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科学家首次测序癌症患者基因组美国科学家近日首次成功测序了一个癌症患者的基因组,这一开创性工作为利用新方法揭开癌症的遗传学基础创造了条件。相关论文发表在11月6日的《自然》(Nature)杂志上。测序的基因组来自于一位女性,50多岁死于急性骨髓性白血病(AML)。美国华盛顿大学的研究人员利用来自皮肤样本的遗传材料,测序了她2套染色体的DNA,同时根据骨髓样本检测了其肿瘤细胞中的遗传突变。所有样本均采自患者接受癌症治疗前,以防DNA受到进一步损伤。随后,研究人员将患者的肿瘤基因组与其正常基因组进行了比较,以期发现遗传差异。在患者肿瘤基因组中接近270万个单核苷变异中,将近98%同样也在患者皮肤样本的DNA中检测到,这就大大缩小了进一步筛选的范围。研究人员最终在患者的肿瘤DNA中仅发现了10个可能与AML有关的遗传突变,其中8个很罕见,它们所处基因之前从未被认为与AML有关。研究人员还显示,肿瘤样本中的每个细胞拥有9个突变,而且较少发生的那个突变可能是最后形成的。研究人员怀疑,所有这些突变对于患者的癌症都很重要。美国国立人类基因组研究所前任主管Francis Collins说:“首次确定人类癌症基因组的完全DNA序列,并与同一个体的正常组织相比较,这在癌症研究中是一个真正的里程碑。”美国俄勒冈健康与科学大学癌症研究所的Brian Druker说:“虽然这一研究尚不能告诉我们怎样治疗癌症患者,但它是这条路上关键的第一步。它为大规模癌症基因组测序和揭示癌症秘密打下了基础。”目前,研究小组正在测序其他AML患者的基因组,同时他们还计划将这种全基因组方法扩展到乳腺癌和肺癌。
药物基因组学是上世纪九十年代末发展起来,基于药理学和基因组学,将传统的药物科学与基因、蛋白、单核苷酸多态性等知识结合起来的一门科学。正因为药物基因组学是研究基因序列变异及其对药物不同反应的科学,所以它是研究高效、特效药物的重要途径,通过它为患者或者特定人群寻找合适的药物,药物基因组学强调个体化;因人制宜,有重要的理论意义和广阔的应用前景。一、促进新药研发 由于药物基因组学规模大、手段强、系统性强,开辟了医药工业研究的新领域,可以直接加速新药的发现。首先药品制造商不仅把注意力放在可能引起疾病的基因上,而且对药物效应基因产生了兴趣,这些药物效应基因为新药研究提供依据。由于新一代遗传标记物的大规模发现,以及将其迅速应用于群体,流行病遗传学也可以大大推进多基因遗传病和常见病机理的基础研究。还可以帮助制药厂商在一些与基因和疾病相关的蛋白质、酶和RNA分子等基础上开发新药,这样不仅促进了药物的发现,还有利于开发出针对某一特定疾病的药物,从而增强疗效,并减少对健康细胞的损伤。对于每一个药物来说大约都有10-40%的人没有疗效,又百分之几的或更多的人有副作用。如果制药公司利用药物基因组学理论可以实现预见结果或筛选人群的话,可以大大增加新药的通过率,也可以对未通过药检的新药重新估价,这些药物中一个经常引用的例子是第一个非典型性抗精神活性药氯氮平(clozapine),在氯氮平的使用过程中,由于1%的病人服药后出现严重的粒细胞缺乏症,因而只有当其它药物使用后无效才使用。但是在粒细胞缺乏症的药物效应基因被确定后,极大地改善了氯氮平的使用,除极少数敏感的病人不能服用此药外,对于99%的病人来说,这一药物是一线治疗药物。在新药的临床试验研究中,如果事先知道人群可能对药物反应的话,如代谢酶的基因型,可以减少参试人群,试验的时间表也可以大大缩短。对药物有效或毒性变异的预测试验中,可用于筛选病人。经过药物效应基因突变筛选的受试者,可以加强临床试验的统计学意义,可以用更少的病例数达到所需的统计学意义,这样可以大大节约时间和费用。 二、用药个体化合理用药的核心是个体化用药。药物基因组学通过对患者的基因检测,如对一些疾病相关基因的单核苷酸多态性(SNP)检测,进而对特定药物具敏感性或抵抗性的患病人群的SNP差异检测,指导临床开出适合每个个体的“基因处方”,使患者既能获得最佳治疗效果,又能避免药物不良反应,真正达到“用药个体化”的目的。 医生在疾病的首次治疗过程中,往往需要临床实验来确定适合病人的药物,而药物基因组学则可以通过分析病人的遗传组成来确定最合理的治疗药物。这样就免去了先期用于药物选择的临床过程及由此带来的可能的副作用,并缩短了病热的康复期。更准确的用药剂量 通过基因组分析可以判断药物在体内的作用效果及代谢时间,并以此来确定不同个体的用药剂量,对比依据体重和年龄的方法,其具有更好的治疗效果,降低了过量服药的可能性。一些临床上经常出现的现象,例如两患者诊断相同、一般症状相同、血药浓度相同,但疗效却大相径庭,这些用传统的药代动力学原理是无法解释的。这时应考虑到与药物作用相关的位点(如受体等)是否发生了变异?是什么水平的变异?药物作用的位点的变异可能发生在基因水平,也可能发生在转录、翻译等水平,基因水平的变异相对比较容易鉴定,研究也表明基因的变异与药物效应的差异是更具相关性。研究基因突变与药效关系的药物基因组学正是适应了这一要求,因此药物基因组学在临床合理用药中的应用前景是非常之好的。将基因功能学用于合理用药,利用药物基因组学的技术和方法增加药物的有效性和安全性,减少不良反应,实现个体化、可预测及可预防的医疗,这就称之为临床药物基因组学。药物基因组学应用到合理用药中,弥补了只根据血药浓度进行个体化给药的不足,惟以前无法解释的药效学现象找到了答案,为临床个体化给药开辟了一个新的途径。这样药物基因组学原理为特定人群设计最为有效的药物,不仅提高了药效,缩短了病程,而且减少了毒副反应和成本,真正达到了“物美价廉”的要求。目前,已经有人将药物基因组学知识应用于高血压、哮喘、高血脂、内分泌、肿瘤等的药物治疗中。如原发性高血压是多因素诱发的疾病,对于许多患者,高血压药物的不同药效和耐受性与遗传变异有关。Ferrari发现,一种细胞骨骼蛋白(cytoskeletalprotein)、内收蛋白(adducin)的基因多态性与高血压的发病、对钠敏感性以及对利尿剂的效果相关。因此在抗高血压治疗需要用利尿剂时,可以对患者预先进行基因检测,以确定是否选择使用此药。通过对β2肾上腺素受体的基因多态性及其对β2肾上腺素受体激动剂的敏感性关系的研究,发现β2肾上腺素受体的基因多态性影响β2肾上腺素受体激动剂福莫特罗(formoterol)的脱敏效果,β2肾上腺素受体激动剂改善肺通气的作用对Gly纯合子个体明显比Arg纯合子个体要强,杂合子个体介于两者之间。 载脂蛋白E(APOE)的基因多态性,影响绝经后妇女用雌激素替代疗法(ERT)时的血脂和脂蛋白的浓度。人群中的APOE有3个等位基因:E2、E3、E4,ERT能使具有E2型基因的妇女血中总胆固醇含量大大高于E3、E4型。提示医生在绝经期妇女中使用ERT时,可事先检测患者的APOE基因,对具有E2型基因的妇女在治疗过程中密切监测甘油三酯浓度。如此,通过对不同个体的药物代谢相关酶、转运因子、药物作用靶点的基因多态性的研究,对突变的等位基因进行分离和克隆,在分子诊断水平上建立以聚合酶链反应(PCR)为基础的基因型分析方法,在治疗患者各种疾病前检测其基因型,更精确地选择适当的治疗药物和合适的剂量以减少不良反应的发生,对患者的治疗具有很大的意义。 随着基因分析技术的飞速发展,越来越多的药物效应的个体差异与基因多态性的关系被阐明,药物基因组学将更广泛地指导和优化临床用药。
来自英国Sanger研究院,Illumina Cambridge公司等处的研究人员发表了题为“Genome Sequencing and Analysis of the Tasmanian Devil and Its Transmissible Cancer”的文章,完成了一种传染性癌症的基因组测序,并从中发现了一些突变,解析了这种癌症的来源,以及如何变得具有传染性的。相关成果公布在Cell杂志上。这种癌症主要发生在世界上最大的肉食性有袋动物:袋獾身上,这种动物也被称为塔斯马尼亚恶魔(Tasmanian Devil),现今只分布于澳大利亚的塔斯马尼亚州。袋獾是袋獾属中唯一未灭绝的成员,其在研究领域最著名的就是袋獾面部肿瘤疾病。袋獾面部肿瘤是一种独特癌症,常出现于袋獾面部或嘴部,但通常会扩散至袋獾的内脏,它与另外一种在犬类中传播的恶性肿瘤是世界上仅有的两种可通过上述方式传播的癌症。这项研究离心机揭示了这种能通过撕咬在动物间传播的肿瘤的奥秘,首次针对一个雌性袋獾的单细胞进行分析。这个雌性袋獾被称为“永恒恶魔(The Immortal Devil)”,因为其死于15年前,但它的DNA仍然在传染癌细胞系中流传。文章的第一作者,Sanger研究院Elizabeth Murchison博士表示,“袋獾癌症是目前发现的唯一一种威胁到整个物种灭绝的癌症”,“通过其测序,将有助于我们整理引发整个袋獾群体癌症的突变。”研究人员从中找到了肿瘤细胞之间的遗传差异,这表明这种癌症在袋獾群体中传播的时候,发生了遗传突变。他们在塔斯马尼亚州不同地区找到了69种不同袋獾的肿瘤样品,构建袋獾面部肿瘤传播的图谱,研究结果表明一些癌症亚型比其它亚型更具有侵染性。Illumina Cambridge公司David Bentley说,“我们发现这种癌症的基因组具有大约两万个突变,这比某些人类癌症中发生的突变更少,这说明癌症变得具有传播性,基因组极度不稳定并不是必要条件”,“追踪这种癌症的进化历史,以及其传播过程,将有助于我们了解这种疾病发生的原因,以及预测其未来的发展。”癌症在个体之间的传播正常来说,会受到免疫系统牛血清蛋白的干涉,因为免疫系统可以鉴别外来组织,这一研究组发现了一些有趣的线索——这种癌症如何能“智斗”免疫系统,比如免疫系统中的一组基因突变。但是还需要更进一步的研究,揭示这种癌症是如何从免疫系统中逃脱出来的。“这项研究十分重要,因为这将会帮助我们理解疾病传播的模式,也有助于疫情的研究,但是我们还需要利用这一基因组测序,更进一步分析这种癌症如何变得具有传染性。癌症具有群体传播性,显示是非常罕见的,我们通过袋獾这一例子来分析这一过程,以防未来在人类身上发生”,Sanger研究院,文章通讯作者Mike Stratton教授说。研究组下一步将进行更多袋獾基因组测序,绘制上千袋獾肿瘤样品基因组图谱,从而更好的了解这种癌症的遗传多样性,并分析癌症与袋獾群体之间的遗传关联性。去年这一研究组在Science杂志上发表文章,发现培养基袋獾面部肿瘤起源于雪旺细胞。他们从分布在澳大利亚塔斯马尼亚岛14处的袋獾群落中采集了25个袋獾面部肿瘤样本,进行基因分析,结果发现,袋獾面部肿瘤起源于雪旺细胞,在大约20年前,袋獾雪旺细胞内的某种基因变异导致了这一癌变。