基因組學在生殖醫(yī)學范疇的發(fā)展,醫(yī)學遺傳學論文

現(xiàn)代遺傳學/基因組學在生殖醫(yī)學范疇的發(fā)展,醫(yī)學遺傳學論文改善生殖健康和降低出生缺陷問題，是21世紀生殖醫(yī)學領域的重要責任。根據(jù)中國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會2020年9月(中國出生缺陷防治報告〕發(fā)布的數(shù)據(jù)，中國2018年出生缺陷的發(fā)生率為5.6%，每年新增病例90萬。發(fā)病率較發(fā)達國家高出近2倍，每年國家和社會的經(jīng)濟負擔高達數(shù)千億元。華而不實遺傳性病因約占40%~60%，這還不包括遺傳性功能缺陷〔即廣義的出生缺陷〕，如遺傳性耳聾、智障、孤單癥等。在生育障礙的一系列研究中，人們對女性和男性配子以及胚胎的發(fā)育和調(diào)控機制表示了極大的關注，其遺傳性狀的影響主要表如今：①配子發(fā)生障礙，表現(xiàn)為卵母細胞和精子的數(shù)量減少、質(zhì)量低下和功能缺陷等。②機體對外界的環(huán)境因素更為易感，出現(xiàn)生育能力低下和妊娠丟失。③子代的生育風險加大。排在前位的出生缺陷和生育障礙，幾乎都屬于復雜性疾病，也就是由多個致病或易感因素與環(huán)境交互作用產(chǎn)生的遺傳物質(zhì)的構造和功能異常。當前對這類疾病的發(fā)病機制和遺傳規(guī)律所知甚少，采用傳統(tǒng)的常規(guī)技術無法對人群和患者進行高效便捷的遺傳學診斷和篩查。由于人口諸多、地區(qū)發(fā)展的不平衡，對于已出生的缺陷患兒，尚缺乏系統(tǒng)的干涉和糾治策略以及長效機制，構成當前面臨的知識瓶頸、技術瓶頸和體制瓶頸的嚴峻形勢。人類基因組計劃〔humangenomeproject，HGP〕的提早完成，敲開了基因組醫(yī)學的大門。透過這扇門，人們看到了更為廣闊的全新基因組醫(yī)學領域，意味著后基因組時代的到來。人類變異基因組計劃、全基因組關聯(lián)研究〔genome-wideassociationstudies，GWAS〕及重要疾病基因組學，以及其他組學等全景式分子醫(yī)藥工程技術的發(fā)展，為21世紀新的醫(yī)學形式個體化醫(yī)學奠定了基礎。近年來，由于對人類基因組的不斷解析，十分是應運而生的分子生物檢測技術和全基因組分析的核心技術微陣列生物芯片和深度測序技術的問世，使得我們真正地走進了以基因組醫(yī)學為基礎的個體化醫(yī)學時代。本文重點討論當代遺傳學/基因組學在生殖醫(yī)學領域的發(fā)展。1后基因組時代的技術發(fā)展人類基因組學已揭示出每個人的遺傳背景是有差異的，構成人體遺傳圖譜共30億個核苷酸分子，其遺傳圖譜字母排列的99.9%是一樣的，但剩下的0.1%的差異不同〔變異〕是至關重要的，這些變異稱為基因多態(tài)性，華而不實最為重要、最常見的為單個核苷酸多態(tài)性〔singlenucleotidepolymorphism，SNP〕，是繼限制性片段長度多態(tài)性〔RFLP〕、短串聯(lián)重復序列〔STR〕之后的GWAS報道的3個位點，又確定了8個新的PCOS的關聯(lián)位點：9q22.32，11q22.1，12q13.2，12q14.3，16q12.1，19p13.3，20q13.2和2p16.3。挑選出的這些候選基因集中在與胰島素、性激素和Ⅱ型糖尿病〔T2DM〕相關的通路上，與PCOS的病理生理學機制密切相關，這2項GWAS結(jié)果為PCOS的遺傳學/基因組學基礎研究提供了新的方向。2.3POF/POI的遺傳學研究POF通常是指女性40歲之前閉經(jīng)，伴有高卵泡刺激素和低雌激素水平。大約1%的育齡婦女患有此病，是一類臨床高度異質(zhì)、病因復雜的疾病。由于POF的概念常代表卵巢功能的終末階段，且無法具體表現(xiàn)出疾病的進展性和多樣性，美國生殖醫(yī)學會建議稱為POI，不但對該病給予了更準確的詮釋，而且進一步揭示了疾病的本質(zhì)特征。卵巢發(fā)育需要很多基因通太多種途徑發(fā)揮作用并互相協(xié)調(diào)，這些基因廣泛分布于X染色體和常染色體，不同基因的突變可能通過累積效應或級聯(lián)反響導致卵巢功能的完全喪失，尤其是那些與卵母細胞發(fā)生相關的基因，包括減數(shù)分裂基因，很可能與POF/POI的病因相關，但很多通過動物模型發(fā)現(xiàn)的候選基因在人體中的作用一直未得到證實。近期，國際權威期刊(新英格蘭醫(yī)學雜志〕同期發(fā)表了2篇獨立的原創(chuàng)性研究，初次在中國人和歐洲人的POI/POF不同家系中各自發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂基因〔HFM1和STAG3〕的突變導致POF/POI。這個經(jīng)歷了10多年的假講，終于在小鼠動物模型和POI/POF病患中都得到了證實，為探尋求索POF/POI的發(fā)生機制以及說明該病的臨床高度異質(zhì)性和遺傳病因復雜性開拓了一個新的研究途徑。2.4男性精子發(fā)生基因的遺傳學研究在10多年的前期工作中，南京醫(yī)科大學生殖醫(yī)學國家重點實驗室應用基因組學技術，初次發(fā)現(xiàn)和驗證了一批與精子發(fā)生相關的基因，繼后又用蛋白質(zhì)組學技術構建了一系列精子發(fā)生相關的蛋白質(zhì)表示出譜，包括：①小鼠睪丸單倍體生精細胞〔精子細胞/精子〕蛋白質(zhì)表示出譜，共2116種蛋白可能介入了精子細胞的變態(tài)經(jīng)過。②小鼠睪丸四倍體生精細胞〔精母細胞〕蛋白質(zhì)表示出譜，共3507種蛋白可能介入了精母細胞的減數(shù)分裂經(jīng)過。③人類睪丸蛋白質(zhì)表示出譜，華而不實2873種蛋白可能與人睪丸的功能相關。這些研究證實了大量睪丸特異性基因編碼蛋白質(zhì)的存在，包括很多已經(jīng)報道的與精子發(fā)生一系列生物學事件相關的蛋白質(zhì)以及一系列未被深切進入研究的蛋白質(zhì)，為精子發(fā)生調(diào)控蛋白的深切進入研究創(chuàng)造了條件。近年來Hu等在構建了2927例非阻塞性無精子癥的患者和5734例可育男性對照標本庫的基礎上，通過對1000例無精子癥患者外周血DNA與1703例對照可育男性外周血DNA進行分析，發(fā)現(xiàn)32個SNP與無精子癥高度相關，用GWAS方式方法分析了無精子癥患者和正常男性外周血DNA的SNP位點變化，通過SNP與無精子癥全基因組關聯(lián)分析，確定了3個SNP位點與精子發(fā)生高度相關，分別為rs2477686、rs12097821和rs10842262。華而不實rs2477686所在區(qū)域有一個基因PEX10，已在果蠅中被證實該基因缺失可導致精子發(fā)生障礙和雄性不育，PEX10可能是人類無精子癥的重要候選基因。這些SNP位點的變化可能通過改變關聯(lián)基因的表示出而調(diào)控精子的發(fā)生，據(jù)此有可能發(fā)現(xiàn)新的精子發(fā)生調(diào)控基因，對揭示精子發(fā)生的調(diào)控機制和男性不育的診治具有重要意義。2.5EMs的遺傳學研究EMs是另一種導致女性生育力及生活質(zhì)量降低的常見疾病，病因牽涉到免疫學、解剖學、內(nèi)分泌學等方面，一直缺乏及時和非侵入性的診斷工具，以及缺少真正有效的治療手段，是當前EMs在臨床上的最大障礙。雙胞胎研究與家族研究已經(jīng)證明遺傳因素可增加患病相對風險。Uno等開展了針對EMs的GWAS研究，這也是生殖領域的首個GWAS研究。該研究發(fā)現(xiàn)了9p21.3，8p23.1，1p36.12三個EMs相關區(qū)域，對應CDKN2B-AS1、DEFA10P-DEFA1，WNT4-ZBTB40基因。近年來又有了4項新的有關該病的GWAS研究，而最有影響力的是Albertsen等進行的兩個階段的大樣本的全基因組關聯(lián)隊列研究，包括2019例手術。。證實的EMs病例和14471例正常對照的SNP，發(fā)現(xiàn)1p36.12，2q23.3，6p22.3，10q11.21等區(qū)域和EMs相關，與之相關的是WNT4，RND3，RBM43，RNF144B-ID4，HNRNPA3P1等基因。這些研究結(jié)果表示清楚遺傳因素對EMs的發(fā)病有重要作用，相關的SNP位點有可能成為早期診斷EMs的生物標記。2.6PGDPGD/胚胎植入前遺傳學篩查〔PGS〕是在胚胎期進行卵裂球或滋養(yǎng)細胞的遺傳學檢測，能夠幫助有遺傳病生育風險夫婦懷上正常胎兒，避免女方反復流產(chǎn)或終止有遺傳缺陷的妊娠帶來的身心傷害。熒光原位雜交技術〔fluorescentinsituhybridization，F(xiàn)ISH〕曾是染色體異常PGD/PGS的主要技術方式方法，但是臨床應用中存在眾多局限性，也限制了其在PGD/PGS中的進一步應用。最近微陣列比較基因組雜交技術〔arraybasedcomparativegenomichybridization，CGHarray〕和微陣列單核苷酸多態(tài)技術〔SNParray〕具有高通量、快速、自動化等特點，能夠全面檢測整個染色體組的數(shù)目異常和微構造異常，已開場應用于臨床PGD/PGS，明顯提高了臨床妊娠率。隨著高通量遺傳檢測技術的飛速發(fā)展，新一代測序技術迅速從科研實驗室走向臨床應用，在染色體異常PGD中的應用具有更高層次通量、低成本的優(yōu)勢，并且可能應用于單基因病PGD，具有宏大的應用前景。3瞻望生殖醫(yī)學在過去的30多年經(jīng)過了一個長足發(fā)展的經(jīng)過，輔助生殖技術解決了很多不孕夫婦的生育問題，但仍有很多困難的病例和令人困惑的個體差異問題無法解決。人們開場尋求優(yōu)化的卵母細胞利用率最高的個體化誘導排卵方案，結(jié)合藥物遺傳學和藥物基因組學研究結(jié)果，有可能成為指導個體化醫(yī)療的將來趨勢，實現(xiàn)個體選擇適宜、有效、安全的誘導排卵治療藥物，降低卵巢過度刺激綜合征〔OHSS〕風險，減少IVF的取消率，提高治療經(jīng)過的舒適度及接受度的最終目的；對人類早期生殖活動的遺傳學規(guī)律的研究，使人們更多了解自然和環(huán)境對人類生存和繁衍的調(diào)控，制定更好的優(yōu)生優(yōu)育的生殖健康計劃；人們將愈加關注輔助生殖技術對配子和胚胎表觀遺傳學的影響，觀察人工助孕技術對子代安全性的關系；這些都將會依靠后基因組時代的各類新型技術的應用，以進一步的深切進入研究和指導臨