儿童遗传病病因的探寻者——李巍教授团队

李 巍 郝婵娟

(国家儿童医学中心 首都医科大学附属北京儿童医院 北京市儿科研究所出生缺陷遗传学研究室，北京 100045)

1 个人简介

李巍教授(图1),1966年5月出生于江西，籍贯湖南。1985年以优异成绩从江西赣南医专(现赣南医学院)毕业，选择留校在生化教研室工作。1988年考入同济医科大学(现华中科技大学同济医学院)生化专业攻读硕士学位，师从著名生化学家冯宗忱教授，研究脂蛋白代谢。1991年获得硕士学位后南下广州市第一人民医院检验科从事生化检验工作。1994年考取中山医科大学(现中山大学中山医学院)，攻读医学遗传学博士学位，师从国内生化遗传学奠基人杜传书教授。从此与遗传病研究结缘，开启了探寻遗传病致病基因之路。1997年取得博士学位后在深圳市罗湖医院负责筹建遗传与生殖中心，成为深圳市的特色专科。1999年1月赴美国纽约布法罗(Buffalo)的Roswell Park肿瘤研究所分子细胞生物学系从事博士后研究，师从Richard T.Swank教授，主要从事遗传病基因克隆工作。2004年11月回国工作，期间在纽约州立大学布法罗分校获得生物信息学硕士学位。回国后在中国科学院遗传与发育生物学研究所组建李巍创新研究组，任研究员、博士生导师，并于2005年入选中国科学院“百人计划”。2005年获国家杰出青年科学基金。2009年入选国家人社部新世纪百千万人才工程国家级人选。2011年获国务院政府特殊津贴。2015年5月调入首都医科大学附属北京儿童医院，任教授、博士生导师。

现担任北京市儿科研究所副所长、首都医科大学附属北京儿童医院顺义妇儿医院执行院长、国家儿童医学中心遗传与出生缺陷防治中心主任、儿科重大疾病研究教育部重点实验室主任。学术兼职包括北京细胞生物学会理事长、中国医促会出生缺陷精准医学分会副主委兼秘书长、中华医学会医学遗传学分会委员、中国遗传学会理事、中国细胞生物学会常务理事兼细胞器生物学分会副会长、中国生物物理学会理事兼膜生物学分会副会长、BioscienceReports副主编，FrontiersinCell&DevelopmentalBiology膜运输领域副主编等。已在国内外杂志共发表论文约140篇，其中在NatureGenetics、Blood、PNAS、Autophagy、JournalofCellBiology、eLife、Oncogene、PLoSGenetics、JournalofCellScience等杂志发表SCI论文84篇(总IF超过500，被引用5 400余次，h因子27)。主编或副主编《医学遗传学(第3版)》《遗传咨询》《生物信息学导论》《产前遗传病诊断》等专著。主持中国遗传咨询网(www.gcnet.org.cn)的科普和在线遗传咨询，出版科普读物《漫画遗传》(论文发表情况详见http://www.genelab-bch.com.cn/publications.php)。

2 主要学术贡献

自1985年起先后从事医学生物化学、医学遗传学、产前诊断以及遗传咨询的教学、科研和临床工作。主要致力于白化病、高脂血症等遗传代谢病基因的克隆和功能研究。所取得的主要学术成绩如下。

2.1 白化病基因的克隆和发病机制

白化病是一种经典的孟德尔遗传单基因病，呈常染色体隐性或X-连锁隐性遗传方式，主要表现为皮肤、毛发和眼睛的色素减少或缺失，患者常伴有眼球震颤和视力低下，严重影响生活质量。一些综合征型白化病如Hermansky-Pudlak综合征(HPS)还可伴有出血倾向、肺纤维化、炎性肠病、免疫缺陷或神经精神症状[1]。目前已知的白化病致病基因有19个，分综合征型和非综合征型白化病两大类。李巍教授与合作者迄今完成了其中10个小鼠和5个人白化病基因的克隆和相关功能研究。李巍博士在美国从事博士后研究期间，主要利用HPS小鼠模型进行定位候选克隆，再与合作者在人同源基因中筛选突变，鉴定人HPS的致病基因。他利用该研究所独特的人和小鼠细菌人工染色体(bacterial artificial chromosome,BAC)文库，建立了一套高效候选致病基因的定位方法，独创了一套利用BAC末端测序获得的短串联重复序列作为新的分子界标，使得大部分定位的候选基因缩短到500 kb区间以内，对于锁定致病基因的工作量大大减少。他所定位的小鼠Bloc1s5、Hps3、Hps4、Hps5、Hps6、Hps7全部鉴定成功[2-6]，并与合作者分别鉴定了人HPS4、HPS5、HPS6、HPS7基因的突变[4-6]。同时参与了小鼠Rabggta、Slc7a11、Slc35d3基因的定位克隆[7-9]。回国后，李巍实验室鉴定了SLC24A5/NCKX5基因突变引起的OCA-6白化病亚型[10]，和由于小鼠Kxd1基因突变引起的轻型白化病[11]。

针对以上克隆的白化病致病基因的发病机制，李巍课题组进行了大量深入的研究。黑色素细胞中的黑素小体(melanosome)是体内黑色素产生的主要场所，其重要成分包括色素产生的酶(如酪氨酸酶)及相关蛋白(如TYRP1)、各种离子通道或转运蛋白(如OCA2、SLC45A2)等，其突变通常导致非综合征性白化病，如OCA-1～OCA-4。HPS蛋白所形成的复合体如BLOC-1、BLOC-2、BLOC-3和 AP-3等，是负责运输这些黑素小体组分，或者促进黑素小体成熟的，其突变所导致的属于综合征性白化病，如HPS-1～HPS-11亚型，常伴有多组织多器官的病变[12]。除了以上两类白化病外，李巍课题组率先发现的OCA-6致病基因NCKX5主要定位于线粒体，可能参与由线粒体向黑素小体的钙转运，进而参与黑素小体的成熟和黑色素的生成。体外实验[13]表明，线粒体功能紊乱可影响色素的产生。因此提出“线粒体型白化病”的新的发病机制和白化病类型[13]，暗示衰老或白癜风患者可能因线粒体功能紊乱导致毛发或皮肤色素生成障碍(图2)。通过多年的研究，李巍课题组在阐明白化病的发病机制方面做出了重要贡献, 并通过收集1 500多个中国白化病家系，阐明了中国人白化病的分子流行病学特征[14]，建立了针对中国白化病患者的基因诊断和产前诊断方法[15]。2018年，李巍教授主持的研究(第一完成人)“白化病的基因诊断及发病机制研究”获得北京市科学技术奖三等奖。并领衔编写了《白化病的临床实践指南》[16]。

2.2 囊泡运输障碍与溶酶体相关细胞器的发生机制

囊泡运输是细胞活动的关键过程，是生命活动所必需的，类似一个城市的交通运输大动脉维系着城市的活力(图3)。囊泡运输障碍可导致各种疾病的发生，如遗传代谢疾病、心血管疾病及神经精神疾病等[17]。李巍课题组首次确立了精神分裂症易感基因Dtnbp1突变的小鼠作为精神分裂症的模型[18]，并发现了其突触病理机制[19]，阐明自噬异常导致的神经元变性和成体神经发生障碍在精神分裂症发生中的作用[20-21]。同时鉴定出因Slc35d3基因突变的小鼠导致纹状体多巴胺环路功能损害引起的代谢综合征，并发现SLC35D3为人类肥胖症的新致病基因[22-23]。该致病基因的发现解释了某些肥胖症的发生是由于中枢性运动减少的行为异常所引起，被中央电视台(CCTV)新闻频道、英国广播公司(BBC)新闻、Nature China、NationalScienceReview等报道或亮点评述。

基于对HPS蛋白功能和囊泡运输机制的深入研究，李巍课题组重点关注囊泡运输通路中内吞体-溶酶体运输通路的功能，包括参与溶酶体相关细胞器的发生与分泌[24-25]、内吞降解[26-27]以及细胞自噬[28]等。将进一步聚焦于溶酶体相关细胞器发生过程中细胞器互作、离子稳态和相变的作用机制。

2.3 儿科遗传病的出生缺陷干预

李巍教授自从加盟首都医科大学附属北京儿童医院以来，迅速组建了医学遗传学团队，针对儿科疑难重症，建立了全套的遗传学诊断方法，包括细胞核型分析技术、荧光原位杂交技术(FISH)、荧光定量PCR技术(real time-PCR)、多重连接探针扩增技术(MLPA)、基因芯片技术(SNP-array)、Sanger测序技术、无创产前诊断技术(NIPT)、低深度全基因组拷贝数变异(CNV-seq)、全外显子组测序(WES)、全基因组测序(WGS)、转录组测序(RNA-seq)、甲基化修饰组测序(methyl-seq)、单细胞测序(SC-seq)等。综合应用以上技术，可对约36%的疑难重症患儿做出分子诊断[29]。该团队在首都医科大学附属北京儿童医院已发现近200种不同基因的突变所导致的单基因遗传病。在对遗传病诊断中，提出四步法则，即应用美国医学遗传学与基因组学会(American College of Medical Genetics and Genomics,ACMG)指南、临床表型、家系共分离、功能验证等进行综合分析[30](图4)。在明确基因突变的基础上，对有再生育需求的家庭实施产前诊断和植入前遗传学诊断[31]。

图4 儿童遗传病高通量测序分子诊断流程

出生缺陷干预通过婚前孕前筛查、植入前和产前遗传学诊断以及新生儿筛查等环节实施技术干预，即通常所说的一、二、三级出生缺陷干预。李巍教授所带领的团队，建立了高通量定制捕获测序技术——新生儿针对性测序筛查(Newborn Screening with Targeted Sequencing,NESTS)，对发病率较高、危害大、遗传学病因明确的519个基因引起的700多种单基因遗传病，开展新生儿筛查，并开始在全国转化应用。同时，面对诸如HPS综合征型白化病这样的遗传病，其终极目标是根治它，即利用干细胞结合基因编辑技术，修复组织器官中存在的突变基因，恢复其正常功能，这是李巍团队未来要面对的更大挑战。