基因测序：一个怎样的潘多拉盒子

张田勘

近日，基因测序被国家食品药品监督管理总局、国家卫生计生委“叫停”。通知指出，任何医疗机构不得开展基因测序临床应用，已经开展的要立即停止，仍继续开展的，卫生行政部门要依法依规予以查处。

基因测序本是一种实验室研究技术手段，近年来，却因“名人效应”而受到关注，应用于高端体检、产前诊断等领域，且价格不菲。

最广为人知的基因测序事件，是影星安吉丽娜·朱莉通过基因检测，选择手术切除乳腺以降低患乳腺癌的风险。2011年去世的苹果公司创始人史蒂夫·乔布斯在患癌时，也曾接受过全基因测序。

基因决定论与测序乱象

国家卫生计生委“叫停”基因测序的理由是，目前国内使用的基因测序仪及相关试剂、软件，均未获得国家对医疗器械的审评审批，属于“违法医用”。

其实，这只是表面理由。深层的原因在于，基因测序在不同国家和地区都存在认识上的模糊和使用上的乱象。

基因测序只是基因检测的方法之一，又称基因谱测序，是国际上公认的一种基因检测方式。但是，在实际中，基因测序的理念和做法却有些走样和变形，有陷入“基因决定论”的危险。

在欧美国家的基因测序开始进入临床后，中国也不甘示弱，一些医院也相继引入；甚至在一些地方，基因测序成为体检的必检项目。更有甚者，一些人还宣称基因测序可以“包测百病”，甚至“包治百病”；基因测序可以测出“天赋基因”，实现对孩子的“因材施教”等。在这种观念指导下，2011年 “优势天赋基因检测”项目和“疾病易感基因检测”项目就曾落户南方某医院。

基因固然主导着一个人的生老病死，是内因，即便如此，基因的作用也只是占30%左右，决定人的生老病死更多的因素在于外部环境和后天因素，要占70%左右。即便只考虑基因的作用，致病基因也需要在其他基因和分子的启动下才能表达和发挥作用。例如，所谓的大量的垃圾基因是一些功能基因的启动子，甚至连一些分子也决定着某种功能基因是开启还是关闭，这些因素也统称为触发基因表达的板机。

研究人员进一步发现，基因测序只是检测DNA的线性序列，即便发现基因变异、失序、缺失、增加、减少或重复，也无法获得人的生老病死的全面信息或基本信息。因为遗传信息的编码和表达不仅取决于DNA的线性序列，即4个碱基的排序，还取决于DNA和染色质结构的表观遗传学修饰。表观遗传修饰或表观遗传学现象主要包括DNA甲基化、染色质构象变化、基因组印记、基因沉默和RNA编辑等。其中，DNA甲基化是一种主要的基因组DNA表观遗传修饰形式，异常的DNA甲基化才是癌症的特征。

目前，基因测序的收费也非常混乱。有的机构做一次全基因测序要38万元左右，声称是把人体内2万多个基因扫描排列一遍；有的“基因检测”体检套餐价格达7.6万元；还有的单独检测68项基因的价格是3.4万元；当然也有便宜的，125项基因检测的基础套餐价格仅为1888元。

凡此种种都反映了在国内基因测序理念和收费的混乱，或许这些才是叫停基因测序的深层原因。

基因测序技术一直在发展

如果理性看待，基因测序当然是有巨大作用的。基因测序可以让人们更前瞻地了解一些遗传病和罕见病，发现致病基因，从而提早采取控制措施，及时治疗。因此，基因测序为解释人类重大疾病发病机理，开展个性化预测、预防和诊断治疗奠定了基础。

目前比较普遍使用的基因测序手段是英国科学家弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）等人于1977年发明的双脱氧链末端终止法，其原理是根据核苷酸在某一固定点开始，随机在某一个特定的碱基处终止，产生A、T、C、G四组不同长度的一系列核苷酸，然后在聚丙烯酰胺凝胶上电泳（PAGE）检测，从而获得DNA序列。

如果根据测序仪来划分，基因测序大致经历了三代测序仪。第一代测序仪俗称毛细管基因分析仪，2001年初个人基因组草图发表，当时科学家们所用的测序平台就是第一代测序仪。2006年，以454公司（现并入Roche公司）模型机为代表的第二代测序仪出现，其特点是，边合成边测序，从而实现了高通量测序。现在，引领新潮流的第三代测序仪也在陆续研发中，如单分子测序仪等。

如果根据技术类别来划分，则基因测序大体分为三代。桑格发明的双脱氧终止法和后来的自动测序属于第一代基因测序技术；以高通量为特点的技术属于第二代测序技术，而且已逐步成熟并商业化；以单分子测序为特点的技术属于第三代测序技术，现在也已经出现。单分子测序代表了未来基因测序的方向，其优势是能够对单个DNA分子进行测序，而目前市场上的主流测序仪只能对分子群体进行平均测序。

另一方面，在测序成本上，现在只花1000美元就可以对一个人的基因组测序的技术已出现。总部位于美国加利福尼亚州卡尔斯巴德的生命技术（Life Technologies）公司的子公司Ion Torrent就宣布，他们推出的一款新的测序机器Ion Proton，能够在一天内完成个人全部基因组测序，所需费用不到1000美元。与此同时，总部位于美国加利福尼亚州圣迭戈市的Illumina公司也不甘示弱，已推出HiSeq X Ten测序系统，可以将个人基因组测序的机器和试剂成本控制在1000美元以内。

基因测序应用在何方

显然，基因测序的优势在于它能查出基因序列在线性上的变异，对于诊断和预测一些疾病是比较准确的。例如，唐氏综合征（又称21三体综合征）是人体染色体组的第21对染色体发生了变异（两条变三条），这就是一种染色体变异中的数目变异。因此，基因测序技术已经较广泛地应用到唐氏综合征产前诊断，基因测序的准确度比传统的血清测试要高出几十个百分点，可以达到99%以上。所以，对于这种基因数目变化为特征的疾病，基因测序可以大显身手。

基因测序的优势还在于，它可以进行微卫星序列分析、长片段多聚酶链反应（PCR）、RT-PCR（定量PCR）等分析，临床上除进行常规DNA测序外，还可进行单核苷酸多态性（SNP）分析、基因突变检测、HLA配型、亲子和个体鉴定、微生物与病毒的分型与鉴定等。endprint

在解析病原体上，基因测序也发挥着重要作用，可以了解病原微生物和解码其功能基因，找到攻克病原体的好方法，如药物、疫苗等。例如，2011年5月德国爆发大肠杆菌疫情，进而并发溶血性尿毒综合征（HUS），到6月导致26人死亡，约500人入院。中国华大基因研究院和德国汉堡-埃本德多夫大学医疗中心通过基因测序发现，致病大肠杆菌O104∶H4基因序列，与2001年德国从腹泻病人大便中分离到的大肠杆菌01-09591，及2002年从中非长期腹泻的艾滋病患者大便中分离到的大肠杆菌55989，有高度相似性，这也为治疗和未来预防大肠杆菌疫情提供了线索。

基因测序带来的两难选择

但是，基因测序也存在短处。其一，它不能提供基因综合发挥作用的其他信息，如无法提供表观遗传修饰、“垃圾基因”的作用和后天环境作用的信息。其二，它可能为人们带来两难选择。其三，它会造成伦理问题。

基因测序造成人的两难选择可以从美国好莱坞电影明星安吉丽娜？朱莉切除双乳乳腺谈起。朱莉通过基因测序得知，她的身体携带致癌基因BRCA1，医生据此认为，她患乳腺癌的几率大约是87%，患卵巢癌的几率是50%。于是，朱莉决定先发制人，将发病的可能性减到最小，从2013年2月开始切除乳腺并重塑乳房。未来，她还将继续进行卵巢切除手术，以彻底降低致癌风险。

朱莉有癌症家族史（其母患卵巢癌，与病魔搏斗了10年，于2007年病逝，享年56岁），朱莉选择预防性手术的最大优点在于，她可能不会重蹈母亲的覆辙。

不过，切除了乳腺和卵巢是否就能担保朱莉未来不会患癌呢？这是一个未知数。迄今，人类对癌症的发生、发展、转化、治疗既有一些了解，但并非完全了解。癌症如同其他疾病一样，既有先天遗传原因，也有后天生活方式的因素。即便以癌症的基因遗传因素来看，目前的认识也是多因素的。人体内既有致癌基因，也有抑（抗）癌基因，而且这些基因都并非是一两个，而是有很多。目前发现的致癌基因和抑癌基因就有好几十种。癌症的发生与否是致癌基因和抑癌基因在整体水平此消彼长的结果。

同时，对于具体的癌症来看，每种癌症也有特定的致癌基因和抑癌基因，如乳腺癌不仅有致癌基因BRCA1，也有BRCA2，同时还有抑癌基因p15、p16和Rb等，因此，在基因层面已经存在抗衡癌症的力量。

另一方面，即便切除乳房（乳腺）和卵巢，也只是切除了癌症发生的靶器官，并不可能根除一个人所有细胞染色体上的致癌基因。当靶器官切除了，致癌基因固然不能作用于靶器官而致癌，但同样可以作用于类似的组织和器官，例如，与卵巢相似的组织——子宫内膜，因此，这些部位同样有患癌的可能。

更重要的是，基因和遗传对癌症的发生起到的作用不过占30%左右，后天的生活方式和个体的免疫功能更加重要。也就是说，如果在衣食住行方面健康、合理，并且加强锻炼，提高免疫力，则防癌的作用要高于基因致癌的作用。

而且，癌症的产生有一个过程，即便DNA受损或致癌基因诱导基因变异，也并不意味着癌症就会产生，因为DNA有强大的修复功能。如果DNA得到有效修复，就不会发生癌症。即便DNA的自身修复功能失效，也还不会形成癌症，而是要等细胞发生分裂，在下一代细胞接受了错误信息后，新产生的细胞才会在形态和性质上发生变化，形成癌细胞；然后，多个癌细胞慢慢发展成癌瘤克隆（癌细胞团）。真正的癌症形成还需要从癌细胞团到患者出现症状，并且在临床上可以观察到成形的癌瘤并确诊，这个过程因人而异，短则几年，长则数十年。这也依赖于每个个体的免疫功能是否强大。

预防癌症是一个整体的长期的工程，单纯切除一两个靶器官的作用远不及包括后天生活方式的整体预防。

基因测序容易陷入伦理泥沼

基因测序当然要遵循知情、自愿的原则，这对于成年人来说问题不大。但是，对于新出生的孩子，就会深陷伦理泥沼。

2013年9月4日，美国国立卫生研究院宣布，将在未来5年总共投入2500万美元，用于资助为新生儿基因组测序，参与这个测序项目的有数百个美国婴儿，在这些婴儿出生后不久，科学家将立即为他们测序基因，测序的费用由美国国立卫生研究院国立儿童健康与人类发展研究所和美国国家人类基因组研究所提供。

对于为何要为新生儿进行基因测序，国立儿童健康与人类发展研究所所长阿兰·古特马策（Alan Guttmacher）称，每个新生儿在出生时，将会有自己的基因序列，它将成为电子健康记录的一部分，并且终其一生都会被用来帮助这些孩子更好地预防疾病，尤其是探测遗传疾病以及更多地警示一种疾病的早期临床表现。

这项为新生儿进行基因测序的计划具体为，布里格姆妇科医院与波士顿儿童医院组成的小组，将研究新生儿父母怎样利用基因组测序结果防范儿童未来患病及其治疗方法。堪萨斯梅西儿童医院的研究人员将以重症监护新生儿为对象，研究基因组测序能否加快疾病诊断。加利福尼亚大学旧金山分校及北卡罗来纳大学的两个研究小组，则针对新生儿的“外显子组”测序展开研究，以确认该技术能否与现有新生儿筛查方法结合使用。

古特马策也承认，尽管基因组测序能在婴儿生命之初就发现疾病风险，但这种破译个人遗传密码的能力也伴随许多临床与伦理问题，因此探讨与新生儿阶段有关的基因组研究技术、临床与伦理这三重问题至关重要。

新生儿基因测序的伦理问题首先体现在，作为监护人的父母是否有权代替孩子决定进行基因测序，如果有一天孩子长大了，认为这种测序不是他们所想要的，是否侵犯了孩子的权利？但是，更为重要的是美国人类基因组织伦理委员会主席露丝·查德威克提出的几点问题。假如一个孩子出生后就通过基因组测序发现像朱莉一样带有乳腺癌基因，家长该如何处理这种情况？假如在胎儿时期就发现问题，是否会导致流产决定？而且这种病有可能50年后才发作，甚至一辈子都不出现，那么，该如何应对基因测序的结果？

如果不回答和解决这些问题，基因测序必然陷入困境，甚至会误入歧途。

另一方面，过去的研究发现，基因测序可能在15%～50%的患有未确诊疾病的儿童身上找到相关疾病的遗传原因，那么参与测序的其他健康儿童的基因信息该如何处理？例如，医生应该从患者基因中检测何种信息，有多少信息应该告知其家庭，以及谁应该拥有和控制这些基因数据等。美国密苏里州儿童医院遗传学家史蒂芬·金斯莫（Stephen Kingsmore）也提出警告，要进行基因测序，结果将是，每个真阳性伴随着20个假阳性。

所以，美国明尼苏达州公民健康自由会议主席、联合创立者推拉·布雷斯（Twila Brase）认为，“测序新生儿的基因会有极大的危险性，如果出了问题，他们不会表达，父母也不知道他们为自己、孩子及其未来，以及彼此的关系，打开了一个怎样的潘多拉盒子。”

其实，基因测序的伦理难题和危险性同样存在于成年人。因此，可以说，基因测序对于一般人来说是一把双刃剑。基因测序即便将来要开展，也需要在制定完整的规则和伦理原则之后方可进行。

不过，基因测序也许不能一刀切。如果现在叫停一些已经成熟的基因测序诊断，如对唐氏综合征的诊断，就有可能让孕妇冒着风险生下有缺陷的孩子。因此，叫停基因测序或许应当有针对性。endprint