单基因遗传病的基因诊断和应用研究

武艳旭

(西北民族大学 甘肃兰州 730030)

人类之所以会患遗传病,是因为来自父体的精子在与来自母体的卵子相互结合,形成受精卵的过程中,受到父母双方遗传因素以及外界环境因素的影响,其遗传因子发生了改变。这个受精卵个体遗传了父母双方所存在的一些优良基因和缺陷基因(主要由基因突变或染色体不均等交换、插入、缺失造成),因此会使子代产生父母双方的综合遗传性状。遗传病主要分为5类,其中单基因遗传病(Monogenic Diseases)就有近7000种。我国是一个人口大国,单基因遗传病在我国具有较高的发病率,达到万分之一到十万分之一,即每年有将近一千万的发病人次[1]。

本文主要分析了来自父母双方的受一对等位基因控制的单基因遗传病的遗传类型;单基因遗传病的分子生物学及遗传学快速、准确检测方法的应用;以及该类型遗传疾病的预防措施。仅为准确、快速、高效的检测、预防和治疗单基因遗传病提供参考。

1 单基因遗传病的分类

1.1 常染色体显性遗传病

该类型单基因遗传病为常染色体发生突变造成。由来自父母的生殖细胞常染色体发生突变,由父母双方或一方遗传给子代。该类型遗传病为显性遗传病,即无论发病个体的致病基因是纯合的,还是杂合的,都会使该个体产生病症,因此该类型致病基因遗传给子代的概率为50%。也就是说,子代中,男女发病比例为1:1。但根据系谱法分析,该类型疾病患者也具有少量的不规则外显性和不规则显性现象出现。常见的患病症状有先天性软骨、成骨发育不全,多趾(指)、并趾(指),视网膜母细胞瘤,家族性高胆固醇等。

1.2 常染色体隐性遗传病

常染色体隐性遗传病只有当致病基因为纯隐性时,它才能够使该个体表现出发病症状。因此可知,只有当父母都是具有隐性致病基因时,他们的后代才能够为纯隐性个体。该类型疾病多发于近亲婚育的后代,其子代发病率为25%。常见的病症有先天性聋哑、半乳糖血症、白化病等。

1.3 X染色体显性遗传病

该类型遗传病的致病基因位于X染色体上,由此可知,女性患有该类型疾病的频率要高于男性。但如若男性患有此病,那么患有该疾病的男性的所有女儿都将患有该病。该病具有交叉遗传的特点。常见病症有抗维生素D佝偻病等。

1.4 X染色体隐性遗传病

该类型遗传病的致病基因是位于X染色体上隐性遗传病。由基因型分析可知,该类型疾病的患者都为男性,而女性则有可能是该隐性致病基因的携带者。因此患有该疾病的男性,最好与健康的女性婚育,这样可降低后代男性的发病率。常见病症有红绿色盲、血友病等。

1.5 Y染色体连锁遗传病

Y染色体遗传连锁病的致病基因存在于Y染色体上。只有男性发病,表现为全男性遗传的特点。常见的病症有外耳道多毛等。

2 单基因遗传病的分子生物学及遗传学快速检测方法的应用

目前单基因遗传疾病的分子生物学及遗传学快速、准确检测方法主要有PCR(Polymerase Chain Reaction,PCR)技术,基因芯片技术,外显子捕获技术等[2]。

2.1 PCR技术在单基因遗传疾病诊断上的应用

单基因遗传疾病诊断主要应用的是PCR技术,及PCR技术的衍生方法。如巢式PCR(Nested PCR),多重PCR(Multiplex PCR),荧光PCR(Fluorescemce PCR),逆转录PCR(Reverse transcription and polymerase chain reaction, RT-PCR)以及荧光定量PCR(Realtime fluorescence quantitative PCR,RTFQ PCR)等[3]。

各种PCR的应用方法有差异,但归根结底是为了能够更好地、更精确地检测到单基因遗传病致病基因在染色体上的存在。如囊性纤维变性(Cystic fibrosis,CF)为常染色体隐性遗传疾病,其被定为在染色体7d31处,可通过二重PCR的方法来来检测该疾病基因的存在。除了PCR检测技术在疾病诊断上的应用,基因芯片技术以及外显子捕获技术近几年也被广泛的应用与单基因遗传疾病的诊断。

2.2 基因芯片技术及外显子捕获技术在单基因遗传疾病诊断上的应用

基因芯片技术是近几年发展起来的新型技术,将其应用于单基因遗传疾病诊断上,有别于之前的PCR诊断方法。该方法具有高效、快速、自动化的特点。其更适合应用在单基因遗传疾病诊断。通过将获得的患者的DNA图谱与正常人的DNA图谱进行比对,从而找到患者DNA图谱上发生病变的基因[4]。如21三体综合症、Prader-Willi综合症等。

国际上首次应用外显子捕获技术应用于单基因遗传疾病诊断,是2009年Ng等报道的导致米勒综合症的致病基因[5]。目前,已利用该技术,检测到10多个单基因遗传疾病基因。

3 单基因遗传疾病的预防措施

在单基因遗传病的防治方面,目前主要有遗传咨询、婚姻指导及生育指导、新生儿筛查和遗传携带者的检出这几个方面。

随着科学技术的发展及生活水平的提高,单基因遗传病都被人们所熟知,当我们对单基因遗传病做好检测、防治时,影响人类健康发展的有害因素就会被克服。

[1]王培林.遗传病学.北京:人民卫生出版社,2000:145.

[2]陈国辉.产前遗传病诊断.广东科技出版社,2002:32.

[3]孔祥东,惠蓉.单基因遗传病产前基因诊断进展、困难与对策[J].郑州大学学报 (医学版),2008.

[4]Yoo SM, Choi JH, Lee SY, et al. Applications of DNA microarray in disease diagnostics [J]. J Microbiol Biotechnol, 2009, 19(7):635-646.

[5]Ng SB, Buckingham KJ, Lee C, et al. Exome sequencing identifies the cause of a mendelian disorder [J]. Nat Genet,2010,42(1):30-35.