我国人类基因组研究现状及发展前景展望

我国人类基因组研究现状及发展前景展望 从去年底今年初以来，有一个词“人类基因组”频频见诸于媒体， 尤其是今年 4 月 6 日，美国塞莱拉公司宣布人类基因组测序成功，已经延续 了几年的公助研究机构与私营公司之间的基因争夺战更为激烈，谁都希望能 够最先绘制出人类基因图谱。随着近来基因图谱的测序完成进入倒计时，我 国科学家参与的 1%测序工作最为公众所知，除此之外，在这项被称为“生命 科学领域的登月计划”的研究工作中，我国科学家还展开和参与了哪些工作? 取得了哪些成果?今后我国在生物医药领域的研究计划和产业政策会有哪些? 这些都是大家所关注的问题。 一、我国人类基因组研究现状 我国的科学家从九十年代初就展开了我国自己的基因组研究计划，同时 也积极参与国际人类基因组计划的研究工作。1992 年我国就开展了水稻基因 组的测序工作；而我国 1994 年提出并开始实施的“中华民族基因组中若干点 位基因结构的研究”项目，则正式将人类基因组计划纳入国家重点研究项目； 同时在国家 863 计划中也做了适当的调整和安排，国家 863 计划在“九五” 以重大疾病基因分离克隆及结构功能研究为目标正式立项，给予了较大的支 持，在 1997 年列为重大项目后，支持的力度大大加强。为了合理配置和利用 有限的资金和设备资源，1998 年初在上海成立了以陈竺院士为核心的国家人 类基因组南方研究中心，之后又在北京成立了中科院人类基因组研究中心和 国家人类基因组北方研究中心。我国人类基因组研究工作正在紧张有序地进 行着。 几年来，我国科学家经过努力拼搏，取得了一定的成绩，首先是建立了 肿瘤、心血管疾病、神经、免疫、遗传性疾病的家系和疾病现场遗传材料的 收集网络，取得了大量的样品。其中高血压家系 200 个，病例样品 840 个， 糖尿病家系 88 个，病例样品逾 700 个。在江苏肝癌现场、河南山西食管癌现 场、广东广西鼻咽癌现场、山东胃癌现场大面积病人群及对照低发人群的样 品收集已成网络，神经遗传性疾病的样品和家系的收集也取得的很大的成绩。 完成了南北方两个汉族人群和西南、东北 12 个少数民族的 DNA 样本的收集整 理工作，建立了 733 个永生细胞株，为我国多民族基因组的研究保存了宝贵 的资源材料。 其次，建立了较完整的基因组研究技术体系。包括作图(工具酶研制、 DNA 文库筛选和构建、顺序标签位点制作)，测序(较大规模的 cDNA 片段和基 因 DNA 的测序)，定位(荧光原位杂交和辐射杂种细胞)，基因识别(差异显示、 cDNA 选择和外显子捕捉)，基因组扫描和染色体显微切割等技术。引进了人的 基因酵母人工染色体(YAC)、细菌人工染色体(BAC)库，构建了一批有特色， 十分有用的正常人群、胎儿、患病人群的各种组织(肝脏、心脏、造血等组织) 的 cDNA 文库，为筛选新基因打下了基础。 再次，疾病基因和功能基因研究获得实质性进展。目前已经完成全长 cDNA 及基因组 DNA 克隆、测序的新基因达 20 多个。其中包括两个肝癌相关基 因、一个白血病的致病基因、三个造血系统调控基因、两个消化系统肿瘤相 关基因、两个神经疾病相关基因、两个心血管病相关基因和四个细胞因子及 信号传导相关分子基因；还有 株蛋白基因、血管紧张转换酶基因、脂蛋白 酶基因和载脂蛋白基因等。 上海第二医科大学、湖南医科大学与美国合作，在白血病和遗传病的基 因研究方面也取得了很大的成绩。上海第二医科大学陈竺教授在急性早幼粒 细胞白血病的分子机理和新型治疗原理研究方面取得突破，发现维甲酸受体 与白血病锌指蛋白所形成的融合基因，为白血病的分化疗法提出了依据。湖 南医科大学邓汉湘教授成功地克隆了“遗传性多发性外生性骨疣病”的致病 基因，以及其他一些载体、致病的基因。 上海肿瘤研究所在肝癌基因研究方面，发现了肝癌相关基因或抑制癌基 因群的特定区段，第一次证明了两个已知基因与癌相关并发现了一个全新的 癌相关基因，现正和美国 GeneCore 公司合作进行大规模的测序和功能签定的 研究。 另外，基因定位工作进展顺利。已经确定了肝癌、鼻咽癌、视网膜色素 变性高度杂合性缺失的区域，正在进行 DNA 重叠构建和 cDNA 的分离。其他疾 病的基因定位工作也在积极进行。 再有，统一的生物信息和基因组信息库正在积极筹建中。现在已与欧盟 生物信息中心建立了正常的工作联系，引进和改进了基因序列、蛋白质序列 及结构等有关的信息库；基因组信息(剪切位点预测、外显子与内含子序列分 维分析)的研究也取得了创新性的成果。 二、我国人类基因组发展建议及前景展望 尽管取得了这些成绩，但由于经费和设备试剂等方面的欠缺，我国的人 类基因组研究在总体水平上，仍然与国际基因组研究发展存在很大的差距， 也与我国的大国地位不相符。 对于这一点，该领域的学术带头人，国家人类基因组南方研究中心主任 陈竺院士有着非常清楚的了解和深刻的认识。他认为，我国目前基因组研究 还存在着分散、资源的集成度不高等问题，呼吁国家科研、教育、卫生及相 关产业部门应打破部门界限，统一协调，迅速制订我国在今后 510 年内基 因组研究的总体规划。 陈竺院士说，在 1%的人类基因组测序“工作框架图”阶段任务完成之后， 我们要向第二阶段”完成序列图”继续推进。同时我们应该在细菌、寄生虫、 植物、动物等诸多模式生物基因组测序中，注意选择那些既促进我国生物技 术和制药工业发展，又为国际人类基因组科学作为贡献的目标。他指出，中 国的人类遗传资源极为丰富，因此，功能基因组学和医学(或疾病)基因组学 应成为今后我国基因组科学发展最重要的任务，这门科学，只有使它能够为 老百姓防病治病，才有生命力。 陈竺院士在给国家有关领导的建议中提出： 一、在人类结构基因组学研究方面，拟在 1%框架测序的基础上，争取用 2 年时间，达到对于 3 号染色体短着 D3S 3610 至端粒一段 30Mb 的最终完成序 列图。因为只有注重序列图才是真正的科学里程碑，而且这将使我国结构基 因组学从目前的规模扩张转向质量效益为主，极大地推动以基因组注释为主 的生物信息学和计算机生物学体系的建设。 二、单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism SNP)是人类基 因组 DNA 序列变异的主要形式，是决定人类疾病(尤其是多基因疾病)易感性 和药物反应性差异的核心信息。而且，相当一部分 SNP 的频率在不同民族、 人群有明显差异，甚而有部分 SNP 显群体专一性。初步研究表明，在若干重 要疾病相关 SNP 的频率方面，我国人群与西方人群有显著差异。建立中华民 族 SNP(尤其是基因编码序列中的 SNP 即 cSNP 和调控区的 SNP)的系统目录， 将为基于我国人群遗传特点的医药业发展创造前提条件，是一件造福子孙后 的壮举。建议以我国主要人群的 50-100 个个体 DNA 样品和若干白种人、黑人 的对照样品为基本材料，对涉及癌肿、心脑血管疾病(冠心病、原心性高血压) 、代谢类疾病(糖尿病、高血脂症、肥胖病)、神经系统疾病、免疫性疾病和 药物代谢等重大疾病或性状相关调节通路的约 1 万个人类重要功能基因，进 行 cSNP 和调控区 SNP 的筛选，并进行与疾病和性状的大规模关联分析，建成 可供我国生物医药学科和产业使用的数据库。 三、血吸虫病是新中国几代领导人所关心的重大传染性疾病，也是一个 全球公共卫生问题。血吸虫的基因组长度为 270Mb，目前作图的数据也很欠缺。 但一张白纸可以面成最新最美的图画。从我国基因组研究科学队伍的现有实 力和设备能力看，在今后的三年内，完成日本血吸虫的全部 cDNA 克隆，基因 组作图和工作草图测序应该是有可能的。这一计划将使我国在微生物基因组 全序列测定取得重大突破之后，进入对寄生虫基因组进行全序列测定的新阶 段，从而极大地带动我国预防医学的发展，产生重大的社会和经济效益。因 此，建议将日本血吸虫列为我国下一阶段模式生物体结构和功能基因组学研 究的目标。这件事情做好了，就有可能进入对基因组更大的哺乳类动物的全 序列测定和功能研究。 四、在 863 计划专项经费和其他部门及地方政府的扶持下，迅速建成我 国的转基因和基因剔除动物技术平台，在“十五”期间加以放大，争取在 2003 年达到每年产生 300-500 个转基因和基因剔除小鼠的规模，使我国成为 世界上最重要的模式基因功能小鼠生产和出口国。此举可从根本上提高我国 功能基因组学的水平，为药物筛选和基因治疗提供实验动物模型，并形成相 应的产业群。 五、基因组计划的最终目的之一，是要发展具有治疗作用的基因工程产 品和药物筛选和设计体系。对基因编码蛋白的结构生物学分析是新药创制的 基础。鉴于我国在结构生物学和生物信息学领域已有的基础，和可用于高效 结构生物学研究的同步辐射光源等重大装置的建设，我们应迅速抢占高通量 结构生物学分析的核心技术，争取在 3-5 年内使我国解析蛋白质高级结构的 能力达到 200-300 个/年。 六、建成我国微生物、动植物和人类遗传资源(包括核酸、细胞、组织) 样品库，实行集中统一管理，并通过适当的方式向国内外开放，在加速国内 基因组计划发展的同时促进平等互利基础上的国际合作，获得我国应有的知 识产权和经济效益。另外，陈竺院士提醒，在制定我国新一轮人类基因组计 划时，应注意基因组科学与生物医学其他学科和大的产业发展方向的衔接， 避免孤军奋战，要吸引数学、物理、化学等其他学科人才和工业界加入基因 组科学的队伍。应该注意支持我国的民族工业介入 DNA 测序、蛋白质组学、 大规模自动化操作、计算机和基因组新技术体系的建立；改变主要仪器设备、 试剂、软件等依赖进口的局面。同时，政府对于人类基因组计划应该有较长 期、稳定的专项投入，并将这种投入纳入法制化轨道。为了切实保证基因组 基础数据为全人类所有，要进一步加强国际间的互利合作。 针对目前国际上对于人类基因组研究和开发的专利和知识产权保护问题