醫學遺傳學/醫學遺傳學的發展史

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醫學遺傳學基礎

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醫學遺傳學藉助於現代生物學的研究方法,在遺傳學理論指導和實驗方法廣泛採用的基礎上發展起來的。人類在遺傳學中獲得的每一新的成就都非常迅速地應用於研究人類的疾病,因而醫學遺傳學近年來得以突飛猛進。

醫學遺傳學早期受孟德爾、摩爾根經典遺傳學的指引,對遺傳病的來源及傳遞方式作了樸實的描述。本世紀初,隨著染色體製備技術和觀察方法的建立,生物化學理論和實驗手段的發展,人類細胞遺傳學生化遺傳學才迅速成長。

1923-1952年,由於低滲製片技術的建立(徐道覺等)和使用秋水仙鹼獲得了更多中期細胞分裂象(蔣有興等)後,才證實人體細胞染色數目為46。1959年相繼發現先天愚型為21三體(Lejeune等)、Klinefelter症候群為47,XXY(Jacob和Strong)、Turner症候群為45,X等染色體改變,標幟著臨床遺傳學的建立。1970年Caspersson應用喹咔因氮芥熒光染色使每對染色體顯示特殊帶型(顯帶技術)。繼後,Yunis(1978)應用同步培養法,使細胞分裂停留於中期之前各期,顯示出更多帶型(高分辨顯帶技術)。這樣,對染色體序號的確認、對染色體上微細變化以致對染色體疾病的認識都不斷深化。染色體脆性部位與脆性X症候群的研究開闢了細胞遺傳學的新領域。熒光原位雜交(FISH)使細胞遺傳學獲得了新的應用方向。通過細胞遺傳學與分子遺傳學的結合,現在已能用顯微切割(micro-dessection)的方法,切下染色體特定區帶進行微克隆,進而認識某區帶所含DNA順序的結構和功能,這將有助於對遺傳病特別是染色體病發生奧秘的認識。

人類生化遺傳學的發展應追溯到1902年Garrod對尿黑酸尿症等病的觀察。他認為某一代謝環節出現先天性差錯(inborn error of metebolism)可以導致遺傳病。1948年發出了黃遞酶缺乏以及1952年證實糖原貯積病I型是由於葡萄糖-6-磷酸酶缺乏引起後才確認Garrod判斷是正確的。這類疾病現稱為遺傳性酶缺陷或遺傳性酶病(enzymopa-thy),目前已證實的有200多種。另一方面,Pauling(1949)在研究鐮形細胞性貧血時發現電泳慢速的HbS,提出蛋白質分子遺傳變異可引致一類疾病,他稱之為分子病(molecular disease)。1956年他的同事Ingram證實HbS是由於球蛋白β鏈單個胺基酸置換(β6谷→纈)引起。現知免疫球蛋白膠原蛋白、膜蛋白、凝血因子等遺傳變異均可產生分子病。目前已證實的分子病約有200種。70年代崛起的分子遺傳學將遺傳病的研究推向了一個的階段。一大批遺傳病因都從分子水平得以闡明,並迅速對基因定位基因診斷產前診斷以至基因治療取得豐碩成果。展望未來,現今醫學遺傳學正在研究的熱門課題是:

1.人類基因組計劃(human genomeproject)1986年Berg提出將人類基因組的核苷酸順序全部「弄清」。在「弄清」的基礎上還要「弄懂」這些DNA順序代表什麼意義。這是一個生命科學的「登月計劃」,是「人類細胞的分子解剖學生理學」。人類基因組據估計約有3×109鹼基對。美國計劃用35億美元,現已聯合日本、歐洲國家成立了人類基因組組織(Human Genome Organization,HUGO)來完成這一巨大工程。由於基因工程技術的進步(如大片段DNA的切割與分離,YAC重疊克隆系的建立,測序技術的快速化等)已在第二個五年計劃的伊始就完成了70%-75%基因組建立YAC庫的工作,Y及21號染色體的測序已大體完成,X染色體DNA順序也即將弄清,發展比預期快。同時,「弄懂」的工作也已展開,基因定位的進展、位置克隆(positional cloning)、外顯子捕獲(exon trapping)等技術的建立大大加快了對編碼蛋白基因的認識。這項工程的實施無疑將大大推動醫學和人類遺傳學的發展。(詳見第七章)

2.基因定位 基因定位就是要將結構基因和有價值的DNA片段定位於染色體的某一區帶,由此繪製出人類基因定點陣圖。這對克隆新的基因、了解基因功能與調節、基因間相互關係、基因與進化以及闡明遺傳病遺傳方式、病因及發病機制、遺傳諮詢及產前診斷都極重要。據1993年人類基因製圖(human gene mapping)第12次國際會議(HGM93)報導,已定位人類基因4000多個。(詳見第七章)

3.遺傳病病因及發病機制的闡明 儘管隨著分子遺傳學的發展,許多單基因遺傳病的病因得到闡明,甚至發現其異質性。但目前發現的6000多種單基因病和性狀中,從蛋白質或酶水平證實病因者不到1/10。這些疾病發病機制的研究仍是薄弱環節。對多基因病動脈粥樣硬化精神分裂症糖尿病等的分子水平研究仍在起始階段。這些領域尚需加強。

4.腫瘤遺傳學 腫瘤是危害人類健康的大患。近年來對癌基因(oncogene)、腫瘤抑制基因(tumor suppressor gene)以及腫瘤轉移基因(metastatic gene)和腫瘤轉移抑制基因(non-metastatic gene)的發現及深入研究無疑是對腫瘤的發生、惡性轉化、轉移的重大突破。但要徹底了解各種腫瘤的發生髮展機制仍有很大距離。而這些基因研究將為腫瘤的防治奠定基礎。(詳見第九章)。

5.基因診斷 基因診斷,特別是基因產前診斷是目前預防遺傳病的主要手段。日新月異的各種方法使基因診斷日臻完善和簡化,目前正拓寬可用此法診斷遺傳病的領域。原則上所有的單基因病都可能進行基因診斷,要達到此目標尚需做大量的工作。早期(植入前)和母血產前基因診斷成了現今的熱門話題。(詳見第十三章)。

6.基因治療 基因治療的目標是要用正常基因取代致病基因,達到根治遺傳病的目的。目前這一工作已在許多實驗室進行,並已取得矚目的效果。有些遺傳病已開始進入人體試驗階段,可望在本世紀末或下世紀初在個別病種取得突破。目前似乎人們更熱衷於腫瘤的基因治療(詳見第十四章)。

我國醫學遺傳學的實驗研究工作開始於60年代。1962年項維、吳旻等首先報告了中國人的染色體組型,標誌著我國人類細胞遺傳學的開始。在生化遺傳學方面,當時已對血紅蛋白病和紅細胞葡萄糖6-磷酸脫氫酶(G6PD)缺乏症開展了實驗性研究,標誌著我國生化遺傳學的萌芽。此後相當長一段時間,我國醫學遺傳學停滯不前。直到1979年底我國召開了第一次人類和醫學遺傳學論文報告會後,醫學遺傳學才得到迅猛發展,部分醫學院校已將醫學遺傳學列入必修課或選修課,各地開辦了各種形式的臨床醫生培訓班。在原來的工作基礎上又開展了先天性代謝缺陷免疫遺傳學、腫瘤遺傳學、眼遺傳病、神經精神遺傳病、酶和蛋白質多態性群體遺傳學、遺傳諮詢以及誘變劑檢測等工作。80年代後期,我國處於前沿的細胞遺傳學,引進了先進的高分辨顯帶技術、顯微切割及微克隆技術,正向分子細胞遺傳學領域邁進。生化遺傳學已大步跨入分子遺傳學行列。在分子代謝病的突變性質、產前基因診斷、癌基因和腫瘤抑制基因的研究、分子生物學技術的廣泛應用,以至基因治療等方面都取得可喜的成果。90年代參與了基因組計劃和新的致病基因的克隆。深信我國的醫學遺傳學必將迅速趕上世界水平。

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