4）、LDH2（B3A）、LDH3（B2A2）、LDH4（B1A3）及 LDH5（A4）。如果 A 或 B 亚基再有不同突变，通过各种组合可以形成多种多样的变异类型。

（2）单座位复等位基因同工酶：是指同一座位上的不同等位基因所编码的酶蛋白。例如胎盘碱性磷酸酶（placental alkaline phosphatase,PLAP）是一种典型的复等位基因编码的酶，PLAP 为二聚体，基因定位于 2q37，依电泳速度可分 3 种变异型即慢（S）、中（I）、快（F）型，它们受 3 个复等位基因 PLs、PLi 及 PLf 控制，每种基因分别编码 S、I、F 三种同工酶（G6PD）和腺苷酸激酸（AK）的同工酶即属此类。

（3）翻译后同工酶：酶蛋白翻译产物经不同修饰反应也可产生不同分子形式的同工酶，称为翻译后同工酶（post-translational isozyme），又称次级同工酶（secondaryisozyme）。这些修饰反应包括基因的添加（磷酸化、乙酰化、甲基化等），酰胺键的水解，肽键的断裂和部分肽键的脱落，二硫键的形成和糖链的添加等。例如免肌醛缩酶（ALD）是由 4 个 A 亚基组成的纯聚体，但发育中，一部分肽链中羧基本末端第 4 位的天冬氨酸，从而 A 亚基形成 α 和 β 两种类型，故 A 亚基可为纯聚体也可为杂交体，但都有醛缩酶活性。

4．抗原多态性 在人类遗传学应用较多的抗原有红细胞抗原系统和白细胞抗原系统。个体间抗原性差异是由基因突变产生。至今已发现 20 个红细胞血型系统，其中包括 100 多种红细胞抗原，比较重要的有：ABO、MNSs、Rh 和 Xg 等血型系统。白细胞抗原系统中以人类的主要组织相容性复合体（mojor histocompatibility complex,MHC）中的人类白细胞抗原（humanleucocyte antigen,HLA）最引人注目，是目前所知人类最大的一个抗原多态系统。HLA 的基因座位在 6q21，已确认的 HLA 抗原特异性有 148 种，分属于 A、B、C、D、DR、DP、DQ7 个连锁基因座位。A 座位具有 24 个抗原（即有 24 个复等位基因）；B 座位有 52 个；C 座位有 8 个；D 座位有 26 个；DR 座位有 20 个；DQ 座位有 9 个；DP 座位有 6 个，因此，估计人群中可存在 24×52×11×26×9×6=385，482，240 种单倍型类型，即要在无亲缘关系人群中找到一条单倍型完全相同的人的机会只有约 1/3.8×108。HLA 多态性现象主要是由于产物不同而有不同的表现型。

5.DNA 多态性 在人群中不同个体之间的基因产物大多数是一致的，但每个个体在遗传上还是有所不同的，这种个体之间的差异从本质上讲是 DNA 碱基顺序存在的差异，它是通过用内切酶切割不同个体的基因组 DNA 出现不同长度的片段而被发现的，并通过孟德尔方式遗传，称为 DNA 多态性。DNA 多态性的来源，它在医学中的应用价值将在第十三章中阐述。

第五章 多基因病

第一节 多基因遗传与数量遗传

多基因遗传（polygenicinheritance）是指生物和人类的许多表型性状由不同座位的较多基因协同决定，而非单一基因的作用，因而呈现数量变化的特征，故又称为数量性状遗传。多基因遗传时，每对基因的性状效应是微小的，故称微效基因（minor gene），但不同微效基因又称为累加基因（additive gene）。多基因遗传性状除受微效累加基因作用外，还受环境因素的影响，因而是两因素结合形成的一种性状，因此，这种遗传方式又称多因子遗传（multifactorical inheritance）

多基因遗传的数量性状 (quantitativecharacter) 为连续变异的性状, 可以正态分布曲线表示。人的身高、血压和智力都是多基因性状，而单基因的质量性状（qujalitatie character）则呈不连续变异。图 5 - 1 表示单基因的侏儒症身高的变异分布。该病患者的平均身高仅 130cm。这类人的家系成员身高决定于基因型 AA、Aa 和 aa，变异的分布呈不连续的特点，即变异个体可明显区分为几个群（即曲线的几个峰），这各人的身高表现为一种质量性状，群体间差异显著。而正常人的身高是基因性状，身高平均为 165cm，变异在群体中是连续的，曲线只有一个峰即平均值。人身高由矮到高是逐渐过渡，很矮和很高的两种极端的人只是极少数，大多数人身高接近平均值，这种变异的曲线呈正态分布（图 5 -2）。

图 5 -1 侏儒症身高的变异分布图

1．完全显性；2。不完全显性

图 5 -2 正常人群身高的变异分布图

由此可见，侏儒症患者的身高是一种单基因遗传病的表型性状，而正常人身高则是既受多基因遗传控制，又受环境因素影响。对大多数人来讲，控制身高的基因是微效的和累加的。而极少数遗传病（如 Klinefelter 综合征、生长激素缺乏症等）对身高的影响是小的，在整个群体的分布曲线中几乎没有作用。分析身高遗传表明子代平均身高更加接近群体的身高平均值，而不是双亲的身高的平均值。统计学应用于遗传学中时，数量性状遗传在子代中出现少量极端表型个体是正常的。因此，从遗传基础来看，一级亲属平均有 50% 相同的基因，二级亲属平均有 1 / 4 的基因相同，三级亲属有 1 / 8 的基因相同，如表 5 - 1 所示。

表 5 -1 不同亲属关系的基因比例

多基因遗传具有 3 个特点：①两个极端变异（纯种）个体杂交后，子 1 代大部分为中间型，具有一定变异范围，是环境影响。②两个中间型子 1 代杂交后，子 2 代大部分为中间型，但其变异范围要比子 1 代广泛，也可出现极端的个体。这除环境因素外，基因的分离组合也有作用。③在随机杂交的群体中，变异范围很广，然而大多数个体接近中间型极端个体很少，环境与遗传因素都起作用。

第二节 多基因病

一些常见的先天畸形（congenitalmaiformation）和常见而病因复杂的疾病，其发病率一般都超过 1 /1000，疾病的发生都有一定的遗传基础，并常出现家族倾向，但不是单基因遗传，患者同胞的发病率不遵循 1 / 2 或 1 / 4 的规律，大约仅 1%-10%，表明这些疾病有多基因遗传基础，故称为多基因病（polygenic disease）。正因为它们的遗传基础很复杂，属于复杂遗传病（complexgenetic disease）。

1．易患性与发病阈值 多因子遗传性状和多基因病是由基因与环境因素共同作用的。决定一个个体是否易于患病的基础，称为易患性（liability）。易患性的变异与多基因遗传性状一样，在群体中呈正态分布，即群体中大多数个体的易患性近似平均值，易患性很高或很低的都很少。当一个体的易患性达到一定程度，即阈值（threshold），这种个体就要患病。因此，易患性的变异在群体中的分布就被阈值分为两部分：大部分为正常个体，小部分为患者。阈值代表在一定条件下患病所必需的、最低的易患基因的数量（图 5 -3）。

图 5 -3 群体中易患性变异与阈值图解

虽然就一个个体来说，易患性难以测定，只能依其婚后所生子女病情况作出粗略估计，但一个群体的易患性则可由该群体的发病率（即超过阈值部分）作出估计。其估量的尺度以正态分布的标准差为单位，就是在正态分布中，以平均值为 0，在±1 个标准差（0）范围内的面积占曲线内总面积的 68%，以外的面积的占 32%，两边各占 16%。如此类推，在±2 个标准差以内面积占总面积的 95.4%，标准差以外的面积占 4.6%，两边各占 2.3%；在±3 个标准差时，标准差以内面积占总面积的 99.74%, 以外面积占 0.26%，两边各占 0.13%。多基因病的易患性阈值与平均值距离越近，其群体易患性的平均值越高，阈值越低，则群体发病率也越高。反之，两者距离越远，其群体易患性平均值越低；阈值越高，则群体发病率越低。因此，可从群体发病率的高低计算出阈值与平均值之间的距离。图 5 - 4 表示易患性阈值和平均值距离与发病率的关系。

2，遗传率 遗传率是为了衡量多基因遗传中遗传因素与环境因素两者的相对作用大小而提出的。遗传率（或遗传度，heritability）是指在疾病发生中，遗传基础所起作用的大小。遗传率一般用百分率（%）来表示。一种遗传病如果完全由遗传基础决定，其遗传率就是 100%，当然这种情况很少见。在多基因病中，遗传率可高达 70%-80%，这表明其遗传基础在决定易患性变异和发病上起着重要作用，而环境因素的影响较小；反之，遗传因素是次要的。遗传率的计算可用变量分析方法进行。

图 5 -4 易患性阈值、平均值距离与发病率的关系图解

3. 某些先天畸形 大约 2% 的新生儿存在严重的畸形，但多数尚能存活，其中很多畸形，如泌尿生殖系、脊椎和心脏的缺陷，在童年或青少年时已可鉴别诊断。

先天畸形的病因既有遗传因素，也有环境因素，还有两者共同的作用，故后者属于多基因遗传。后者是这些畸形最常见的病因，但在所有畸形中至少有 40% 的确实原因尚不知晓。少数遗传性畸形已证明是由于生化异常。如Ⅰ型成骨不全，已从患者皮肤成纤维细胞中测知其Ⅰ型胶原中的异常的 a2 链，这是骨骼发育异常的常染色体显性遗传病。还有诸多染色体异常引起的先天畸形不再赘述。

多基因遗传引起的畸形，遗传和环境因素都有影响，诸如社会经济原因对母体及其子宫的影响均可导致畸形的产生。常见的这类先天畸形有脊椎裂、唇裂、腭裂、短指或缺指、先天性心脏病、先天性幽门狭窄、先天性髋脱臼、先天性肾缺乏、先天性巨结肠症等。举几例简述如下。

（1）先天性心脏缺陷（congenital heart defects, CHDs）：是一种很常见的先天畸形，在新生婴儿中发病率 4%-8%，其原因是异质性的，有单基因或染色体异常引起的，也有因风疹病毒感染母体或糖尿病而引起的，大多数的病因不清。由于其类型较多，群体发病率及经验风险率也不一样。据多因子阈值模型所示，其一级亲属风险率是多因子性状的群体发病率的平方根据。表 5 - 2 示各种心脏缺陷畸形在群体和同胞中的发病率（表 5 -2）。

表 5 -2 主要先天性心脏缺陷在群体及同胞中的发病率

(2) 先天性单侧缺如（congenital absence of one kidney）：约 1 /700 婴儿患此病。大多数患者无症状，但伴发输尿管和结肠畸形者发病率高。如输尿管肾盂连接部狭窄，易感染，或发生高血压等。受累女性可伴有双角子宫或同侧半子宫缺如，受累男性伴有同侧输精管缺如。患者父母所生的子女侧肾发育不全的风险增高。

（3）短指畸形 E 型（brachydactyly,type E）：由于骨骺未成熟闭合，病人手和脚变短并伴有第 1、4 和 5 掌骨、骨和拇指及趾的趾骨变短。患者身材矮小，青少年还伴有严重高血压。

（4）脊柱裂（spina bifida）：受累的男性女性都可活到成年，通常智力正常，但都可能不育。受累成人的子女具有神经管缺陷的风险大约增高 3%。

（5）先天性巨结肠（Hirschsprung’s disease）：一般男性多于女性，但女性病人的子女中受累者风险较高。最近，已于染色体 10q 上将此病有关基因克隆。

由多基因所致的畸形患者，同胞及子女的患病风险增高，再发风险一般在 1%-10% 之间，比一般群体中畸形发病率高 10-40 倍，见表 5 -3。

表 5 -3 多基因遗传畸形患者的子女受累的风险

4．某些多基因遗传的常见病 成人许多常见的慢性疾病，如原发性高血压、糖尿病、动脉粥样硬化、冠心病、精神分裂症、哮喘病等都属于多基因病。这类疾病发病既有多基因遗传基础又有环境因素。如在任何一个体中，有特殊的大量致病基因，潜在发病危险性就大。当一个个体继承了危险基因的正常组合，他（她）们通过“危险阈值”时，环境因素就可决定疾病的表达和严重性，如图 5 -5。

要使其家庭成员患同一种疾病，该个体必须继承相同或极相似的基因组合，这种情况发生的可能性在一级亲属中明显大于较远的亲属。多基因遗传的易患性必须服从于基因控制特定功能的特异蛋白质合成这个基本事实。

图 5 -5 多基因病在群体及各级亲属中的闰病率

（1）冠状动脉病（coronary artery disease, CAD）：大多数病例为有明显环境因素作用的多基因遗传病。CAD 不仅有单基因病因，还伴有许多其它非遗传性和遗传风险因素。遗传因素如男性、家族史、高脂血症、高血压、糖尿病、肥胖症等；非遗传因素如吸烟、不活动、精神紧张等，因而增高了患该病的风险。

CAD 患者大多在 45 岁以上，男性有较高的风险，这在群体和受累家族中都是如此。而当女性为先证者时，其亲属中的再发风险较高（表 5 -4）。

表 5 - 4 式 CAD 男女性先证者与死亡风险关系

（2）高血压病（hypertension）：它是一种复杂的多基因遗传病。在我国高血压病的患者高达 8000 余万人，近十年来升高约 25%。高血压病具有家族聚集现象和复杂的遗传方式，其遗传率约为 30%-60%。分子遗传学研究表明，该病和两个重要的基因，即血管紧张素转化酶基因（angiotensin converting enzyme,ACE1）和血管紧张素原基因（angiotensinogen,AGT）有关。ACE1 的产物是血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ），它与血管的构建和细胞生长有关，并决定血压、体液和离子的稳定性。血管紧张素原是血管紧张素Ⅱ的前体，AGT 的增加，也伴随血管紧张素Ⅱ相应提高。某些激素对血压的影响也是通过 AGT 而实现的。最近证明 AGT 基因与高血压连锁，高血压时局部 AGT 水平增高。在高血压病的发病中，环境因素（精神紧张、高盐食物等）也是众所周知的。

（3）糖尿病（diabetes mellitus）：本病是胰岛缺乏引起的常见代谢性疾病。按对胰岛素的需要量分为胰岛素依赖型糖尿病（IDDM）和非胰岛素依赖性糖尿病（NIDDM）两个类型。其特征为血糖升高、糖尿、糖耐量降低和胰岛素释放反应异常。临床上患者多食、多饮、随病程进展可出现心血管、肾、眼及周围神经等病变。一般认为是多基因病。近年用糖尿病大白鼠模型研究，认为该病可能与 3 个以上基因有关。

目前对多基因的常见复杂病的遗传基础研究非常引人注目，且进展迅速。许多事实证明多因子疾病中存在着单基因的遗传形式（monogenic forms of multifactorialdiseases）这是多基因遗传病研究非常重要的发展趋向。

5．多基因病的一些特点 综上所述，可见多基因病有如下特点：

（1）家族聚集倾向，但无明显的遗传方式。因为在系谱分析中，它们不符合单基因遗传方式，同胞中发病率远低于 1 / 2 或 1 /4，既不符合常染色体显性和隐性遗传，也不符合 X 连锁遗传，但这些疾病及其在子代的再发风险，确实表现出家族性聚集倾向。

（2）随亲属级别的降低，患者亲属发病风险迅速下降，在发病率低的疾病，这个特点更为明显。表 5 - 5 和图 5 - 6 说明一些多基因病患者不同级别亲属发病风险的比较和由阈值模型得出亲属级别发病风险的理论曲线。

表 5-5 某些多基因遗传病患者不同级别亲属的发病风险比较

（3）近亲婚配时，子女患病风险增高，但不如常染色体隐性遗传显著，这可能与多因子的积累效应有关。

（4）畸形越重，再现风险越大，这说明遗传因素起着重要作用。

（5）当一种多基因性状频率在不同性别有明显差异时，表明发病率高的性别其阈值低，发病率低者其阈值高。图 5-7 表明先天性幽门狭窄由于性别不同的阈值差异的易患性分布，

←易患性→

图 5-6 多基因遗传阈值模型

易患性分布

图 5-7 有性别差异阈值的易患

即群体发病率低的性别患者，只有他们带有相当多的易患性基因时，其易患性才能超过阈值而发病。如果他们已发病，就表明他们已带有相当多的易患性基因，其后代中发病风险将较低，尤其是与其性别相反的后代。群体发病率高的性别患者，其后代中发病风险将较低，尤其是发病率低的性别的后代。先天性幽门狭窄患者，男性发病率是女性的 5 倍（男 0.005，女 0.001）。如为男性患者，儿子发病风险为 5.5%，女儿发病风险为 2.4%；相反，如为女性患者，她儿子的发病风险为 19.4%，女儿风险为 7.3%。

第一节 多基因病复发风险估计

在相当多的基因病中，其群体发病率为（0.1%-1%），遗传率为 70%-80%。患者的一级亲属的发病率（f）近似于群体发病的平方根，即 f =≈4%。如果群体发病率过高或过低，则上述 Edward 公式不适用。要了解一群体发病率、遗传率和患者一级亲属发病率的关系，则需要看图 5 -8。如原发性高血压的群体发病率约为 6%，遗传率为 62%，患者一级亲属的发病风险从图 5 - 8 即可查出约为 16%。

图 5-8 一般群体发病率、遗传率与患者一级亲属发病关系图解

在估计多基因病发病风险时应注意几个问题：

1．基因的积累效应与再发风险 一般而论，一个家庭中患病人数越多时，意味着再发风险越高。例如一对夫妇已有一个唇裂患儿，再次生育的再发风险为 4%，若又生出一个这样患者，则表明夫妇二人都带有较多的易患基因，虽然他们本人未发病，但其易患性极为接近阈值，这就是基因效应所致，再次生育的再发风险将增加 2 - 3 倍，即近于 10%。表 5 - 6 为 Sith 研制的一个表格，通过双亲是否为患者及其同胞中已发生该病患者人数来估计再发风险。

表 5 -6 多基因病再发风险估计

2．病情严重程度与再发风险 多基因病中基因的累加效应还表现在病情的程度上。因为病情严重的患者必定带有更多的易患基因，其父母也会带有较多的易患基因使易患性更接近阈值。所以，再次生育时的再发风险也相应地增高。例如，只有一侧唇裂的患者，其同胞的再发风险为 2.46%，若一侧唇裂合并腭裂的患者，其同胞的再发风险为 4.21%，而两侧唇裂合并腭裂的患者，其同胞的再发风险则高达 5.74%。

3．性别与再发风险 这在多基因病特点中已讲过，不再重复。

因此，在估计多基因病再发风险时，必须全面考虑上述各种情况，进行综合判断，才能得出符合实际的数据，有效地指导实践。表 5-7 是一些常见多基因病的遗传率及再发风险的举例说明。

表 5-7 某些常见多基因病的遗传率

第六章 群体遗传学

群体（popualtion）是指同一物种生活于某一地区并能相互杂交的个体群。人种大约 50 多亿的成员分为许多不同的亚群体，其中最大的通常称为种族（races）。不同的群体, 作为大群体其基因库也是彼此不同的。人类有三个主要人种区分：高加索人．黑人各亚细亚人，但他们又都有许多遗传上不同的亚群，种与亚群体存在主要差异的遗传基础是突变。

群体遗传学（population genetics）是研究群体的遗传变化规律的学科，研究群体中基因的分布．基因频率和基因型频率的维持和变化的科学。医学研究群体遗传是要探讨遗传病的发病频率．遗传方式及其基因频率和变化的规律，从而了解遗传病在群体中的发生和散布的规律，为预防、监测和治疗遗传病提供重要的信息和措施。因此有人又称之为遗传流行病学（genetic epidemiology）。

第一节 群体中的遗传平衡

群体中的遗传基因和基因型需要保持平衡，才能保证人种的世代繁殖。而一个群体所具有的全部遗传信息，亦即含有在特定位点的全部等位基因称为基因库（gene pool）。个体的基因型只代表基因库的一小部分。在研究群体变化、群体中遗传病的变化时，需要了解遗传的发病率及其遗传性状，这就要了解某一基因的存在，分析并计算基因频率。

一、基因频率

基因频率（genefrequency）是指群体中某一基因的数量。基因频率也就是等位基因的频率。群体中某一特定基因的频率可以从基因频率（genotype frequency）来推算。如人们熟悉的人的 MN 血型，它是由一对共显性等位基因 M 和 N 所决定，产生 3 种基因型 M/M、M/N 和 N/N，而相应的表型是 M、MN 和 N，而且比例是 1/4M、1/2MN 和 1/2N。这个原理可以推广到一般群体内婚配，如以群体中 MN 表型（基因型）的具体样本数被所观察到总数相除即可得到（转换）相对频率数。表 6-1 示某一群体的 MN 血型的相对基因频率，再用此观察到的相对来估算 M 和 N 在群体中等位基因的频率。该群体中总人数为 1419 人，其中 M 血型（基因型 M/M）392 人，N 血型（基因型 N/N）320 人，MN 血型（基因型 M/N）707 人，按此可直接推算出 M 的等位基因频率为：

2×392——707/1419×2=0.53

表 6-1 某群体的 MN 血型的相对基因频率

同样，N 的基因频率为 1-0.53=0.47。因为两个等位基因的相对频率相加必须等于 1。换言之，设 M 的基因频率为 p,N 的基因频率为 q,p+q=1（或 100%）。所以，在研究一个等位基因在群体中的频率时，就要考虑到基因库。基因库实际上就是一个群体的全部等位基因。如果知道 MN 两个等位基因在基因库中的相对频率是 0.53(M)和 0.47(N)，而群体中样本人数是 1419，那么这 3 种组合的等位基因（基因型）的相对比例就得以知道。

即 2M=0.53×0.53=0.281

2N=0.47×0.47=0.221

MN=(0.53×0.47)+(0.47×0.53)=0.498

上述例子以一般公式表示：p、q 分别为两个等位基因频率，等位基因的 3 种组合的频率应为：

二、遗传平衡定律

表型、基因型和等位基因频率之间关系的一个重要原则就是基因型的比例在世代传递中不会改变。因此，群体中个体的等位基因频率的分布比例和基因型的分布比例（频率）世代维持恒定。这是群体遗传学的一个基本原则，是 Hardy 和 Weinberg 于 1908 年应用数学方法探讨群体中基因频率变化所得出的结论，即遗传平衡定律(又称 Hardy Weinberg 定律)。意即一个群体符合这种状况，即达到了遗传平衡，也就是一对等位基因的 3 种基因型的比例分布符合公式：p2+2pq+q2=1,p+q=1,(p+q)2=1. 基因型 MM 的频率为 p2,NN 的频率为 q2,MN 的频率为 2pq。MN:MN：NN=P2：2pq：q2。MN 这对基因在群体中达此状态，就是达到了遗传平衡。如果没有达到这个状态，就是一个遗传不平衡的群体。但随着群体中的随机交配，将会保持这个基因频率和基因型分布比例，而较易达到遗传平衡状态。

1．遗传平衡的条件 要维持群体的遗传平衡需要一定的条件，或者说这种遗传平衡受一些因素的影响。这些条件和因素是：①群体要很大，不会由于任何基因型传递而产生频率的随意或太大的波动；②必须是随机交配而不带选择交配；③没有自然选择，所有的基因型（在一个座位上）都同等存在，并有恒定的突变率，即由新突变来替代因死亡而丢失的突变等位基因；④不会因迁移而产生群体结构的变化。如果缺乏这些条件则不能保持群体的遗传平衡。

2．群体的遗传平衡和等位基因频率推算 由于人类群体中大多数遗传性状都处于遗传平衡状态，据此可计算等位基因频率。如已知某种常染色体隐性遗传病（白化病）在一特定人群中频率，就能计算这个异常基因的携带者和基因频率。白化病发病（aa）(q2)的频率为 1/10000，即其基因型频率，则致病基因（a）频率=[]=1/100=0.01；基因 A 的频率=1-0.01=0.99；而杂合子携带者的频率为 2pq=2×99/100×1/100≈1/50。因此，在比例中，每个受累的个体将有 200 个左右在临床上无症状的携带者。

常染色体显性遗传病，如并指症，在一个群体多为杂合子（Aa）发病。杂合子（H）的频率为 2pq，由于 q 值大，近于 1，故 H=2p,p=1/2H。因此，只要知道杂合子发病率，就易求得基因 A 的频率。如并指症的发病率为 1/1000，H=1/2000，p=1/2H=1/4000, 即致病基因 A 的频率为 0.000025。

X 连锁遗传性状也符合遗传平衡定律。因为女性中的基因频率及基因型频率分布和常染色体相同，而男性是半合子，其基因频率．基因型频率与表型频率相同，如表 6-2 所示。

表 6-2 X 连锁红绿色盲的基因型及基因频率

至于罕见的常染色体隐性遗传病纯合子患者频率（q2）很低，所以 2pq=2(1-q)q=2q-1q2=2q，即杂合子携带者频率（2pq）约为致病基因频率的 2 倍，故致病基因多以携带者的方式存在于一个群体中。在前述白化病中，发病率 1/10000，q 为 0.01，携带者频率约为 2q，即 2×0.01=0.02（1/50）。

第二节 突变和选择

1．突变率及其表达方式 突变有其分子基础。因为自然界中普遍存在着突变，每个基因都有一定的突变率（mutation rate）。一般用每代中每一百万个基因中发生的突变数来表示，即 n×10-6/基因/代。突变对遗传平衡的影响有正负两个. 如一对等位基因 A（显性）和 a（隐性），由显性基因（A）突变为隐性基因（a）的过程。称为正向突变（forward mutation），其突变率以 u 表示；由隐性基因（a）突变为显性基因（A）的过程，称为回复突变（reverse mutation）, 其突变率以 v 表示。设 A 基因的频率为 p,a 基因的频率为 q,A 基因的突变率为 u,a 基因的突变率为 v, 这样，每一代中就有 pu 或（1-q）u 的基因 A 突变为 a, 也有 qv 的基因 a 回复突变为 A。若（1-q）u>qv，则基因 a 的频率将增加，反之，(1-q)u

(1-q) u=qv

u=qu=qv

u=qu+qv

u=q(u+v)

q=μ/u+v

p=v/u+v

在此情况下，突变频率完全由 u 和 v 来决定。突变有时导致一个基因功能的丧失或变化。大多数可检测的突变是有害的，因此有突变就会面临选择，如果选择是中性，即中性突变（neutral mutaiton）。这种突变型既无害处亦无益处，选择性不显著。如我国汉族人群中，对苯硫脲（PTC）缺乏尝味能力的味盲（tt）的频率为 9%，味盲基因（t）的频率为 0.03，这里=0.03。此 PTC 味盲基因（t）就可看成是来源于中性突变。它对人体既无特殊益处，也无明显的害处，选择作用也不明显。

2．选择和适合度 选择（selection）是指自然选择。选择对遗传平衡的作用是增加或减少个体的适合度（f）。适合度（fitness）是指个体在一定条件环境下，能生存并传递其基因于下代的能力。可以说是生存和生育率联合效应的最后结果，可用相同环境中，不同个体的相对生育率（fertility）来衡量。例如丹麦对软骨发育不全患者的调查，该病是常染色体显性遗传病，有矮小、指短、头大、低鼻梁、前额大等体征。在 108 例患者中，共生育了 27 个儿女，而他们的正常同胞 475 人中共生育了 582 个子女，如以正常人的生育率为 1，该病患者的相对生育率（f）=(27/108)/(528/457)=0.2。这样表明在软骨发育不全患者中的适合度降低了，同时也说明相对生育率即代表适合度。人们可用类似方法求得其它遗传病患者的适合度。

选择系数（压力）（selectioncoefficient or pressure）是与适合度有关的概念，并以此来表示选择的作用，一般用 s 表示，它表明在选择作用下，降低的适合度。s 与 f 的关系是：s=1-f。如软骨发育不全患者的适合度为 0.02，其选择系数 s =1-0.2=0.8。

3．选择对隐性 基因、显性基因和 X 连锁基因的作用及有关突变率的计算 在一定条件下，一个群体的突变率可明显增高，形成突变压力（mutation pressure），使某个基因频率增高。另一方面，受某种环境条件的影响，某些突变型选择作用，使突变基因的频率降低，即选择压力。因此，一个群体保持遗传平衡，就是突变压力和选择压力之间达到平衡，这样，使群体的遗传结构趋于稳定，达到平衡状态。

（1）选择对显性基因的作用：在一个遗传平衡群体中，选择对显性基因作用较为明显，因为有显性基因的个体（AA 和 Aa）都可受到选择的作用。当选择对显性基因 A 不利时，杂合子 Aa 和纯合子 AA 都会被淘汰。这样，基因 A 最终会从群体中消失。这时如要达到遗传平衡，就要靠基因 a 突变为基因 A 来补偿。这样显性基因突变率可按下列公式求出：v 为突变率,s 为选择系数，p 为基因 A 的频率，患者多为杂合子（H），其频率为 2pq，由于 p 值很小，q≈1，2pq=2p。

p=1/2H,H=2p, 故 v =s×1/2H

也就是说每一代中基因频率因选择而降低为 s× 1/2H，而在一个遗传平衡群体中被淘汰的部分将由突变率（v）来补偿，即按 v =s×1/2H 公式求出显性基因的突变率。例如软骨发育不全侏儒症，在丹麦哥本哈根市医院出生的 94 075 名儿童中，患该病的有 10 人，其发病率为 10/94，075=0.0001063。又已知该病适合度为 0.02，则其选择系数 s 为 0.08。代入公式 v =s×1/2H=0.08×0.5×0.0001063=42.5×10-6/代。此外，还有证据表明，随父亲年龄的增长，某些常染色体显性遗传的基因突变率增高。

（2）选择对隐性基因的作用：如只有隐性基因（a）纯合（aa）时才发病而面临选择。由于隐性基因大都可以杂合状态在群体中维持很多世代，因此，选择的作用对隐性基因频率的降低很慢，如选择对其不利时，最终将从人群中消失。而隐性基因频率在人群中基本恒定，这可能是基因 A 突变为基因 a, 以补偿因选择而被淘汰的有害隐性基因 aa，即在一个遗传平衡群体中，被淘汰的部分将由突变率（u）来补偿。选择系数为 s，每一代在基因频率的减少将为 sq2，故 u =sq+2，按此公式可以隐性基因的突变率。例如苯酮尿症（PKU）在我国人群中的发病率为 1/16，500（0.000060），其适合度 f 为 0.15，s=0.85，故 u =sq2=0.85×0.00006=0.000051=51×10-6/代。可见此突变率相当高，因为 PKU 的适合度过低。

（3）选择对 X 连锁基因的作用；由于男性是半合子，X 连锁隐性基因只要是致病基因便可表达而面临选择，所以致病基因频率 q 与就是男性发病率。而女性携带者的频率近于致病基因频率的 2 倍，但携带者的表型正常，不受选择影响。因此，从整个群体来说，男性致病基因频率只占全部致病基因量的 1/3，选择系数为 s, 每代中因选择而被淘汰的致病基因为 1 /3sq，而被淘汰的部分由突变率（u）来补偿，故 u =1/3sq。

例如甲型血友病男性发病率为 0.00008，适合度 f 为 0.25，则 s =0.75，代入上式：u=1/3×0.75×0.00008=0.00002=20×10-6/代，这样的突变率也是较高的。假肥大型肌营养不良（DMD）的突变率更高，u=20-100×10-6/代。

4．选择压力的变化对遗传平衡的影响 既然维持群体遗传平衡受选择和突变及其压力之间平衡的制约，则选择压力的变化必然要影响群体的遗传结构。选择压力的变化主要有两方面：一是选择压力的增强，二是选择压力的降低，这两种情况可影响群体中某一表型的适合度增高或降低，从而使表型相应的等位基因的频率也发生改变。

（1）选择压力的增强：即选择压力越大，选择系数越高，引起基因频率变化越快。对常染色体显性遗传病，杂合子患者（Aa）的适合度为 0，s=1，则群体中致病基因 A 的频率 p 在一代中间即可降低为 0，下一代中致病基因频率将靠突变率来维持，因上一代的致病基因已被选择而淘汰，因此，基因频率的变化较迅速。对常染色体隐性遗传病，选择压力即使增强，纯合隐性患者 aa 的频率为 q，基因 AA 的频率为 p2，Aa 的频率为 2pq，aa 的频率为 q2。在 aa 的适合度为 0，s= 1 时，则群体中基因 a，只存在于杂合子 Aa 中。计算隐性致病基因频率降低所需世代数可按下列公式进行。

q1=q/1+q q2=q1/1+q2 以后的世代为 qn=q/1+qn

n=1/qn-1/q(n 表示世代）

例如，常染色体遗传病白化病，其致病基因 a 在群体中的频率为 0.01，在选择压力增强时，使该病患者 (aa) 不能生育，需经过多少世代才能使其基因频率降低为 0.005 呢？q=0.01=1/100，代入公式：n=1qn-1/q=1/(1/200)-1/(1/100)，n=200-100=100 代。如果每世代以 25 年计算，则要经过 2500 年才能使基因频率降低一半，因此，选择压力的改变对隐性基因频率的变化是很缓慢的。

（2）选择压力放松（relaxation fo selection pressure）：由于选择压力的降低使致病基因频率增高，而导致遗传发病率增高。随着医学发展和诊治技术的进步，将有许多遗传病可以治疗或延长患者生命，他们可活到生育年龄，并结婚生育，这样是否会增加群体中遗传病的发病率呢？

对显性遗传病来说，若是致死的，其发病率完全由突变来维持。若患者被治愈就和正常人一样结婚生育，这样，经过一代后发病率将增加 1 倍，而后代各代中将以同样数量增加。当然，该病病例也将逐渐增加，人们从遗传型视网膜母细胞瘤就已看到这种变化趋势。

对隐性遗传病来说，若是致死的，其发病率在完全放松选择的情况下，缓慢上升。例如，苯酮尿症的发病率约为 1/10000，基因频率为 0.01，突变率为 50×10-6/代，该病可用低苯丙氨酸食品治疗。假定被治愈的患者生育率与正常人相同，即在完全放松选择后，致病基因频率要经达 200 代才能增加 1 倍，即 0.01+0.5/100000×200=0.02。这时的发病率比原来增高 4 倍，这种变化要经 200 代即 5000 年后才能达到，所以上升是很缓慢的。

对 X 连锁遗传病来说，只有男性患者才面临选择。若该病是致死的，在完全放松选择后，也要经过 3 代，致病基因频率才可增加 1 倍，即男性患者的发病率增高 1 倍。

总之，在选择放松情况下，遗传的发病率会有所上升，但其速度是缓慢的。现今分子生物学的迅速进展，先进医疗技术不断涌现，其中基因治疗展示了美好的前景，人们有理由不必选择压力的放松增高遗传病的发病率而忧虑。

5．选择与群体中的平衡 多态性当选择压力向两个方面进行时，一方面是有害等位基因的维持，另一方面是它们的消除。也就是在一个群体中，只要等位基因存在，就会有两种或两种以上的基因型，其中最低的基因频率也不能仅用突变来维持，各基因型达到了遗传平衡，这种情况称为平衡多态性（balanced polymorphism）。

人类许多基因座位都存在着多态性，最稳定的多态性是突变基因由于有选择优势而形成。例如镰形细胞贫血症，在非洲黑人中，其纯合患者（HbsHbs）可高达 4%，HbstHbA 的基因频率分别为 0.2 和 0.8。纯合子一般死亡。杂合子在群体中可高达 32%，这是因为杂合子的血蛋白结构的有抗疟性，其适合度略高于正常人（HbAHbA）。这样，在恶性疟疾流行时，杂合子具有选择优势。杂合子的这种选择优势补偿了纯合患者死亡所失去的隐性基因（HbsHbs），因而维持了群体中的平衡多态性。类似的情况还有其它的有害基因，如地中海贫血、血红蛋白 C、G6PD 缺陷以及 Duffy 血型的 Fy 基因等。它们所以能在一定群体中维持较高的基因频率，就是因为有抗疟性使杂合子受到保护之故。

遗传负荷（geneticload）是指一个群体由于有害基因的存在而使其适合度降低的现象，有人描述其为整个群体遗传的无能性。因为致死基因是经突变产生的，可使生物在成年前而死亡，其基因既不能传于下一代，当然也就不利于生物个体的生存和延续后代。

遗传负荷一般用一个群体中每个个体带有的有害基因的数量来衡量。它包括突变负荷和分离负荷。突变负荷（mutation load）是一个群体中反复发生的突变产生了致死或亚致死基因。由于这些基因的积累，形成了选择上不利的纯合子，从而使群体平均适合度降低。分离负荷（segregation load）是指有害基因从有利的杂合子分离而产生了选择不利的纯合子，从而使群体由较高适合度的杂合子形成较低适合度的纯合子。遗传负荷有不同的估算方法。据估计，我国人群中至少每人有 5 - 6 个有害基因以杂合方式存在。

第三节 近亲婚配

1．近亲婚配和近交系数

近亲是指两个人在几代（3- 4 代）之内有着共同祖先，如果他们之间进行婚配就称为近亲婚配（consanguineous marriage,inbreeding）。在这种婚配情况下，由于夫妇双方都可能传来共同祖先的同一基因，而又可能把此同一基因传给他们的子女。这样，同一基因纯合概率会增加，所以近样结婚可导致常染色体隐性遗传病在后代中发病率增高的有害后果。

由于近亲婚配，在子女得到一对相同等位基因概率称为近交系数（近婚系数）（inbreeding coefficient）。

2．近亲系数的计算

（1）常染色体基因的近交系数：首先要说明和计算同胞兄妹间的近交系数。

1）同胞兄妹间的近交系数：设一对同胞兄妹的父亲有一对等位基因 A1A2，母亲有一对等位基因 A3A4（图 6 -1），他们子女中有 A1A2、A2A3、A2A4 基因型各 1 /4。从图可见，P1P2 将这 4 个基因传至 S，每代都是 1 / 2 机会，经过 4 步传递才可使 S 具有基因型 A1A1、A2A2、A3A3 或 A4A4，所以 4 步传递的概率为（1/2）4。如果不论 A1、A2、A3 或 A4，只看纯合子总概率，就是 4×（1/2）4=1/4，即同胞兄妹间的近交系数。

2）舅甥女（或姑侄）间的近交系数：如图 6-2 所示，P1 的基因 A1 经 B1 传给 S 需要 2 步，这样 S 基因型 A1A1 共需 5 步，其概率为（1/2）5，其它基因型 A2A2．A3A3 和 A4A4 也是一样，因此，舅甥女之间的近交系数为 4×（1/2）5=1/8。

图 6-1 同胞兄姝婚配中基因传递图解

图 6-2 舅甥女婚配中基因传递图解 C：甥女

3）表兄妹间的近交系数：此种情况较舅甥女婚配多了一步，如图 6-3 所示，其近交系数为 4×（1/2）8=1/16。

4）二级表兄妹（从表兄妹）间的近交系数：由于这种情况较表兄妹婚配又多了 2 步，如图 6-4 所示，其近交系数为 4×（1/2）8=1/64。

各种近亲关系和近交系数总结如表 6-3。

表 6-3 亲缘关系和近交系数

图 6-3 表兄妹婚配中基因传递图解

图 6-4 二级表兄妹婚配中基因传递图解

（2）X 连锁基因近亲系数：由于女性两条 X 染色体，有两个 X 等位基因，他们可形成纯合子，男性是半合子，不形成纯合子，对近亲婚配无影响。所以计算 X 连锁基因近交系数，只计算女儿的 F 值即可。而传递特点，男性 x 连锁基因必定传给他的女儿，故其概率为 1，反之，男性 X 连锁基因不传给他的儿子，故传递概率为 0。这样，X 连锁基因的近交系数与常染色体基因则不相同。

1）姨表兄妹的近交系数：如图 6-5 所示，P1 的 X1 基因经 B1．C1 传至 S 只需计为 1 步（B1→C1），X1 经 B2．C2 传至 S 计为 2 步（B2→C2）、（C2→S），所以，S 为 X1X1 的概率为（1/2）3；P2 之 X2 基因经 B1、C1 传至 S 计为 2 步，X2 经 B2、C2 传至 S 计为 3 步，所以 S 为 X2X2 的概率为（1/2）5。同理，S 为 X3X3 的概率也是（1/2）5。因此，姨表兄妹婚配的近交系数为（1/2）3+2×（1/2）5=3/16。

2）舅表兄妹的近亲系数：如图 6-5 所示，P1 之 X1 基因传至 B2 时中断, 故不能形成 X2X2。基因 X2 从 P2 经 B1、C1 传至 S 计为 2 步，从 X2 从 P2 经 B2、C2 传至 S，也只计 2 步，故

X2X2 的概率为（1/2）4。同理，X3X3 的概率为（1/2）4。因此，舅表兄妹婚配的近交系数为 2×（1/2）4=1/8。

图 6-5 姨表兄妹婚配中 X 连锁基因传递图解

图 6-6 舅表兄妹婚配中 X 连锁基因传递图解

3）如表兄妹、堂表兄妹的近交系数：如图 6-7 和 6-8 所示，基因 X1 从 P1→B1 传递中断，基因 X2、X3 从 P2 经 B1 至 C1 传递中断，所以其近交系数 F 值为 0。因此，从上图的 X 连锁基因传递来看，姨表兄妹，舅表兄妹的婚配要比姑表兄妹和堂兄妹的婚配危害要大。

图 6-7 姑表兄妹婚配中 X 连锁基因传递图解

3．平均近交系数

即从群体角度来估计近亲婚配的危害，要计算平均近交系数（average inbreeding coefficient,a）。a 值可按下列公式求出：

a=Σ(Mi/N)(Ⅰi)

Mi=某一类型近亲婚配数；N=总婚配数，Ⅰi= 某一类型近亲婚配的近交系数。知道 a 值就可比较不同群体中近亲婚配的严重程度。一般来说，a 值达 1%左右已相当高。群体小，尤其是隔离群，a 值较高，而大群体中，a 值都很低。表 6-4 示一些群体的近亲结婚率和平均近交系数。

图 6-8 姑表兄妹婚配中 X 连锁基因传递图解

表 6-4 一些群体的近亲结婚率和平均近交系数

近亲婚配的危害主要表现为隐性遗传病纯合子患者的频率增高。以表兄妹婚配为例，他们所生子女是纯合子（aa）有两种原因：①近亲婚配，由共同祖先而来；②是由不同祖先分别而来。在①情况下，F 值为 1/16，a 基因频率为 q，这一途径形成纯合子 aa 的概率为 1 /16q，在②情况下，纯合子 aa 的概率为 1(1/16)q2, 他们子女中隐性纯合子概率为①+②即 (1/16)p+(15/16)q²=q/16(1+15q)=q/16(p+q+15q)=(pq/16)+q²。而随机婚配中，所生子女的纯合子的频率为 q2, 与前者之比为（q2+pq/16]）/q2。由此表明表兄妹婚配的子女隐性纯合子的频率增高 pq/16。这种有害效应的大小与隐性基因频率(q) 有关。如表 6 - 5 所示，q 为 0.10 时，q2 为 0.01，表亲婚配后出生隐性纯合子的频率为 0.015625，比随机婚配所出生的隐性纯合子频率高 0.005625，两者之比为 1.56。这表明大约 3 / 5 的纯合子来自表亲婚配，2/ 5 的纯合子来自随机婚配。同理，q 为 0.01 是两种不同婚配出生的纯合子之比为 7.19，则表明大约 7 / 8 的纯合子来自表亲婚配，1/ 8 的纯合子来自随机婚配。当 q 为 0.001 时，两者之比为 63.5，更明显看出 98.5% 的纯合子来自表亲婚配，而 1.5% 的才来自随机婚配。因此，隐性遗传病越是少见，来自近亲婚配的患儿概率就越大。

表 6 -5 表婚配和随机婚配出生隐性纯合子的频率

第四节 遗传漂变

由于某种机会，某一等位基因频率的群体（尤其是在小群体）中出现世代传递的波动现象称为遗传漂变（genetic drift），也称为随机遗传漂变（random genetics drift）。这种波动变化导致某些等位基因的消失，另一些等位基因的固定，从而改变了群体的遗传结构。在大群体中，不同基因型个体所生子女数的波动，对基因频率不会有明显影响。小群体的人数少，并与总人群相隔离，这种社会和地理因素形成的小群体，A 基因固定（A=1），而 a 基因人很少，a 基因的人如无子女，则 a 基因就会较快在人群中消失，造成此小群体中基因频率的随机波动。这种漂变与群体大小有关，群体越小，漂变速度越快，甚至 1-2 代就造成某个基因的固定和另一基因的消失而改变其遗传结构，而大群体漂变则慢，可随机达到遗传平衡。

一些异常基因频率在小隔离群体中特别高，可能是由于该群体中中少数始祖所具有的基因，由于遗传漂变而逐渐达到较高水平，这种现象称为建立者效应（founder effect）。例如，太平洋的东卡罗林岛中有 5%的人患先天性色盲。据调查，在 18 世纪末，因台风侵袭，岛上只剩 30 人，由他们繁殖成今天 1600 余人的小群体，这 5%的色盲，可能只是最初 30 人建立者的某一个人是携带者，其基因频率 q =1/60=0.016，经若干世代的隔离繁殖，q 很快上升至 0.22，这就是建立者效应。

第五节 迁移

迁移或称移居（migration）是指具有某一基因频率群体的一部分，因某种原因移至基因频率不同的另一群体，并杂交定居，从而改变了群体的基因频率，这种影响也称迁移压力（migration pressure）。迁移压力的增强可使某些基因从一个群体有效地散布到另一群体中。大规模的迁移会形成强烈的迁移压力引起群体遗传结构的改变。与遗传漂变相反，这时，基因横跨种群障碍而慢慢扩散，造成一个大群体的基因频率逐渐改变，此过程称为基因流（gene flow），意为大群体间，由于迁移而造成基因交流，使群体间的基因差异逐渐消失。基因差异消失的快慢，取决于移居群体与接受群体间该基因频率的差异和每代移入基因的比例。小群体移入大群体影响小，大群体移入小群体影响大。对 ABO 血型不同等位基因频率在世界群体中分布的调查，提供了基因流一种很好的例证。ABO 血型的 B 等位基因频率从东亚的 0.30 降至西欧的 0.06，就是由于 B 基因在东方的原始突变后逐渐扩散到更多的西欧群体中。从东亚到西欧，由 20%-30%逐渐下降至 10%-20%、10%-15%、5%-10%、0-5%。又如苯硫脲的味盲者频率及其基因频率在欧洲及西亚白种人高，而在我国汉族中低，但在我国宁夏甘肃一带回族聚居的人群中处于两者之间。这可能是西亚波斯人在唐代经丝绸之路到当时长安进行贸易，以后又在附近定居，与汉族通婚，逐渐形成的一个群体。

第七章 基因定位

基因组是生物的生殖细胞中所含全部基因的总和。人类基因组具有极其复杂的结构，其编码蛋白质的结构基因大约有 100 000 个，每个单倍体 DNA 含有 3.2×109bp，分布在 24 条常染色体和 X，Y 性染色体上。此外，还含有大量的非编码的重复 DNA 序列。基因定位（gene location）是用一定的方法将基因确定到染色体的实际位置。这是现代遗传学的重要研究内容之一。将不同的基因确定于染色体的具体位置之后，即可绘制出基因图（gene map）。

有两种基本方式制作人类染色体的基因图：即物理作图和遗传作图。物理作图（physical mapping）是从 DNA 分子水平制作基因图。它表示不同基因（包括遗传标记）在染色体上的实际距离，是以碱基对为衡量标准，所以物理图谱（physical map）最终是以精确的 DNA 碱基对顺序来表达，从而说明基因的 DNA 分子结构。从细胞遗传学水平，用染色体显带等技术在光学显微镜下观察，将基因定位不同染色体的具体区带，又称区域定位（regiona assignmer），而把基因只定位到某条染色体上称为染色体定位（chromosomalassignment）。这个水平上的基因图谱又称细胞遗传图（cytogenetical map）。分辨率可达 5Mb 至 1Mb。遗传作图（geneticmapping）是以研究家族的减数分裂，以了解两个基因分离趋势为基础来绘制基因座位间的距离，它表明基因之间连锁关系和相对距离，并以重组率来计算和表示，以厘摩（cM）为单位。两个遗传座位间 1%的重组率即为 1 厘摩。人类精细的遗传图水平可达 1cM 即 100kb(1Mb)左右。

根据系谱分析和少数血型分析，就可确定某些基因位于 X 染色体上。X 连锁关系确定后，再依重组率计算两者之间的相对距离，便可将两个基因定位于 XX 染体的相对位置上，1961 年红绿色盲就是通过这种方法定位于 X 染色体上。

1968 年 Donahue 依据系谱分析的原理，第一次将 Duffy 血型基因定位于第 1 号常染色体上。它在中期染色体时，发现 1 号染色体长臂 1 区的异染色质区有变异特征。继后，他发现在一些家族中，凡是具有这种形态特征的染色体都是 Duffy 血型者，从而将此血型的基因定位于第 1 号染色体上。伴随分子生物学和细胞分子遗传学的进展，基因定位的新方法不断出现，特别是体细胞杂交、分子杂交、DNA 重组和 DNA 体外扩增（PCR）等技术后出现与应用，产生了许多定位新技术，如脉冲场凝胶电泳、染色体显微摄影、染色体步移和酵母人工染色体（YAC）克隆等，使基因定位的研究工作得到迅速发展。

自 1973 年第一次国际人类基因组制图（human genome mapping,HGM）会议召开以来，每隔 2 - 3 年就举行一次会议。在第一次 HGM 会议上，人类基因定位只有 31 个，而今迅速进展到已定位的基因 4000 多个，而且有一大批克隆基因和 DNA 遗传标记被定位，如表 7 - 1 所示。这些成果有力地推动了遗传咨询、基因诊断和基因治疗的进展，对医学理论和临床实践的发展起着十分重要的作用。

表 7 -1 HGM 会议定位的克隆基因和 DNA 多态标记

第一节 基因定位的方法

基因定位可从家系分析、细胞、染色体和分子水平进行研究，同时由于使用手段的不同派生出多种方法，不同方法又可联合使用，互为补充。现仅就几个主要方法加以说明。

1．体细胞杂交法 体细胞是生物体除生殖细胞外的所有细胞。将从身体分离的体细胞做组织培养进行遗传学研究的学科称为体细胞遗传学（somatic genetics）。体外培养细胞可人为控制或改变环境条件，并可建立细胞株，长期保存，进行各种正常和病理研究。与基因定位有关的是体细胞杂交（somatic cell hybridization）。细胞杂交又称细胞融合（cellfusion），是将来源不同的两种细胞融合成一个新细胞。大多数体细胞杂交是用人的细胞与小鼠、大鼠或仓鼠的体细胞（hybrid cell）进行杂交。这种新产生的融合细胞称为杂种细胞（hybridcell)，含有双亲不同的染色体。杂种细胞有一个重要的特点是在其繁殖传代过程中出现保留啮齿类一方染色体而人类染色体则逐渐丢失，最后只剩一条或几条，其原因至今不明。这种仅保留少数甚至一条人染色体的杂种细胞正是进行基因连锁分析和基因定位的有用材料。由于人和鼠类细胞都有各自不同的生化和免疫学特征，Miller 等运用体细胞杂交并结合杂种细胞的特征，证明杂种细胞的存活需要胸苷激酶（TK）。但凡含有人第 17 号染色体的杂种细胞都因有 TK 活性而存活，反之则死亡。从而推断 TK 基因定位于第 17 号染色体上（图 7-1）。这是首例用细胞杂交法进行的基因定位。由此可见，研究基因定位时，由于有杂种细胞这一工具，只需要集中精力于某一条染色体上，就可找到某一基因座位。

7-1 体细胞杂交基因定位示意图

2．克隆嵌板法（clone panel method）是应用杂种细胞保留或丢失人染色体有时有重叠现象而设计的一种简便有用的基因定位方法。如表 7 - 2 所示，选择 3 个都保留有 4 条人染色体的杂种细胞克隆，但染色体各不相同。如果某一表型特征只出现于克隆 A、C 而不见于 B，就可决定该特征的基因只能在 3 号染色体上，因为 A、C 克隆都有 3 号染色体，而 B 克隆则无，其它亦可同理判断这样 3 个克隆可对 8 条（23=8）染色体作出判断；如果是 5 个克隆（25=32）就可对人类 22 条常染色体和 2 条性染色体作出判断。例如半乳糖激酶（GK）、尿苷 - 磷酸激酶（UMPK）和氨基已糖苷酶 A（HEXA）的基因就是用此法分别定位于人的 17 号、1 号和 15 号染色体上的。此外，还可对杂种细胞进行特殊染色，来识别杂种细胞中人和鼠染色体，以助基因定位。

表 7 -2 克隆嵌板示意

在体细胞杂交基础上还发展了微细胞（micro cell）技术，即制备只含少数或一条人染色体的微细胞进行细胞杂交。也可将人中期染色体进行分离直接转移到鼠类细胞中，使人染色体在受体细胞中裂解变成短的 DNA 片段，并整合到受体细胞的基因组中。如两个基因同时整合进去，就证明它们的紧密连锁关系。

3．原位杂交和荧光原位杂交 重组 DNA 技术的建立与分子杂交相结合，从分子水平研究基因定位，发展了一系列有效方法。例如原位杂交（in situ hybridization）就是分子杂交技术在基因定位中的应用，也是一种直接进行基因定位的方法。分子杂交的基本原理是碱基的互补配对，同源的 DNA-DNA 双链或 DNA-RNA 链在一定条件下能结合成双链，用放射性或非放射性物质标记的 DNA 或 RNA 分子作为探针，可探测到细胞基因组中的同源部分。19770-1978 年首次将分子杂交法应用于基因定位，即用 α 及 β 珠蛋白基因的 cDNA 为探针，与各种不同的人 / 鼠杂种细胞进行杂交，再对 DNA 杂交情况进行分析，找出 cDNA 探针与人染色 DNA 顺序间的同源互补关系，从而将人 α 及 β 珠蛋白基因分别定位于第 16 号和第 11 号染色体上。

图 7 -2 用原位杂交法将胰岛素基因定位于 11p15

原位杂交的特点是杂交在显微镜载玻片上中期染色体标本上进行。所谓原位即指标本上 DNA 原位变性，在利用放射性或非放射性标记的已知核酸探针杂交后，通过放射自显影或非放射性检测体系来检测染色体上特异 DNA 或 RNA 顺序，可用放射性颗粒在某条染色体的区带出现的最高频率或荧光的强弱来确定探针的位置，从而进行准确的基因定位。图 7 - 2 表明用此法将胰岛素基因定位于 11p15。但原位杂交必须在已知探针的情况下方可进行，而在未知致病基因时，则无法进行基因定位。

放射性同位素标记核酸探针与染色体显带结合进行原位杂交仍有不少缺点和局限性。例如需要使用放射性同位素的特殊实验室，自显影曝光时间长，同位素标记的探针不易保存，放射污染不利健康，特别是高质量的中期染色体标本在细胞培养基础上难以得到，观察费时，对间期核的研究难以进行等。

荧光原位杂交（florescencein-situ hybridization,FISH）是一种非放射性原位杂交方法。用特殊荧光素标记核酸（DNA）探针，可在染色体、细胞和组织切片标本上进行 DNA 杂交，对检测细胞内 DNA 或 RNA 的特定序列存在与否最为有效。探针不是放射性的而是将荧光染料与抗体蛋白结合进行检测。它们具有高度亲和力，有与放射性探针相同或更高的分辩率。现已可用不同的荧光染料同时进行多重原位杂交，显示出不同的荧光色泽。这种多色 FISH 技术近年来发展迅速，已成为基因定位作图和医学诊断的重要手段。1992 年运用这种策略已能在中期染色体和间期细胞同时检测 7 个探针。科学家们的目标是实现 24 种不同颜色来观察 22 条常染色体和 X、Y 染色体。荧光原位杂交法提高了杂交分辩率，可达 100-200kb。此法降低应用于基因定位外，还有多种用途，它已日益发展成为代替常规细胞遗传学的检测和诊断方法，在此不多论述。

4．连锁分析基因 定位的连锁分析是根据基因在染色体上呈直线排列，不同基因相互连锁成连锁群的原理，即应用被定位的基因与同一染色体上另一基因或遗传标记相连锁的特点进行定位。生殖细胞在减数分裂时发生交换，一对同源染色体上存在着两个相邻的基因座位，距离较远，发生交换的机会较多，则出现基因重组；若两者较近，重组机会较少。重组 DNA 和分子克隆技术的出现，发现了许多遗传标记——多态位点，利用某个拟定位的基因是否与某个遗传存在连锁关系，以及连锁的紧密程度就能将该基因定位到染色体的一定部位，使经典连锁方法获得新的广阔用途，成为人类基因定位的重要手段。

染色体上两个位点从亲代传给子代时，若相距 1cM，就有 1% 的重组机会。整个人类基因组含 3.2×109bp，相应约有 3300cM，每个染色体平均约有 150cM，1cM 约为 1000kb。因此，一个致病基因和标记位点紧密连锁，二者不须在同一条染色体的同一区段，一条染色体可以产生大量的 DNA 多态，只要提供足够的家系，按孟德尔方式遗传的疾病都可将其基因定位。

图 7-3 表示某一致病基因与一多态位点的关系。父（Ⅰ1）是显性遗传病患者，基因型为 DN，他妻子（Ⅰ2）正常，基因型为 NN，多态标记位点父为 Aa, 母为 AA，在子代中，除Ⅱ4 外，都是致病基因与多态标记位点的完全连锁，即都遗传了父亲的 A 基因和 D 基因，或是 a 基因和正常 N 基因。据此信息，就可确证父亲的致病基因是多态标记 A 基因连锁在同一染色体上，而Ⅱ4 则是重组体，而具有标记基因 A 的个体并不都是患者，Ⅰ2 就是这样，所以，在连锁分析中，多态标记是极为有用的。

图 7 -3 致病基因与标记位点的边锁关系图

在人类基因组中还存在约 50000-100000 个串联重复序列家族，它们均匀穿插于基因组，平均 50kb 有一个，这些都是很好地遗传标记对突变的检测和基因定位研究起了重要作用。正如本章开始提到，至 1993 年 10 月已经发现多态标记总数为 5964 个，从分子水平进行基因定位，还有不少有效的新技术，它们相互配合使用，使基因定位得到迅速发展。此外，利用染色体自身结构及染色体畸变法进行缺失作图和基因剂量法等。总之，人们已不只是用单一技术进行基因定位，而是将细胞、染色体和分子水平技术结合起来，综合分析，互相印证，以达快速、准确的目的。

第二节 基因定位的应用

基因定位和基因图对遗传学、医学和人类及生物进化的研究都有十分重要的意义。它可提供遗传病和其他疾病的诊断的遗传信息，可以指导对这些疾病的致病基因的克隆和对病症病因的分析与认识，这些又取决于遗传图和物理图的相互依赖关系。通过多态位点标记进行连锁分析获得物理图的位置有助于遗传作图，同时通过连锁分析（部分有减数分裂的交换）又能指导物理作图，使基因定位更为精细。

1．连锁分析检测基因突变指导遗传病的诊断 通过遗传连锁图可以在缺少任何生化或分子性质信息情况下对遗传病进行诊断。例如应用 RFLP 进行的临床诊断（详第十三章）。应当指出，由于多种遗传标记的定位，使 RFLP 的应用更加广泛。遗传图对疾病诊断的价值最明显的是当某一基因已被定位于某染色体，但尚未被克隆时，就可依赖于运用一个或多个遗传标记进行连锁分析，利用它和该基因的重组关系进行基因诊断。

2．连锁分析进行致病基因的鉴别与定位 前段说明已知疾病基因与遗传标记相关进行连锁分析以诊断疾病，然而要认识这种关系就需要：①有足够数量家系来确定这种连锁；②有适当可提供信息 DNA 标记。后者较易，前者则难，尤其是稀少的疾病，患者在年幼时死亡。这时采取两种方法，一是少数的大家系，并从此家系成员中获得 DNA 信息，其优点是所有患者都是一个遗传病，并由单一基因突变引起；二是收集大量的小家系。前者如慢性进行性舞蹈病，后者如囊性纤维化（CF）。实际上，人们希望能发现连锁需在大约 20cM 距离或以下，再大的距离一般就难于发现连锁关系，特别是分子遗传学的新进展推出的反向遗传学――位置克隆的策略，更加速了疾病基因的鉴定与定位。

3．促进对癌基因和瘤抑制基因的定位与克隆，从慢性粒细胞白血病的 Ph 染色体的发现，了解到是染色体 9 和 22 的易位，以及 Burkitt 淋巴瘤染色体 t(8：14)。1982 年证实 c -myc 癌基因定位于 8q24，并对其基因分子的结构有了深入认识。现今已知有 100 多种癌基因和约 10 种肿瘤抑制基因。而且肿瘤细胞遗传学异常的报道日益增多，到 1993 年 10 月，与染色体畸变相关的肿瘤总数达 239 种，其中结构畸变有 188，数目畸变为 51 种。这些资料就充分说明基因定位和克隆对肿瘤的鉴别定位及其深入研究有着密切关系。当然，基因定位与基因图的发展，也推动了许多常见复杂病的遗传因素的研究。

4．位置克隆与基因定位 基因定位的重要应用之一是据此进行基因克隆（gene cloning）。致病基因克隆有两种基本策略：一是功能克隆，二是位置克隆。

（1）功能克隆（funetional cloning）：是利用疾病已知的遗传损伤而引起的生化功能如蛋白质基酸缺陷的信息，进行基因定位，进而克隆该致病基因。以进行的基因克隆大都是预先测知疾病基因的编码蛋白质，利用其 mRNA 反转录成 cDNA，再用 cDNA 作探针，从人基因组中“约”出基因本身。然而，绝大多数遗传病的基因产物不明，就无法用功能克隆策略进行基因克隆。

（2）位置克隆（positional cloning）：是先进行基因定位作图，然后找一来自该区的基因并进行克隆，在此之后才能明确该基因的功能。早先称之为逆向遗传学（reverse genetics），但究其基因鉴定到基因定位制图的全过程并非都是“逆向”的，而具遗传学的传统模式，故现多称其为位置克隆。

据 HGM93 国际会议的资料，至 1993 年，运用位置克隆策略克隆的人类疾病基因共有 26 个，其中 1993 年就有 11 个，如慢性进行性舞蹈病（HD）基因，肝豆状核变性（Wilson 病，WND）基因等。位置克隆的操作过程如图 7-4 所示。

遗传病致病基因运用位置克隆的成功例子很多，典型之一是假肥大型肌营养不良（DMD）基因的克隆。学者们利用受累女性 X 染色体与常染色体 21 的易位，以及男患儿发生小的 Xp21.2 缺失并伴发 3 种其它 X 连锁隐性遗传病，再运用 RFLP 连锁分析将 DMD 基因定位于 Xp21。Ray 等利用了 X 与 21 号染色体基因易位，于 1986 年克隆了该基因的一部分，即 XJ 系列探针。Kunkel 等于同年利用男患儿（B.B）的 DNA，通过灵敏的技术提纯得自有 Xp21.2 缺失的片段，即后来称为 pERT87 系列的探针。虽然细胞遗传学检查未见此缺失，但患者的 DNA 中确有

图 7-4 位置克隆操作过程图解

图 7-5 pERT87 系列探针对 7 个 DMD 患儿的 Sorthern 印迹分析

图中患儿 1、7 无缺失，2-6 出现缺失，所有患儿均未见细胞遗传学的缺失

pERT87 的缺失，这说明该片段可能是 DMD 基因的一部分。图 7-5 表示用 DNA 印迹杂交法，观察到 pERT87 区附加的缺失片段（87-1、87-2、87-18 等），而且缺失片段不断向此克隆区两侧扩大，表明 DMD 可能是一个很大的基因。

为证明该区的 DNA 片段是否含有 DMD 基因的外显子，又用 Northern 印迹法检测一个 16kb 的特异肌肉转录物，接着克隆出它的 cDNA，最后证明 DMD 基因的确很大，约为 2300kb，占 X 染色体的 1%以上，该基因编码肌营养不良蛋白(dystrophin)，并测出它的氨基酸顺序，该蛋白影响纹肌和心肌的结构和收缩功能。

关于基因定位，近年又兴起一种候选基因方法（candidate gene approach）。此法无需经过基因图和物理图的过程，而根据某种遗传病和特定基因分别定位于染色体的同一区域，而后再发现并鉴定其基因突变，则可研究此致病基因。自 1992-1993 年用此法克隆基因已有十几个，如 SOD1（肌萎缩性侧索硬化症）、RET（多发性内分泌促瘤 2A 型）基因等。

第三节 人类基因组计划

基因定位取得了巨大成就，新的分子生物学技术不断发展与完善，使许多学者认为已到了对人类基因组全部 30 亿 bp，5-10 万个基因进行整体制图和测序的时候，以达到人类基因组完善而系统认识的目的。1985 年美国学者提出了人类基因组项目（human genome project），引起学术界巨大反响和热烈争论，经两次会议研究后，1988 年美国国会批准，由国立卫生院（NIH）和能源署（DOE）负责执行，此后成立了国际性组织――HUGO（human genome organization），组织了国际性的合作研究。这是一项耗资数十亿美元，全球性的大科学项目，预计 2005 年可完成基因组顺序分析，这将对生命科学的发展作出巨大的理论和实用价值的贡献。

1990 年美国又建立了国家研究中心和国内若干大的中心。1992 年法国研究组构建了 1-1Mb YAC 文库，生产了大量的遗传标记，首先绘制出 21 号染色体长臂的重叠 YAC 克隆，引起了科学界的轰动。HUGO 先后于 1988-1993 年每年召开一次人类基因组的国际会议。1992 年在巴西还召开了第一次南北人类基因组会议，使发展中国家也参与了这项研究，并提出“人类遗传多样性项目（human genetic diversity project），得到与会各国支持。我国与于 1993 年正式组织人类基因组研究，标志我国也正式参与了这基世界性宏伟科学研究工程。

人类基因组项目主要目标与程序：①研究人类遗传的基础结构；②确立人类生物学的 DNA 顺序；③进行基因的生化分析，也就是要进行人类基因定位。全部核苷酸顺序的分析，有助于了解结构，认识功能，亦即人类能够“读出”并“读懂”人类基因组的全部 ATGC 语言，从遗传学来认识人类正常功能和病理变化，也是从分子水平来认识人类自身的结构与功能特征。

人类基因组全顺序分析分两大步骤：即制图（mapping）和测序（sequencing），同时发展人类和模型生物基因定位和测序的新技术。全过程又可分为 4 个阶段（phases）如图 7-6 所示：①构建 1cM 的遗传图；②构建物理图；③建立重叠克隆系（cntig）；④；完成核苷酸顺序测定。当然这 4 个阶段是相互交叉进行的。由于新技术的不断涌现，现今定位的基因与日俱增，许多 DNA 多态遗传标记的运用，已可制作相邻标记平均距离为 5cM 的基因或 DNA 片段，其中有的已达 1-2cM。1995 年可制出 1 -5cM 的遗传图。物理图的制作在用 FISH 技术和 YAC 库后，已可制出多色细胞遗传图谱，分辩率可达 100-200kb。全自动化测序仪不断更新，极大提高了测序的准确性和效率。

图 7-6 人类基因组研究阶段示意图

A.1cM 的基因图构建；B。物理图构建；

C．建立重叠序列测定；D 核苷酸序列测定

人类基因组项目的研究重要内容包括致病基因的鉴定、克隆与分析（图 7-7）。这不仅局限于孟德尔式的单基因遗传病，还包括人类肿瘤和众多常见复杂病等。研究的成果不仅使人们从分子水平阐明各种疾病发生的机理，同时也认识正常生物学结构和功能，其最终成果必将是巨大的，甚至尚难以预料所产生的深远影响，但至少可以看出，它将促进从整体到细胞水平全面深入发展为分子医学，并揭示人类自身的奥秘，用遗传学语言来阐明生命的本质和各种生命现象。

图 7-7 7 号染色体的基因图示

7 号染色体上已定位的遗传病，不包括已定位的 DNA 片段及其他未导致遗传病的基因

第八章 药物遗传学

药物遗传学（pharmacogenetics）是生化遗传学的一个分支学科，它研究遗传因素对药物代谢动力学的影响，尤其是在发生异常药物反应中的作用。

临床医生在使用某些药物时，必须遵循因人而异的用药原则。因为在群体中，不同个体对某一药物可能产生不同的反应，甚至可能出现严重的不良副作用，这种现象称为个体对药物的特应性（idiosyncracy）。特应性产生的原因相当部分取决于个体的遗传背景。

众所周知，药物在体内要经过吸收、分布、代谢和排泄，才能完成药物发挥药效的过程。在此过程中，许多环节都与酶和受体的作用密切相关。倘若决定这些酶或受体蛋白的基因出现变异或缺陷，必将导致药物代谢发生异常反应。因此，有必要深入了解遗传变异对药物反应的影响及其分子基础，并据此预测对药物异常反应的个体，从而进行有效的防治。对药物遗传学的研究，已揭示了许多药物异常反应的遗传基础和生化本质，这对于指导临床医生正确掌握用药的个体化原则，防止各种与遗传有关的药物反应都具有指导价值。

第一节 药物反应的遗传基础

一、琥珀酰胆碱敏感性

琥珀酰胆碱 (succinylcholine,suxamethonium) 是一种肌肉松弛剂，早期作为外科麻醉剂使用，它不仅可使一般骨骼肌松弛，而且可使呼吸肌短暂麻痹（2-3 分钟），但有极少数人（1/2000）在用药后呼吸停止可持续一小时以上，如不行人工呼吸，往往导致死亡。但若立即输血，呼吸可很快恢复。后来知道，琥珀酰胆碱在血中可被血浆中假胆碱酯酶（pseudocholinesterase, 简称酯酶）水解而解毒，故作用短暂。琥珀酰胆碱敏感者，血浆酯酶活性缺乏或缺如，使琥珀酰胆碱作用时间延长，以致中毒。

现知琥珀酰胆碱敏感性是属常染色体隐性遗传，控制酯酶的基因为 E1 和 E2。已发现的变异型有 5 种：E1a、E1a、Ef1、E1s、E+ 2 及 E2cynthiana。其中仅纯合子 E1sE1s 酯酶活性最低（酶活性 0-5%），较常见的 E1aE1a 型酶活性也低 35%。

二、异烟肼慢灭活

异烟肼（isoniazid）是常用的抗结核药。在体内主要通过 N-乙酰基转移酶（N-acetyltransferase, 简称乙酰化酶）。将异烟肼转变为乙酰化异烟肼而灭活（图 8-1）。按对异烟肼灭活的快慢，人群中可分出两类：一类称为快灭活者（rapid inactivator），血中异烟肼半减期为 45-110 分钟；另一类称为慢灭活者（slow inactivator），半减期 2-4.5 小时。而慢灭活者是由于乙酰化酶的遗传缺乏故灭活较慢。此酶系由常染色体一对等位基因控制。快灭活者（RR）与慢灭活者（rr）均为纯合子，杂合子（Rr）则具有中等乙酰化速度，不同种族慢灭活者发生率不同：埃及人高达 83%，白种人 50%左右，黄种人 10%-30%，爱斯基摩人仅为 5%。由于异烟肼乙酰化 + 速度的个体差异对结核病疗效有一定影响。如每周服药 1-2 次则快灭活者疗效较差。但从毒性作用看，慢灭活者有 80%发生多发性神经炎（polyneuritis），而快灭活者仅 20%有此副作用。这是由于异烟肼在体内可与维生素 B6 反应，使后者失活，从而导致 B6 缺乏性神经损害，故一般服异烟肼需同时服用 B6 可消除此种副作用。此外，服用异烟肼后有个别人可发生肝炎，甚至肝坏死。发生肝损害者中 86%是快灭活者，其原因是，乙酰化异烟肼在肝中可水解为异烟酸和乙酰肼，后者对肝有毒性作用。

图 8 -1 异烟肼的灭活过程

通过 N-乙酰基转移酶进行乙酰化灭活的药物尚有磺胺二甲嘧啶、苯乙肼、普鲁卡因酰胺、甲基硫氧嘧啶、肼苯达嗪、氨苯砜等。对这些药物快慢灭活的临床意义仅有一些零星材料，尚需进一步探讨。

三、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase,G6PD）缺乏症是一种主要表现为溶血性贫血的遗传病，一般平时无症状，但在吃蚕豆或伯氨喹啉类药物后出现血红蛋白尿、黄疸、贫血等急性溶血反应。

众所周知，红细胞中糖代谢主要是通过无氧糖酵解进行，但也有 10%通过戊糖代谢旁路（图 8-2）。G6PD 活性正常是, 可以生成足量 NAKPH，从而保证了红细胞中 GSH 含量。GSH 通过下列反应可消除机体在氧化还原过程中（特别是气体性药物作用下）生成的 H2O2 的毒性作用。

不难看出，若 G6PD 缺乏，NADPH 生成不足，则红细胞 GSH 含量减少，H2O2 可迅速将 GSH 破坏，过多的 H2O2 氧化 Hbβ 链表面半胱氨酸的 SH 基。表面 SH 氧化后，Hb 的 4 条肽链接触面不稳定而散开，Hb 内部的 SH 也被氧化，导致 Hb 变性。变性的珠蛋白附着于红细胞膜上，在显微镜下可观察到，即变性珠蛋白小体(Heinz 小体)。此外，H2O2 还可氧化红细胞膜上的 SH 基，故这种红细胞易在血中破坏。最近研究表明，NADPH 的减少本身，也降低了红细胞对 H2O2 的抵抗作用。由于以上原因，红细胞变形性降低，不易通过脾（或肝）窦而遭阻留破坏，引起血管内和血管外溶血。

图 8 -2 红细胞的戊糖代谢旁路

基因突变所产生 G6PD 生化变异型已报告 400 种以上。中国人中已发现 30 多种。根据临床表现可分为二类：①酶活性严重缺乏（酶活性测不出）伴有非代偿性慢性溶血（属非球形溶血性贫血）；②酶活性严重缺乏（活性<10%）或中度缺乏（10%-60%），仅在有诱因作用后才溶血，我国多为后一类。也有酶活性轻度降低、正常（60%-150%）或升高（>150%）的变异型，一般无溶血现象。

图 8 -3 G6PD 缺乏症女性杂合子的外周血片示嵌合体，细箭头示正常红细胞；粗箭头示 G6PD 缺乏红细胞

G6PD 基因定位于 Xq28，由 13 个外显子组成，全长 18kb，编码 515 个氨基酸。G6PD 缺乏症呈 X 连锁不完全显性遗传，男性半合子呈显著缺乏，女性杂合子酶活性变异范围大，可接近正常亦可显著缺乏。根据 Lyon 假说，女性杂合子实际上应是含有 G6PD 缺乏红细胞和正常红细胞的嵌合体，这已从形态学上证实（图 8-3），两种细胞系的细胞嵌合数量不同直接影响女性（G6PD）缺乏杂合子的酶活性水平，故在临床上具有不同的表现度。

由于生化变异型已报告太多，靠酸蛋白的生化学特点（如电泳速率，热稳定性等）来区分出新的变异型已很困难。自 1986 年克隆了此基因，特别是 1991 年发表了此基因的 DNA 全顺序后，就已从 DNA 水平鉴定 G6PD 基因的突变类型。目前已知，G6PD 基因的主要突变形式是点突变。国际上报告了 50 多种点突变和 1 种 1 个密码子缺失的缺失型突变，其中中国人已报告 11 种点突变（表 8-1）。不同生化变异型可以具有相同的点突变；也有不同点突变具有同一生化异型。有的突变只产生多态性而与酶活性降低无关。

表 8-1 中国 G6PD 缺乏者中的 11 种点突变

注：Ch3 的内含子Ⅺ93 位有 C→T 突变。Ch3 突变为为一种同义突变，具有多态特点

G6PD 缺乏症呈世界性分布，但比较集中于亚热带地区。据估计全球 G6PD 缺乏症患者达 2 亿人。我国主要分布于黄河流域以南各省，尤以广东、广西、海南、贵州、云南、四川发生率高，约 4%-20%。

G6PD 缺乏症是某些常见药物性溶血的遗传基础。已知能引起 G6PD 缺乏者溶血的药物和化学制剂有数十种之多，有不少是常用药物（图 8-2）。故 G6PD 缺乏症患者因治疗必须使用表 8-2 中某些药物时，应在医生严密监护下使用。G6PD 缺乏症尚是蚕豆病、新生儿黄疸、某些感染性溶血（如病毒性肝炎、流感、大叶性肺炎、伤寒、腮腺炎等）发生的遗传背景，其中新生儿黄疸引起核黄疸可导致患儿智力低下，甚至死亡。

表 8-2 G6PD 缺乏者应禁用或慎用的药和、化学制剂及食物

四、血卟啉症

药物反应也可以在遗传病的基础上发生。血卟啉症（porphyrias）的急性发作就是一个典型的例证。血卟啉症是一组涉及血红素合成有关酶遗传性缺陷的疾病，除其中有些类型表现为对光敏感皮肤出现红斑、水疱、溃疡、感染等症状外，其余常见类型主要表现为急性腹痛、便秘、呕吐、周围神经运动障碍（如肌无力、麻痹）以及精神症状（幻觉、精神错乱、焦虑等），尿中和粪中卟啉及卟啉前体物质增多。不同酶缺乏是形成各种类型的遗传基础。病人的缓解期可无症状，仅有尿和粪中卟啉类物质排泄增多。但多种药物，可诱导急性发作，如巴比妥、利眠宁、眠尔通、磺胺类药、苯妥英钠、灰黄霉素、雌激素等。药物诱发本病发作的机理未明。有人认为，这些药物可以加速 δ 氨基 γ 酮戊酸（ALA）合成酶的合成。ALA 增多因而生成的胆色素原（尿和粪卟啉前体物）也增多。预防本病发作的有效方法就是避免使用上述药物及其他诱发因素（如饮酒、日晒等）。

其他具有遗传基础的药物反应及其表现列于 8-3。

表 8-3 其他具有遗传基础的药物反应

第二节 毒物反应的遗传基础

有时，药物和毒物并没有严格的界限，药物过量可引起中毒，少量毒物有时也可作为药物使用，特别是环境中某些诱变剂、致癌剂或致畸剂在群体中引起不同的个体反应，某些个体对这些有害因子表现易感倾向。实际上环境中各种有害因子在人体内的代谢途径也可能受特定基因型的制约，药物遗传学的某些原则，也可应用于研究毒物对不同基因型的中毒效应。生态遗传学（ecogenetics）是研究群体中不同的基因型对各种环境因子的特殊反应形式，因此，毒物和药物遗传学都可归入生态遗传学的研究范围。现举 2 例说明毒物中毒个体差异的机理。

一、酒精中毒

人们早已观察到，人类对酒精耐受性有种族的和个体的差异。酒精敏感者，当摄入 0.3-.05ml/kg 体重乙醇时，即可表现面赤、皮湿升高、脉率加快等酒精中毒症状，而酒精耐受者则否。黄种人中 80%为敏感者，白种人中仅 5%敏感者。

现知，酒精在体内的代谢过程主要由肝中的乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase,ADH）和乙醛脱氢酶（aldehydedehydrogenase,ALDH）所制约，如下式：

C2H5OH+NAD+[]CH3CHO+NADH+H+

CH3CHO+NAK+H2O[]CH3CHO+NADH+H+

在第一个反应生成的乙醛可刺激肾上腺素、去甲肾上腺素等物质的分泌，引起面红耳赤、心率快、皮温高等症状。

ADH 是二聚体，由 3 种亚单位 α、β、γ 组成，α、β、γ 分别由 ADH1、ADH2、ADH3 基因编码。成人主要是 β 链二聚体。ADH2 具有多态性，大多数白种人为 ADH21，由 β1β1 组成；而 90%黄种人为 ADH22 由 β1 的变异肽链 β2（47 位半胱氨酸→组氨酸）组成（β2β2）。β2β2 的酶活性约为 β1β1 的 100 倍，故大多数白种人在饮洒后产生乙醛较慢，而黄种人积蓄乙醛速度较快。

ALDH 亦有 2 种同工酶：ALDH1 和 ALDH2。黄种人中有 3 种表型：①普通型，ALDH1 与 ALDH2 均有；②常见的“非经典型”，仅有 ALDH1 无 ALDH2 占 50%；③罕见“非经典型”，仅有 ALDH2 无 ALDH1，只在个别日本人中发现。几乎所有的白种人都为普通型。ALDH2 活性较 ALDH1 活性高。

具有 ADH2 及 ALDH1 者对酒精最敏感；具有 ADH1 及 ALDH1 者次之；具有 ADH2 及 ALDH2 者最不敏感，这是黄种人较白种人易产生酒精中毒的原因。

综上所述，黄种人较白种人易产生酒精中毒的原因是遗传因素决定的。大多数黄种人在饮酒后产生乙醛速度快，而氧化为乙酸的速度慢，故易产生乙醛蓄积中毒。

二、吸烟与慢性阻塞性肺疾患

慢性支气管炎（chronicbronchitis）合并肺气肿（emphysema）或支气管哮喘（bronchial asthma）统称为慢性阻塞性肺疾患（chronicobstructive pulmonary disease,COPD）。这类疾病以肺泡破坏、融合、呼吸面减少导致缺氧甚至肺心病为特征。大量调查表明，COPD 的发生与吸烟有关。这是由于吸烟刺激巨噬细胞和中性粒细胞释放弹性蛋白酶，从而分解肺弹性蛋白之故，但远非吸烟者都患 COPD。现在知道，COPD 的产生也有一定的遗传基础。

正常人机体内存在一组能抑制蛋白酶活性的多肽和蛋白质，称为蛋白抑制物（proteinase inhibitors），广泛分布于各种组织，以内分泌腺和血浆中含量最高。α1 抗胰酶（α1-antirtypsin,α1AT）是血清中主要的蛋白酶抑制因子，它能抑制多种蛋白酶（包括弹性蛋白酶）活性。

α1AT 基因位于染色体 14q32.1，全长 10226bp，含有5个外显子，编码 394 个氨基酸。α1AT 是一种急性反应蛋白，主要功能为保护组织免受蛋白酶的分解。正常 α1AT 的反应中心处于暴露位置，当与蛋白酶作用时，第 358 位甲硫氨酸（反应中心）与 359 位丝氨酸之间的肽链发生断裂，环状结构被破坏，与蛋白酶形成一稳定的复合物，从而使其失去活性。

血清电泳表明，α1AT 存在遗传多态性，至少有 33 种变异型。每种变异型对蛋白酶抑制活性都不相同（图 8-4）。Pim 是世界上各种人群里最常见的等位基因，基因频率均介于 0.866-0.996；而 PiS 为 0.11-0.12；Pizz 最低，仅为 0.01-0.002。SS 型为 MM 型羧基端第 131 位谷氨酸被缬氨酸所取代（T→A）；ZZ 型为羧基端第 53 位谷氨酸被氨酸所取代（C→T）。调查表明，COPD 患者中 ZZ 型频率较正常人中的 ZZ 型频率高 43 倍。ZZ 型者由于缺乏 α1AT 活性，吸烟诱导产生的弹性蛋白不能受到有效的抑制，从而“消化”肺, 泡导致 COPD 产生。

图 8-4 常见 α1AT 变异型电泳图谱及其活性

此外，还已证明 ZZ 型者易患新生儿肝炎、不明原因的肝硬化及慢性活动性肝炎。例如新生儿肝炎中 20%为 ZZ 型婴儿，原因不明。

三、吸烟与肺癌

众所周知，吸烟者易患肺癌，但远非所有嗜烟者均患肺癌，有证据表明，吸烟者是否患肺癌与个体的遗传基础可能有关。

烟叶中含有致癌的多环苯蒽化合物，但致癌癌性较弱, 进入机体后通过细胞微粒体中芳烃羟化酶（aryl hydrocarbonhydroxylase, AHH）的作用可转变为具有较高致癌活性的致癌环氧化物。此外，苯蒽化合物还有诱导 AHH 活性作用。其诱导作用的高低因人而异，受遗传因素决定。人群中可区分为高诱导组，中等诱导组和低诱导组。据调查：如果以低诱导组发生肺癌的易感性为 1，中诱导组为 16 倍，高诱导组则高达 36 倍。

第九章 肿瘤与遗传

在人们生活的环境中存着不少物理的、化学的和生物的致癌因子，它们在一定条件下可以诱发肿瘤。例如，各种电离辐射和紫外线照射可以引起白血病和皮肤癌；多环芳烃化合物如 3，4-苯并芘可以引起肺癌，黄曲霉素可以诱发肝癌；亚硝受可以引起各种消化道肿瘤；在生物因子中，已经证明某些病毒可以引起动物肿瘤，并与一些人类肿瘤如鼻咽癌、白血病密切有关。这些因子是通过引起基因异常而致瘤的。

但是尽管人们都接触各种致癌因子，却远非人人都发生肿瘤，这表明还存在个体的易感性，而易感性在很大程度是遗传物质的结构或功能才能使正常细胞转变为癌细胞，但对不同肿瘤，环境因素只有改变遗传因素作用的大小各异。

近年来肿瘤的分子遗传学研究表明，一些与细胞的生长和分化有关的基因在癌变过程中起关键作用，这些基因称为癌基因和肿瘤抑制基因，它们的结构或功能异常使细胞得以无控制生长，并最终导致肿瘤发生。

因此，有人认为，肿瘤是一种遗传病，可称为体细胞遗传病，因在其发生发中基因及基因异常起着重要作用。已知一些肿瘤是按照孟德尔方式遗传的，而在另一些肿瘤中遗传的“易感基因”和环境因素共同发挥作用；还有一些肿瘤是由于特定基因发生体细胞突变引起的，这种突变虽然不是遗传得来的，但却发生在遗传物质。

道德列举一些事实说明肿瘤发生中的遗传因素，然后再介绍瘤细胞的染色体和基因异常以及肿瘤发生的遗传机理。

第一节 肿瘤发生中的遗传因素

一、肿瘤的家族聚集现象

1．癌家族 癌家族（cancerfamily）是指一个家系中恶性肿瘤的发病率高（约 20%），发病年龄较早，通常按常染色体显性方式遗传，以及某些肿瘤（如腺癌）发病率很高等。Lynch 将上述特点归纳为“癌家族综合征”。曾经报告过一个癌家族（G 家族，图 9-1），经地 70 多年（1895 年开始）间的五次调查，有些支系已传至第七代，在 842 名后裔中共发现 95 名癌患者，其中患结肠腺癌（48 人）和子宫内膜腺癌（18 人）者占多数。这 95 人中有 13 人肿瘤为多发性，19 人癌发生于 40 岁之前；95 名患者中 72 人有双亲之一患癌，男性与女性各 47 和 48 人，接近 1：1，符合常染色体显性遗传。

图 9 -1 癌家族 G 部分系谱图

2．家族性癌 家族性癌（familialcarcinoma）是指一个家族内多个成员患同一类型的肿瘤，例如，12%-25%的结肠癌患者有肠癌家族史。许多常见肿瘤（如乳腺癌、肠癌、胃癌等）通常是散发的，但一部分患者有明显的家族史。此外，患者的一级亲属中发病率通常高于一般人群 3-4 倍。这类癌的遗传方式虽然还不很清楚，但表明一些肿瘤家族聚集现象，或家族成员对这些肿瘤的易感性增高。

再者，在对 77 对患白血病的双生子调查中发现，同卵双生者发病一致率非常高；在另一调查中，20 对同卵双生子均患同一部位的同样肿瘤。这些都说明遗传因素在肿瘤发病中的作用。

二、肿瘤发病率的种族差异

某些肿瘤的发病率在不同种族中有显着差异。如在新加破的中国人、马来人和印度人鼻咽癌发病率的比例为 13.3:3:0.4. 移居到美国的华人鼻咽癌的发病率也比美国白人高 34 倍。其它一些肿瘤类似情况。如黑人很少患 Ewing 骨瘤、睾丸癌、皮肤癌；日本妇女患乳腺癌比白人少，但松果体瘤却比其它民族多 10 余倍。种族差异主要是遗传差异，这也证明肿瘤发病中遗传因素起着重要作用。

三、遗传性肿瘤

一些肿瘤是按孟德尔方式遗传的，亦即由单个基因的异常决定的。它们通常以常染色体显性方式遗传，并有不同程度的恶变倾向，故也称为遗传性癌前改变。现举例如下。

1．家族性结肠息肉 家族性结肠息肉（familialpolyposis coli,FPC）又称为家族性腺瘤样息肉症，在人群中的发病率为 1：100000。表现为青少年时结肠和直肠已有多发性息肉，其中一些早晚将恶变。90%未经治疗的患者将死于结肠癌。FPC 的基因现定位于 5q21.

2.Ⅰ型神经纤维瘤Ⅰ型神经纤维瘤（neurofibromatosis，NF1）患者沿躯干的外周神经有多发的神经纤维瘤，皮肤上则可见多个浅棕色的“牛奶咖啡斑”，腋窝有广泛的雀斑，在少数患者肿瘤还有恶变倾向。现知与 NF1 发生密切有关的是一个肿瘤抑制基因，称为 NF1 基因，它定位于 17q11.2, 并已分离克隆。

此外，基底细胞痣综合征（basalcell nevus syndrome）、恶性黑素瘤（malignant melanoma)等属于遗传性肿瘤。

还有一些肿瘤既有遗传的，也有散发的。前者临床上按常染色体显性方式遗传，属遗传型，常为双侧性或多发性，发病早于散发型病例。这些肿瘤大多来源于神经或胚胎组织，虽然比较罕见，但在肿瘤病因研究中具有重要意义，故择要介绍如下。

1．视网膜母细胞瘤 视网膜母细胞瘤（retinoblastoma），为眼球视网膜的恶性肿瘤，多见于幼儿，大部分患者（70%）2 岁前就诊，发病率为 1：15000-28000。肿瘤的恶性程度很高，可随血循环转移，也能直接侵入颅内（图 9-2）。

视网膜母细胞瘤可分为遗传型和散发型。大约 40% 的病例属遗传型，即由于父母患病或携带有突变基因，或父母的生殖细胞发生突变，在患儿出生时全身细胞已有一次视网膜母细胞瘤基因（Rb1）的突变。另约 60%则是患者本人 Rb1 基因两次体细胞突变的结果，属非遗传型。遗传型患者常为双侧或多发肿瘤，平均发病年龄也较散发型者为早（15 个月：30 个月）。双侧性患者中还有少数患者可见一条 13 号染色体异常，主要是其长臂 1 区 4 带的缺失。13 号长臂的这一区带正是视网膜母细胞瘤基因所在之处。

图 9-2 双侧视网膜母细胞瘤右眼已萎缩

2．神经母细胞瘤 神经母细胞瘤（neuroblastoma）也是一种常见于儿童的恶性胚胎瘤，起源于神经嵴，活婴中的发病率为 1：10000。神经母细胞瘤为常染色体显性遗传性肿瘤。有的神经母细胞瘤还合并有来源于神经嵴的其他肿瘤，如多发性神经纤维瘤、节神经瘤、嗜铬细胞瘤等。

3.Wilms 瘤 Wilms 瘤即肾母细胞瘤(nephr oblastoma)，是一种婴幼儿肾的恶性胚胎性肿瘤，约占全部肾肿瘤 6%，活婴中的发病率约为 1：10000，3/4 的肿瘤均在 4 岁以前发病。也可分为遗传型（38%）和非遗传型（62%），前者双侧性肿瘤较多，发病年龄较早，呈常染色体显性遗传，有明显的家族聚集现象。患者可伴有无虹膜症、半侧肥大、假两性畸形以及智力低下等。

一些易患 Wilms 瘤的无虹膜症患者有 11 号染色体短臂 1 区 (11p13) 缺失，而在 Wilms 瘤细胞中也曾发现 11p13 的缺失。现在认为 11p13 和 11p15 上有 2 个与肿瘤有关的基因，它们的异常都可能与 Wilms 瘤的发生有关。

四、染色体不稳定综合征

有一些隐性遗传病患者除易患肿瘤外，同时还有全身染色体容易断裂或对紫外线特别敏感的特点，这表明肿瘤与染色体不稳定之间有某种联系，这一类疾病称为染色体不稳定综合征，现择要介绍几种。

1.Fanconi 贫血 Fanconi 贫血(Fanconi’sanemia) 是一种儿童期的骨髓疾病，表现为全血细胞减少，故又称为先天性血细胞减少症(congentialpancytopenia)。患者有贫血、易疲乏、易出血和感染等症状，并常伴有先天畸形，尤其是大拇指或桡骨发育不良（或缺如），以及皮肤色素沉着等。患者的染色体自发断裂率明显增高，单体断裂、裂隙等染色单体畸变很多，双着丝粒体、断片、核内复制也很常见（图 9-3）。约 10%患者转变为白血病（主要是粒单型），且死于白血病者比正常人群高约 20 倍。

2．Bloom 综合征 Bloom 综合征(Bloom’s syndrome) 多见于东欧犹太人的后裔。患者身材矮小，对日光敏感，故面部常有微血管扩张性红斑。患者外周血培养细胞有各种类型的染色体畸变和单体畸变，包括许多对称的四射体，姐妹染色单体交换率也比正常人高 10 倍。本病患者易患肿瘤或白血病。

图 9-3 Fanconi 贫血的异常染色体

a 示单位断裂；b 示非同源染色体断裂后交换

3．毛细血管扩张性共济失调 毛细血管扩张性共济失调（ataxiatelangiectasia,AT）为一种多见于儿童期的染色体隐性遗传病。1 岁左右即可发病，表现为小脑性共济失调；6 岁后眼和面、颈部出现瘤样小血管扩张。由于常有免疫缺陷，患者常死于感染性疾病。AT 患者也有较多的染色体断裂。染色体畸变是非随机的，但常见有 14/14 易位或其它涉及 14 号染色体的改变。此外，B、D 及 G 组的染色体重排也比较常见。患者的细胞对 X 线也特别敏感，其 DNA 修复能力明显下降。AT 患者易患各种肿瘤，在 45 岁之前其患肿瘤的人数比正常人群增加 3 倍，主要是淋巴细胞白血病、淋巴瘤、网织细胞肉瘤等。人群中大约有 1%AT 的杂合子，他们占 45 岁以前死于肿瘤患者的 5%。

4．着色性干皮病 着色性干皮病（xerodermapigmentosum）患者皮肤对紫外线特别敏感，易出现多个的皮疹和色素沉着（图 9-4）。患者染色体自发断裂率虽然没有增高。但在紫外线照射后明显上升, 细胞也很容易死亡，存活下来的细胞由于 DNA 修复酶的缺陷而不能正常修复，常导致血管瘤、基底细胞癌等肿瘤发生。

图 9-4 着色性干皮病患者

五、肿瘤的遗传易感性

以上列举的许多事实都说明肿瘤发病中遗传因素的存在，因此肿瘤可以认为是基因染色体异常引起的疾病，其中一些遗传性肿瘤按照经典的孟德尔方式传递，但在更多情况下遗传的只是肿瘤的易感性，即易感基因，在个体易感染状态下如再发生体细胞突变，突变细胞就容易转化为肿瘤细胞。

个体的肿瘤遗传易感性是由特定的基因-染色体组合决定的。虽然对这些“易感基因（predisposing genes）”及其如何发挥作用了解得还不很清楚，但有一些事例表明它们可能通过生化的、免疫的和细胞分裂的机制促进肿瘤发生。

1．酶活性异常 酶活性的改变可以影响致癌化合物在体内的代谢和灭活，例如芳烃羟化酶（arylhydrocarbon hydroxylase,AHH）它能在体内活化许多致癌的多环芳烃，包括从吸烟获得的各种芳烃，从而促进癌的发生。这种酶的可诱导性在人群中呈多态性，并按常染色体显性遗传（参阅第八章）；另一方面酶的缺乏也可以导致对肿瘤的易感状态，例如着色性干皮病患者易患皮肤癌，这是由于 DNA 修复酶的缺陷导致细胞恶性变。

2．遗传性免疫缺陷 机休正常的免疫监视（immuunesurveillance）系统不仅能抵御外来抗原的侵入，同时也能识别成为“异已”的突变细胞并加以排斥，免疫缺陷能使突变细胞得以逃脱这种监视而发展成为肿瘤。许多免疫缺陷患者都有易患肿瘤的倾向，例如无丙球蛋白血症（Bruton 型）患者易患白血病和淋巴系统肿瘤等。

3．染色体病 先天愚型患者急性白血病的发病率比正常人群高 15-18 倍。这两种疾病可能有共同的发病机制，即细胞分裂机制的紊乱。此外，Klinefelter 综合征患者易患男性乳腺癌；一些两性畸形患者中（主要是表型女性而有 XY 核型者），由发育不全的性腺（睾丸的残留组织）也易发生精原细胞瘤和性母细胞瘤。

现今已知至少有 200 余种单基因决定的性状或疾病具有不同程度的易患肿瘤的倾向，这类疾病可称为遗传性癌前疾病。

第二节 肿瘤的染色体异常

很久以前已注意到，几乎所有肿瘤细胞都有染色体异常，且被认为是癌细胞的特征。自 1960 年在慢性粒细胞白血病（CML）患者发现了 Ph 染色体后，对肿瘤染色体异常的研究已发展为遗传学的一个分支，即肿瘤细胞遗传学。它的任务是阐明染色体畸变与肿瘤之间的关系，同时把获得的知识用于临床，如通过染色体检查来协助肿瘤的诊断、鉴别、预后和指导治疗。

一个肿瘤的瘤细胞染色体常有许多共同的异常，这可以用它们都来源于一个共同的突变细胞，即肿瘤发生单克隆学说来解释。但是癌细胞群体又受内外环境的影响而处于不变异之中，因此这些细胞的核型常常不完全相同，而且在同一肿瘤的发展过程中，核型也可以不演变。一些染色体畸变致死性的，而另一些畸变却能使细胞获得生长优势，因之肿瘤细胞群体经常处于选择和演变之中。肿瘤细胞群通过淘汰和生长优势，逐渐形成占主导地位的细胞群体，即干系（stem line）。干系的染色体数称为众数（modal number）。干系以外有时还有非主导细胞系，称为旁系（side line）。然而由于条件改变，旁系可以发展为干系。有的肿瘤没有明显的干系，有的则可以有两个或两个以上的干系。

1．肿瘤的染色体数目 异常正常人体细胞为二倍体细胞，肿瘤细胞多数为非整倍体。非整倍体有两种情况：①染色体虽然不是 46 但在 46 上下，比 46 多的称超二倍体（hyperdiploid），比 46 少的称亚二倍体（hypodiploid）。瘤细胞染色体的增多或减少并不是随机的。例如许多肿瘤比较常见到的是 8、9、12 和 21 号染色体的增多或 7、22、Y 染色体的减少。②染色体数成倍地增加（3 倍、4 倍）称为高异倍性，但通常不是完整的倍数，故称为高异倍性（hyperaneuploid）（图 9-5）。许多实体肿瘤染色体数或者在二倍体数上下，或在 3-4 倍数之间，而癌性胸腹水的染色体数变化更大。

肿瘤染色体异常的另一个特点是，即使在一个肿瘤中，各瘤细胞的染色体也不完全相同，甚至差别较大，但大多数肿瘤都可以见到 1、2 个干系，干系细胞的百分比并不固定。

图 9-5 一个癌细胞的染色体共 104 条，包括许多异常的染色体

2．肿瘤的染色体结构异常 在 56 种人数肿瘤中发现 3152 种染色体结构异常，包括易位、缺失、重复、环状染色体和双着丝粒染色体等。结构异常的染色体又称为标记染色体（marker chromosome）。标记染色体分为 2 种：一种是非特异性的，它只见于少数肿瘤细胞，对整个肿瘤来说不具有代表性；另一种是特异性的，它经常出现在某一类肿瘤，对该肿瘤具有代表性。特异标记染色体的存在支持肿瘤起源于一个突变细胞的设想，现将最重要的特异标记染色体介绍如下：

（1）Ph 染色体（费城 1 号染色体）：Nowell 及 Hungerford 于 1960 年发现慢性粒细胞性白血病（CML）血中有一个小于 G 组的染色体，由于首先在美国费城（Philadelphia）发现，故命名为 Ph 染色体。最初认为是 22 号染色体的长臂缺失所致，后经显带证明是 9 号和 22 号染色体长臂易位的结果。易位使 9 号染色体长臂（9q34）上的原癌基因 abl 和 22 号染色体 (22q11) 上的 bcr(break point cluster region)基因重新组合成融合基因。后者具有增高了的酪氨酸激酶活性，这是慢性粒细胞性白血病的发病原因。Ph 的重要临床意义在于：大约 95%的慢性粒细胞性白血病病例都是 Ph 阳性，因此它可以作为诊断的依据，也可以用以区别临床上相似，但 Ph 为阴性的其它血液病（如骨髓纤维化等）。有时 Ph 先于临床症状出现，故又可用于早期诊断。此外，已知 Ph 阴性的慢性粒细胞性白血病患者对治疗反应差，预后不佳。

（2）14q+ 染色体：在 90%的 Burkitt 淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤）病例中可以见到一个长臂增长的 14 号染色体 (14q+)。这是一条 8 号染色体长臂末端的一段(8q24) 易位到了 14 号长臂末端(14q32)，形成了 8q- 和 14q+ 两个异常染色体（图 9-7）。

图 9-6 Ph 染色体示 9；22 易位（9q34;22q11）;→fi 22q-;▲示 9 +(晏炬提供)

图 9-7 Burkitt 淋巴瘤的 14g+ 染色体 8q24;14q32 易位

除了上述两个高度特异性标记染色体外，其它尚有：脑膜瘤时的 22 号染色体长臂缺失（22q-）或整个 22 丢失（-22）；少数视网膜母细胞瘤患者的 13 号染色体长臂缺失（13q- 等（表 9-1）。另有一些标记染色体和染色体结构异常不是某一肿瘤所特有，例如巨大亚中着丝粒染色体、巨大近端着丝粒染色体、双微体、染色体粉碎等。

表 9-1 一些肿瘤常见的染色体异常

3．脆性部位 在人类染色体上还有一些易发生断裂的部位，称为可遗传的脆性部位（fragile sites）。其中一些与瘤细胞染色体异常的断裂点一致或相邻，另一些与已知癌基因的部位一致或相邻，它们与肿瘤的关系尚待阐明。

尽管人们很早就认识到染色体异常在肿瘤发生中可能起重要的作用，但只是在癌基因和肿瘤抑制基因发现后，其作用机制才逐渐明确。

第三节 肿瘤发病的遗传机理

一、体细胞突变

肿瘤可以看作是在个体遗传素质的基础上，尤其是在个体对肿瘤的遗传易感性基础上，致癌因子引起细胞遗传物质结构或功能异常的结果。这种异常大多数不是由生殖细胞遗传得来，而是在体细胞中新发生的基因突变所致。发生突变的癌前细胞在一些促癌因素的作用下发展为肿瘤。因此，有人认为，多数为肿瘤可看成是一种体细胞遗传病。

在自然界，基因突变是经常发生的，突变如果发生在与细胞增殖有关的基因，就可能导致细胞摆脱正常的生长控制，表现出恶性细胞的表型性状。

许多致癌物都是致突变物。它们大多数能引起 DNA 的损伤。这些损伤可以修复，也可以导致细胞死亡。如果 DNA 的修复不正常，细胞虽可继续存活，但却成了潜在的癌细胞，例如在着色性干皮病时，细胞由于缺乏 DNA 修复酶，因而在 DNA 被紫外线损伤后不能正常切除修复，结果导致皮肤癌发生。

肿瘤既然是体细胞突变的结果，则它就起源于单个突变细胞（单克隆）。许多肿瘤细胞群都具有相同的染色体畸变和同工酶，就是肿瘤发生的单克隆学说的证据。

两次突变说 一些细胞的恶性转化需要两次或两次以上的突变。第一次突变可能发生在生殖细胞或由父母遗传得来，为合子前突变, 也可能发生在体细胞；第二次突变则均发生在体细胞本身，这就是两次突变（击中）说。两次突变说对一些遗传性肿瘤，如视网膜母细胞瘤的发生作出了合理解释。遗传型的视网膜母细胞瘤发病很早，并多双侧性或多发性。这是因为患儿出生时全身所有细胞已有一次基因突变，只需要在出生后某个视网膜母细胞再发后一次突变（第二次突变）。就会转变成为肿瘤细胞，故较易表现为双侧性或多发性。非遗传型视网膜母细胞瘤的发生则需要同一个细胞在出生后积累两次突变，而且两次都发生在同座位，因而概率很小，因此发病较晚，不具有遗传性，并多为单侧性，但该座位如果已发生过一次突变，则较易发生第二次突变，这也是非遗传型肿瘤不是太少的原因。

一些学者认为，体细胞癌变并不一定有基因结构的改变，当基因以外的物质或因素如蛋白质、RNA、生物膜发生了改变，而这些改变也能使与生长、分休有关的基因异常关闭或启动，此时，细胞也能转化为癌细胞，这一观点称为基因外调节学说。近年来对遗传印记的研究表明，基因的修饰如甲基化也能影响肿瘤有关基因的表达，从而促进细胞的转化。

二、癌基因

与肿瘤发生相关的基因可分为两大类：一类称为癌基因（oncogenes）, 它们能促进细胞的生长和增殖；另一类称肿瘤抑制基因（tumor-suppresor gene）或抑癌基因，它们能调节细胞的生长和分化而抑制肿瘤的发生。这两类基因的作用正好相反。它们的异常，或增强细胞生长和增殖，或去除正常的生长抑制，结果都会导致肿瘤发生。

癌基因：在致瘤病毒、人体和动物肿瘤都发现了能导致细胞恶性转化的核酸片段，称之为癌基因。来自病毒的称为病毒癌基因（v-onc），来自细胞的称为细胞癌基因（c-onc）或原癌基因（proto-oncogene），它们具有转化的潜能，可被激活成为癌基因。后来发现从酵母菌到人类的正常细胞几乎都有与之类似的片段。这种进化上的高度保守性表明它们具有重要的生物学意义。

最早发现的病毒癌基因是鸡 Rous 肉瘤病毒的 v -src 基因，以后又发现了与之同源的、见于正常鸡细胞的细胞癌基因（c-src）。许多癌基因都以最先见于的病毒来命名，如见于猴肉瘤病毒（Simian sarcoma）的称为 sis 基因，见于鸟类髓细胞增多症病毒（Myelocytomatosis）的称为 myc 基因等。最早发现的人类癌基因是 H -ras 基因，它是通过用人膀胱癌细胞系提取的 DNA 片段转染小鼠细胞，引起后者恶性转化而证实。以后在其他许多肿瘤和白血病也证明了人癌基因的存在。

1．癌基因的功能和分类 已知的原癌基因已近 100 种，其中许多已定位不同的染色体区带。这些基因与细胞的生长、增殖等基本功能有关。它们或编码生长因子、生长因子受体和蛋白激酶而在生长信号的传递和细胞分裂中发挥作用；或者编码 DNA 结合蛋白而参与基因的表达或复制的调控（表 9-2）。因此，可以按原癌基因的产物将其分为若干类型。如以 src 为代表的酪氨酸激酶类，以 ras 为代表的 G 蛋白类，以 myc 为代表的核蛋白类，以 sis 为代表的生长因子类，以 reb 为代表的生长因子受体类等。原癌基因在个体发育或细胞分裂的一定阶段十分重要，但在成体或平时却不表达或表达受到严格的控制，当其发生突变或被异常激活时，产生的癌蛋白在性质或数量上异于正常，就可能导致细胞发生恶性转化。

表 9-2 一些重要的癌基因

2．癌基因的激活 癌基因可以通过多种方式被激活而过度表达。

（1）突变激活：体细胞内的原癌基因可以因点突变而成为癌基因，产生异常的基因产物；也可由于点突变使基因摆脱正常的调控而过度表达。因此，突变激活又称为激活的质变模式（qualitative model）。例如在膀胱癌细胞株由于癌基因 ras 的 12 位密码子 GGC 变为 GTC，使甘氨酸变为缬氨酸，结果导致细胞具有转化细胞的特征。现今已在膀胱癌、结肠癌等许多肿瘤发现了 ras 基因，后者编码一种膜蛋白，称为 p21 蛋白。

（2）易位激活：易位导致癌基因的重排或融合，产生异常的蛋白而使细胞转化。例如慢性粒细胞白血病 9；22 易位，形成了一种结构与功能异常的融合基因 bcr-abl。它编码的蛋白能促成细胞的恶性转化。

原癌基因通过易位插到强力的启动子附近也可导致激活。Burkitt 淋巴瘤的 t(8;14)即 c -myc 癌基因由 8 号染色体易位到 14 号染色体的免疫球蛋白重链基因附近，易位使 c -myc 置于免疫球蛋白 H 链基因的启动子控制下。免疫球蛋白基因是一个活跃的基因，为了抵抗进入体内的各种抗原，它不断编码各种抗体蛋白，其启动子特别活跃，因而易位的 c -myc 基因转录活性明显增高。增多的 myc 蛋白质使一些控制生长的基因活化，最终导致细胞恶变。

（3）癌基因扩增：原癌基因还可因某种原因自身扩增而过度表达。在肿瘤细胞尤其是胚胎神经组织肿瘤细胞中有时见到的双微体（double minutes）和染色体上的均染区（homogenouslystaining region）就是原癌基因 DNA 片段扩增的表现。例如，在肿瘤细胞中 c -myc 癌基因可扩增数百到数千倍。

三、肿瘤抑制基因

肿瘤抑制基因又称为抑癌基因或抗癌基因（anti-oncogenes）。它们的功能是抑制细胞的生长和促进细胞的分化。当两个等位都因突变或缺失而丧失功能，即处于纯合失活状态时，细胞就会因正常抑制的解除而恶性转化。视网膜母细胞瘤的 Rb 基因就是一个典型的例子。遗传型视网膜母细胞瘤患者出生时 Rb 基因的一个等位基因由于生殖细胞突变而丧失功能，出生后如视网膜母细胞中另一个等位基因发生了体细胞突变，这个细胞就会转化为肿瘤细胞。现今在不少的肿瘤均已证实了相应的抑制基因的存在、缺失及其在肿瘤发病中的作用（表 9-3）。这些肿瘤在临床上都呈染色体显性遗传方式，但从基因水平上看，它们都是隐性的，因两个等位基因均有突变才能使细胞恶性转化。

视网膜母细胞瘤（Rb）基因定位于 13 号染色体 1 区 4 带，全长约 200kb, 有 27 个外显子，编码 924 个氨基酸的核磷蛋白(Rb 蛋白)，分子量为 110kb，具有抑制肿瘤细胞增殖生长的作用。Rb 基因的缺失或功能丧失不仅见于视网膜母细胞瘤，而且还见于骨肉瘤、小细胞肺癌、乳腺癌等肿瘤中。

表 9-3 肿瘤抑制基因及其产物

如果抑癌基因的纯合型丢失是基因缺失的结果，可以通过比较正常组织与癌组织有关 DNA 片段的杂合性丢失（loss of heterozygosity,LOH）来证实。例如，正常组织的 DNA 等位片段与特定内切酶和特定的探针杂交后证明是杂合的，而癌组织的等位片段经证明是纯合的，表明抑癌基因发生了杂合丢失。

然而并非所有的抑癌基因都必需有两个等位基因的丧失才导致肿瘤发生。现知 APC 基因在这一过程中作用。同图可见，在肿瘤发生发展的过程中既有肿瘤抑制基因的丢失，也有癌基因的活化，而且不止一种。如结肠癌发生的过程中，就有多个基因的异常，其中包括 ras 癌基因和 p53、APC 和 MCC 等几个抑癌基因。这些改变中任何一种基因异常如果是遗传的，这就构成了肿瘤的家族性易感性的基础。

图 9-8 结肠癌发生的各个阶段和肿瘤相关基因的异常

恶性肿瘤的转移是一个复杂的过程，包括瘤细胞由原发肿瘤脱落，进入细胞外基质和血管或淋巴管，并在远处适宜的组织中生长。近年来的研究发现，存在着促进转移的转移基因（metastatic genes）和抑制转移的基因（metastasissuppressor genes）。

1．转移基因 一些编码细胞表面受体的基因可能和瘤细胞的转移有关。例如整合素（integrins）是一类细胞表面粘合受体，能识别细胞基质中的粘附蛋白，起着固定细胞抑制其迁移的作用。可以设想，这些受体基因的突变和失去功能将有利于瘤细胞的转移。

瘤细胞的浸润能力与其分泌的能降解基质的蛋白有关，已知内糖苷酶和Ⅳ型胶原酶能降解基底膜中的相应成分，增加瘤细胞侵袭基底膜的能力。

最后，用许多癌基因 ras、fos、mos、src，或突变了的肿瘤抑制基因如 p53 基因的片段转染培养中的细胞，都可提高这些细胞的浸润和转移能力。

2．转移抑制基因 一些基因编码的蛋白酶能够直接或间接地抑制具有促进转移的蛋白。例如金属蛋白组织抑制因子基因（TIMP）编码一种糖蛋白，能与转移密切有关的胶原酶结合，降低瘤细胞的侵袭和转移能力。

在人和小鼠中已发现 nm23 基因的表达与乳腺癌等肿瘤的转移密切相关。nm23 基因编码一个 17kd 的蛋白质，基因在转移的乳腺癌中表达高，而在无转移的肿瘤中表达低，表明 nm23 是一个肿瘤转移抑制基因。至于它如何抑制肿瘤转移还有待阐明。

除了肿瘤细胞外，受体细胞的一些基因在转移灶生成中也具有一定意义。由此可见转移基因、转移抑制基因与宿主有关基因在表达最终决定于肿瘤细胞的转移。

综上所述，肿瘤的发生发展是一个复杂的生物学过程，它是细胞遗传物质异常的结果，同时也涉及机体的内环境中的各种因素，包括机体的免疫能力、各种生长因子和生物活性物质，而它们都是基因表达的结果，其中癌基因与抑癌基因的异常起着关键的作用。

第十章 遗传病的诊断

遗传病的诊断（diagnosis of hereditary disease）可分为产前诊断、症状前诊断和现症病人诊断三种类型。遗传病的确诊是开展遗传咨询和防治工作的基础。遗传病诊断方法有普遍性诊断原则，又有遗传学的特殊诊断手段。普遍性诊断原则是与诊断一般疾病相同的方法，即通过对病史、症状、体征、实验室检查和其他诊断技术所获得的资料进行归纳分析，同时排除拟诊疾病，然后确立诊断。但由于遗传病种类繁多，特殊的病因分子基础，以及不同的遗传病存在许多相似的症状和体征，故除一般诊断方法外，尚需辅以遗传学的特殊诊断手段，如染色体和性染色体检查、肤纹分析、携带者的检出等。此外，近年来发展起来的产前诊断技术对遗传病诊断、遗传咨询和防治工作都极为重要。

第一节 病史、症状和体征

1．病史 由于遗传病多有家族聚集现象，所以病史采集的准确性关系重要。除一般病史外，应着重患者的家族史、婚姻史和生育史。

（1）家族史：采集家族史时应特别注意因患者和代诉人由于文化程度、记忆能力、思维能力、判断能力及精神状态而使症状、体征的描述不够准确或不全面，或因患者或代诉人提供假材料等都会影响家族史材料的准确性。

（2）婚姻史：着重了解婚龄、次数、配偶健康情况以及是否近亲结婚。

（3）生育史：着重询问生育年龄、子女数目及健康状况，有无流产、死产和早产史，如有新生儿死亡或患儿，则除询问父母及家庭成员上述情况外，还应了解患儿有无产伤、窒息，妊娠早期有无患病毒性疾病和接触过致畸因素，如服过致畸药或接触过电离辐射或化学物质史。

2．症状和体征 遗传病有其它疾病相同的体征和症状，往往又有其本身特异性症候群，为诊断提供初步线索。如患有智力发育不全伴有特殊腐臭尿液提示苯酮尿症；智力发育不全伴有白内障，肝硬化等提示乳糖血症；智力低下，伴有眼距宽、眼裂小、外眼角上斜等体征要考虑先天愚型；智力发育不全伴有生长发育迟缓、五官、四肢、内脏等方面的畸形提示可能为常染色体病；若有性腺发育不全或有生殖力下降、继发性闭经、行为异常的可疑为性染色体病。

由于大多数遗传病在婴儿或儿童期即可有体征和症状表现，故除观察外貌特征外，还应注意身体发育快慢、体重增长速度、智力增进情况、性器官及第二性征发育状态、肌张力强弱以及啼哭声是否异常等。

应当指出，由于遗传普通存在遗传异质性，若欲作出病因诊断，单凭症状和体征资料是很困难的，因此必须加强实验室检验和辅助器械检查才能提高遗传病的诊断水平。

第二节 系谱分析

在遗传病诊断时进行系谱分析有助于区分单基因病和多基因病，以及属于哪一种遗传方式；有助于区分某些表型相似的遗传病以及由于遗传性而出现的不同遗传方式。进行系谱分析应注意下列问题：①系谱的系统性、完整性和可靠性。系谱分析时必须有一个系统完整和可靠的系谱，否则可以导致错误的结论。完整的系谱应有三代以上有关患者及家庭的情况。有关成员要逐个查询，特别是关键不可遗漏，死亡者（包括婴儿死亡）须查清死因，是否近亲婚配、有无死胎、流产史，并记录在系谱中。在家系调查过程中避免由于患儿或代诉人不合作或提供假情况，例如不愿提供重婚、非婚子女、同父异母、同母异父、养子养女等，以致错给系谱，必要时应对患者亲属进行实验室检查和其他辅助检查使诊断更加可靠。②分析显性遗传病时，应注意对已知有延迟显性的年轻患者，由于外显不全而呈现隔代遗传现象进，不可误认为是隐性遗传。③新的基因突变。有些遗传家系中除先证者外，家庭成员中找不到其他的患者，因而很困难从系谱中判断其遗传方式，更不可因患者在家系中是“散发的”而定为常染色体隐性遗传。如假肥大型肌营养不良是一种致死的 X 连锁隐性遗传病，约有 1/3 的病例为新的基因突变引起。④显性与隐性概念的相对性。同一遗传病可采用的观察指标不同而得出不同的遗传方式，从而导致发病风险的错误估计。如镰形细胞贫血症在临床水平，纯合子（HbSHbs）有严重的贫血，而杂合子（HbAHbs）在正常情况下无贫血，因此，这时突变基因（HbS）对 HbA 来说被认为是隐性的；然而，当杂合子的红细胞处于氧分压低的情况下，红细胞亦可形成镰刀状，所以在细胞数目水平，观察红细胞呈现镰刀状，此时 Hbs 对 HbA 来说是显性的。但从镰形细胞数目理解，来自杂合子的红细胞形成少量镰形细胞，其数目介于正常纯合子（HbAHbA）与突变基因纯合子（HbSHbs）之间故呈不完全显性遗传。遗传方式不同，对后代复发风险估计也应不同。

此外，在系谱分析统计子女发病比值时应校正因统计带来的偏倚。

第三节 细胞遗传学检查

1．染色体检查 染色体检查亦称核型分析（karyotypeanalysis）是确诊染色体病的主要方法。目前随着显带技术的应用以及高分辩率染色体显带技术的出现和改进，能更准确地判断和发现更多的染色体数目和结构异常综合征，还可以发现新的微畸变综合征。值得注意的是，染色体检查应结合临床表现进行分析才能得出正确诊断。

染色体检查标本的来源，主要取自外周血、绒毛、羊水中胎儿脱落细胞和脐血、皮肤等各种组织。

染色体检查的指征：①有明显的智力发育不全、生长迟缓或伴有其他先天畸形者；②夫妇之一有染色体异常，如平衡结构重排、嵌合体等；③家族中已有染色体或先天畸形的个体；④多发性流产妇女及其丈夫；⑤原发性闭经和女性不育症；⑥无精子症男子和男性不育症；⑦两性内外生殖畸形者；⑧疑为先天愚型的患儿及其父母；⑨原因不明的智力低下伴有大耳、大睾丸和（或）多动症者；⑩35 岁以上的高龄孕妇（产前诊断）。

2．性染色质检查 优点是方法简单，主要用于疑为两性畸形或性染色体数目异常的疾病诊断或产前诊断，有一定价值，但确认仍需依靠染色体检查。

性染色体检查材料来自发根鞘细胞，皮肤或口腔上皮细胞，女性阴道的上皮细胞，也可取自绒毛和羊水的胎儿脱落细胞涂片等。

X 染色质数目计数分析，可适用于 X 染色体异常而引起的性染色体畸形综合征的检出（参阅第二章）。Y 染色质数目计数分析可适用于具有一个或一个以上 Y 染色体的个体。如正常男子只有 1 个 Y 染色质，而 XYY 男性有 2 个，XXYYY 男性有 3 个；真两性畸形（46，XX/46，XY）患者则 X 和 Y 染色质均为阳性（各 1 个）。

第四节 基因及基因产物分析

基因突变引起的单基因病往往表现在酶和蛋白质的质和量的改变或缺如。因此，酶和蛋白质的定性定量分析是诊断单基因病或分子代谢病的主要方法。根据分子代谢病的临床特点可以从三个层次检测和分析。

1．代谢产物的检测 酶缺陷导致一系列生化代谢紊乱，从而使代谢中间产物、底物、终产物旁路代谢产物发生变化。因此，检测某些代谢产物的质和量的改变。可间接反映酶的变化而作出诊断。例如疑为苯酮尿症患者，可检测血清苯丙氨酸或尿中苯乙酸浓度；粘多糖病可测定尿中硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素；DMD 可检测血清中磷酸肌酸激酶活性作出诊断等。

2．酶和蛋白质的分析 基因突变引起的单基因病主要是特定的酶和蛋白质的质和量改变的结果。因此，对酶活性的改变和蛋白质含量测定是确诊某些单基因病的主要方法。随着生化检测技术的不断进步，还可对酶和蛋白质的结构变异型（variants）作出鉴定。

检测酶和蛋白质的材料主要来源于血液和特定的组织、细胞，如肝细胞、皮肤成纤维细胞、肾、肠粘膜细胞等。但应注意，一种酶缺乏不一定在所有组织中都能检出，例如苯丙氨酸羟化酶必须用肝活检，而在血细胞中无法得到。

3．基因分析 基因诊断（gene diagnosis）是利用 DNA 分析技术直接从基因水平（DNA 或 RNA）检测遗传的基因缺陷。它和传统的诊断方法主要差异在于直接从基因型推断表型，即可以越过产物（酶和蛋白质）直接检测基因结构而作出诊断，这样就改变了传统的表型诊断方式，故基因诊断又称为逆向诊断（reverse diagnosis）。这一诊断方法不仅可对患者，还可以在发病前作出症状前基因诊断，也可对有遗传病风险的胎儿作出生前基因诊断。此外基因诊断不受基因表达的时空限制，也不受取材的细胞类型和发病年龄的限制。这一技术还可以从基因水平了解遗传病异质性，有效地检出携带者。因此近年来这一技术日新月异地迅速发展，并已经在遗传病诊断中发挥了巨大作用（参阅第十三章）。

第五节 产前诊断

产前诊断（prenatal orantenatal diagnosis）又称宫内诊断（intrauterine diagnosis）是对胚胎或胎儿在出生前是否患有某种遗传病或先天畸形作了准确的诊断。产前诊断的适应症的选择原则，一是有高风险而危害较大的遗传病；二是目前已有对该病进行产前诊断的手段。几种主要产前诊断方法如下：

1．X 线检查 主要用于检查 18 周以柏胎儿骨骼先天畸形。但因 X 线对胎儿有一定影响，现已极少使用。

2. 超声波检查 是一项简便对母体无痛无损伤的产前诊断方法。B 型超声波应用最广，利用超声波能作出的产前诊断或排除性诊断见表 10-1。此外还可直接对胎心和胎动进行动态观察，并可摄象记录分析，亦可作胎盘定位，选择羊膜穿刺部位，可引导胎儿镜操作，采集绒毛和脐带血标本供实验室检查。

3. 胎儿镜 胎儿镜（fetoscope）又称羊膜腔镜或宫腔镜，是一种带有羊膜穿刺的双套管光导纤维内窥镜。能直接观察胎儿，可于怀孕 15-21 周进行操作。主要用于胎儿血的取样、活检和产前诊断，利用皮肤活检可诊断 8 种以上的遗传性皮肤病，也可对胎儿形态异常进行观察。此外，胎儿镜还可判定胎儿性别和对某些遗传病进行宫内治疗。由于 B 超的应用，此方法已少用。

4. 羊膜穿刺术 羊膜穿刺（amniocentesis）亦称羊水取样。抽取羊水最佳时间是妊娠 16-20 周。历为此时羊水量多、胎儿浮动，穿刺时进针容易，且不易伤及胎儿。羊水中有胎儿脱落细胞，经体外培养后，可进行染色体分析、酶和蛋白质检测、性染色质检查提取 DNA 作基因分析，也可不经培养，用微量技术作酶和蛋白质分析或直接提取 DNA 作基因诊断。

5．绒毛吸取 绒毛可经宫颈部取样，最好在 B 超监视下进行。绒毛取样（chorionic villi aspiration sampling,cvs）（图 10-1）一般于妊娠 9-11 周时进行。绒毛枝经处理（与蜕膜严格分离）或经短期培养后进行染色体分析、酶和蛋白质检测和直接抽取 DNA 进行基因分析。

表 10-1 或利用超声波检查作产前诊断的疾病

图 10-1 羊膜穿刺抽取羊水示注射器穿越腹壁到羊腔抽取羊水

6．脐带穿刺术（cordocentesis）经母腹抽取胎儿静脉血，可在 B 超引导下于孕中期、孕晚期（17-32 周）进行。这项技术在我国已远较国外普及，成功率高，也较安全。脐血可作染色体或血液学各种检查，亦可用于因羊水细胞培养失败，DNA 分析无法诊断而能用胎儿血浆或血细胞进行生化检测的疾病，或在错过绒毛和羊水取样时机下进行，在一些情况下，可代替基因分析。例如，α 地贫可直接测定 Hb Barts; 血友病可直接测定凝血因子Ⅷ.

图 10-2 绒毛吸取术示借助超扫描器用能屈的套管或腰椎穿刺针吸取绒毛

7. 孕妇外周血分离胎儿细胞 这是一项非创伤性产前诊断技术，并易于被孕妇接受。孕妇外周血中的胎儿细胞至少有 3 种，即滋养叶细胞、有核红细胞和淋巴细胞。目前许多学者都致力于解决胎儿细胞的识别、富集和如何排除母血的“污染”等。在孕妇外周血中的胎儿细胞数量虽然不多，但已有用单克隆抗体或以滋养叶细胞表面特异性抗原的抗体作为标记等来识别胎儿细胞。结合富集和纯化技术不断完善，如果方法能更加简便、经济，将可能在遗传病的预防中发挥作用。

8．植入前诊断 植入前诊断（preimplantationdiagnosis）是利用微操作技术和 DNA 扩增技术对胚泡植入前进行检测。获得植入前胚胎的主要方法是：子宫冲洗和体外授精。植入前诊断的基本技术包括：①卵裂球的微活检：即从 2 - 8 个细胞期的胚胎细胞中分离出单个细胞进行检测；②胚胎的冻存：如果微活检技术快速，亦勿需冻存即可送回子宫；③卵裂球的培养：其目的在于得到更多的细胞，有利于诊断。目前已有用酶超微量分析测定 HGPRT 诊断 Leach-Nyhan 综合征；用 PCR 技术（参阅第十三章）作镰形细胞贫血、甲型血友病、性别检定、DMD、β- 地中海贫血等单基因的产前诊断，虽然目前仅有个别成功先例，操作难度大，还不能用于临床，但前景是诱人的。

产前诊断中的实验室检查

1．细胞遗传学的产前诊断

（1）羊水细胞染色体检查：羊水细胞主要来自胎儿的皮肤、胃肠道、呼吸道、泌尿生殖道的粘膜脱落细胞。将羊水中的细胞经过常规培养后制备显带染色体以进行核型分析或脆性 X 染色体分析，而作出诊断。

（2）孕早期绒毛细胞染色体检查：直接法制备绒毛染色体虽简易可行，但可能有假阳性或假阴性，故其结果只作为初步筛查，应以培养法制备的结果为最终报告。

应用绒毛或羊水细胞可同时检查性染色质，以初步预测胎儿性别、性染色体数目异常等。

研究表明，羊水细胞核型分析为 21 三体者，其羊水及母血清的甲胎蛋白（AFP），母血雌三醇（E3）值低于正常平均值，而绒毛促性腺激素（HCG）值高于正常，因此有人建议除母龄 >35 岁外，检测母血 AFP、E3 和 HCG 三项联合数据从而定出高危先天愚型儿，再进行羊水细胞核型分析更好。

2．羊水的生化学检查 羊水上清液进行生化学检查较难获得胎儿患某种遗传病的证据，但对了解胎肝、胎肾、胎肺成熟度有所帮助。甲胎蛋白和乙酰胆碱酯酶测定对检出患神经管缺陷的胎儿有益。对某些遗传代谢病高风险的孕妇测定羊水培养细胞有关本科的活性或可获得胎儿是否患病的信息。

3．神经管缺陷的产前诊断 神经管缺陷（neuraltube defects,NTD）是一类胚胎发育过程中神经管封闭障碍或已封闭的神经管再穿孔所致的先天性畸形。除可通过 B 超进行产前诊断外，还可用下列方法检出：

（1）羊水甲胎蛋白（α-fetoprotein,AFP）测定：当胎儿为开放性神经管畸形时（如无脑儿、脊柱裂等），脑脊液中 AFP 可以直接进入羊水，使羊水 AFP 值升高，达 10 倍以上，可作诊断指标，诊断率达 90%。但应注意，胎儿如因食管闭锁而不能吞咽羊水将 AFP 消化，或先天性肾病及脐疝等都可使羊水中 AFP 值升高。

（2）羊水乙酰但碱酯测定：乙酰胆碱酶（acetylcholine esterase,AchE）能特异性水解乙酰胆碱。胎儿期神经细胞分化未成熟，可溶性 AchE 进入胎儿脑脊液比成人多，当胎儿有开放性神经管缺陷时，胎儿脑脊液羊水间的通透增强，使羊水中 AchE 显著升高，测定 AchE 活性比测定 AFP 更为敏感可靠。

（3）超声波诊断：超声波扫描诊断开放性神经管缺陷，妇女无痛苦。指征：有生育过神经管畸形胎儿的孕妇；孕妇血清 AFP 初筛可疑者。由于 B 超诊断的普及，B 超声有取代生化检查之势。

4．分子代谢病的产前诊断

（1）胎儿性别鉴定：如果孕妇为 X 连锁隐性遗传病（例如甲型血友病、DMD 等）携带者，生育患子的概率 5%。因此在没有条件进行基因诊断的情况下，可考虑对男胎进行选择性流产，防止患儿出生。可以采用羊水或绒毛细胞作染色体核型分析，或抽取细胞 DNA 用 Y 特异性引物 PCR 扩增（参阅第十三章）分析，或用 B 鉴定性别。扩增 Y 特异性片段，以判定胎儿性别，对防止 X 连锁遗传病患儿出生有一定意义。

（2）胎血、羊水、羊水细胞和绒毛细胞生化检测：见第四节。

（3）基因分析：由于某些酶不能在羊水绒毛细胞表达，或表达水平很低，这就必须抽取羊水细胞或绒毛细胞 DNA 进行基因诊断。随着研究工作迅速开展将会有更多的遗传病前基因诊断得以确诊（参阅第十三章）。

目前已知有 100 余种分子代谢病能通过绒毛组织或羊水细胞作出产前诊断。随着基因分析方法的不断简化和完善，分子代谢病的产前诊断正在由蛋白质和酶的检测过渡到分析某编码基因的突变，但检出很多等位基因突变时基因分析就越来越困难，而生化分析能检测源于任何等位基因突变所致蛋白质功能的异常，这种优点特别是对于高度异质性或新突变比例高的疾病显得特别突出。

第六节 皮肤纹理分析

1．人类正常的肤纹 人体的皮肤由表皮和真皮组成。真皮乳头向表皮突起，构成许多整齐的乳头线称为嵴线（ridge），嵴线之间凹陷部分为沟（furrow）。指（趾）掌（脚）部位的皮肤表层因皮嵴和皮沟走向不同而形成各种皮肤纹理特征。所谓皮肤纹理（dermatoglyphy）亦称皮纹，即指人体皮肤某些特定部位出的纹理图形。

人体的皮肤纹理属多基因遗传，具个体的特异型。皮肤纹理于胚胎 14 周形成，一旦形成终生不变，所以皮纹具有高度稳定性特点。

（1）指纹类型（finger tip patterns）: 指纹是指手指端的纹理，依指端外侧三叉的有无数目分三种类型（图 10-3）。

1）弓形纹（arch,A）：由平等的弓形嵴纹从一侧走向另一侧，中间隆起弓形，无三叉隆起似帐篷状者，称为帐弓纹（tented arch,At）。

2）箕形纹（loop,L）嵴纹从一侧发出后向上弯曲，又转回发生的一侧，形似簸箕状。若萁口朝向手的尺侧称为尺箕（ulner loop,Lu）或称为箕，箕口朝向手的桡侧称为桡箕（radialloop,Lr）或反箕。箕头的侧下方有一个三叉。所谓三叉（triradius）是指肤纹中有三组不同走向的嵴纹汇聚在一处呈 Y 或人字形者。

3）斗形纹（whorl,W）：特点是有两个或两个以上三叉，嵴纹走向是同心环形（环形纹）或走向同一侧（偏形纹），此类斗形纹称为双箕斗（dorble loop whorl,Wd）。上述其它非双箕斗为一般斗形纹（simplewhorl,Ws）。

（2）总指嵴纹数：从箕形纹或斗形纹的中心点到三叉画一直线，计数这条直线跨过的嵴纹数目，称为嵴纹计数（ridge count）。弓形纹无三叉，其嵴纹数为 0，箕形纹有一个三叉故有一个嵴纹数，斗形纹有两个三叉故有二个嵴纹数（取两个中较大的为准），将十指嵴纹数相加，即为总指嵴纹数（total finger ridge count,TFRC）。

图 10-3 各种指纹类型及嵴纹计数计数沿着中心点到三叉的直线

（3）掌纹：手掌中的皮纹称为掌纹（palmar print），比较重要的是轴三叉和∠atd 的测定。

轴三叉（axialtriradius）是指在腕横褶线远侧，大致在环指直下，有一呈人字形的叉 d, 引一直线连接于轴三叉 t 所形成的夹角即∠atd。其大小表明 t 的具体位置（图 10-4）。我国正常人的∠atd 平均为 41°。t 的位置移近掌心，则 atd 角增大。∠atd<45°为 t , 在 45°-56°间以 t′表示，>56°以 t″表示。

（4）褶线：褶线是指手指和手掌的关节弯曲活动处明显可见的褶纹，分别称为指褶线和掌褶线。它们虽不属皮肤纹理，但其变化在某些遗传病诊断中有一定价值。

图 10-4 轴三叉及 atd 角的测量法

1）掌褶线（palmal flexion crease）: 正常人的手掌褶线有三条；远侧横褶线、近侧横褶线和大鱼际纵褶线。有时远侧横褶线和近侧横褶线连接成一条单一的褶线横贯全掌，称为猿线（simian crease），我国称为通贯手。然而有时相接的程度不同，可分为各种变异型（图 10-5）。在我国正常人群中犯规线发生率可达 3.53%-4.87%.

2）指褶线（digital flexion crease）: 正常人除拇指只有一条指褶线外，其余各指都有二条褶线。

图 10-5 掌褶线的各种变异型

（5）拇趾球部纹型：人的脚趾和脚掌上的肤纹，称为趾纹和跖纺，但具有临床意义的只涉及拇趾球部（hallucal area）纹型。拇趾球部的肤纹图形弓形也有弓、箕、斗等各种图形，并按照肤纹的走向不同可分为下列主要类型：近侧弓、腓侧弓、胫侧弓、远侧箕、腓侧箕、胫侧箕及斗形纹，引外还有复合纹。

2. 皮纹检查的临床意义 皮纹变化与某些染色体异常、先天性疾病以及不明原因的综合征有一定相关，但它的变化不是特异的，故只能作为诊断旁证或疾病的初筛，以便进一步确诊。现叙述几种常见疾病的肤纹变化。

图 10-6 拇指球部纹型

1．染色体病

（1）21 三体综合征（先天愚型）：患者手指头形纹频率减少，而箕形纹增多，特别是尺箕比例高，TFRC 较少，小指常是单一指褶线，大约有一半患者出现通贯手，∠atd<60°，70% 以上患者球区胫侧弓形纹。

（2）18 三体综合征：患者手指弓形纹比例增高，80% 患者有 7 个以上手指为弓形纹（正常人仅约 1%），故 TFRC 值低，多为通贯手，约 25% 患者为 t″，约 40% 的患者小指上为单一指褶线。

（3）13 三体综合征：桡箕和弓形纹显著增高，故 TFRC 值低，一半患者双手为通贯手。轴三叉远移，约 81% 患者为 t″，拇趾球区腓侧弓占 42%。

（4）Turner 综合征：患者 TFRC 值明显增加，∠atd 增大，通贯手亦有增加，拇趾有大斗形纹和远箕。

（5）Klinefelter 综合征：弓形纹增加，TFRC 值降低。

2．用于某些骨骼系统遗传病的早期诊断因为嵴线分化是和肢体的胚胎发育密切联系的，因此有畸形手和脚的人中将见到明显的异常皮纹。由于皮纹形成于胎儿 14 周以前，形成后不会改变，故可用以估侧某些先天肢体畸形形成的时间。如并指症，在并指出现前已有皮纹改变，故可作并指症的早期诊断指征之一，可追综家庭成员。

3．用于双生子的鉴定双生子的卵性判定方法很多，若把皮的多种指标与其它方法进行综合分析，准确率会高些。

4．皮肤纹理有个体差异且终生不变的特点，故能用皮纹（特别是指纹作个体识别）。

第十一章 遗传病的防治

降低人口数量，提高人口质量是我国的一项基本国策，也是实行计划生育的主要要求。积极采取优生措施，贯彻优生法规，努力防治遗传病，则是达到上述目标必由之路。

第一节 优生学

优生学（eugenics）是研究使用遗传学的原理和方法以改善人类遗传素质的科学，而与此有关的优境学（erthenics）则是研究用改善环境因素的方法来提高后代身心健康的科学。现在提倡的围产医学、优育、优教就是优境学的体现。这两门学科服从于同一目的，即改善人口素质。为达到此目的，还需要胚胎学、实验生物学、妇产科学、儿科学、卫生学、社会学、人口学、伦理学等协作研究以及社会各部门的密切配合。

早在公元前，古希腊哲学家柏拉图就提出择偶与生育年龄对后代健康的影响。我国《左传》中“男女同姓，其生不蕃”已指出了近亲婚配的危害。1983 年美国的 F.Galton 首次提出了“优生学”的概念，他认为要“研究在社会控制下能改善或削弱后代遗传素质的动因，这种遗传素质包括体格，也包括智力”。但在第二次世界大战期间，优生学被法西斯主义和各族主义所利用，使优生学走入岐途。战后，批判了种族主义的科学，加之细胞、生化、分子遗传学，特别是产前诊断技术的发展，使优生学走上正轨并赋予了新的内容。在一些国家将优生学列入了教学内容，制定了优生法规，取得了采取优生的一批成果。优生学在 20 年代初即已传入我国，几经波折，70 年代后，吴旻等专家重新指出我国实行优生的重要意义。由于计划生育的需要，我国有关部门开始重视，优生学得到迅速发展。当前国务院制订的《母婴保健法》，将进一步推动优生工作。

优生学的目标是改善人类的遗传素质以提高人口质量，为达此目的，首先必须从宏观和进化的角度判定人类性状的优劣，决定取舍，然后，提出改进整个国家和社会人口遗传素质的途径和措施。

根据采取的策略不同，优生学可分为正优生学 (positive eugenics) 或演进性优生学（progressive eugenics）和负优生学（negative eugenics）或预防性优生学（preventive ergenics）正优生学是研究维持和促进人群中有利（优良）基因频率的增长。这方面，人们设想或已经试行的措施是：①提倡优选生育，即鼓励在体格和智力上优秀的个体生育更多的后代，某些国家已在优生法中加以规定。②人工授精，指将丈夫或他人的精液用人工注射的方法注入女方生殖道，达到受精的目的，可用新鲜精液或液氮冷藏精液（可多次使用）。目前主要用于男性不育症，同时也用于男性患有显性遗传病者及夫妇同为隐性遗传病携带者，以及 Rh 血型不合者。如果要达到正优生学的目的，则在人工授精前要优选精子。国外已有“精子银行”，贮备各种可供选择精子尚待研究解决，但所谓挑选的优秀精子只是按供精者表型挑选，未必真正“优秀”。故如何优选精子尚待研究解决，但分离 X 和 Y 精子已成功，因而可控制人工授精的性别。此外，一个个体的精子使用次数也应有严格规定，否则会出现一系列伦理学问题。③试管婴儿（test tube baby）。实际上这一名词并不确切，应改为体外受精及胚胎移植。即应用腹腔镜将已成熟的卵子从腹腔内取出，在体外与精子受精。当卵裂进行到 4 - 8 细胞期时，将幼胚移植到子宫内，让其着床发育成胎儿。此法用以解决女性不育，特别是输卵管闭塞。将来如能满足胚胎在母体子宫发育的所有条件，有可能个体发发育全过程均在体外进行，此时所育的婴儿才是真正的试管婴儿。如果早期胚胎移植入另一妇女子宫，则称为“代育妈妈”。由于激发排卵和受精卵数目有时可超过需要，于是出现了所谓冷冻卵子库存和冷冻胚胎库技术。澳、英等国已育出冷冻胚胎婴儿。从 1978 年第一例“试管婴儿”报告以来，已有 1000 多例问世，我国北京、湖南、广州都有“试管婴儿”诞生。试管婴儿必须与我国的优生法规接轨，才有可能健康发展。④单性生殖，由于某些动物卵子未经受精，能自动发育为个体（自然单性生殖），高等动物在体外也能诱发卵子发育成个体（人工单性生殖），人们设想，人类如果实现单性生殖，可以避免男方致病基因传至后代，也是优生的一种手段。⑤遗传工程，人们设想将来可将健康人胞核移植给遗传女性患者的去核卵子中，甚至将正常基因转移到带有致病基因的卵细胞基因组中（参阅第十四章），达到治疗和优生的目的。这些想法虽然离现实尚远，但从技术上并非不能做到，主要应考虑其实际效益。负优生学是研究如何减少群体中有害的基因频率，减少遗传病的发生，这就涉及到遗传病的防治问题。

第二节 遗传病的预防

遗传病的预防主要注意下面几个环节：环境保护、遗传携带者的检出、遗传咨询、婚姻指导及选择性流产以及症状出现前的预防。

一、环境保护

随着工农业生产的发展，环境污染与日俱增。大量废水、废气、废渣正严重威胁着人类健康，并已造成一定危害，因为环境污染不仅会直接引起一些严重的疾病（如砷、铅和汞中毒及其它职业病），而且会造成人类的遗传物质的损害而影响下一代，造成严重后果。

环境污染对人类遗传的危害主要有下述几个方面：

1．诱发基因突变 能诱发基因突变的因素称诱变因素或诱变剂（mutagen）。除了电离辐射有强烈的诱变作用以外，食品工业中用以熏肉、熏鱼的着色剂、亚硝酸盐以及用于生产洗衣粉的乙烯亚胺类物质、农药中的除草剂，杀虫的砷制剂等都是一些诱变剂。

2．诱发染色体畸变 可诱发染色体畸变的物质称染色体断裂剂（clastogen）。如上述的乙烯亚胺；药物中的烷化剂如氮芥、环磷酰胺等，核酸类化合物如阿糖胞苷、5- 氟脲嘧啶等；抗叶酸剂如氨甲蝶呤；抗生素如丝裂霉素 C、放线菌素 D、柔毛霉素；中枢神经系统药物如氯丙嗪、眠尔通等；食品中的佐剂如咖啡因、可可碱等都是染色体断裂剂。一些生物因素如病毒感染也可引起染色体畸变，应该特别注意的是电离辐射除有诱变作用以外，也是强烈的诱发染色体畸变的因素。

3．诱发先天畸形 作用于发育中个体体细胞能产生畸形的物质称为致畸因子或致畸剂（teratogen）。致畸因子虽已提出过很多，但有足够证据而公认的致畸因子并不多，现列于表 11-1。

一般在胚胎发育的第 20-60 天是对致畸因子的高度敏感期，此期应特别注意避免与上述因子接触。

综上所述，环境污染造成的公害影响是严重而深远的。因此，做好“三废”的妥善处理，避免超剂量接触电离辐射、诱变剂和致畸剂，宣传戒烟戒洒（已证明酒精和尼古丁对生殖细胞有损伤作用），对各种新化学产品在出厂前进行严格的诱变作用检测，并对其使用进行必要的限制，这种综合的“环境保护”措施，对防止可能造成造成的遗传损伤是十分重要的。

表 11-1 较公认的致畸因子及其对人体发育的影响

二、遗传携带者的检出

遗传携带者（geneticcarrier）是指表型正常，但带有致病遗传物质的个体。一般包括：

①隐生遗传杂合子；②显性遗传病的未显者；③表型尚正常的迟发外显者；④染色体平衡易位的个体。

遗传携带者的检出对遗传病的预防具有积极的意义。因为人群中，虽然许多隐性遗传病的发病率不高，但杂合子的比例却相当高。例如苯酮尿症的纯合子在人群中如为 1：1000，携带者（杂合子）的频率为 2：50，为纯合子频率的 200 倍。对发病率很低的遗传病，一般不做杂合子的群体筛查，仅对患者亲属及其对象进行筛查，也可以收到良好效果。对发病率高的遗传病，普查携带者效果显著。例如我国南方各省的 α 及 β 地中海贫血的发病率特别高（共占人群 8%-12%，有的省或地区更高），因此检出双方同为 α 或同为 β 地贫杂合子的机会很多，这时，进行婚姻及生育指导，配合产前诊断，就可以从第一胎起防止重型患儿出生，从而收到巨大的社会效益和经济效益，不仅降低了本病的发病率，而且防止了不良基因在群体中播散。

染色体平衡易位携带者生育死胎及染色体病患儿的机会很大（参阅第二章），因此，对染色体平衡易位的亲属进行检查十分重要。

隐性致病基因杂合子检出方法的理论根据是基因的剂量效应，即基因产物的剂量，杂合子介于纯合子与正常个体之间，约为正常个体的半量，但因机体内外环境各种因素对基因表达的影响，以及检测方法的不同（直接测定基因产物或测定基因间接产物），使测定值在正常与杂合子之间，杂合子与纯合子之间发生重叠，造成判断的困难。

杂合子携带者的检测方法大致可分为：临床水平、细胞水平、酶和蛋白质水平及分子水平。从临床水平，一般只能提供线索，不能准确检出，故已基本弃用。细胞水平主要是染色体检查，多用于平衡易位携带者的检出。酶和蛋白质水平的测定（包括代谢中间产物的测定），目前对于一些分子代谢病杂合子检测尚有一定的意义，但正逐渐被基因水平的方法所取代。即随着分子遗传学的发展，可以从分子水平即利用 DNA 或 RNA 分析技术直接检出杂合子，而且准确，特别是对一些致病基因的性质和异常基因产物还不清楚的遗传病，或用一般生化方法不能准确检测的遗传病，例如慢性进行舞蹈病、甲型和乙型血友病、DMD、苯酮尿症等；最后，对一些迟发外显携带者还可作症状前诊断，因而有可能采取早期预防性措施，如成人多囊肾病等（参阅第十三章）。目前，用基因分析检测杂合子的方法日益增多，并逐步向简化、快速、准确的方向发展，以求扩大到高危人群的筛查。

三、新生儿筛查

新生儿筛查（neonatalscreening）是出生后预防和治疗某些遗传病的有效方法。一般采取脐血或足跟血的纸片进行。选择的病种应考虑下列条件：①发病率较高；②有致死、致残、致愚的严重后果；③有较准确而实用的筛查方法；④筛出的疾病有办法防治；⑤符合经济效益。

有些国家已将此项措施列入优生的常规检查，筛查的病种达 12 种。我国这项工作刚起步。某些地区在进行，列入筛查的疾病有 PKU、家族性甲状腺肿、G6PD 缺乏症（南方）。对检出的患儿进行了预防性治疗，都取得了满意的效果。

四、遗传咨询

遗传咨询、产前诊断和选择性流产被认为目前预防遗传病患儿出生的主要手段。由于遗传咨询是临床医生经常遇到的问题，故本书第十二章进行阐述，以引起重视。

五、婚姻指导及生育指导

对遗传病患者及其亲属进行婚姻指导及生育指导，必要时选择结扎手术或终止妊娠，可防止患儿出生，减少群体中相应的致病基因。

1．婚姻指导常染色体显性遗传病能致死、致残、致愚者，其下代患病风险达 50%，不宜结婚是显而易见的。隐性遗传病杂合子间的婚配，是生育重型遗传病患儿的最主要来源，因此必须劝阻两个杂合子间的结婚。在尚无条件进行杂合子检测时，则应尽量避免近亲结婚，因为一种致病基因在亲属中的频率大大高于一般人群，故近亲结婚双方遗传病杂合子的机会大增。例如苯酮尿症群体中的杂合子频率为 1：/50，则非近亲婚配出生纯合子患儿的概率为 1 /50×1/50×1/4=1/10000，如为表兄妹结婚则出生患儿的概率为 1/50×1/8×1/4=1/600，则非近亲婚配者相差约 6 倍。发病率越低的隐性遗传病近亲结婚生育患儿的比率较非近亲结婚者越高。据世界卫生组织调查，非近亲婚配婴儿死亡率为 24‰，而近亲婚配为 81‰，约高 3 倍多。因此，我国婚姻法第二章第 6 条规定“血缘亲属及第三代以内的旁系亲属间不能结婚”，这是符合优生原则的。

2．生育指导对已婚的在优生法规中指定的遗传病患者，以及明确双方为同一隐性遗传病的携带者而又不能进行产前诊断时，最好动员一方进行绝育，如果母亲已怀孕则应进行产前诊断（参阅第十三章），确定胎儿的性别和疾病情况，进行选择性流产（selective abortion）。例如已知孕妇为甲型血友病携带者，女胎表型应为正常（其中 50% 为杂合子），但男胎是患儿的概率为 50%。在无条件确定胎儿是否患儿时，最好仍进行男胎流产。随着产前诊断方法不断改进，选择性流产的针对性将日益增强。

六、症状出现前预防

有些遗传病常需在一定条件下才发病，例如家族性结肠息肉，在中年以前常无不适，但到 40-50 岁，则易发生癌变；大多数红细胞 G6PD 缺乏症患者在服用抗疟药、解热止痛剂或进食蚕豆等之后才发生溶血。对诸如此类的遗传病，若能在其典型症状出现之前尽早诊断，及时采取预防措施，则常可使患者终生保持表型正常。

对发病率高、危害性大的遗传病进行群体普查（population screening）是症状出现前预防的重要手段。普查可以是全民性的，也可以是选择性的。前者适用于基因频率高的疾病，如红细胞 G6PD 缺乏症、地中海贫血、家族性甲状腺功能低下等。例如广东省蚕豆病研究协作组曾在兴宁县 2 个公社（乡）普查 38000 余人，查出 G6PD 缺乏者 2000 余人，于是把蚕豆病预防对象集中在这小部分人，收到了良好的效果。选择性普查常采用多种有关疾病联合进行检测，称为多病性普查技术（multidisease screening technique）。这种普查多在新生儿中进行。

出生前预防是症状出现前预防的新进展，例如有人给临产前的孕妇服小量苯巴比妥以防新生儿高胆红素血症；给妊娠后期的母亲服维生素 B2，防止隐性遗传型癫痫；对妊娠凌半乳糖血症患儿的孕妇禁食含有乳糖的食品，11 例患儿中 10 例未出现半乳糖血症症状。

第三节 遗传病的治疗

染色体病不仅没有办法根治，改善症状也很困难，个别性染色体异常，如 Klinefelter 综合征早期使用睾酮，真两性畸形进行外科手术等，有助于症状改善。由于多基因病的发病中环境因素起着重要的作用，故对药物及外科手术有肯定的疗效，在此不多赘述。

分子病和酶病的治疗目前只能针对不同的发病环节，采取措施，可收到一定的效果，有些还只能达到在一定时期内改善症状的目的。

一、外科疗法

1．矫正畸形将遗传病所产生的畸形进行手术矫正，可收到较好效果。例如，先天性心脏病的手术矫正；唇裂和（或）腭裂的修补；多指（趾）症的切除等。

2．回肠 - 空肠旁路术可使肠管胆固醇吸收减少，从而降低高蛋白血症患者的血胆固醇浓度，等等。

3．替换病损组织器官例如对胰岛素依赖性糖尿病患者进行胰岛细胞移植；对重型地中海贫血及某些免疫缺陷症患者施行骨髓移植术；对遗传性角膜萎缩症患者施行角膜移植术，等等。此外，由于成功的同种异体移植可以持续提供所缺乏的酶或蛋白质，因而越来越受到重视。例如用肝移植治疗 α1 抗胰蛋白酶缺乏；用肾移植治疗胱氨酸病；成纤维细胞移植治疗粘多糖病。由于移植物能提供正常酶源，故这种移植又称为酶移植（enzyme transplantation）。

二、内科治疗

遗传病发展到各种症状已经出现时，机体器官已造成一定损害，此时内科治疗主要是对症治疗，这类治疗主要是针对分子代谢病。治疗原则可以概括为补其所缺、禁其所忌和去其所余。

1．补其所缺分子病及酶病多数是由于蛋白质或酶的缺乏引起，故补充缺乏的蛋白质、酶或它们的终产物，常可收效，但这种补充一般是终生性的。例如甲型血友病患者给予抗血友病球蛋白；垂体性侏儒症者给予生长激素；家族性甲状腺肿者给予甲状腺制剂；免疫缺陷病人输注免疫球蛋白等。对酶缺乏患者直接输注酶，从理论上应该收到良好效果。但在实际中遇到下列困难：①输注的酶半减期短，难以持续生效；②注入的酶滞留血浆或组织间隙，难以进入细胞发挥作用；③引起免疫反应而失效或对机体有副作用；④酶制剂难以大量供应。为解决这些困难，目前采用的方法是：（a）酶的诱导。因为有的酶缺乏并非本身结构基因突变，而是由于调节失灵，故通过药物、激素或营养物质可诱导合成缺乏的酶。如苯巴比妥能诱导肝细胞滑面内质网合成葡萄醛酸尿苷转移酶，可防止某些新生儿高胆红素血症；雄性素可诱导 α1 抗胰蛋白酶合成。如果酶活性缺乏是由于某些辅因子缺乏，则补充相应的辅因子即可收到疗效，如用维生素 B12 治疗甲基丙二酸尿症；用 B2 治疗支链酮酸尿症。目前至少可用补充辅因子治疗 25 种遗传病。(b)将外源性酶“包埋”于空影红细胞（除 Hb 的红细胞）中输注，这样既可以避免免疫反应，又可以借助于细胞内吞作用进入靶细胞内，也有试用脂质体（liposome）代替红细胞者。(c)应用基因工程技术生产纯化酶及生物活物质（胰岛素、抗血友病球蛋白），可大量供应治疗之需。(d)酶移植（详前）。总之，除消化道酶缺乏（蔗糖酶、胰蛋白酶等）时口服酶制剂已取得实际效果外，酶输注及移植仍处于试验阶段。

2．禁其所忌由于酶缺乏不能对底物进行正常代谢的患者，可限制底物的摄入量以达到治疗的目的。这一疗法第一个成功的先例是对苯酮尿症患儿限制苯丙氨酸的摄入，收到显效。北京、天津、上海对 1 岁以内的患儿喂以低苯丙氨酸奶粉也已获得不同程度的疗效（当然越早疗效越好）。又如半乳糖血症患儿在出生后 3 个月内查出并禁吮乳汁，不仅脑功能可发育正常且可避免肝损害。根据这一原则，目前已设计和生产了 100 多种奶粉和食谱供各种氨基酸代谢病治疗用。

减少患者对所忌物质的吸收是另一重要策略。例如给苯酮尿症患者口服苯丙氨酸氨基水解酶（phenylalanine ammonialyase）的胶囊，使在肠内释出的酶将苯丙氨酸转化成苯丙烯酸而减少吸收；又如家族性高脂血症Ⅱ型患者服用糖麸，可减少肠内胆固醇的吸收。

3．去其所余由于酶促反应障碍，体内贮积过多“毒物”，此时可使用各种理化方法将过多的“毒物”排除或抑制其生成。

（1）使用螯合剂或促进排泄：肝豆状核变性（Wilson 病）是一种铜代谢障碍的常染色体隐性遗传病，患者细胞内由于过量铜离子堆积造成肝硬变、脑基底节变性及肾功能损害等临床症状。给患者服用 D-青霉胺（D-penicillamine），这种螯合剂可与铜离子结合，加速贮积的铜离子清除。对此药产生耐药性者或对青霉胺过敏的患者，可采用另一种有效的铜离子螯合剂二盐酸三乙烯四胺（triethylene tetramine dihydrochloride,TTD）。D- 青霉胺还可用于治疗胱氨酸尿症，因它能与胱氨酸形成可溶性双硫化合物经尿排出，防止尿路结石形式。

去铁胺 B（desrerrioxamine B）可与铁螯合。β 地中海贫血因长期输血治疗，可导致体内铁离子沉积而造成器官损害，给患者服用去铁胺 B 后，它可有效地与铁螯合经尿排出。消胆胺（cholestyramine）是一种不能被肠吸收的阴离子交换树脂，给家族性高胆固醇血症患者口服消胆胺后，交换树脂在肠道与胆酸结合排出，防止胆酸的再吸收，从而可促进胆固醇更多地转化为胆酸从胆道排出，使血中胆固醇水平降低。

（2）换血或血浆过滤：换血疗法已成功用于婴儿某些遗传性溶血、母婴血型不合溶血及重型高脂血症。血浆过滤（plasmapheresis）则是将患者血液引入特殊的亲和结合剂（affinitybanding agent）瓶内，进行选择性结合，将过滤后的“清洁”血浆回输病人。例如曾试用肝素选择性结合低密度脂蛋白（LDL），再将无 LDL 血输回患者，使家族性高胆固醇血症纯合子血胆固醇水平下降了一半。

（3）使用代谢抑制剂：对因酶活性过高而形成的生产过剩病可用代谢抑制剂（metabolic inhibitor）以降低代谢率。例如，别嘌呤醇（allopurnol）可抑制黄嘌呤氧化酶，减少尿酸形成，故可治痛风。若无特异的直接抑制剂，也可采用竞争性抑制法。例如士的宁（strychnine）能与甘氨酸竞争中枢神经系统内的受体，故可用以治疗婴儿严重甘氨酸性脑病（脑脊液中甘氨酸浓度过高所致的严重呼吸和运动功能障碍）。

（4）平衡清除法（equilibrium depletion），对于某些溶酶体贮积病，由于其沉积物可弥散入血，并保持血与组织之间的动态平衡。如果注入一定的酶于血液以清除底物，则平衡被打破，组织中沉积物可不断进入血而被清除，周而复始，可逐渐达到去除“毒物”的目的。

三、出生前治疗

以上各种治疗方法都是在患儿出生后施行。也有人主张，如果患儿在出生前给予治疗可能收到更好疗效。当然，胎儿治疗（或称宫内治疗）必须以确切的产前诊断作基础。这类疗法分为两类：

1．内科疗法给孕妇服药，通过胎盘达到胎儿。如给孕妇服用肾上腺皮质激素、洋地黄可分别治疗胎儿的先天性肾上腺皮质增生症和先天性室上性心动过速；给怀有半乳糖血症胎儿的母亲禁食乳糖类也已获得显着效果。由于胎儿吞咽羊水，故有人将甲状腺素直接注入羊膜囊治疗遗传性甲状腺肿。

2．外科疗法例如对先天性尿道狭窄的胎儿施行尿道狭窄修复术（将胎儿自母体取出进行手术后再放回子宫），可避免胎儿肾功能不全及肺发育不良（因胎尿是羊水重要来源，胎儿没有足量羊水吞入会导致肺发育不全）。这类手术如果推迟在出生后进行则会造成严重后果。

四、基因疗法

基因治疗是治疗遗传病的理想方法，只有纠正了致病基因才能达到根治的目的。现代基因工程技术的发展，使基因治疗成为可能，给遗传病治疗带来了新的希望（详见第十四章）。

总上所述，目前有一定治疗方法的遗传病举例列于表 11-2。

表 11-2 可以进行预防或治疗的遗传病举例

第十二章 遗传咨询

遗传咨询（genetic counseling）是通过咨询医生（counselor）与咨询者（counselee）共同商讨咨询者提出的各种遗传学问题和在医生指导帮助下合理解决这些问题的全过程。在这一过程中，需要解答遗传患者或其亲属提出的有关遗传病病因、遗传方式、诊断、预防、治疗、预后等问题，估计亲属或再生育时该病的再发风险（率）（recurrent risk）或患病风险，提出可以选择的各种处理方案，供咨询者作决策的参考。

遗传咨询是在一个家庭范围内预防严重遗传病患儿出生最有效的程序。通过广泛开展遗传咨询，配合有效的产前诊断和选择性流产的措施，就能降低遗传发病率，从而减轻家庭和社会的精神负担和经济负担，从根本上改善社会人口素质，因而是我国目前一项十分重要而急需开展的工作。

第一节 如何开展遗传咨询

一、遗传咨询过程

遗传咨询的全过程是复杂的。一般不是一次咨询可以解决全部问题，而往往需要通过多次反复的咨询，才能回答咨询者提出的有关遗传病诊断、再发风险、预后和治疗等各种问题，并对处理方法作出抉择。有时还需要对咨询者进行随访（随访咨询），以了解咨询效果，改进工作。为了扩大遗传病的治疗效果，甚至需要对其更多的家庭成员和亲属进行了解和防治该种遗传病的宣传教育，以达到在更大范围内防治该病的目的。这种遗传咨询又称为扩大的家庭遗传咨询。在某些遗传病的高发地区，结合遗传病及其携带者的筛查，将能接受更为广泛的咨询，这也是一种扩大了的遗传咨询。

二、遗传咨询门诊

遗传咨询一般是在医院的门诊进行，即建立一般遗传咨询门诊或专科遗传咨询门诊（如优生门诊、神经科遗传咨询门诊、眼科遗传咨询门诊等）。建立遗传咨询门诊的先决条件是：

1．要有合格的遗传咨询医师这类医生需要具有良好的道德素质（对咨询者要热心，回答问题要有耐心，对患者要有同情心，对工作要有责任心），应对医学遗传学理论有全面和较深入的了解，对辅助诊断手段及实验室检测结果要能正确地判断，并能对各种遗传的风险作出恰当的估计。医生最好还能对心理学有所认识，这个要求是相当高的。鉴于目前我国医学遗传教学尚未在高等医学院校普及，以及现职临床医师普遍缺乏遗传学的基础的知识，因而近期一种可行的办法是临床医师与医学遗传学专业人员联合开展遗传咨询门诊工作。实践证明，他们通过相互学习，取长补短，确能有效的解决遗传咨询等医学院校医学遗传课程的教学以及挑选一批现职医师进行医学遗传理论知识的培训，将可以训练出一批合格的遗传咨询医生。

2. 要有一定条件的实验室及辅助性检查手段，正确的诊断是进行有效遗传咨询的关键。实验室除一般医院常规化验外，还应有细胞遗传学、生化遗传学及分子遗传学等方面的检测。辅助性检查手段包括 X 线、超声诊断、心电图、脑电图、肌电图、各种内窥镜、造影技术、断层扫描等。

3．要有各种辅助工作基础例如病案的登记，特别是婚姻史、生育史、家族史（包括绘制系谱图）的记录和管理；产前诊断必要的绒毛、羊水、胎血采集技术的配合；以及处理阶段所需的避孕、流产、绝育、人工授精等手段。在目前我国的现实条件下，设立县、市、省三级遗传咨询网，分别解决不同层次的问题比较可行。为了解决某些罕见疾病的诊断和产前诊断，还可以进行省、市、自治区之间的交流与合作。

三、遗传咨询程序

咨询者除一般性咨询外，主要提出的问题是：①所患疾病是否遗传病？②这种病有无治疗方法，预后如何？③对后代有无影响？这类问题的解决可循下列程序：

1．认真填写病历填写详细的按遗传病历需要而印制的咨询病历，并妥为保存，备后续咨询用。

2．对患者作必要的体检根据患者的症状和体征，建议患者作进一步的辅助性检查及必要的实验室检查（包括染色体、生化学以及基因分析），但不是每一个患者都要做每一项检查，检查项目应有针对性。有时这类检查还需扩展到其一级亲属，特别是其父母。一般需要在第二次甚至第三次咨询时才能根据病史、家族史、临床表现及实验室和辅助性检查结果作出初步诊断。在判定是否遗传病或是哪种遗传病时应注意：①与后天因素引起的先天性疾病区别，这时往往要细查生产史（有无产伤、婴儿窒息等）及妊娠期有无接触过射线及有毒化学物质及药物？②无家族史不能排除遗传病，一方面是因为隐性遗传病往往追溯不到家族史，另一方面也有可能患者为自然突变的受累者；③有些遗传病是迟发的，甚至几十岁才发病，对这些尚未充分有临床现者，不应仓促判定为非遗传病；④对那些因某种原因而有意隐瞒病史者，医生若有觉察后，应有耐心地做充分的教育说服工作，以期获得正确的诊断。

3．对再发风险作出估计由于部分遗传病是致残的、致愚的，甚至是致死的，故应对那些要求生育第二胎的咨询者作出再发风险的估计（估计方法详第二节）。

4．与咨询者商讨对策包括劝阻结婚、避孕、绝育、人工流产、人工授精、产前诊断、积极治疗改善症状等措施。此时应特别强调咨询医生只提出可供咨询者选择的若干方案，并陈述各种方案的优缺点，让咨询者本人作出抉择，而医生不应代替咨询者作出决定。这是因为在处理方法上往往存在多种选择，各有利弊，而这种选择又必须适应社会、家庭及个人的不同要求。如果医生将某种方法强加于人，必然会引起不愉快的后果。但对于我国婚姻法及优生法规中带有强制性的条例，咨询医生应说服咨询者按国家有关规定执行。

5．随访和扩大咨询为了确证咨询者提供信息可靠性，观察遗传咨询的效果和总结经验教训，有时需要对咨询者进行随访，以便改进工作。如果从全社会或本地区降低遗传病发病率的目标出发，咨询医生还应主动追溯家属中其他成员是否患有该病，特别是查明家属中携带者，这样可以扩大预防效果。但由于受“家丑不可外扬”的思想束缚，或涉及今后“谈婚论嫁”的困难，咨询者或家属往往采取不合作的态度，这时需要付出极大的耐心做说服教育工作，才能收到应有的效果。

第二节 再发风险在估计

再发风险（率）又称为复发风险（率）是指曾生育桲一个或几个遗传病患儿，再生育该病患儿的概率（机会）。现在这一概念已经扩大到凡有信息可导致一对夫妇生育患儿（包括第一胎）的概率，但这一情况称患病风险较适当。

再发风险一般用百分率（%）或比例（1/2，1/4……）来表示。风险率高低是相对的。一般认为 10%以上属高风险，5%-10%为中度风险，5%以下为低风险。也有人以 10%划界，认为 10%以下都属低风险。遗传病风险率的提法往往对咨询者造成不同的心理效应。例如一 40 岁的妇女来咨询生育先天愚型患儿的机会。如果你告诉她是 1%，她会认为很安全，风险小；但如果你的回答是，比年轻妇女高 10 倍，她就会同意不再生育或愿意进行产前诊断。染色体病及基因病再发风险的估计已在有关章节中提到，本章将会举例说明。这里先着重介绍单基因病再发风险的估计法。

1．单基因病的基因型已推定者，再发风险孟德尔定律推算。即常染色体显性遗传病再发风险为 1/2（或 50%），因绝大多数患者是显性基因的杂合子；常染色体隐性遗传病为 1/4（或 25%）；X 连锁隐性遗传病时，若母亲为携带者，男孩患病概率为 1/2（或 50%），女孩将有 1/2 概率为杂合子；父亲若为患者，女孩全部为杂合子，男孩全部正常。当然如双方都携带此致病基因，后代患病风险大增。

2．如果双方或一方的基因型未知，这时则要利用家系资料或其他有关数据，用逆概率定律（Bayes 定律）来推算。例如一位女性，她母亲是甲型血友病携带者，她本人为本病携带者的概率为 1/2（即基因型未能确定）；如果她是携带者，她生男孩患病概率为 1/2；如果她不是携带者，她生育男孩将完全正常。反过来说，如果她已生育 3 个正常男孩，这表明也不是携带者的可能性大（>1/2）, 她是携带者的可能性减小(<1/2), 这时究竟她本人是携带者的概率是多少, 就需要用 Bayes 定律来推算. 具体计算方法将在下面例子中提到。

(1)常染色体显性遗传: 在一般情况下, 常染色体显性遗传病的再发风险为 1 /2, 即使已生育一个或多个患儿, 再发风险仍为 1 /2, 但在下列情况下这一概率会有变动.

1)迟发显性: 显性症状要在若干年后才表现. 例如慢性进行性舞蹈病 (Huntingtons chorea,Hc) 是一种常染色体显性遗传病，携带此基因的杂合子一般发病较迟. 如咨询者父亲为 Hc 患者, 母亲正常, 则咨询者获得 Hc 基因的概率为 1 /2, 未获得此基因的概率亦为 1 /2. 这种从亲代是否患病推算出来的概率称为前概率(prior probabilty). 随着咨询者年龄的增长而不出现症状, 表明他实际上获得 Hc 原概率日益减少, 而未获得 Hc 基因的概率则越来越大。据统计，本病于 30 岁前发病者约占 1/3。咨询者为 30 岁时，如果他携带有 Hc 基因，他尚有 2/3 的机会发病，而如果他未携带此基因将不会发病，这种概率称为条件概率（conditional probability）。此咨询者患 Hc 的总概率或后概率（posterior probability）可计算如表 12-1。

从表 12-1 可以看出：由于咨询者 30 岁仍未表现症状，故他是 Hc 患者的风险由 50%降至 40%，如果他 40 岁仍未发病，他患 Hc 的风险还会降低。

表 12-1 慢性进行性舞蹈病患者儿子为 30 岁时为携带者的概率

2)外显不完全：在显性遗传病中，如有外显不全的情况（即外显率低于 100%），此时，子女患病概率为 1/2K（K 为外显率）。例如视网膜母细胞瘤的遗传型是常染色体显性遗传，其外显率 70%，按公式计，生育患儿的概率为 1/2×0.70=0.35(35%); 携带者（这里指携带者性基因而未表现病症的个体）的概率为 1/2（1-K），即 0.15(15%)。又例如父亲为患者，女儿外表正常，假设此基因的外显率为 90%，试问女儿的下一代患病风险有多大？，此时有几种可能：

女儿未携带此基因，前概率为 1/2；女儿携带此基因但未表现，则其合并概率为：1/2（前概率）×1/10（条件概率）=1/20 她作为一个携带者的总概率（后概率）为：

1/2/（1/20+1/2）=1/11

即此女儿为携带者的概率只有 1/11，而她的第一个子女的患病风险为：

1/11×1/2×9/10=9/220，即约 4%

（2）常染色体隐性遗传：按一般孟德尔定律计算再发风险，即 1/4。如生育一个以上患儿再发风险仍为 1/4。但有时要作具体分析。例如：

图 12-1 一例常染色体陷性遗传病系谱

1）一对表兄妹拟结婚，而他们的亲属中有一种常染色体隐性遗传病患者，如系谱图 12-1：Ⅲ3 为患者，Ⅲ2 外表正常，故有 2/3 有机会为杂合子，Ⅱ1 和Ⅲ1 为携带者的概率分别为 1/2 和 1/4。Ⅲ1 和Ⅲ2 结婚生育第一胎为患儿的概率为 1/4×1/4×2/3=1/24。若表兄妹结婚准确性中未发现有某种常染色体隐性遗传病患者，则所生子女患病风险根据该病在人群中的发病率和近婚系数推算。

2）双方为某种常染色体隐性遗传病患者，结婚后出生子女患该病的风险如何？按孟德尔分离律，他们的子女将全部为患者。但事实上并非如此。据一项观察，6 对聋哑夫妇结婚，他们中仅一对为全部子女聋哑。这是由于疾病的遗传异质性造成，使表型相同的患者，由于存在不同的基因型，所以他们的后代可以是不同基因的双重杂合子，不表现症状。

图 12-2 一例假肥大型肌营养不良系谱

（3）X 连锁隐性遗传：按孟德尔分离律，男性患者（半合子），全部女儿为杂合子；若女性为杂合子，则子女中携带此基因的概率各为 1/2，但男性若获得此基因（半合子）则可发病，女性为携带者。某些常见 X 连锁遗传病，女性杂合子不易测出，有时出现男方患病，儿子也罹患的情况（母亲为未测出的杂合子）。如果女性杂合子完全不能检测或测出机会很少时，可用 Bayes 定律来推测，例如图 12-2 是一例假肥大型肌营养不良（DMD）的系谱。从Ⅱ1 为患者、Ⅱ2 为肯定携带者（已生育一个患儿Ⅲ1）来分析，Ⅰ2 是杂合子无疑。问题是Ⅱ3 是否杂合子携带者？由于Ⅰ2 是杂合子，故Ⅱ3 是携带者的前概率是 1/2，她不是携带者的前概率也是 1/2。她已生了 3 个儿子都正常，如果她是携带者，而个儿子正常，则条件概率为（1/2）3=1/8；如果她不是携带者，3 个儿子正常，则条件概率为 1。这样Ⅲ3 是携带者的后概率为：

1/16/（1/16+1/2）=1/9

即由于Ⅲ3 已生育了 3 个正常男孩，她是携带者的概率由 1/2 降至 1/9，而不是携带者的可能性是 8/9。

第三节 咨询的种类和目的

根据大量遗传咨询过程中提出的各类问题可将遗传咨询分为下列几类：

1．婚前咨询 婚前咨询一般提出的问题是：①因为男女双方或一方，或亲属中有遗传病患者的困扰，担心婚后是否会出生同样的遗传病患儿前来咨询；②男女双方有一定的亲属关系，咨询他俩应否（或能否）结婚，如果结婚后果是否很严重？③双方中一方患有某种疾病，但不知是否遗传病，可否结婚，传给后代的机会如何？要求指导。

对于第一个问题，在明确了遗传病的诊断后，可就再发风险作出估计，并告知目前作出产前诊断的可能性；对于近亲结婚，应我国婚姻法有关“直属血亲及在三代以内的旁系血亲禁止结婚”的规定, 耐心解释此项规定的科学依据，劝阻在禁止范围内的近亲结婚；对于第三个问题，是尽力帮助患者用出正确诊断。

2．生育咨询 生育咨询是已婚男女在孕期或孕后前来进行咨询，一般提出的问题如下：①夫妻双方之一或亲属中有某种遗传病患者，他们生育该患儿的机会有多大？如何防止？这类问题可按婚前咨询的同类问题处理，②咨询者曾生育过智能低下或残疾儿，或患儿因病早亡，询问再生育会否出现同样情况？③女方为习惯性流产者，是否可再生育？如何防治？④结婚多年不孕，是否有遗传因素？⑤妇女孕期患过病、服过某些药物、接触过化学毒物或在有放射线污染的岗位上工作过，是否会影响胎儿健康？这类问题如何回答将在后面的例子中说明。

3．一般咨询 一般咨询是针对遗传学中一般问题进行咨询，例如，①本人或亲属所患疾病是否遗传病？②性别畸形能否结婚？能否生育？如何处理？③已知患者有某种遗传病能否治疗？④疑对方有婚外情，对所生子女有怀疑，要求做亲子鉴定，等等。

4．行政部门咨询 卫生行政部门或计划生育部门制定有关优生政策时常征询从事医学遗传工作者的意见，例如：对某些优生法规、条件的制订是否合理；某地区常见遗传病的控制有何对策？某些遗传病的调查应如何进行？甚至委托某些遗传咨询门诊开展是否容许生育或生第二胎的鉴定等。

在正确回答上述四类遗传咨询中提出的问题，要求咨询医生能灵活运用所学到的遗传学和临床知识，有针对性地去逐个解决。在许多情况下还需要向专科医生或遗传学工作者请教，对不熟习的疾病翻阅有关参考书及有关资料作下次咨询的准备是必不可少的，因为有许多遗传病是咨询医生前所未见的，要明确诊断非常困难，有时甚至是不可能的，特别在缺乏先证者（已夭折）的情况下更是如此。所以要求咨询医生一定要有实事求是的科学态度，向咨询者讲清，求得咨询者的理解和合作。

第四节 遗传咨询的病例举例

本节举出一些遗传咨询中的常见实例加以分析。

例 1 某妇女曾生育过一先天愚型患儿，现再次妊娠，惧怕再生同病患儿前来咨询。

对此病人需先核实患儿核型是否 21 三体性。如果证实核型为 47，XX（XY），+21，则其再发风险为 1/650～1/1000。如果此妇女已 32 岁则再发风险会增加至 1/1000（即 6 倍到 10 倍）。又如发现母亲为易位型携带者，则风险率大大增高，此时应嘱该妇女作绒毛、羊水细胞的产前细胞遗传学诊断。

例 2 某男性，38 岁，两次结婚，第一妻妊娠 8 次均于妊娠 2 个月左右流产，故离婚，与第二妻婚后，女方受孕次亦均在 3 个月内流产，要求明确流产原因及是否能再妊娠。

本例显然是男方问题，特别是因为在询问病史中得知其第一妻与其离异后再婚生育正常。在 3 个月内自然流者 50%的病因是由于染色体异常，特别是男方原因引起的更是如此，故首先检查了男女双方核型。女方核型正常，男主有 13 号染色体间的平衡易位 t(13q;13q)。这类完全的罗氏易位携带者有 5 种：t(13q;13q)；t(14q;14q)；t(15q;15q)；t(21q;21q)及 t(22q;22q)。由于这类易位不能形成正常的配子，故不可能有正常的后代，这时应劝男方作绝育术，如双方同意可进行人工授精领养。如果是非同源罗氏平衡易位，如 t(13q;13q)等，则仍有 3/4 的机会生产畸形儿、流产或生育同样的携带者，危害后代极大，也应劝阻再次妊娠。

例 3 一对新婚夫妇，由于女方的弟弟患有苯酮尿症（PKU），害怕今后会生育 PKU 患儿前来咨询。

此例应首先证实女方弟弟是否确为 PKU 患者，因高苯丙氨酸血症伴尿中苯丙氨酸旁路代谢产物增多有高度异质性，至少有 8 种类型，故先要确诊其为经典的苯丙氨酸羟化酶缺乏的 PKU。如果证实，则其父母应为杂合子携带者。这对夫妇女方为携带者的概率为 2/3，男方为携带者的概率可从我国 PKU 人群发病率计出。根据国内 11 省、市新生儿筛查资料，PKU 发病率为 1：16500，由此算出基因频率约为 0.0078，携带者的频率为 1/65（2pq），故生育患儿风险为 1/65×2/3×1/4=1/390，风险率不高。如果风险率高者，比如一对夫妇已生育过 1 例 PKU 患儿要求再次妊娠时，风险率则高达 1/4。此时，一方面应向求诊者说明再次生育患儿的危险性；同时也可告知目前我国已能应用聚合酶链反应（PCR）结合寡核苷酸探针技术对我国已发现的 11 种 PKU 点突变 (约占 70%病例) 进行产前诊断，提供咨询者选择。

例 4 一对夫妇生了一个严重先天性聋哑患儿，此患儿呈单纯聋哑而无其他异常表现，他们前来咨询如果再生育出现聋哑儿的机会。

聋哑是非常复杂的症候群，有遗传性的，也有环境因素引起的；有先天性的，也有迟发的；有单纯性的，也有合并其他畸形的；有完全性的。也有不完全性的。所以对待这种情况，请耳鼻喉科专家会诊明确初步诊断是明智的。据估计耳聋发病率约为 0.1%，与遗传病因素有关的病因达 127 种以上，有高度的遗传异质性。先天性耳聋属常染色体隐性遗传者占 75%左右，常染色体显性遗传者占 3%，其他原因不明者中相当一部分为多基因遗传，占 20%，X 连锁遗传者罕见（2%以下）。在确定上述遗传因素前还要仔细排除环境因素，诸如风疹、核黄疸、脑膜炎等。对严重性耳聋再发风险的估计可以根据 Stevenson 等的经验风险率（empiric risk rate）来判断（表 12-2）。

有了表 12-2 列出的数字，还应考虑咨询者的实际情况。例如父母正常又非近亲结婚，生育一例患儿，按表 12-2 再发风险为 1/6，但如果生育了 3 个正常小孩，则再发风险可低于 1/6。本例父母正常又非近亲结婚，故再发风险应估计为 1/6。当然，如果患儿伴有其他症状，就应力求作出疾病或某种综合征的较为准确的诊断，再作再发风险的估计。

表 12-2 同胞或子女患先天性耳聋的风险

聋哑患者由于难觅对象经常与聋哑人结婚，如果大部分为常染色体隐性遗传来估计，他们的子女应全部为聋哑患者，但实际调查结果约 70%子女不发病，这是由于大多数父母携带者的是非等位隐性基因，因而出现双重杂合子而不发病的现象，因此对于父母聋哑的咨询应是谨慎的。尽管如此，他们生育聋哑子女的风险仍高达 30%，故应嘱绝育为好（参阅第四章）。

例 5 一对夫妇因生育了一个智力低下（mentalretardation,MR）的患儿前来就诊，咨询能否治疗？如再生育是否会出现同样情况？

本例是医生经常见到并十分棘手的问题，临床诊断常为“大脑发育不全”而无病因诊断。由于导致智力低下的原因非常多，而且许多原因又难以鉴别，所以比较合理的方法是抓住那些主要原因，以图得出初步印象。这些原因有下列几方面：

（1）染色体病：染色体病中，21 三体性是引起智力低下最常见的原因，占 MR 的 10%左右。列第二位的是脆性 X 综合征。因此对智力低下的患儿作染色体检查是必要的。

（2）单基因病：常染色本显性遗传（AK）的智力低下较少见，而常染色体隐性遗传（AR）的则较多见，如苯酮尿症、半乳糖血症、同型胱氨酸尿症、溶酶体贮积症（尤其是粘多糖病）、小头畸形等。这类疾病约占 MR 的 5%左右。X 连锁隐性遗传病引起智力低下者首推 G6PD 缺乏症，导致新生儿黄疸诱发核黄疸，但在长江以北地区少见。

（3）多基因病：这类疾病占 MR 的 15%-20%，但往往表现为轻至中度智力低下，双亲智商偏低。

（4）环境因素：包括产伤、新生儿窒息缺氧、风疹、巨细胞病毒、致畸药物或毒物、宫内生长迟缓等。

所以对智力低下儿求咨询时，应先了解病史、生产史、家族史及检测智商（或根据自理生活能力、语言能力或学习成绩作智力初步判断）了解智力低下的程度，尽可能排除环境因素，最后根据伴发症状或体征作出拟诊。伴有形态学异常者必须作染色体检查。疑患遗传性代谢病者应做相应的生化学或分子遗传诊断。如果仍然找不出原因，就可能为多基因智力低下或其它未知病因。

咨询者最关心的是治疗问题，对于一些查明原因的代谢病如苯酮尿症、半乳糖血症、家族性甲状腺肿，可早期进行预防性治疗.,“禁其所忌”效果很好。其次，咨询者关心的是再生育问题，应告知防治 MR 应首先着眼于围产期保健，特别是避免产伤、新生儿窒息、缺氧等情况；对父母中有 G6PD 缺乏者应及早查脐血，如发现婴儿 G6PD 缺乏应采取措施防止核黄疸出现；对染色体异常者，如要再生育则必须作产前细胞学诊断。

应该承认并向咨询讲清，目前大多数智力低下儿尚无有效的药物，故应对智商高低不同者分别加以处理：智商在 50-70 者可训练做简单性技术工作或进弱智学校；智商在 35-49 者只能自理生活；智商在 35 以下者，则只能由他人照顾和监护。至于再次生育的再发风险依不同疾病而定。如考虑为多基因遗传的，再发风险<50%，如已生育 2 个智力低下患儿则再发风险增至 10%，患儿二级亲属再发风险约为 1%

例 6 一女性，22 岁，由于本人无月经，外生殖器发育异常，前来求诊，咨询是否可结婚，婚后有无生育。

体检中发现该女性阴蒂肥大，呈龟头状，阴道末端与尿道同一开口，第二性征呈女性，乳房发育，腋毛与阴毛均呈女性分布，子宫、输卵管及卵巢可扪及。由于外生殖器特点及无月经应考虑两性畸形的可能性，此时作染色体检查是必要的。因为两性畸形分布真性与假性两类：真性具有两种性别表型，既有睾丸又有卵巢，核型多为 46，XY/46，XX 嵌合体，而男性假两性畸形，即睾丸女性化综合征，核型为 46，XY，具有女性性征（参阅第 75 页）。本例核型检查结果为 46，XX/46，XY，结合临床表现诊断为真性两性畸形。这类问题的处理宜极慎重，要充分考虑其性腺及外生殖器发育情况、年龄、社会性转化。在剖腹探查后发现左侧为卵睾，由于卵睾有可能恶性变，故建议切除，手术将阴道和尿道分开并做阴道成形术，这样婚后有正常性生活，并有可能妊娠。

例 7 一位妇女，有一健康女孩已 4 岁，最近生育第二胎为男孩，于出生 4 天后出现严重新生儿溶血性黄疸，抽搐死亡，前来咨询原因及今后能否再生育健康男孩。

这种情况应考虑三种可能性：

（1）Rh 血型不符合：这种情况在我国不多见，因我国人群中 Rh 阴性血型仅占 1%-3%。为排除 Rh 血型不符合可作母亲 Rh 血型检查，如母亲为 Rh 阳性，则可排除。

（2）ABO 血型不符合：例如母亲为 O 型血，父亲为 A 型、B 型或 AB 型，导致胎儿为 A 型或 B 型。母亲的抗 A 或抗 B 抗体通过胎盘进入胎血可发生免疫性溶血反应致核黄疸，可致命或导致智力低下，这种情况在我国比较常见，北方约半数新生儿黄疸是由此引起。但仅查出母子 ABO 血型不合还不能确诊，尚需检查新生儿血中否有抗 A 或抗 B 抗体，母血中抗 A 或抗 B 和抗体滴度也应相当高。ABO 血型不合导致溶血一般较轻，引起核黄疸致死者较少见。

（3）G6PD 缺乏症：这是我国南方新生儿溶血性黄疸最常见的原因，据统计占这类黄疸病例的 1/2 左右（参阅第八章）。

本例除应查证父母新生儿 ABO、Rh 血型外，应查母亲血 G6PD 活性。尽管第二胎男孩已故，仍应多考虑为 G6PD 缺乏症致死。应嘱咨询者如再生育时应留脐血作 G6PD 活性检查。如证实婴儿为 G6PD 缺乏，则应在黄疸出现前或早期服用苯巴比妥钠，并及时用光线疗法阻止黄疸发展，必要时换血以挽救患儿生命。

例 8 一妇女在婚后才得知丈夫患有癫痫病，担心下代会出现癫痫病患儿，特来咨询。

癫痫原因极为复杂，可以由环境因素（如产伤、脑外伤、感染等后遗症）引起，也可由遗传因素所致。如果经神经科医生会诊后诊断为原发性癫痫者，则应详细了解患者家族史。若系谱分析认为常染色体显性遗传，则这对夫妇生育患儿风险达 50%，应劝其不要生育，或用人工授精或领养代替。如不符合孟德尔遗传方式则可能为多基因遗传（大多数情况下如此），此时可参考表 12-3 列出的经验风险概率回答咨询者。

表 12-3 原发性全身性癫痫的遗传风险

例 9 一对夫妇曾生育过一个无脑儿，拟再生育，前来咨询是否会再生育先天性畸形儿。

单纯性无脑儿（不伴其他畸形）属多基因遗传病，其发病率在我国北方较高，与其他开放性神经管畸形一起统计可达 1%以上，南方较少。其再发风险（包括其他开放性神经管缺损）为 5%左右。如在其他亲属中有神经管缺损，则再发风险按表 12-4 的经验风险概率估计。

12-4 无脑儿及脊柱裂的再发风险

一般性的再发风险估计不会使咨询者满意，应告诉咨询者本病产前诊断的可行性及可靠性，以解除其精神压力。

例 10一孕妇，10 多年来一直在某化工厂工作，担心其将出生小孩会出现畸形，前来咨询。

人们往往因妊娠期接触过化学毒物，服用过某些药物，有病毒感染史或有从事与电离辐射有关工作的历史前来咨询，这是一类非常难以回答的问题。因为这些有害化学物质或射线的种类、剂量、接触及时间长短等都难以或无法估测。一般而言，已肯定能致畸的药物有：抗麻风药（如反应停）、抗凝血药（如新双香豆素）、酒精、抗癌药（氨基蝶啶等）、抗精神病药（如锂化合物）、抗癫痫药（苯妥英钠）等。至于其他工业化学制品、激素类致畸效应尚未确定。感染如风诊、巨细胞病毒、肝炎病毒、弓形体、梅毒都有可能引起畸胎。至于辐射则可有致突变或致染色体畸变效应。遇到这类咨询时，弄清下列问题对处理会有所助益。

（1）接触的是哪种有害物质？接触时间长短？接触程度（密切接触或一般接触）？

（2）妊娠的哪个时期接触过？因为妊娠的 20-60 天是高度敏感期，胎儿易受累，但 2 个月后胎儿敏感性迅速降低。

以上总是在大多数情况下是难以弄清的，即使咨询者能比较准确的回答您的问题，比如说，她在妊娠的 4-5 周患过风诊，今后她生育的小孩是否一定会出现先天畸形，亦甚难估计。故遇到这类问题只能根据以下原则处理：

（1）如果服用或接触是不是以上已知的化合物或药物，也无上述已知能致畸病毒的感染（可由病原体的基因诊断而获得一定信息），接触射线也不是长期（特别是性腺），即使接触也不是胎儿的敏感期，这时可向咨询者讲明致畸可能性甚小的道理，消除其畏怯心理。

（2）咨询者应脱离有害物质接触，如暂时或永久调换工种，或调换单位。

（3）若为射线接触，可作外周血染色体检查、姐妹染色体交换率（SCE）测定或微核试验，以期获得是否照射过量的证据。

（4）到妊娠 14-24 周作 B 超检查，可以发现胎儿外表畸形，甚至肠道或先天性心脏畸形。

本例可按上述原则处理。

（杜传书）

第十三章 基因诊断

长期以来，单基因遗传病的诊断主要靠临床观察和系列化学检查，但生化学检查要求有相应基因表达产物的体液或细胞，并对基因产物或代谢异常机理有所了解，但对绝大多数遗传病而言，目前还远未达到这种认识。

理想的诊断方法是对患者基因或 DNA 本身直接进行分析，因为这种分析摆脱了上述各种限制。机体各种组织的核细胞均有全套基因组 DNA，都可以作为分析的材料，而不必考虑表达问题。例如，淋巴细胞、皮肤细胞、绒毛细胞均可用来分析 β 珠蛋白基因而不一定要采用骨髓细胞；又如苯酮尿症时缺乏的苯丙氨酸羟花酶只在肝中产生，但任何组织、细胞的 DNA 均可用作苯丙氨酸羟化酶基因的检查。当然，基因分析也不能完全代替生化学检测。例如，G6PD 缺乏症的诊断只需要作红细胞酶测定，而不需要基因分析作出诊断。

第一节 基因诊断的原理

核酸分子杂交是基因诊断的最基本的方法之一。它的基本原理是：互补的 DNA 单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补的原则进行，它不仅能在 DNA 和 DNA 之间进行，也能在 DNA 和 RNA 之间进行。因此，当用一段已知基因的核酸序列作出探针，与变性后的单链基因组 DNA 接触时，如果两者的碱基完全配对，它们即互补地结合成双链，从而表明被测基因组 DNA 中含有已知的基因序列。由此可见，进行基因检测有两个必要条件，一是必需的特异的 DNA 探针；二是必需的基因组 DNA。当两者都变性呈单链状态时，就能进行分子杂交。

一、基因探针

基因探针（probe）就是一段与目的基因或 DNA 互补的特异核苷酸序列，它可以包括整个基因，也可以仅仅是 / 基因的一部分；可以是 DNA 本身，也可以是由之转录而来的 RNA。

1．探针的来源DNA 探针根据其来源有 3 种：一种来自基因组中有关的基因本身，称为基因组探针（genomic probe）；另一种是从相应的基因转录获得了 mRNA，再通过逆转录得到的探针，称为 cDNa 探针（cDNa probe）。与基因组探针不同的是，cDNA 探针不含有内含子序列。此外，还可在体外人工合成碱基数不多的与基因序列互补的 DNA 片段，称为寡核苷酸探针。

2．探针的制备 进行分子突变需要大量的探针拷贝，后者一般是通过分子克隆（molecular cloning）获得的。克隆是指用无性繁殖方法获得同一个体、细胞或分子的大量复制品。当制备基因组 DNA 探针进，应先制备基因组文库，即把基因组 DNA 打断，或用限制性酶作不完全水解，得到许多大小不等的随机片段，将这些片段体外重组到运载体（噬菌体、质粒等）中去，再将后者转染适当的宿主细胞如大肠肝菌，这时在固体培养基上可以得到许多携带有不同 DNA 片段的克隆噬菌斑，通过原位杂交，从中可筛出含有目的基因片段的克隆，然后通过细胞扩增，制备出大量的探针。

为了制备 cDNA 探针，首先需分离纯化相应 mRNA，这从含有大量 mRNA 的组织、细胞中比较容易做到，如从造血细胞中制备 α 或 β 珠蛋白 mRNA。有了 mRNA 作模板后，在逆转录酶的作用下，就可以合成与之互补的 DNA(即 cDNA)，cDNA 与待测基因的编码区有完全相同的碱基顺序，但内含子已在加工过程中切除。

寡核苷酸探针是人工合成的，与已知基因 DNA 互补的，长度可从十几到几十个核苷酸的片段。如仅知蛋白质的氨基酸顺序量，也可以按氨基酸的密码推导出核苷酸序列，并用化学方法合成。

3. 探针的标记 为了确定探针是否与相应的基因组 DNA 杂交，有必要对探针加以标记，以便在结合部位获得可识别的信号, 通常采用放射性同位素 32P 标记探针的某种核苷酸 α 磷酸基。但近年来已发展了一些用非同位素如生物素、地高辛配体等作为标记物的方法。但都不及同位素敏感。非同位素标记的优点是保存时间较长, 而且避免了同位素的污染。最常用的探针标记法是缺口平移法(nicktranslation)，其原理如图 13-1。首先用适当浓度的 DNA 酶Ⅰ（DNAseⅠ）在探针 DNA 双链上造成缺口，然后再借助于 DNA 聚合酶Ⅰ（DNa poly merasⅠ）的 5’→3’的外切酶活性，切去带有 5’磷酸的核苷酸；同时又利用该酶的 5’→3’聚酶活性，使 32P 标记的互补核苷酸补入缺口，DNA 聚合酶Ⅰ的这两种活性的交替作用，使缺口不断向 3’的方向移动，同时 DNA 链上的核苷酸不断为 32P 标记的核苷酸所取代。

图 13-1 缺口平移标记法粗线示标记部分

探针的标记也可以采用随机引物法，即向变性的探针溶液加入 6 个核苷酸的随机 DNA 小片段，作为引物，当后者与单链 DNA 互补结合后，按碱基互补原则不断在其 3’OH 端添加同位素标记的单核苷酸，这样也可以获得比放射性很高的 DNA 探针。

二、限制性核酸内切酶

限制性核酸内切酶（restrictionendonuclease），又简称限制酶或内切酶。它们是基因工程和基因诊断重要的一类工具酶。它们的发现和应用为从基因组中分离目的基因提供了必要的手段. 限制酶能特异地识别和切割特异的核苷酸序列，将双链 DNA 切成较小的片段。酶切后目的基因可能完整地或部分地保存于某一 DNA 片段上，并被分离出来。

限制酶主要来源于原核生物，是一组能水解 DNA 磷酸二酯键的酶。迄今已发现的限制酶多达数百种，分为三类。在基因工程中使用的主要是第二类。限制酶根据其来源命名。例如，限制酶 EcoRⅠ来源于大杆菌 E.coli 的 RY13 菌株,Ⅰ指在该菌株中分离的第一个限制酶。

下面是一些最常用的限制酶的来源及其识别顺序(表 13-1)

每种限制酶识别和切割的通常为 4 - 6 个核苷酸序列, 称为限制性位点 (restriction sites) 或切点. 限制酶切割双链 DNA 的方式有两种，产生的末端也有两种：第一种是交错切割，即两条链的切点不在同一水平而是相隔数个碱基，故断口产生两小段自身互补的单链，这种末端容易互补连接，称为粘性末端（cohesive terminus）；第二种为平整切割，即两

表 13-1 常用的限制酶的来源及其识别顺序列

* 被甲基化

条链在同一水平切开，得到平齐末端（blunt terminus）(图 13-2)。由于具有相同粘性

图 13-2 限制酶的两类切割方式

末端的 DNA 片段在 DNA 连接酶的作用下很容易共价连接，因此被广泛地应用于重组 DNA 操作中。具有相同平齐末端的 DNA 片段也可以连接，但连接效率只有粘性末端连接效率的 1%。

限制酶的上述特性在基因工程和基因诊断中具有重要用途：①首先不论 DNA 的来源如何，用同一种内切酶切割后产生的粘性末端很容易重新连接，因此很容易将人和细菌或人和质粒任何两个 DNA 片段连接在一起，即重新组合，这是重组 DNA 技术的基础。②人类的基因组很大，不切割无法分析其中的基因。限制酶能把基因组在特异的部位切开，即切割不是随机的，因而从每个细胞的基因组得到的是相同的一组长度各异的片段。这些可能含有某一基因的片段可用电泳分离，并加以研究。③由于限制酶的特异性，如果识别位点的碱基发生了改变，限制酶将不再能切割；同样，碱基的改变也可能导致出现新的酸切位点。在人类基因组中，这两种情况是十分常见的，而切点的消失或出现将影响获得的 DNA 片段的长度，表现为限制性片段长度多态性（RFLP），这在基因的连锁诊断中具有极重要的意义。

三、限制性片段长度多态性

一个人的两套单倍体 DNA 是不完全相同的，一般每 100-500 个碱基对就有一个是不相同的。换言之，如果把两套基因组 DNA（各 3.2×109bp）排列起来，那么平均有 1000 万处不同，它们多位于内含子序列中。实际上，除单卵双生子外，人群中没有两个个体的基因组 DNA 是完全相同的。

DNA 的多态性虽可通过 DNA 测序检出，但用限制酶消化却是最常用的检测方法。

1．RFLP由于碱基的变异可能导致酶切点的消失或新的切点出现，从而引起不同个体在用同一限制酶切时，DNA 片段长度出现差异（图 13-3），这种由于内切酶切点变化所导致的 DNA 片段长度的差异，称为限制性片段长度多态性（restriction fragmentlength polymporphism, RFLP）。RFLP 反映了常见的个体间 DNA 核苷酸的可遗传性变异，它按照孟德尔方式遗传。RFLP 可用 Southern 印迹杂交法（见下节）检出。用 Southern 杂交检出 RFLP 时，如探针跨越切点，则被切开的两个片段均可与探针杂交，从而显示两条杂交带（图 13-4）。

图 13-3 RFLP 示意图箭头酶切位点；

左图：等位基因 2 由于出现新的切点，DNA 片段缩至 8kb;

右图：DNA 片段电泳后杂交图

13-4 RFLP 的检出等位基因 1 因有额外切点而导致产生

两个长短不同的 DNA 片段（3kb 及 5kb）且均能与探针杂交

2．两点 RFLP

（1）点多态（point polymorphism）：是由于单个或少数碱基的改变引起酶切点的出现或消失所致的 RFLP。上述的 RFLP 即属于这一类。它们属经典的 RFLP。在人类基因组中已发现数以百计的此类多态位点。

（2）数目变异的串连重复（variable number tandem repeats,VNTR）：上述经典的单个碱基取代所致的 RFLP 一般只能检测到一种杂合性的两种形式，即“有”或“无”某个限制酶切位点，而且每个位点在人群中的杂合子频率通常不会超过 50%，当被测个体为纯合状态时，利用 RFLP 就无法得到所需要的多态信息。此外，在整个基因组中，这类 RFLP 目前发现的数量还有限，并分布不匀。

但是，在人类基因组中还存在一类 DNA 重复序列，称为小卫星 DNA。它们分布十分广泛，每一个单位通常只有 16-28bp 长，但其重复次数在人群中是高度变异的。当用限制酶切割 VNTR 区时，只要酶切点不在重复区内，就可能得到各种长度不同的片段（图 13-5）

与小卫星 DNA 不同，另一类重复序列是卫星 DNA。它们的基本序列有 1-6bp，如（TA）n、(CGG)n 等，通常重复 10-60 次并呈高度的多态性。

图 13-5 VNTR 导致的 RFLP 重复次数的变异致酶切位点的移动和 DNA 片段长度的变异

VNTR 具有高度的变异性，同时也是按照孟德尔方式遗传的，因此是很好的遗传标记，由于它们类型众多和在基因组中分布广泛，因而在基因连锁诊断中应用日益广泛。

第二节 常用基因诊断技术

当细胞的基因组 DNA 用特定的内切酶如 Eco RⅠ切割时，凡有 GAATTC 的地方都被切开，得到许多长度一定但互不相等的片段，需要分析、分离的基因或 DNA 片段就在其中某一特定的的片段上。

然而许多长短不同的 DNA 片段混合在一起是很难分析的。因此首先必需将它们按大小（长短）分离开来，这可借助凝胶电泳来完成。在电泳时，分子量愈小的片段的迁移愈快，愈大的片段愈慢。因此，在电泳结束时可以获得一个由大到小连续的带谱（smear），而由许多细胞基因组得来的某一特定片段，因其长度相同将处于同一位置，有利于检出。但凝胶易碎且操作不便。英国科学家 Southern 首创印迹法克服了上述困难（图 13-6）。

一、Southern 印迹法（Southernblot）

基本原理是：硝酸纤维膜或尼龙滤膜对单链 DNA 的吸附能力很强，当电泳后凝胶经过 DNA 变性处理，覆以上述滤膜，再于其上方压上多层干燥的吸水纸，借助它对深盐溶液的上吸作用，凝胶上的单链 DNA 将转移到滤膜上。转移是原位的，即 DNA 片段的位置保持不变。转移结束后，经过 80℃烘烤的 DNA，将原位地固定于膜上。

图 13-6 Southern 印迹杂交示意图

当含有特定基因片段已原位转移到膜上后，即可与同位素标记了的探针进行杂交，并将杂交的信号显示出来。杂交通常在塑料袋中进行，袋内放置上述杂交滤膜，加入含有变性后探针的杂交溶液后，在一定温度下让单链探针 DNA 与固定于膜上的单链基因 DNA 分子按碱基到互补原理充分结合。结合是特异的，例如只有 β 珠蛋白基因 DNA 才能结合上 β 珠蛋白的探针。杂交后，洗去膜上的未组合的探针，将Ⅹ线胶片覆于膜上，在暗盒中日光进行放射自显影。结合了同位素标记探针的 DNA 片段所在部位将显示黑色的杂交带，基因的缺失或突变则可能导致带的缺失或位置改变。

分子杂交是基因探测的基础，除了用印迹杂交外，还有斑点杂交法。即将 DNA 样品变性后直接点在硝酸纤维滤膜上，再与探针杂交，或者将细胞或病毒点在膜上，菌落或菌斑原位地吸附在膜上，经过变性处理，再进行杂交。斑点杂交多用于病原体基因，如微生物的基因，但也可用于检查人类基因组中的 DNA 序列。

二、聚合酶链反应

近年来，基因分析和基因工程技术有了革命性的突破，这主要归功于聚合酶链反应（polymerase chain reaction,PCR）的发展和应用。应用 PCR 技术可以使特定的基因或 DNA 片段在短短的 2-3 小时内体外扩增数十万至百万倍。扩增的片段可以直接通过电泳观察，也可用于进一步的分析。这样，少量的单拷贝基因不需通过同位素提高其敏感性来观察，而通过扩增至百万倍后直接观察到，而且原先需要一、二周才能作出的诊断可以缩短至数小时。PCR 反应的原理如图 13-7。

图 13-7 PCR 原理示意图黑色线代表引物

由图可见，首先应按照欲检测的 DNA 的 5’和 3’端的碱基顺序各合成一段长约 17-20 余个碱基的寡核苷酸作为引物（primer），其次是将待检测的 DNA 变性后，加入四种单核苷酸（dNTP）、引物和耐热聚合酶。在较低的温度，引物将与待扩增的 DNA 链复性结合，然后的聚合酶的作用下，利用溶液中的核苷酸原料，不断延伸合成新互补链，这样，一条 DNA 双链就变成了两条双链。若继续按照变性（92-95℃）→复性（40-60℃）→引物延伸（65-72℃）的顺序循环 20 至 40 个周期，就可以得到大量的 DNA 片段。理论上循环 20 周期可使 DNA 扩增 2n，即 100 余万倍。PCR 反应特异性强，灵敏度高，极微量的 DNA 即可作为扩增的模板得到大量的扩增片段。毛发、血痕，甚至单个细胞的 DNA 即可供 PCR 扩增之用。因此它用于病原体 DNA 的检查、肿瘤残留细胞的检出、罪犯或个体遗传物质的鉴定以及遗传病的基因诊断等。

目前已可对一系列的遗传病进行 PCR 诊断。如果疾病是由基因缺失引起的（如 α 地贫），则在缺失两端设计一对引物进行扩增，就不会得到扩增产物或只能得到缩短了的扩增产物。如果疾病是由点突变引起的，而突变的位置和性质已知，则在设计引物时使之包括突变部位，由于突变后的碱基不配对，结果无扩增片段；或者在引物设计时于其 3’端设计一个错误的核苷酸，使之与突变了的核苷酸配对，其结果是正常引物不能扩增，而用错误的引物能扩增，从而可对突变的存在作出判断。

PCR 技术目前有许多新的发展，用途日益扩大。例如，可用 RNA 为模板经过逆转录再行扩增的 RT-PCR；改变两引物浓度，使其相差 100 倍，结果得到大量单链产物，称为不对称 PCR，其单链产物可用于序列分析；在一个反应中加入多对引物同时检测多个部位的多重 PCR 等等。

三、扩增片段长度多态性

小卫星 DNA 和微卫星 DNA 的长度多态性可以通过 PCR 扩增后电泳来检出，并用于致病基因的连锁分析，这种诊断方法称为扩增片段长度多态性（amplified fragment length polymorphism,Amp-FLP）连锁分析法。PCR 扩增后，产物即等位片段之间的差别有时只有几个核苷酸，故需用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离鉴定。此法多用于突变性质不明的连锁分析.

四、等位基因的特异寡核苷酸探针诊断法

当基因的突变部位和性质已完全明了时，可以合成等基因特异的寡核苷酸探针（allele-specific oligonucleotide,ASO）用同位素或非同位素标记进行诊断。探针通常为长 20bp 左右的核苷酸。用于探测点突变时一般需要合成两种探针，一种与正常基因序列完全一致，能与之稳定地杂交，但不能与突变基因序列杂交；另一种与突变基因序列一致，能与突变基因序列稳定杂交，但不能与正常基因序列稳定杂交，这样，就可以把只有一个碱基发生了突变的基因区别开来.

PCR 可结合 ASO，即 PCR-ASO 技术，即先将含有突变点的基因有关片段进行体外扩增，然后再与 ASO 探针作点杂交，这样大大简化了方法，节约了时间，而且只要极少量的基因组 DNA 就可进行。

五、单链构象多态性诊断法

单链构象多态性（signlestrand conformation polymorphism,SSCP）是指单链 DNA 由于碱基序列的不同可引起构象差异，这种差异将造成相同或相近长度的单链 DNA 电泳迁移率不同，从而可用于 DNA 中单个碱基的替代、微小的缺失或手稿的检测。用 SSCP 法检查基因突变时，通常在疑有突变的 DNA 片段附近设计一对引物进行 PCR 扩增，然后将扩增物用甲酰胺等变性，并在聚丙烯酰胺凝胶中电泳，突变所引起的 DNA 构象差异将表现为电泳带位置的差异，从而可据之作出诊断。

PCR-SSCP 法具有能快速、灵敏地检测有无点突变或多态性的优点，但如欲阐明突变的碱基性质，则需作序列分析。

第三节 遗传病的基因诊断选择

一、直接诊断和间接诊断

基因诊断可分为两类：一类是直接检查致病基因本身的异常。它通常使用基因本身或紧邻的 DNA 序列作为探针，或通过 PCR 扩增产物，以探查基因无突变、缺失等异常及其性质，这称为直接基因诊断，它适用已知基因异常的疾病；另一类是基因间接诊断。当致病基因虽然已知但其异常尚属未知时，或致病基因本身尚属未知时，也可以通过对受检者及其家系进行连锁分析，以推断前者是否获得了带有致病基因的染色体。连锁分析是基于紧密连锁的基因或遗传标记通常一起传给子代，因而考察相邻 DNA 是否传递给了子代，可以间接地判断致病基因是否传递给子代。连锁分析多使用基因组中广泛存在的各种 DNA 多态性位，特别是基因突变部位或紧邻的多态性位点作为标记。RFLP、VNTR、SSCP、AMP-FLP 等技术均可用于连锁分析。

二、基因异常与诊断方法的选用

各种遗传病的基因异常是不同的，同一遗传病也可以有不同的基因异常，但这些异常大体可分为基因缺失和突变两大类型。后者包括单个碱基置换、微小缺失或插入。近年来不发现一些遗传病是由于基因内的三核苷酸重复顺序增加引起的，根据对基因异常类型的了解，可以采用不同的诊断方法（表 13-2）。如基因缺失可用基因探针杂交，PCR 扩增直接检测；点突变可用等位基因特异的 ASO 探针、SSCP 等直接检查。一般无需对家系成员进行分析。但条件是必需知道基因异常的性质，并肯定该异常与疾病之间的关系。然而，由于许多疾病的遗传异质性，以及多数遗传的基因异常尚属未知，目前能直接诊断的病种虽日益增多，但仍然是比较有限的。

表 13-2 遗传的基因诊断方法

许多遗传病的基因尚未分离克隆，或基因异常尚不清楚，因此还不能根据突变的性质进行诊断。但如果通过家系分析能证明某一 DNA 标记（无论是等位基因还是多态性位点或片段）与致病基因连锁，则凡带有该标记的成员都可能带有致病基因，从而可作出间接的连锁分析诊断。

应用连锁分析诊断时应注意如下几个问题：①基因与 DNA 标记之间可能发生重组。因此连锁分析的准确性取决于 DNA 与致病基因连锁的紧密程度，连锁愈紧密，可靠性愈高，故应采用尽量靠近致病基因，即连锁紧密的标记，或采用多个遗传标记以尽可能排除重组。由于可能存在重组，连锁分析不能完全确定致病基因是否存在，而是指出存在可能性或概率的大小。如果标记距基因有 5cM，即重组率为 5%，则作出诊断时尚有 5%误差的可能，即只有 95%的把握作出肯定或否定的结论。②选用的遗传标记在人群中的杂合度。如果标记的杂合度在人群中很低，即多数个体为纯合子，则这种标记用处不大。因为如家系中关键成员不能提供致病基因在哪一条染色体上的信息，常使连锁分析无法进行，因此需选用人群中杂合度高的标记。③在连锁分析时，有时只分析一个多态位点还不能把某一家系中带有致病基因的染色体与正常染色体区分开来。这通常是由于关键成员如待诊者的父母是纯合子，不能提供必要的信息，这时可同时分析更多的多态位点，即作单倍型（haplotype）分析。单倍型是指一条染色体上两个或两个以上多态位点的状态的组合。两条染色体多个位点上都纯合的概率毕竟是很小的，因此单倍型有助于区分两条常染色体，并追踪致病基因的分离情况。

三、遗传病的基因诊断举例

1．基因缺失型遗传的诊断

（1）α 地贫的基因诊断：α 地贫主要是由于基因缺失引起的，缺失的基因可以由 1-4 个。正常基因组用 BamHⅠ切割，可以得到一个 14kb 的片段，而缺失一个 α 基因时切点向 5’端移位，得到一条 10kb 的片段。因此，当用 α 基因探针与基因组 DNA 进行 Southern 杂交时（图 13-8），在 α 地贫 ₂ 可见一条 14kb 和一条 10kb 的带，在正常人可见一条双份的 14kb 的带，而在 α 地贫 ₁ 则见一条单拷贝的 14kb 带，血红蛋白 H 病时只有一条 10kb 的带的，而在 Barts 水肿胎时，则无任何杂交带。

图 13-8 α 地贫基因缺失的诊断

左图：16 号染色体上携有数目不同的基因

右图：α 基因探针杂交的结果

箭头：BamHⅠ切点

一种较简便的方法是直接用 α 探针进行斑点杂交，自显影后根据斑点深浅的不同也可以对 α 地贫作出诊断。更为简单的方法是 PCR 诊断，即在 α 基因缺失范围内设计一对引物，然后 PCR 扩增胎儿的 DNA，如为 Barts 水肿胎，则无扩增产物，电泳后无任何带纹，从而可建议进行人工流产，但此法不能诊断其它类型的地贫（除非另设计引物用作 PCR）。

（2）DMD/BMD 的缺失型诊断：DMD/BMD 是一种Ⅹ连锁隐性遗传的神经肌肉系统受累的致死性遗传病（参阅第四章）。DMD/BMD 有 70%左右为缺失型。此基因很大，缺失可发生在不同部位，因此应尽可能采用多对引物作 PCR 扩增（多重 PCR）来检测。如扩增产物电泳后发现有带纹的缺失，即可作出诊断并对缺失定位（图 13-9），在进行产前诊断时，一般可先通过检测家系中有关成员，即确定先证者的缺失区，然后有针对性地作 PCR 扩增，包括缺失部分的两端，以判断胎儿或有关患儿是否也获得了相同的基因缺失，但非缺失型不能用此法查出。

2．点突变型遗传病的基因诊断 2

（1）镰形细胞性贫血的基因诊断：已知突变基因是编码 β 珠蛋白链的第 6 位密码子由 GAG 变为 GTG，从而使缬氨酸取代了甘氨酸，因此可用如下方法进行诊断。

图 13-9 DMD 基因缺失的多重 PCR 诊断

exon：外显子；pm: 启动子；1：正常 9 条带；2：基因全缺失；3：启动子区缺失；4：第 3 外显了缺失；5：第 13 外显子缺失；6：第 47 外显子缺失；7：47-52 外显子区段缺失；8：第 52 外显子缺失

1）RFLP 诊断：已知限制酶 MstⅡ切割的识别顺序是 CCTNAGG，它能切割正常 β 链中 CCTGAGG 序列，但不能切割突变了的 CCTGTGG（A→T）。这样，由于突变消除了一个切点，使内切酶长度片段发生了改变，通过电泳，就可以区别正常的 β ^A和 β ^S（图 13-10）。

图 13-10 镰状贫血的基因诊断

除 MstⅡ外，限制酶 DdeⅠ（识别序列为 CTNAG）也能够把正常的 β ^A基因与镰变了的 β ^S基因区别开来，并用于诊断。

2）ASO 探针诊断：由于突变部位和性质已完全明了，也可以合成寡核苷酸探针，用 ³² P 标化来进行诊断。此时需要合成两种探针，一种与正常 β ^A 基因序列完全一致，能与之稳定地杂交；另一种与突变基因序列一致，能与 β ^S基因稳定杂交，但不能与正常的 β ^A基因杂交。根据杂交结果，就可以把发生了突变的 β ^S基因检测出来。

PCR 技术问世以来，ASO 诊断又有新的改进，即先 PCR 扩增长约 110bp 的基因片段，然后再与 ASO 探针杂交。这样可减少目的基因 DNA 用量，并降低与基因组 DNA 杂交时的非特异性信号。

3．基因异常不明的遗传病的诊断

成年型多囊肾病（adult polycystic kidney disease,APKD）是一种常染色体显性遗传病，发病率高，约 1000 人中有 1 名致病基因的携带者，起病较晚，多在 30 岁以后，主要为肾和肝中出现多发性囊肿，临床表现为腰疼、蛋白尿、血尿、高血压、肾盂肾炎、肾结石等，最终可导致肾功能衰竭和尿毒症。本病基因定位在 16p13，与 α 珠蛋白基因 3’端相邻，但致病基因尚未克隆，基因产物的生化性质和疾病发病机理也尚未阐明。因此，目前只能用连锁分析来进行基因的发病前诊断和产前诊断。由于通过家系分析，已证实 APKD 的致病基因与 α 珠蛋白基因 3’端附近的一段小卫星 DNA 序列即 3’HVR(3’hypervariable region)紧密连锁，而后者在人群中具有高度多态性，因此可以通过 RFLP 连锁分析进行诊断（图 13-11）。

图 13-11 成年型多囊肾病的连锁分析诊断

从图 13-11 可见，当用 3’HVR 作为探针与 PvuⅡ酶切后的家系有关成员基因组 DNA 杂交时，可见有 5.7、3.4 和 2.4kb 的 3 种等位片段。患者的母亲有 5.7 和 3.4kb 两种片段，父亲为 2.4kb 纯合子，其子女凡有 3.4 片段者为患者，而凡无此片段者都不是患者。因此可知致病基因伴随 3.4kb 等位片段分离，即与之相连锁。图中Ⅱ₅的 DNA 检查只有 5.7 和 2.4kb 而无 3.4kb 片段，故不是患者或致病基因携带者。

第十四章 基因治疗

基因治疗（gene therapy）是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。从广义说，基因治疗还可包括从 DNA 水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。例如，有人用 5 - 氮胞苷（5-azocytidine）治疗镰形细胞贫血和 β - 地中海贫血，目的是使 5 - 氮胞苷抑制甲基化酶，让已关闭的 γ 基因（胎儿及新生儿期的珠蛋白 β 基因簇的成员）开放，使之大量合成 γ 链，与 α 链形成 HbF（α2γ2），来替代 HbA 丧失的功能。此法已在患者取得一定效果，但尚须探索改进。再如 80 年代发展起来的反义技术（antisense technology）也是在 RNA`DNA 水平治疗疾病的一种很有发展前途的高新技术。

第一节 基因治疗的策略

基因治疗主要以两种策略达到治疗目的。其一是正常基因来纠正突变基因，也就是在原位修复缺陷基因的直接疗法，此乃理想的基因治疗策略，由于多种困难，目前尚未实现；其二是用正常基因不替代致病基因的间接疗法，此法较前者难度小，也是目前众多主张采用的策略，并已付诸临床实践。而就基因转移的受体细胞不同，基因治疗又有两种途径, 即生殖（种系）细胞基因治疗和体细胞基因治疗。

(1)生殖细胞基因治疗 ：生殖细胞基因治疗(germ cell gene therapy) 是将正常基因转移到患者的生殖细胞（精细胞、卵细胞中早期胚胎）使其发育成正常个体，显然，这是理想的方法。实际上，这种靶细胞的遗传修饰至今尚无实质性进展。基因的这种转移一般只能用显微注射，然而效率不高，并且只适用排卵周期短而次数多的动物，这难适用于人类。而在人类实行基因转移到生殖细胞，并世代遗传，又涉及伦理学问题。因此，就人类而言，目前多不考虑生殖细胞的基因治疗途径。

(2)体细胞基因治疗 ：体细胞基因治疗(somatic cell gene therapy) 是指将正常基因转移到体细胞，使之表达基因产物，以达到治疗目的。这种方法的理想措施是将外源正常基因导入靶体细胞内染色体特定基因座位，用健康的基因确切地替换异常的基因，使其发挥治疗作用，同时还须减少随机插入引起新的基因突变的可能性。对特定座位基因转移，目前还有很大困难。

体细胞基因治疗目前采用将基因转移到基因组上非特定座位，即随机整合。只要该基因能有效地表达出其产物，便可达到治疗的目的。这不是修复基因结构异常而是补偿异常基因的功能缺陷，这种策略易于获得成功。基因治疗中作为受体细胞的体细胞，多采取离体的体细胞，先在体外接受导入的外源基因，在有效表达后，再输回到体内，这也就是间接基因治疗法。

体细胞基因治疗不必矫正所有的体细胞，因为每个体细胞都具有相同的染色体。有些基因只在一种类型的体细胞中表达，因此，治疗只需集中到这类细胞上。其次，某些疾病，只需少量基因产物即可改善症状，不需全部有关体细胞都充分表达。

第二节 基因治疗的方法

1．基因转移方法

（1）特异正常基因的分离与克隆：应用重组 DNA 和分子克隆技术结合基因定位研究成果，已有不少基因并将会有更多人类基因被分离和克隆，这是基因治疗的前提，在当代分子生物技术条件下，一般来说，只要有基因探针和准确的基因定位，任何基因都可被克隆。除此，现在既可人工合成 DNA 探针，还可用 DNA 合成仪在体外人工合成基因，这些都是在基因治疗前，分离克隆特异基因的有利条件。

（2）外源基因的转移：基因转移（gene transfer）是将外源基因导入细胞内，其转移方法较多，常用的要有下列几类：

1）化学法：将正常基因 DNA（及其拷贝）与带电荷物质和磷酸钙、DEAE-葡萄糖或与若干脂类混合，形成沉淀的 DNA 微细颗粒，直接倾入培养基中与细胞接触，由于钙离子有促进 DNA 透过细胞有作用，某些化合物可扰乱细胞膜，故可将 DNA 输入细胞内，并整合于受体细胞的基因组中，在适当的条件下，整合基因得以表达，细胞亦可传代。这种方法简单，但效率极低，一般 1000-100000 个细胞中只有一个细胞可结合导入的外源基因。要达到治疗目的，就需要从病人获得大量所需的受体细胞。当然，可以通过选择培养的方法来提高转化率。

2）物理法：包括电穿孔法和直接显微注射法。

①电穿孔法：电穿孔法（electroporotion）是将细胞置于高压脉冲电场中，通过电击使细胞产生可逆性的穿孔，周围基质中的 DNA 可渗进细胞，但有时也会使细胞受到严重损伤。

②显微注射法：显微注射（microinjection）是在显微镜直视下，向细胞核内直接注射外源基因，这种方法应是有效的。但一次只能注射一个细胞，工作耗力费时。此法用于生殖细胞时，有效率可达 10%。直接用于体细胞却很困难。在动物实验中，应用这种方法将目的基因注入生殖细胞，使之表达而传代，这样的动物就称为转基因动物，目前成功使用得较多的是转基因小鼠（transgenic mice），它可作为繁殖大量后代的疾病动物模型。

③脂质体法：脂质体（liposome）法是应用人工脂质体包装外源基因，再与靶细胞融合，或直接注入病灶组织，使之表达。

3）同源重组法：同源重组（homologous recombination）是将外源基因定位导入受体细胞的染色体上，在该座位因有同源序列，通过单一或双交换，新基因片段替换有缺陷的片段，达到修正缺陷基因的目的。如在新基因片段旁组装一 Neo 基因，则在同源重组后，因有 Neo 基因，可在含有新霉素（neomycin）的培养基中生长，从而使未插入新基因片段的细胞死亡。对于体细胞基因治疗，体外培养细胞的时间不能过长，筛选量大，故在临床上应用也受限制难以进行。今后如能改进技术，提高重组率，这种定点修正基因的方法仍是有前景的。

4）病毒介导基因转移：前述的化学和物理方法都是通过传染方式基因转移。病毒介导基因转移（viral mediatedgene transfer）是通过转换方式完成基因转移，即以病毒为载体（vector）, 将外源目的基因通过基因重组技术，将其组装于病毒上，让这种重组病毒去感染受体宿主细胞，这种病毒称为病毒运载体（viral vector）。目前应用的有两种病毒介导基因转移方法。

①反转录病毒载体：反转录病毒虽是 RNA 病毒，但有反转录酶，可使 RNA 转录为 DNA，再整合到宿主细胞基因组。反转录病毒载体有以下的优点首先是具有穿透细胞的能力，可使近 100%的受体细胞被感染，转化细胞效率高；其次，它能感染广谱动物物种和细胞类型而无严格的组织特异性；再者随机整俣的病毒可长期存留，一般无害于细胞，但也存在缺点：这种载体只能把其 DNA 整合到能旺盛分裂细胞的染色体，而不适合于那些不能正常分裂的细胞，如神经元。最严重的问题是由于病毒自身含有病毒蛋白及癌基因，就有使宿主细胞感染病毒和致癌的危险性。因此，人们有目的地将病毒基因及其癌基因除去，仅留它们的外壳蛋白，以保留其穿透细胞的功能，试图避免上述缺点。这种改造后的病毒称为缺陷型病毒（defective virus）。这样的病毒中的反转录酶可将 RNA 转化为 DNA，有助于该 DNA 顺利进入宿主细胞的基因组，而该病毒则死亡。由于病毒整合基因组是随机的，所以还是可能激活细胞的原癌基因，以及因随机插入发生插入突变。

在反转录病毒载体中，最常用于人类的是莫洛尼（Mooney）鼠白血病病毒（murine leukemia virus;Mo-MLV），其人工构建的结构如图 14-1。

②DNA 病毒介导载体（DNA viral mekiated vector）：DNA 病毒包括腺病毒、SV40、牛乳头瘤病毒、疱疹病毒等，一般认为这类病毒难于改造成缺陷型病毒，实用意义不大，但

图 14-1 Mo-MLV 结构示意图

LTR：长末端重复序列，内含启动子、增强子及有关调节顺序；gag：病毒核心抗原基因；

env：病毒外壳蛋白基因；pol：反转录酶基因

牛乳头瘤病毒重组后，可不插入宿主染色体中引起插入突变，又可在宿主染色体外独立复制，并表达出基因产物。有人发现，因缺少 E1 区而致复制缺陷的腺病毒，可在表达 E1 基因的细胞中繁殖。后来证明，载有外源 DNA 的复制缺陷腺病毒呈现相同繁殖的特点。1993 年美法等国成功采用腺病毒载体进行心、脑、肺、肝内胆管和肌肉组织的体内基因转移。它代表了基因治疗的新方向。图 14-2 是人的外源基因包装在缺陷型反转录病毒中，感染细胞经培养后再输入病人进行治疗的模式图。

图 14-2 人的外源基因包装在缺陷型反转录病毒中感染细胞

经培养后再输入病人体内进行治疗模式图

最近，美国设计了一个新的腺病症载体（图 14-3），它是用一个化学连接器即赖氨酸链（lysine chain）将 DNA 栓在病毒外壳上，这样组成的运输器，通过一个表面抗体而进入细胞核，使宿主基因与治疗基因共同表达。这个新病毒载体称为腺病毒多赖氨酸 DNA 复合体（adeno virus-polylysine DNA-complex）。

图 14-3 腺病毒赖氨酸 DNA 复合体

采用复制缺陷的腺病毒进行基因治疗有以下优点：①该病毒可感染分裂和非分裂的细胞，并能得到大量基因产物，对神经细胞、心肌细胞等基因缺陷的纠正有特殊意义；②病毒颗粒相对稳定，并易于纯化和浓缩，且感染力不降低；③可有效转导多种靶细胞后而少游离于细胞基因组外，并持续表达；④已用于基因治疗的 Ad5 属腺病毒 C 亚群，无致癌性。前述的新腺病毒载体还有一大优点是可以成功地运载 48000bp 的基因，而其它病毒只能运输 70 00bp 的基因。这些优点显示了腺病毒介导载体的广阔应用前景。

2．靶细胞

这里所指的靶细胞是指接受转移基因的体细胞。选择靶细胞的原则是：①必须较坚固，足以耐受处理，并易于由人体分离又便于输回体内；②具有增殖优势，生命周期长，能存活几月至几年，最后可延续至病人的整个生命期;③易于受外源遗传物质的转化；④在选用反转录病毒载体时，目的基因表达最好具有组织特异性的细胞。目前使用得较多的是骨髓干细胞、皮肤成纤维细胞、肝细胞、血管内皮细胞和肌细胞等。许多遗传病与造血细胞有关，故可用于如 β 地贫、严重复合免疫缺陷病等的基因治疗。皮肤成纤维细胞易于移植和从体内分离，又可在培养中生长，并易存活，故有人用之于乙型血友病的基因治疗。有不少遗传病表现了肝细胞功能缺陷，因此，在家族性高胆固醇血症的治疗中，有将低密度脂蛋白（LDL）受体基因转移至肝细胞的尝试。在动物实验中已证明：β-半乳糖苷酶基因、ADA 基因、小肌营养不良蛋白（minidystrophin）基因都已证明能在肌细胞中表达。

第三节 基因治疗存在问题与伦理学

从前节叙述中，已可看出基因治疗的研究与实践中存在着若干重要问题。

1．导入基因的稳定高效表达外源基因转移入病人体内细胞表达，首先与转移方法有关。化学和物理方法所导入的基因效率低，自然表达也差。选择适当的受体细胞，也是为了导入基因能稳定高效的表达。骨髓作为受体细胞使用最多。反转录病毒载体介导基因，只能对分裂状态时的细胞进行传染，因此采取如 5-FU 处理，使细胞分裂增强，再用含有目的基因病毒颗粒传染可获较好效果。所以，对骨髓细胞培养、干细胞纯化、培养时使用造血因子等方法，可增加基因稳定高效表达。

2．导入基因的安全性基因治疗的安全性应确保不因导入外源目的基因而产生新的有害遗传变异，这是因为采用反转录病毒载体而引起的问题。因此，应构建相对安全的反转录病毒载体。至于引起插入突变可能失活一个重要基因，或更严重的激活一个原癌基因，这个问题的危险程度到底有多大目前仍不清楚，但至今的实践表明尚未见明显严重问题。

为安全有效地进行基因治疗，任一方案的实施，都要根据严格的技术规程与标准，由有关的行政管理部门批准实施。

与安全性相联系的就是生殖细胞基因治疗。虽然在人类尚未实施，但在动物实验已获成功，这就是转基因的动物出现。这一事实既给人类生殖细胞基因治疗带来了希望，同时也使人们耽心这种遗传特征的变化世代相传，将给人类带来的是福还是祸。因此，许多科学家不仅对此持慎重态度，还有的持反对态度，也就是基因治疗可能具有的潜在危险性。

3．基因治疗与社会伦理道德体细胞基因治疗是符合伦理道德的，但试图纠正生殖细胞遗传缺陷或通过遗传工程手段来改变正常人的遗传特征则是引起争议的领域。从历史上看，科学的发明创造对人类生存发展的影响极其深刻，故遗传学发展到今天，可以进行基因治疗，应该说是符合伦理道德的。重要的问题是取得社会的理解配合。首先是病人及其亲属的配合。因此，宣传基因治疗的科学性与安全性以及人类健康的重要性，以提高人们的认识，同时建立并完善医疗法制与措施也是必要的。

为安全计，在临床试验之前，必须在动物研究中达到三项基本要求：①外源的基因能导入靶细胞并维持足够长期有效；②该基因要以足够的水平在细胞中表达；③该基因应对细胞无害。

第四节 基因治疗的现状与前景

人类细胞基因治疗的临床实验已经开始。进行基因治疗必须具备下列条件：①选择适当的疾病，并对其发病机理及相应基因的结构功能了解清楚；②纠正该病的基因已被克隆，并了解该基因表达与调控的机制与条件；③该基因具有适宜的受体细胞并能在体外有效表达；④具有安全有效的转移载体和方法，以及可供利用的动物模型。近三年来，已对若干人类单基因遗传病和肿瘤开展了临床的基因治疗。

1．复合免疫缺陷综合征的基因治疗1991 年美国批准了人类第一个对遗传病进行体细胞基因治疗的方案，即将腺苷脱氨酶（ADA）导入一个 4 岁患有严重复合免疫缺陷综合征（SCID）的女孩。采用的是反转录病毒介导的间接法，即用含有正常人腺苷脱氨酶基因的反转录病毒载体培养患儿的白细胞，并用白细胞介素Ⅱ（IL-2）刺激其增殖，经 10 天左右再经静泳输入患儿。大约 1-2 月治疗一次，8 个月后，患儿体内 ADA 水平达到正常值的 25%，未见明显副作用。此后又进行第 2 例治疗获得类似的效果。

2．黑色素瘤的基因治疗 对肿瘤进行基因治疗是人们早已期望的事，在进行了多方面探索的基础上，发现了肿瘤浸润淋巴细胞（tumorinfiltrating lymphocyte-TIL, 即能在肿瘤部位持续存在而无副作用的一种淋巴细胞）在肿瘤治疗中的作用。于 1992 年实施了 TNF/肿瘤细胞和 IL-2/肿瘤细胞方案，即分别将 IL-2 基因肿瘤坏死因子（tumor necrosis ractor, TNF）基因导入取自患者自身并经培养的肿瘤细胞，再将这些培养后的肿瘤细胞注射至病人臀部，3 周后切除注射部位与其引流的淋巴结，在适合条件下培养 T 细胞，将扩增的 T 细胞与 IL-2 合并用于病人，结果 5 名黑色素瘤病人中 1 名肿瘤完全消退，2 名 90%的肿瘤消退，另 2 人在治疗后 9 个月死亡。由于携有 TNF 的 TIL 可积于肿瘤处，因而 TIL 的应用提高了对肿瘤的杀伤作用。

3．其它遗传病的基因治疗 其它遗传病诸如白种人中常见的囊性纤维化的进展很快。对于 DMD 的基因治疗，由于有小鼠动物模型，也取得一定进展。例如 1993 年法国将 Ad-RSVmDys（腺病毒-罗斯病毒小肌营养不良蛋白基因重组体）注入小鼠肌内成功。即用腺病毒为载体，与小肌营养不良蛋白（minidystrophin）基因的 cDNA 重组，在 RSV 启动子启动下，作肌肉注射，证明可在 mdy 小鼠肌肉表达，此外，对一些遗传病如血友病，地中海贫血、高雪氏病等正在探索中。

我国复旦大学等单位对乙型血友病的基因治疗也进行了有意义的探索，他们在兔模型的基础上，将人第Ⅸ因子基因通过重组质粒（pcmvix）或重组反转录病毒（N2CMVIX）导入自体皮肤成纤维细胞，获得可喜的阶段性成果，相信不久的将来，基因治疗会在我国取得成功。

图 14-4 反义 DNA 示意图

4．反义技术 又称反义寡核苷酸（antisenseoligodeoxynucleotides）技术，是指利用人工合成的反义 RNA 和反义 DNA 来阻断基因的转录或复制，控制细胞生长在中间阶段, 使编码蛋白质的基因能转录为 mRNA，因而不能翻译成相应的蛋白质，以达治疗某一疾病的目的、用反义 DNA 已对某些癌症进行临床试验。这类反义技术只能认为是一种从基因水平进行治疗的技术，它们以不同方式，在 DNA 复制、转录和翻译水平发挥作用。由于它们的分子量低，故而有潜力进入靶细胞，但其临床稳定性、毒性、细胞通透性等各方面都需要进一步研究。

5．药物靶向治疗（drugstargeting）此法机理可概括为病毒导向酶的药物前体治疗（virus directed enzyemeprodrug therapy,VDEPT），即用反转录病毒载体的外源基因转移到细胞内. 该基因编码一种酶，此酶可将一种无害的药物前体转变为细胞毒素复合物。带有这一基因的病毒载体只在特殊组织或肿瘤细胞中而不在正常细胞中表达。例如，胞嘧啶脱氨酶（cytosine deaminase）可将无害的 5-氟胞嘧啶（5-fluorocytosine,5-FC）转变为细胞毒素 5-氟胞嘧啶（5-fluorocytosine,5-FC）。此病毒可感染正常细胞和癌细胞，但将该酶基因连接到一种“分子开关”后，则只能在肿瘤细胞中表达。Sikora 等设计一个“嵌合小基因（chimeric minigene）”，即将酶基因连接到 erbB2 基因启动子的下游，此启动子活性增强，使 erbB2 在乳腺癌细胞中过度表达。此时，药物 5-FC 注入细胞后即转变为 5-FU 而致癌细胞死亡。而当 5-FC 给予含有此嵌合基因却无 erbB2 表达的细胞时，亦无药物前体活性（图 14-5）。这一基因治疗的新策略，可有可能使人对肿瘤等不同疾病进行基因治疗。

图 14-5 病毒导向酶前药治疗示意图

目前已批准治疗的病例约 120 例，其中约 110 例为肿瘤，遗憾的是，除黑色素瘤有些苗头外，全都未能成功。治疗了 10 余例单基因病，除 ADA 缺乏症和乙型血友病有一定疗效外，其余都还在实验阶段。但人们再也不怀疑基因治疗不仅可能办到，而且指日可待。

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