一、遗传病的早期认识
18世纪与19世纪早期的医学文献中的一些报道表明,能仔细观察的人才能正确认识与疾病遗传有关的一些现象。例如,Maupertius于1752年发表了一个家系四代中有多指(趾)的报道,并证明该性状可由父亲或母亲传递。
这个时期最引人注目的是英国医生Joseph Adams(1756—1818)的工作:
(1)区分了隐性疾病与显性疾病,并建议对遗传病进行登记。
(2)发现隐性疾病中,父母常为近亲;在隔离的群体中,隐性疾病的高频率可能是由于近交。
(3)遗传性疾病不一定出生时就有,它们可以在不同年龄显现。
(4)某些疾病倾向只是在环境因素的影响下才导致疾病的显现,即使易感者不患病,其后代仍受到威胁。
(5)家系内发病年龄的相关资料可用于遗传咨询。
(6)临床上相同的疾病可有不同的遗传基础。
(7)于1814年出版了《假设的疾病的遗传性质论》一书,为遗传咨询提供了基础。
(8)遗传性疾病患者的生育能力低,如果无新生突变的话,这些疾病将最终消失。
另外,德国的内科教授C.F.Nasse在1820年正确认识到血友病X-连锁隐性遗传的一个最重要的特点,并提供了一个典型的大家系。
二、孟德尔遗传定律首次应用于人类疾病研究
1902年,加罗德(A.E.Garrod,1858—1936)发表了《尿黑酸尿症的发病率:关于化学个体性的研究》一文,这是孟德尔的基因概念第一次被用于人类的疾病。加罗德提到孟德尔发现的遗传定律,认为“它提供了这些现象的合理解释”,符合隐性的遗传方式。加罗德还提出,遗传的易感性或素质是大多数疾病而不只是遗传性代谢病的易患因素。这些观点是目前试图找出常见病病因中特定基因工作的基础。加罗德应用了孟德尔定律,发展了一个新的研究领域——人类生化遗传学。加罗德所做的这些研究,尽管在科学史上第一次明确地揭示了某些疾病和基因之间的关系,开辟了一个新的认识领域,提供了把正常人和遗传性异常病人的生物化学加以比较的研究方法,但并没有引起科学界的重视。加罗德的发现,如同孟德尔的发现一样,遭到了科学界的冷落。这样,“以致直到20世纪30年代重新发现他的学说为止,它对遗传学的概念很少有什么影响”。
人类的认识发展,有其内在的、逻辑的历史进程。就学科的形成和发展来讲,只有当各个独立学科得到相应的发展之后,才能在两个学科之间铺设新的桥梁,从而在两个学科的结合部产生新的学科分支。就加罗德对遗传性疾病的研究来说,他是在做着把医学研究和人类遗传学的研究结合起来的工作。而当时的遗传学,作为一门学科,尚处在形成之中。1900年,孟德尔的经典论文才被重新发现。1902年,贝特森才把孟德尔开辟的研究领域称为遗传学。1904年,萨顿才发现孟德尔因子和染色体之间的联系。1909年,约翰逊才将孟德尔因子称为基因。在这种情况下,加罗德实际上是把孟德尔定律应用于人类遗传学和医学,显然是走在了时代的前面。
三、医学遗传学的兴起
医学遗传学早期受孟德尔、摩尔根经典遗传学的指引,对遗传病的来源和传递方式作了朴实的描述。20世纪50年代以来,医学遗传学有了迅猛的发展,这主要是由于细胞遗传学、生化遗传学、免疫学与分子遗传学实验技术的发展对其起了推动作用。
(一)医学遗传学与染色体实验技术的发展
1952年,徐道觉等建立了低渗制片技术,可使细胞膨胀、染色体分散,便于观察。1956年,蒋有兴等利用秋水仙素(colchicine)阻止细胞进入分裂后期,使分裂中期图形增多,并通过观察人胎肺组织培养细胞,首先正确鉴定了人体细胞的染色体数目为46,且被迅速应用于临床。1959年,相继发现唐氏综合征为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。1960年,Nowell等应用植物血凝素(phy-tohaemagglutinin,PHA)使体外培养的人体淋巴母细胞化而进入分裂。同年,Moorhead等综合应用各项新技术,建立了人体外周血体外培养和染色体制片等一套实验技术。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)。1978年,Yunis应用同步培养法,使细胞分裂停留于中期之前的各期,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-dissection)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,这将有助于认识遗传病特别是染色体病。
(二)医学遗传学与生物化学实验技术的发展
前已述及,加罗德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缺陷,可以导致遗传病。这类疾病现称为遗传性酶缺陷或遗传性酶病,目前已证实的有200多种。20世纪50年代以来,生化实验技术和分析方法的发展,提高了对先天性代谢病的研究和临床诊断水平。例如:由层析法检出尿液中的异常代谢产物;由电泳技术检出异常血红蛋白分子;淀粉凝胶电泳可检出包括酶在内的蛋白质的结构异常。这使医学遗传学在理论研究和实际应用方面都向前跨越了一大步。
理论研究方面最突出的是对血红蛋白病的研究。Pauling等(1949)在研究镰状细胞贫血时发现电泳慢速的HbS,提出蛋白质分子的遗传变异可导致一类疾病,他称之为分子病。1956年,他的同事Ingram证实HbS是由于珠蛋白β链单个氨基酸置换(β链第6位谷氨酸被缬氨酸所替代)引起。现已知免疫球蛋白、胶原蛋白、膜蛋白、凝血因子等遗传变异均可产生分子病。
在实际应用上,医学遗传学开辟了治疗某些遗传病的有效途径。苯丙酮尿症的治疗标志着这方面的重大进展。1953年,Bickel等提出,通过控制新生儿的苯丙氨酸摄入量,能有效地防止苯丙酮尿症的发展,并取得了治疗效果。此项工作对开展早期检出遗传病的研究以及寻找防治和控制先天性代谢病的有效方法起到了推动作用。
(三)医学遗传学与分子遗传学实验技术的发展
20世纪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,并迅速在基因定位、基因诊断、产前诊断以至于基因治疗方面取得了丰硕成果。
Waston和Crick(1953)关于DNA双螺旋结构的发现标志着分子遗传学的开始。Aber和Nathans(1968)发现并使用了限制性内切酶,这是DNA重组的重要工具酶。Sanger(1977)提出了用双脱氧核苷酸进行DNA测序。Mullis(1985)提出了利用聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR法)进行DNA片段的体外扩增。这些技术在临床上的应用极大地推动了医学遗传学的发展。例如,Kan等(1976、1978)应用DNA分析技术,就胎儿羊水DNA作出α-珠蛋白生成障碍性贫血、镰状细胞贫血的产前诊断。基因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,目前正拓宽可用此手段诊断遗传病的领域。原则上所有的单基因病都可以进行基因诊断,但实际中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。分子遗传学技术应用于肿瘤的研究揭示了原癌基因(proto-oncogene)和(或)肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene)的突变是肿瘤发生的分子基础,从而确定肿瘤是一种体细胞遗传病。
20世纪90年代初,基因治疗(gene therapy)进入临床实验阶段。严重联合免疫缺陷病和血友病B的临床实验都取得了令人鼓舞的治疗效果。1999年,法国的学者在造血干细胞水平上对两名严重联合免疫缺陷病的患儿进行了基因治疗,经过10个月的观察、随访,疗效良好,从而实现了真正意义上的基因治疗。
1990年开始启动的“人类基因组计划”(human genome project,HGP)是一项国际性的研究课题,目的是描绘人类基因组图谱。该项目已于2004年10月完成,这必将对生命科学各学科的发展产生巨大的推动作用。
四、我国医学遗传学的发展
我国的医学遗传学是在国家把优生优育作为基本国策后发展起来的。早期研究的重点是染色体异常、血红蛋白病、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症、肿瘤等的诊断和调查。在此基础上,于1982年开始建立独立的医学遗传学教研室,随后医学遗传学教材和大型参考书相继出版,《遗传与疾病》也于1984年底创刊。1986年成立了中华医学遗传学会,促进了医学遗传学在我国的发展、传播和对外交流。在其后的20年中,医学遗传学研究的方法、深度和广度均有迅猛的发展,特别是最近几年,我国医学遗传学取得了一系列重大成果。近年来,我国科学家充分发挥人类遗传资源优势,在重要疾病基因的定位和克隆方面取得了一系列突破性进展。例如:克隆了遗传性乳光牙本质I型、骨质疏松-假性神经胶质瘤综合征、A-1型短指(趾)畸形症、家族性心房颤动、儿童白内障等疾病的致病基因;精确定位了2型糖尿病、原发性高血压、鼻咽癌的基因;高质量完成了“人类基因组计划”1%的测序任务;参与组织人类基因组“HapMap”国际合作项目,承担了10%的任务。
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