DNA測(cè)試：追查病因的利器（續(xù)）

梅娣

嬰兒為何癲癇病頻發(fā)？

這個(gè)小女孩從呱呱墜地起，她就癲癇不斷。美國密蘇里州堪薩斯市兒童慈善醫(yī)院的醫(yī)生們想盡一切辦法想要維持她的生命。幾周過去了，所有藥物均宣告無效。最終，她的父母決定放棄，醫(yī)療器械被撤掉。這時(shí)，她才五周大。

醫(yī)生懷疑她有基因缺陷。正當(dāng)此時(shí)，該醫(yī)院剛剛開始了一項(xiàng)研究：用新技術(shù)快速分析新生兒DNA，瞄準(zhǔn)致病基因突變。醫(yī)生提供了那個(gè)患癲癇的小女孩的血樣。分析只用了50個(gè)小時(shí)就得出了答案：孩子有一個(gè)致命的基因突變，此種情況十分罕見，此前醫(yī)學(xué)界只有過一例報(bào)道。這個(gè)小女嬰的主管大夫之一、喬舒亞·E·派特里金醫(yī)生說，要是她剛生下來的幾天就做了測(cè)試該有多好?！八牟∏闆]法治療，也不可能做什么來改變結(jié)局，”派特里金醫(yī)生說，“但是我們能更適當(dāng)?shù)卦儐柤覍?，免去那些肯定極其痛苦的經(jīng)歷?！彼忉尩?，在這個(gè)孩子短暫的生命里，她經(jīng)受了各種重度鎮(zhèn)定藥和插管。

這一新方法被寫成論文，發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上。作為概念驗(yàn)證，該研究以4個(gè)嬰兒的實(shí)例證明了快速掃描嬰兒全部DNA，精確找到致病基因突變是可以在幾天（而非慣常的幾周到幾個(gè)月）之內(nèi)完成的。研究者表示，這種檢測(cè)手段有可能躋身于個(gè)體完整基因測(cè)序革命的第一批實(shí)際成果行列。測(cè)試的基本理念是充分利用已知的病癥縮小基因變異的搜索范圍。俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)基因組分析專家喬·格雷博士說：“這是朝著正確方向邁出的重要一步。”“基因組那么龐大，否則你怎么知道搜索哪一部分呢？”格雷博士并未參與上述研究，他這樣說。若要將測(cè)試推廣，當(dāng)然還需要做更多研究，但他贊賞研究者的努力?！叭绻藗儾幌襁@樣挑戰(zhàn)極限的話，我們也達(dá)不到如此成就?！备窭渍f。

尋找新生兒的基因缺陷

事實(shí)上，大約每20個(gè)住在新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房的寶寶里，就有一個(gè)患有基因缺陷。而且常有的情況是，沒人知道是哪里出現(xiàn)了缺陷。論文的作者提到，在7500種已知的基因疾病里，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了其中3500種的缺陷基因，并且有500種已有治療辦法。

為測(cè)試他們的方法，研究人員對(duì)兩個(gè)嬰兒進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，他們的疾病直到尸檢時(shí)才被鑒定出來。研究者很快就發(fā)現(xiàn)了基因上的原因。接著，他們又在4名懷疑是基因疾病的重癥嬰兒身上試驗(yàn)，包括前述的癲癇嬰兒，最后他們迅速找到了其中3個(gè)嬰兒體內(nèi)的變異基因。

研究者還對(duì)一名嬰兒的哥哥——患有同樣基因疾病——進(jìn)行了DNA測(cè)序：他的器官左右顛倒。比如他的心臟長在右邊，而不是左邊。所造成的心臟缺陷已通過手術(shù)糾正過來了。此前家長聽說孩子的疾病不是遺傳的問題。結(jié)果他們的第二個(gè)孩子患上了同樣疾病。研究者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)以前從未見過的新的基因缺陷，他們認(rèn)為這就是病因。聯(lián)系了醫(yī)生后，他們得知有100多名兒童都有著同樣的、不明原因的疾病?，F(xiàn)在研究者正在檢查這些兒童是否也有此基因變異，這意味著變異的基因可能正是罪魁禍?zhǔn)住＿@樣一來，家長們就能在以后懷孕時(shí)進(jìn)行產(chǎn)前診斷。那名病因未查明的小病人也是派特里金醫(yī)生的病人。小病人出生時(shí)，他眉毛上面的一些皮膚和幾塊頭皮不見了。幾周以后，他長出了嚴(yán)重的水泡，后來幾乎失去了嘴里和全身的所有皮膚，最終死于感染。然而，派特里金醫(yī)生仍然一頭霧水，他不知道發(fā)病的原因。新方法利用電腦程序依據(jù)嬰兒的癥狀搜索基因。正因?yàn)橹魂P(guān)注新生兒的致病基因，它就避免了倫理問題：得到當(dāng)前目標(biāo)問題以外的新發(fā)現(xiàn)，比如，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致成年人才會(huì)出現(xiàn)的癥狀的變異基因。家長是否真的想知道，自己已患病的孩子還有著日后能引發(fā)老年癡呆癥的基因么？

然而，兒童慈善中心兒童基因組醫(yī)學(xué)主管斯蒂芬·F·金斯莫爾醫(yī)生想要告訴人們，這是物有所值的，盡管測(cè)試費(fèi)用高達(dá)13500美元（約合83000元人民幣）。他提到，每個(gè)重癥監(jiān)護(hù)的小孩每天要花去8000美元（約合49000元人民幣），所以任何能縮短監(jiān)護(hù)時(shí)間的辦法都算是值了。比如，一個(gè)能夠揭露普遍致命基因疾病的檢測(cè)能夠讓家長和醫(yī)生了解，繼續(xù)使用生命維持手段、希望小孩能夠有所改善只會(huì)徒勞無功，引起痛苦。

為了做檢測(cè)，研究者要掌握患病新生兒的一切癥狀。是否有軟嬰綜合征？是不是哭聲異常，呼吸困難？將所有癥狀輸入電腦程序，在小孩的DNA中尋找可能誘發(fā)疾病的變異基因。盡管4個(gè)孩子中有3個(gè)的致病基因已經(jīng)找到，但還沒有治療的辦法——除了給嬰兒哥哥做的手術(shù)——那個(gè)嬰兒是他們中唯一活下來的。盡管如此，家長們對(duì)診斷結(jié)果的格外重視還是讓金斯莫爾醫(yī)生驚喜不已。當(dāng)孩子出現(xiàn)了神秘的病癥，全家都踏上了駭人的診斷苦旅。金斯莫爾醫(yī)生說：“做過一個(gè)又一個(gè)的檢查，有些檢查是侵入性的，小孩子很痛苦。孩子的情況越來越糟，很多孩子都始終住在醫(yī)院里，也沒有結(jié)果。僅僅知道結(jié)果也是一種安慰。給出確切的診斷多少就算塵埃落定，家長們總算能說得出原因來?！?/p>

基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)血癌元兇

家長們不離不棄的態(tài)度讓人們佩服，但當(dāng)研究癌癥基因的科學(xué)研究人員自己罹患癌癥的時(shí)候，他該怎么辦呢？

美國華盛頓大學(xué)在人類基因組研究上處于世界領(lǐng)先地位，但現(xiàn)在，他們的一位年輕有為、深受喜愛的同事盧卡斯·沃特曼博士患上了癌癥，而這種癌癥正是他傾盡精力在研究的課題。他的病情在快速惡化，而現(xiàn)有的治療方法卻救不了他。據(jù)他們所知，此前還沒有人調(diào)查過這種癌癥的完整基因組成。“我非常害怕，不敢相信是真的?！蔽痔芈┦吭谑状伪粦岩墒腔忌狭税籽〉臅r(shí)候說道，他曾經(jīng)把醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)生涯投入到對(duì)這一疾病的研究中。2011年7月的某一天，該大學(xué)基因研究所的副主任蒂莫西·利博士召集了本組的成員。他提出，我們能不能不傾盡全力去尋找導(dǎo)致沃特曼博士患上成人急性淋巴細(xì)胞白血病的這個(gè)變異基因？“時(shí)不我待?！彼f，自己當(dāng)時(shí)這樣告訴大家，“我們只有這一次機(jī)會(huì)?！崩┦康男〗M嘗試了一種從來未曾運(yùn)用過的分析方式。他們?yōu)榘┌Y細(xì)胞和健康細(xì)胞的基因都做了完整測(cè)序，用以對(duì)比，同時(shí)，還分析了沃特曼的RNA（在化學(xué)成分上和DNA類似），尋找基因活動(dòng)的線索。研究人員為了這一項(xiàng)目把其他的工作擱置了數(shù)周，一天24小時(shí)不停地開著大學(xué)里26臺(tái)測(cè)序儀器中的一臺(tái)，以及一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)。他們終于發(fā)現(xiàn)了元兇——一個(gè)正?；蜻^度活躍，導(dǎo)致一種蛋白質(zhì)大量產(chǎn)生，似乎就是這刺激了癌細(xì)胞的增生。更好的消息是，有一種很有前景的新藥或許可以阻止失控基因的活動(dòng)，這種藥物只通過了晚期腎癌的測(cè)試和核準(zhǔn)。沃特曼博士是服用此藥來治療白血病的第一人。endprint

度過九死一生的難關(guān)，從2011年秋天起，他的癌癥開始有所緩解。沒有人可以說沃特曼博士已經(jīng)痊愈，但逃過了去年秋天的死亡命運(yùn)，沃特曼博士活了過來，并恢復(fù)得不錯(cuò)。沃特曼博士成了嘗試治療癌癥新方法的第一人。醫(yī)學(xué)研究人員說，重要的是激發(fā)癌癥的基因，而不是產(chǎn)生癌癥的組織或器官——不管是肝臟、大腦、骨髓、血液還是結(jié)腸。

一位乳腺癌患者的致癌基因可能和另一位女性患者的截然不同，而實(shí)際上可能和某個(gè)前列腺癌患者，或肺癌患者的致癌基因更為相似。通過新的抗癌手段，研究人員希望可以依據(jù)腫瘤的突變來“量身定做”治療方案，并最終利用藥物一次性影響數(shù)個(gè)關(guān)鍵的異?；?。這種混合制劑和艾滋病治療方式類似，同時(shí)使用幾種不同藥物，在數(shù)個(gè)關(guān)鍵部位攻擊病毒。這種被稱為全基因組測(cè)序的治療方法何時(shí)能夠做到在大眾間普及并被醫(yī)保覆蓋，研究人員對(duì)此莫衷一是。但他們相信，這一治療方法有巨大前景，雖然至今還沒有治愈的案例。

隨著測(cè)序技術(shù)成本的顯著下降和基因研究的興起，醫(yī)學(xué)專家希望癌癥的基因分析會(huì)成為常態(tài)。正如病理學(xué)家通過血液培養(yǎng)來決定哪一種抗生素能夠阻止細(xì)菌感染，基因組測(cè)序也能夠決定哪一種藥物能夠治愈癌癥?！霸谀阒阑颊叩闹掳┗蛑?，你沒有辦法來治療癌癥，”利博士說。“在過去的40年中，我們的將軍一直是沒有地圖就上戰(zhàn)場(chǎng)。我們現(xiàn)在做的就是繪制地圖?！贝笮椭扑幑竞托⌒蜕锟萍脊疽布尤肓诉M(jìn)來，開始測(cè)試藥物，用新藥攻擊致病基因，而不是某一種腫瘤。領(lǐng)先的癌癥研究人員正在創(chuàng)立公司，致力于發(fā)現(xiàn)可能引起癌細(xì)胞增生的基因，做基因數(shù)據(jù)分析，并研發(fā)和測(cè)試針對(duì)致病基因的新藥。但是，目前全基因組測(cè)序還處在初期階段，且極其復(fù)雜?；蛐蛄兄皇情_始——基因片段多達(dá)數(shù)十億個(gè)，就像是一個(gè)巨大的拼圖。工作的艱巨之處就是找到關(guān)鍵的突變，這需要技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和直覺，也需要大量的經(jīng)費(fèi)。

哈佛醫(yī)學(xué)院希望最終可以通過全基因測(cè)序來幫助癌癥患者確定治療方法，海蒂·L·雷姆負(fù)責(zé)哈佛醫(yī)學(xué)院美國聯(lián)盟醫(yī)療中心個(gè)性化遺傳醫(yī)學(xué)的分子醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室。她說，聯(lián)盟醫(yī)療中心會(huì)先采取一個(gè)相對(duì)小的步驟，給疑似患有遺傳病的患者做全基因組測(cè)序，希望找到可能導(dǎo)致疾病發(fā)生的基因變異。雷姆博士說，沃特曼博士進(jìn)行的全基因組測(cè)序“其復(fù)雜程度更高得多”。

基因治療可能是治療白血病等血液疾病的有效手段

雖然運(yùn)用極其復(fù)雜而昂貴的基因測(cè)序方法找到了血液病之類疾病的致病基因，但這只是萬里長征走完了一段路程，如果沒能開發(fā)出有針對(duì)性的治療手段，對(duì)病人還是沒有實(shí)質(zhì)性的幫助。幸運(yùn)的是，科學(xué)家們已經(jīng)有了一些進(jìn)展，那就是基因治療法。

血液病，包括白血病之類的癌癥，常常在骨髓中開始發(fā)病。本來，血細(xì)胞是在骨髓中產(chǎn)生的，并且從那里獲得適當(dāng)?shù)貓?zhí)行其某些功能的能力，如擊退感染的能力，但在罹患血液病時(shí)，這種能力消失了。不久以前，在美國血液學(xué)會(huì)（ASH）年會(huì)上，科學(xué)家們已經(jīng)開始提供證據(jù)表明，實(shí)驗(yàn)性基因療法——猶如導(dǎo)彈一般精確的藥物——對(duì)于那些運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)治療手段無效的血液病患者來說，可能是有效的和安全的治療方法。美國得克薩斯大學(xué)安德森癌癥中心勞倫斯·庫珀博士說：“這令人非常興奮，因?yàn)槲覀兛吹交蚬こ堂庖呒?xì)胞在那些有非常嚴(yán)重的疾病、經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)治療后又復(fù)發(fā)的病人身上取得了持久應(yīng)答，雖然只是初步結(jié)果，有了正確的實(shí)驗(yàn)室專業(yè)技術(shù)，基因工程細(xì)胞可以應(yīng)用于許多病人?！?/p>

我們知道，在正常情況下，包含在骨髓內(nèi)的干細(xì)胞發(fā)育成3種類型的血細(xì)胞：紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。在血液癌癥中，其發(fā)育過程被異常血細(xì)胞的不受控制而瘋長所打斷。特別是，當(dāng)被稱為淋巴細(xì)胞的異常白細(xì)胞積聚在血液、骨髓、淋巴結(jié)或其它器官內(nèi)，并使這些器官增大時(shí)，就發(fā)生了慢性淋巴細(xì)胞白血?。–LL）。雖然很多患者初診為血液病時(shí)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)治療反應(yīng)良好，但有超過一半的患者對(duì)這種療法不敏感，或治療結(jié)束后病情復(fù)發(fā)。

所謂精確藥物，也稱為個(gè)性化藥物，是適合于個(gè)體患者的創(chuàng)造性治療方法。這種方法可通過先確定患者的基因譜和病史，然后檢查病人現(xiàn)有的臨床數(shù)據(jù)，以尋找合適的疾病靶點(diǎn)，最后培養(yǎng)基因工程細(xì)胞，讓它們精確地攻擊疾病的源頭。這真是前所未有的復(fù)雜過程，甚至聽上去有點(diǎn)瘋狂，但是這一復(fù)雜過程代表了許多與人類基因組的研究、化學(xué)分析、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及藥物研制等相關(guān)的進(jìn)步相結(jié)合，總之，是直到如今的一切科學(xué)的綜合結(jié)晶。

特別奇妙的是，基因療法用人的DNA基因本身作為藥物。DNA是由核酸這種大生物分子構(gòu)成的，它可以被催化或由蛋白激活。通常，基因療法將嘗試經(jīng)由載體引入治療基因以替換突變基因，這種載體能夠穿透靶細(xì)胞并將遺傳物質(zhì)插入該細(xì)胞。總之，患者自身的經(jīng)過重新改造的細(xì)胞成為在治療戰(zhàn)爭(zhēng)中的“士兵”：一旦新導(dǎo)入的DNA被基因工程細(xì)胞接受，它反過來會(huì)產(chǎn)生針對(duì)該疾病的治療性蛋白表達(dá)。較新的藥物能更精確地定位靶細(xì)胞和已知觸發(fā)慢性淋巴細(xì)胞性白血病發(fā)作的蛋白質(zhì)，能使正常細(xì)胞不受傷害，并被證明能更有效地促進(jìn)癌細(xì)胞死亡，是病人更安全的藥物。endprint