第一章 医学遗传学概述

本章介绍   本章主要讲述了医学遗传学的概念，遗传病的概念及其分类，遗传病与先天性疾病、家族性疾病的关系，医学遗传学的研究方法；并对医学遗传学的研究范围及其在现代医学中的作用，遗传因素在疾病发生中的作用，遗传病的发病率、危害及其研究现状做了简要介绍。 第一节 医学遗传学的概念、研究范围及其在现代 医学中的作用 第二节 遗传病概述 第三节 医学遗传学的研究现状和研究方法

第一节 医学遗传学的概念、研究范围及 其在现代医学中的作用 第一节 医学遗传学的概念、研究范围及 其在现代医学中的作用 医学遗传学是人类遗传学的重要分支学科，是遗传学与医学相结合的一门边缘科学，是运用遗传学的原理和方法研究人类遗传病的病因、病理、诊断、治疗、预防等的一门学科。随着医学遗传学的发展，它的研究领域逐渐扩大，形成了许多分科。在现代医学中占有举足轻重的地位，发挥着越来越重要的作用。学习本节后，你可以对医学遗传学的概念、分科及在现代医学中发挥的重要作用有一个初步认识。

一、医学遗传学的概念 （一）遗传学： 是研究生物体遗传与变异现象的本质和规律的科学。 1．遗传：指生物体在繁殖过程中，子代与亲代相似的现象。 2．变异：指生物体在世代间延续的过程中，子代与亲代之间、子代各个体之间的差异。      （二）人类遗传学： 是研究人类正常性状与病理性状的物质基础及其遗传规律的科学，即以人类为研究对象的遗传学。

（三）医学遗传学： 是人类遗传学的重要分支学科，主要研究人类病理性状的物质基础及其遗传规律，是遗传学与医学相结合的一门边缘科学。它运用遗传学的原理和方法研究人类遗传病的形成机制、传递方式、诊断、治疗、预后、再发风险和预防措施等，以期达到控制遗传病在一个家庭中的再发和降低它在人群中危害的目的，从而提高人类的健康素质。     （四）临床遗传学： 是侧重研究临床各种遗传病的诊断（包括产前诊断）、预防（包括遗传咨询）、治疗的学科，是医学遗传学的核心内容。

二、医学遗传学的研究范围和分科       医学遗传学是从医学的角度来研究人类疾病与遗传的关系。随着医学遗传学的发展，它的研究领域逐渐扩大，形成了许多分科。根据不同的角度可将医学遗传学大致分为如下几类： （一）从研究的技术层次分: 细胞遗传学 生化遗传学 分子遗传学 （二）从研究的对象范围分:群体遗传学 体细胞遗传学 基因工程学 （三）从与其它学科的结合分（边缘学科）:肿瘤遗传学 免疫遗传学 药物遗传学 辐射遗传学 发育遗传学 行为遗传学 优生学

三、医学遗传学在现代医学中的作用       随着医学的进步和治疗水平的提高，人类的疾病组成已经发生了很大的变化。营养性疾病明显减少，曾一度危害人类健康的急性传染病，如天花、霍乱、结核等在全球范围内已基本上得到控制。而与此相比，遗传性疾病在发病率和死亡率中所占比例日益突出，对人类本身的危害也更为明显，加之新的遗传病种不断被认识，目前，遗传病已成为影响人口素质的重要病种。遗传病的研究已经成为医学的一个重大课题。在这种背景下，医学遗传学得以迅速发展，在现代医学中占有举足轻重的地位，发挥着越来越重要的作用。主要表现在以下四个方面：     

（一）医学遗传学的研究成果已经被直接运用于阐明遗传病发病机制      （二）医学遗传学的新进展也将被用于完善对病人的诊断和防治      （三）运用遗传学的原理和技术指导人类的优生工作      （四）运用遗传学的原理指导卫生保健工作

第二节 遗传病概述     遗传病是由于遗传物质的改变所致，常涉及染色体及基因的改变。遗传病的种类繁多，发病率、死亡率较高，往往造成代谢障碍，影响生长发育，引起智力低下等多种临床症状，给患者带来极大痛苦。且遗传病又常表现为垂直传递，家族聚集及终生性等特点，既伴随患者一生，又会传给下一代，治疗和预防都很困难，也给家庭和社会带来沉重的医疗、经济和精神负担。有些遗传病已是危害人类健康的常见病、多发病，直接关系到人口素质的提高。通过本节学习，你可以初步理解遗传病的概念，知道遗传病的分类，了解遗传病的发病率及危害等知识。

一、遗传因素在疾病发生中的作用 人类的一切性状(正常的或病理的)都是遗传因素和环境因素相互作用的结果，即：       人类的一切性状(正常的或病理的)都是遗传因素和环境因素相互作用的结果，即：      遗传基础(基因型)+环境条件→特定的性状(表现型)      根据遗传因素和环境因素在人类不同疾病的发生中所起作用的大小，可将疾病分为四类：

疾病种类及常见病举例 疾 病 种 类 常 见 病 遗传病 1．遗传因素决定发病，看不到环境因素的作用 血友病A、先天愚型等 2．基本上由遗传因素决定发病，但需环境因素诱发 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症(蚕豆病)、苯丙酮尿症等 3．遗传因素和环境因素对发病都起作用,但不同的疾病遗传因素所起作用大小不同 哮喘、精神分裂症、消化性溃疡等 非遗传病 4．环境因素起主要作用的疾病 外伤、中毒、营养性疾病等       

遗传因素和环境因素在疾病发生中的作用示意图        值得注意的是，随着研究技术的深入，对疾病发生中遗传因素和环境因素的认识也在逐步深入。

二、遗传病的概念 （一）遗传病：是指个体生殖细胞或受精卵的遗传物质发生突变（或畸变）所引起的疾病。 遗传病通常具有以下几方面特征：   （一）遗传病：是指个体生殖细胞或受精卵的遗传物质发生突变（或畸变）所引起的疾病。 遗传病通常具有以下几方面特征：     （1）遗传物质的改变      （2）遗传性     （3）终生性      （4）先天性     （5）家族性 对以上五个方面特征的详细解释是：

1.遗传物质的改变 是遗传病不同于其他疾病的主要依据，是遗传病的根本属性。而非遗传物质的改变所引起的疾病，是受外界条件的影响所致，不属于遗传病。      2.遗传性 生殖细胞或受精卵内遗传物质的变异能从上一代传递给下一代，即表现垂直传递，但并不是每个遗传病的家系中都可观察到这一现象。因为有的患者是首次突变产生的病例，即家系中的首例；有些隐性遗传病致病基因虽然垂直传递，但携带者表型正常；有些遗传病特别是染色体病患者，由于活不到生育年龄或不育，也观察不到垂直传递的现象。若遗传物质的改变仅发生在体细胞内，将不出现个体间的垂直传递，而是通过有丝分裂向子代体细胞垂直传递。

3.终生性 积极的防治有可能改善临床症状和防止发病，多数遗传病尚不能改变遗传的物质基础，终生难以治愈。 4.先天性 往往在孩子出生前就已带有致病基因， 以至大多数遗传病婴儿一出生就已经是个遗传病的“老病号”了。 5.家族性 由于共同的致病基因继承而表现有发病的家族聚集现象。如19世纪英国维多利亚女王家族就是一个著名的血友病家族。

（二）遗传病与先天性疾病和家族性疾病之间的关系 1.遗传病与先天性疾病的关系 先天性疾病是指个体出生后即表现出来的畸形或疾病。 先天性疾病不一定都是遗传病 （1）大多数先天性疾病是遗传病，是遗传因素引起的。如多指、并指、唇裂、脊柱裂、无脑儿、白化病、先天愚型等。 （2）某些先天性疾病不是遗传病，是外界致畸因素作用于发育中的胚胎或产程中引起的。如孕妇孕早期感染风疹病毒，可使胎儿患有先天性心脏病或先天性白内障；孕妇孕早期服用“反应停”导致“海豹”胎儿畸形等。     遗传病也并非出生时就一定表现出来 （1）大多数遗传病表现为先天性疾病。如多指、并指、唇裂、脊柱裂、无脑儿、白化病等。 （2）有些遗传病不是先天性疾病。有些遗传病的症状出生时未表现出来，要发育到一定年龄才发病。如Huntington舞蹈病发病于25～45岁，痛风病好发于30～50岁，原发性血色病80％的病例发病年龄在40岁以上。

2.遗传病与家族性疾病的关系 家族性疾病是指表现出家族聚集现象的疾病，即一个家族中有两个以上的成员罹患同一种疾病。     家族性疾病是指表现出家族聚集现象的疾病，即一个家族中有两个以上的成员罹患同一种疾病。  家族性疾病不一定都是遗传病 （1）大多数家族性疾病是遗传病，是由遗传因素引起的。如并指、多指、家族性多发性结肠息肉等。 （2）某些家族性疾病不是遗传病，由非遗传因素（相似的不良环境因素）引起。如麻风、肝炎、梅毒、夜盲症等。某一疾病有家族史而尚未证明属遗传病时可暂用“家族性”一词，但当明确为遗传病后应不再使用。  遗传病不一定都表现为家族性  （1）许多遗传病，特别是常染色体显性遗传病常表现有家族聚集现象，如并指、多指等。 （2）某些遗传病，特别是隐性遗传病和染色体病并无家族史，往往是散发的。如苯丙酮尿症等。

3.遗传病与先天性疾病和家族性疾病关系示意图

三、遗传病的分类与发病率     （一）分类 根据遗传物质的改变和传递情况的不同，遗传病可分为单基因病、多基因病、染色体病、线粒体遗传病、体细胞遗传病五大类。     这五类病解释如下： 1．单基因病 主要是受一对等位基因所控制的疾病，即是由于一对同源染色体上单个基因或一对等位基因发生突变所引起的疾病，呈孟德尔式遗传。      2．多基因病 由两对或两对以上基因和环境因素共同作用所引起的疾病。多为常见病、多发病。      3．染色体病 由于染色体数目或结构异常使基因组平衡被破坏所导致的疾病。往往具有多种临床表现。      4．线粒体遗传病 由于线粒体基因突变导致的疾病，它是一组独特的、与线粒体传递有关的遗传病。由于精子和卵子受精形成受精卵时，只有极少数的精子细胞质参与，故线粒体突变基因在绝大多数的情况下是由卵子传递给后代，呈现为母系遗传。已知人类有些神经系统疾病和神经肌肉疾患与线粒体DNA突变有关。

      5. 体细胞遗传病 这是90年代以来被确认的一类遗传病，例如肿瘤可称为体细胞遗传病，因其发生发展中，遗传物质—基因及基因的异常起重要的作用。在肿瘤中，有一些是由于特定基因发生体细胞突变所引起的，这种在体细胞遗传物质改变的基础上发生的疾病，称为体细胞遗传病，一般并不在上、下世代之间垂直传递。 （二）发病率 遗传病并非是少见病、罕见病，各类遗传病发病率高低有所差别。据估计，人群中约3％～5％的人受单基因病所累，15％～20％的人受多基因病所累，0.5％～1％的人受染色体病所累，把上述疾病汇总合计，人群中有20％～25％的人患有某种遗传病。

 遗传病的分类示意图    

      四、遗传病的危害      遗传病是由于遗传物质的改变所致，涉及染色体及基因的改变，往往造成代谢障碍，影响生长发育，引起智力低下等多种临床症状，给患者带来极大痛苦。且遗传病又常表现为垂直传递、家族聚集及终生性等特点，既伴随患者一生，又会传给下一代，治疗和预防都很困难，也给家庭和社会带来沉重的医疗、经济和精神负担。有些遗传病已是危害人类健康的常见病、多发病，直接关系到人口素质的提高。因此，遗传病对人类健康的威胁和危害日益严重。根据调查统计遗传病的危害主要表现在以下几方面：

1.遗传病的种类繁多 据《人类的孟德尔式遗传》一书公布的资料(1999年1月20日)，人类单基因病及遗传性状已达10126种，其中属于常染色体遗传的有9470种，X连锁遗传的有566种，Y连锁遗传的有30种，线粒体遗传的有60种。并且每年都有新发现，病种有不断增长的趋势，这是由于①检查诊断水平的提高，陆续发现和认识了新的病种。②一些严重危害人类健康的常见病已证明和遗传因素有关。如肿瘤、糖尿病、高血压、精神分裂症，这些人们最常见又最不了解的疾病，已经确定为多基因遗传病。过去认为早发性冠状动脉硬化性心脏病只有10％决定于遗传，现在则认为约80％～90％与遗传有关。③原子能的利用、化学制剂的使用、环境污染等导致诱变因素增多，使遗传病和先天畸形的种类不断增加。 2.遗传病有较高的发病率 世界卫生组织(1973)技术报告显示，在1969～1970年间加拿大蒙特利尔儿童医院住院的患儿中，与遗传因素有关的疾病占29.4％。据估计，我国每年有30万～50万的新生儿患各种遗传病。在整体人群中约有20％～25％的人患有遗传病。据估计，在我国 正常人群中，每个人都可能是5～6个致病基因的携带者，这些致病基因作用暂不表现，但却可以将其传给后代，对后代造成潜在威胁。

3.遗传病的死亡率高 随着我国卫生保健事业的发展和医疗技术的进步，儿童死亡率已逐年降低，而遗传性疾病和先天畸形的死亡率却呈相对增高趋势，北京市1974～1976年对15岁以下儿童死亡原因的统计表明，遗传病和先天畸形已成为儿童死亡的主要原因，占死亡率23.44％，美国1岁以内死亡的婴儿中，40％为遗传性缺陷。 4.遗传性疾病也是导致智力低下的重要因素 智力低下直接影响着人口素质。智力低下在我国人群中的发生率约为2.2％，仅就导致智力低下的先天愚型一病，我国就约有120万～150万患儿。 尤其是工农业迅速发展的今天，环境污染日益加剧，各种致突变、致癌、致畸因素对遗传物质的影响，将会使基因突变率有所提高，从而增加遗传病的种类和发病率，严重危害人类的健康素质，这就是我们面临的严峻形势。

第三节 医学遗传学的研究现状和研究方法      通过本节学习，你可以了解医学遗传学的研究现状，学会采用医学遗传学的一些常见研究方法，初步确定某种疾病是否为遗传病。

一、医学遗传学的研究现状       经历了百余年的探索，医学遗传学研究已经取得丰硕的成果。随着分子遗传学的兴起，遗传学的基础理论和知识出现了爆炸性发展。诺贝尔奖获得者Renati Dalvecoe曾指出，未来的医学是分子遗传学。基因水平的研究是目前医学遗传学研究最有代表性的成就，主要集中于以下几大热点：     （1）基因诊断技术 （2）基因治疗技术   （3）人类基因组计划 （4）国际人类基因组“单体型图”计划   

1．基因诊断技术 基因诊断是一种新的临床诊断方法，可以越过蛋白质、酶等产物，利用重组DNA技术作为工具直接从基因水平检测人类遗传性疾病的基因缺陷，使这类疾病的患者能够得到可靠的预测，并做到早期发现、确切诊断。目前，已经能对部分遗传病及慢性非传染性疾病进行基因诊断。基因诊断技术还可用于预防遗传病患儿出生的产前诊断。由于在羊水细胞和绒毛组织中绝大多数致病基因不表达，故不能应用酶等基因产物进行检测，而基因诊断则能够直接检测到基因的缺陷，这为遗传病的预防提供了科学的依据。    

2．基因治疗技术 人们对于遗传病恐惧很重要的原因之一是因为对其没有很好的治疗方法，而基因治疗技术的诞生将给这些患者带来曙光。基因治疗是针对遗传病患者缺陷的基因而实施的治疗。它试图从基因水平调控细胞中缺陷基因的表达或以正常基因矫正、替代缺陷的基因，以达到治疗的目的。到1996年底，美国国立卫生院已批准包括针对遗传病、肿瘤、免疫缺陷病、艾滋病等103个基因治疗方案。1999年美国国立卫生院重组DNA咨询委员会已批准了218项基因治疗方案。针对腺苷脱氨酶缺陷性严重复合型免疫缺陷症患者的基因治疗已获成功。我国上海复旦大学与第二军医大学合作，应用基因工程技术，治疗了四名血友病B患者，使之临床症状改善，未见毒副反应，取得明显疗效。在21世纪，基因治疗技术将成为医治人类疾病的重要手段之一，为遗传病和肿瘤患者带来福音。    

    3．人类基因组计划 人类基因组是一个复杂的结构，由约30亿个碱基对组成，分布于22条常染色体和X、Y性染色体上，人类的全部遗传信息储藏其中。人类基因组计划的核心任务之一就是测定30亿个碱基对的序列图。1990年10月被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划(HGP)由美国正式启动，准备历时15年，耗资30亿美元，完成人类基因组30亿碱基对的测序任务。随后，法、英、意、德、丹麦、日本也相继宣布开展人类基因组研究。我国于1999年9月也获准加入了该项目研究工作，承担人类基因组1％的测序任务。HGP是当今生物医学科学最前沿的领域。经过各国科学家的通力合作，2000年6月26日人类基因组序列工作草图诞生。2001年2月12日美、英、日、法、德、中六国国际人类基因组测序联合体发表了根据人类基因94％序列草图作出的初步分析。2002年2月，公布了人类基因组“精细图”。 2003年4月15日参与人类基因组计划的美、英、日、法、德、中六个国家的政府首脑发表了关于人类基因组序列图绘制工作全部完成的联合声明，引起了世人关注。来自美国、英国、日本、法国、德国、中国等6国的数百名科学家经过13年的不懈努力，终于提前两年完成了这一规模浩大的科学工程。许多国际知名专家称赞说，这是人类揭示生命奥秘的一个里程碑，标志着“基因时代黎明的真正到来”。    

    4．国际人类基因组“单体型图”计划 是继“国际人类基因组计划”之后，人类基因组研究领域的又一重大研究计划。科学家们将在已完成的人类全基因组序列图的基础上，确定人类经世代遗传仍保持完整的始祖板块，以及在不同族群中这些板块的类型与分布，并将这些不同的板块标上标签。2002年10月，中国、美国、英国、日本、加拿大五国代表在美国华盛顿正式启动了这项计划。美国完成31％、日本占25％、英国占24％、加拿大占10％。内地、香港和台湾将合作完成整个国际人类单体型图的10％，负责3号、21号和8号染色体单体型图的绘制。其中，香港大学、香港科技大学和香港中文大学的工作占整个计划的2％，台湾科学家将负责1.5％。整个计划将在2004年10月份之前基本完成。         综上所述，医学遗传学已成为一个十分活跃的领域，成为生命科学中带头学科之一，随着其研究领域的不断拓新和研究手段的不断创新，必将对人类的健康事业作出更大的贡献，正因为如此，医学遗传学课程已成为现代医学教学中必不可少的部分。

   二、医学遗传学的研究方法 （一）群体筛查法 通过比较一般群体和特殊群体(如患者及亲属)的发病率(或特定性状比率)，对某一群体进行某种遗传病（或特定性状）的筛查，获得该群体的发病率（或特定性状比率）。     普查中要特别注意该病有无家族聚集性及是否有特定发病年龄。如果发现患者亲属发病率高于一般人群，而且还呈现出患者一级亲属的发病率>二级亲属>三级亲属>一般群体发病率，则可判定此病与遗传有关。由于同一家族成员往往有相同或相似的生活环境，故判断时要排除这些因素的可能影响，可与家族中非血亲的发病率进行比较，看看是否血缘亲属发病率高于非血缘亲属，这样就会得出初步结论。 （二）系谱分析法 如若怀疑某种病可能为遗传病，根据先证者线索尽量全面地收集其家系成员的发病情况材料，绘制成系谱图进行分析。这适用于辨别单基因病，确定遗传方式，开展遗传咨询及产前诊断，以及探讨遗传异质性等。

（三）双生子法     双生子法是医学遗传学研究中的经典方法。     1．双生子类型     单卵双生(或同卵双生)：是受精卵在第一次分裂后，每个子细胞各发育成一个胚胎，它们的遗传物质基础相同，故性别相同，遗传性状的表现型也基本相同。      双卵双生(或异卵双生)：是由两个卵子同时分别与一个精子受精而发育成的两个胚胎，二者的遗传物质不完全相同，故其遗传特性仅与同胞一样，性别可以相同，也可不同，表现型的相似情况仅与同胞一样，二者只是胚胎发育环境相同。      两种双生子可以从外貌特征、血型、皮纹、同工酶谱、HLA型别加以鉴定。

3．研究方法 2．研究策略 （1）研究环境对表型形成的影响：由单卵双生子在不同环境中的生长发育情况获得。     2．研究策略 （1）研究环境对表型形成的影响：由单卵双生子在不同环境中的生长发育情况获得。 （2）研究不同基因型的表型效应：由双卵双生子在同一环境的生长发育情况获得。     3．研究方法 通过比较单卵双生和双卵双生子某一性状(或疾病)的发生一致性，可以估计该性状(或疾病)发生中遗传因素所起作用的大小，一般用发病一致率(同病率)来表示： 发病一致率(％)= [同病（同性状）双生子对数/总双生子（单卵或双卵）对数]×100%      如果某种疾病的单卵双生与双卵双生发病一致率相差极大，且单卵双生发病一致率大，则可判断该疾病的发生与遗传因素有关。 下表列出几种疾病的双生子发病一致率比较。

几种疾病的双生子发病一致率比较： 疾病类型 先天愚型 精神分裂症 结核病 糖尿病 原发性癫痫 十二指肠溃疡 麻疹 同病率 （%） 单卵双生 89 80 74 84 72 50 95 双卵双生 7 13 28 37 15 14 87

（四）伴随性状研究       如果某一种疾病经常伴随另一种已经确定是由遗传决定的性状或疾病（我们称之为遗传标志）同时出现，则表明该病的发生与遗传有关，性状的伴随出现原因有以下两种： 1．连锁 指致病基因和遗传标志在同一条染色体上。如椭圆形红细胞增多症常见于Rh血型阳性者，是因为控制这两个性状的基因在染色体上的距离非常近，都位于第一号染色体上，前者定位于短臂3区5带(1p35)，后者定位于短臂3区2带(1p32)。 2．关联 指致病基因和遗传标志非随机的同时出现，例如胃癌多见于A型血个体；O型血者，消化性溃疡发病率较其他血型者高30％～40％。最近较多用的遗传标记为HLA(组织相容性抗原)系统。      已确定的遗传病也可以作为遗传标记，如溃疡性结肠炎常与强直性脊柱炎伴随出现，由于后者已证明为遗传病，故前者可认为也与遗传因素有关。     除上述四种方法外，还有种族差异比较、疾病组分分析、动物模型与转基因动物法等等。