本文综述了遗传病知识的最近情况。并按照到目前为止的文献资料,列出了单基因、多因子以及染色体疾病的发病率,讨论了群体普查计划的可能性。展望了遗传病产前诊断的前景,着重评述了羊膜穿刺的指征以及这种方法的安全性。最后推测了医学和社会措施对以后几代人的遗传病频率可能产生的影响。
生物学仅仅在最近二、三十年中才面目一新,而我们对于人类生物学,尤其是人类遗传学仍了解得较少。因此我们对正常性状、一般疾病和出生缺陷的遗传决定因素,大部分仍不知道。
过去二十年中,遗传学在疾病的病因学中的地位变得越来越明显。据估计4~5%的活产婴儿患遗传病或部分遗传病。由于传染病发病率的减低以及环境条件的改善,遗传疾病作为死亡率和发病率的一个因素,相对来说变得更为重要。卡特证明婴儿死亡的一个病因,先天疾病的频率近70年来从大约5%增至20%。罗伯特等发现在医院的患儿死亡总数中,40%以上起因于遗传或部分遗传的病因。儿科医院的最近资料表明,20%~30%的住院病人患遗传疾病,大部分是多基因疾病,少数是单基因或染色体疾病。
遗传疾病的发病率
单基因疾病单基因疾病有许多情况,就每一种病来说,多数都是罕见病。许多病在出生时并不明显,而且许多病难以诊断。麦库锡克列出了大家所知道的人的显性、隐性和X连锁表现型。表1按遗传的显性、隐性和X连锁方式将遗传性状分类,并以数字表示它们旳状况。这些类别条目反映了人类变异性的程度,为在遗传病中寻找基本缺陷提供了有用的指导。
表1每一类型中,有些表型性状归入相当肯定的一栏,有些则因其特殊遗传方式表明有足够充分理由可将它们包括在内,而列为括弧里的数字。
由这些类型所确定的基因座位总数只占人类基因总数的很小一部分。结构基因——决定蛋白质多肽链氨基酸顺序的基因,以单拷贝存在,因此以孟德尔方式表现突变——的数目可能在50000左右。按总数为1142个“已确定的”性状来看,这些类型大概表现了结构基因总数的2%左右。对某一具体病情特别感兴趣的研究人员,研究了各种单基因疾病的频率,卡特最近整理了这些研究资料。
显性疾病白种人群体中,比较常见的显性病例的总频率是每1000个活婴中有6个。这些病有1/3是单基因的血胆固醇过多引起的。不太常见的显性病例占活婴的0.3/1000。卡特推断,对于所有已知的严重显性疾病来说,7/1000这个数字是合理的。
隐性疾病常染色体隐性疾病在英国的出生频率看来约为0.1/1000或更高,根据汇编的资料得出目前已知的隐性疾病总数约占活婴的2.5/1000。
少数隐性疾病中有一些属于某种先天代谢缺陷,其中精神发育迟缓症可由早期诊断和治疗所防治。除非对新生儿进行大规模有效的普查,否则是不可能估计出整个群体中这些疾病的频率的。在每100个新生儿中大约有1个是氨基酸代谢异常。这些疾病大多数被认为是暂时的(而且可能是良性的),但在3000个中约有1个造成永久性缺陷。
X连锁疾病卡特汇总的X连锁疾病的总频率在男婴中是0.5/1000,他推断目前所知的所有X连锁疾病的总频率可能占活婴的0.8/1000左右。
单基因疾病的总频率目前已知的严重和中等严重的单基因疾病,在出生时的总频率约为1%。
多因子疾病多因子模型假定,病因涉及许多基因座位和许多环境因素。比较常见的疾病大多数在遗传上是多基因或多因子的,这些疾病在群体中的频率约为2~3%左右或更高些。
染色体异常人类遗传疾病的相当大部分是由于染色体的构成异常,这可归为两大类型:(ⅰ)染色体数目异常;以及(ⅱ)染色体结构异常。
研究了大量连续胎序的新生儿所作的估计表明,由于染色体数目异常而产生的疾病的发病率约为5/1000,而染色体结构异常产生的疾病的发病率约为2/1000。染色体异常总数中约一半(3/1000)为常染色体异常,另外3/1000为性染色体异常——总的出生发病率为6~7/1000。这些数字反映了用常规染色体染色技术得到的结果。由于新的分带技术的出现,预料会检出更多的结构异常,从而增加这一类病的频率。用这项新技术对新生儿群体作大规模调查,尚未见报道。估计活婴中染色体疾病的总频率为10/1000或1%。
遗传普查
遗传普查的定义是,在群体中探寻具有某些遗传型的个体。
疾病普查探寻的目的是为了发现特定遗传病的患者,或具有在特定环境条件下会发病的遗传型的人,为他们提供治疗或医学措施来扭转或防止这些疾病的不利后果。
现在美国出生的婴儿90%都做苯丙酮尿症(PKU)试验。对这个病作群体普查,开始时并非出于遗传上的原因,而是作为减少一种类型的精神发育迟缓症的一项措施。PKU试验的经验,为在新生儿中普查其它代谢疾病作出了样板。最近的调查结果表明,在美国由各州资助的大规模新生儿普查在近二年中迅速增加。对半乳糖血症作普查的州增至17个。至少有9个州对组氨酸血症作普查,11个州作同型胱氨酸尿症普查12个州作槭糖尿症普查,10个州作酪氨酸血症普查。12个州表明它们对一些新生儿(可能是黑人)作鎌形细胞贫血普查,其中7个州对一些婴儿作β-地中海贫血试验。
对一个选择的群体作大规模普查的一个例子是1971年在美国开始的一项计划,目的是为了发现有可能生下泰氏 - 萨克斯氏(Tay-Sachs)症患儿的夫妇,以便选择性地流产来减少这种病的发病率。泰氏 - 萨克斯氏症是一种隐性疾病,在阿什肯那西犹太人中的频率是1/3600。携带者在犹太人中高达1/3。
在新生儿群体中探查频率较高的遗传疾病的普查计划,是最为有效的。显性疾病中,高脂血症在出生时的频率估计高达每1000个活婴中有2个。哥德斯坦等提供了3种单基因形式遗传疾病,即血胆固醇过多症,高脂血症以及第3种疾病(两种代谢物在血清中的水平都升高)。按目前的方法,普查要进行多次——婴儿期,童年期和青年期。在进行实验研究以区分高脂血症是由于遗传还是非遗传原因,是单基因还是多基因类型的同时,医生们可以采取的一个措施是研究那些表现出上述三种疾病中任何一种疾病的病人的后代。对那些血脂水平升高的病人可试用饮食控制的办法。
囊性纤维瘤又是另一类疾病,每2000个新生儿中有一个。在西南非洲一个选择的群体中,据报告每622个新生婴儿中有一个。虽然这种疾病的治疗仅能维持其生存,但毫无疑问寿命延长了,病人和家庭的负担减轻了。现在正在努力找出一种在症状发作之前,尤其是在婴儿期就检查出病孩的试验方法。
遗传疾病的普查并未引起公众的极大注意,对公众健康的影响也不大。PKU普查在美国被认为是成功地防止了精神发育迟缓症。普查计划发起人指出,普查不仅防止了家庭悲剧,而且普查计划的费用,显著低于照料一个终身PKU患者的费用。但有些PKU普查计划仍有明显的弱点。一项好的普查工作,不单要有一个费用低、效率高的方法来检出尚未出现症状的婴儿。至少,还应准备保证向病孩的父母提供医疗措施和可靠的咨询,并保守普查记录的秘密。许多国家缺乏接触和随访每个儿童的合理制度。当营养不良和传染病是首要问题时,对罕见的遗传疾病做普查是一种资源浪费。应限于在较小群体里对有高发病率的特殊疾病做普查。
遗传疾病的产前诊断
目前已能用分析培养胎儿细胞的方法,对几乎所有已知的染色体疾病作明确诊断。由于白劳克和苏德克立夫注意到胎儿神经管缺陷(无脑和脊柱裂)与水羊中甲胎蛋白水平升高有关,扩大了产前监测的范围。米伦斯基和阿特金斯报道目前已能对至少71种先天代谢缺陷作产前诊断,其中28种已见文献报道能作明确诊断。
羊膜穿刺的指征为某类疾病的期产前诊断作羊膜穿刺,现在已成为临床遗传门诊和产前护理的一部分。除了个别单位的经验之外,还有一些北美和欧洲合作研究的报道。波兰尼和本逊收集了公开发表和个人调查的1700多个羊膜穿刺的结果,米伦斯基报道了北美41个医疗中心大约1500个产前诊断的结果。林斯丹等报道了来自欧洲6个大医疗中心的结果,盖尔加尔德最近发表的综述是根据西欧几个主要国家的46个中心的6121个病例所作出的。
根据这些研究,为了检出细胞遗传疾病而作诊断性羊膜穿刺,目前的指征是:(ⅰ)高龄产妇;(ⅱ)原先生过患唐氏综合征的小孩;(iii)有唐氏综合征家庭病史;(iv)有其它染色体异常的家庭病史;(v)父母中有一个有平衡易位;(vi)由于有可能患某种X连锁疾病需对胎儿作性别鉴定。这些资料的结果进—步表明,年龄超过38岁的产妇有5%的危险会生下21三体或其它染色体异常的小孩。如果父母中有一个是携带者,那么胎儿是不平衡易位的机会大约是7%。对于其它细胞遗传学指征,危险性往往低于1.5%,但这时羊膜穿刺的价值在于消除父母的担忧。
作羊膜穿刺的其它理由是探查先天代谢缺陷。总数为6121人的羊膜穿刺中,206个是为了检查酶缺陷;这里,酶缺陷的危险性在每四个胎儿中有一个。206个分析是为了检查23种不同的酶缺陷。羊膜穿刺还可探查诸如无脑和脊柱裂等神经管缺损,总数为2708次妊娠中,用甲胎蛋白分析出81个是无脑或脊柱裂。
羊膜穿刺的安全性美国国家健康研究所和加拿大医药研究委员会发表了对羊膜穿刺技术和安全性进行的特别调查的结果。到目前为止的证据表明,有超声波作监测时在主要健康中心对怀孕约16周的孕妇作检查是安全、精确和可靠的。在上述情况下,流产率不高于对照组。
产前诊断的优生效果产前诊断有利于在目前一代中降低传染病频率。对以后几代的效果则大多是有利的(或优生的),虽然有些情况是有害的(或劣生的)。
遗传型对今后几代的影响取决于它们的相对适合度。如果这些遗传型的适合度不是零,而且在群体中的频率并不因产前诊断而降到零,那么虽然异常等位基因在下一代的频率减低了,也不会降到零。因此显性和X连锁病的基因频率在以后几代中大大降低了,但隐性病则降低得较少。
如果一些家庭想再生小孩来取代那些已经确诊的病儿——即所谓生育补偿,产前诊断也会产生有害的后果。对于显性疾病来说,不会有劣生效果,因为对有病的遗传型进行产前诊断和补偿只会生下正常的小孩。常染色体隐性疾病中,补偿有病遗传型的小孩中有三分之二将是携带者,结果会使异常等位基因的频率增加。产前诊断对于X连锁疾病的效果,视产前诊断的各种可能应用而异,即:(ⅰ)流产男性患者和女性携带者;(ⅱ)流产男性患者;以及(iii)母亲是携带者所生的男孩全部流产。第一种情况下,异常等位基因的频率降低到一个新的平衡,这个平衡取决于突变频率和查知的携带者妇女的比例。流产男性患者,并对此进行完全生育补偿,将导致一个新的平衡,其中女性携带者的频率比原有频率提高1.5倍。母亲是携带者生下的男孩全都流产,并进行完全生育补偿,这更为有害,因为携带者妇女生出的女儿中正常和异常基因的比例相等,并不减少异常基因。突变将不断地在基因库中增添新的异常基因。随着时间的流逝,基因频率将以和突变速度同样的速度直线上升,使基因频率每隔两代就翻一番。
产前诊断有助于在目前一代中降低染色体和多因子疾病的频率。由于再次发生的危险性一般较低,产前诊断对以后几代发病率的影响较小。
遗传咨询
遗传咨询就是对一个家庭中遗传疾病的发生和再次发生的危险性交换意见的过程。咨询的目的是为了使一对夫妇或一个人能够在是否生育问题上作出合理的决定。
遗传咨询头一项先决条件是对疾病作出明确诊断,如果是单基因或多因子疾病的话,要作详尽的家系调查。我们已了解简单的孟德尔式遗传疾病的遗传方式,甚至对复杂的家史也能从遗传学理论中推导出再次发生的危险性。多因子疾病再次发生的危险性并不按简单的孟德尔式遗传的比例,最好的估计是依经验为根据而得出的危险性——即在病人亲属中观察到的这种疾病的频率。但实际上,随病人的性别、严重程度和发病年龄以及家庭中患者人数的不同,发病危险性也不同。已经提出了估计多因子疾病再次发生危险性的新方法;在遗传咨询中,这些新方法可以补充复杂情况下根据经验得到的危险性。在遗传咨询中,计算机程序书能用来计算疾病再次发生的危险性。已经计算出再发危险性的表格,这是根据引起一些常见先天畸形的多因子模型估计得来的。
—些随访研究表明,虽然被咨询者领会危险性的含义,而且如果生下患儿的危险性较大,他们也避免生育,但有些资料表明他们可能并不总是真正懂得遗传危险性的含义。多数咨询顾问把病人及其家庭的利益置于社会和国家的利益之上,并且热衷于医学目的而不是优生目的。他们可能会指出对社会的不利影响,但多数咨询顾问提出的建议一般不是出于对基因库的考虑。这样,从传统的做法来看,遗传咨询并不具有指导意义。一般认为,每个家庭的情况不同,某一特定危险性的含义也就随家庭而不同,因此在有些情况下,虽然疾病再发的危险性很大,但以后怀孕可能仍被认为是有道理的。
医学和社会措施对遗传疾病频率的作用
过去有许多人研究了各种因素对人类基因库的作用。这些研究一般着重于有害作用的单因子,长期的变化以及达到新的平衡的时间。近年来引进并广泛采用了许多新的医学措施,诸如改善病人的医疗条件、遗传咨询、群体普查和社会习惯,以及家庭人口限制和选择性流产。并非所有这些措施都是有害的,有些措施对基因库有优生效果。由于策略和趋势的相互作用非常复杂,不容易对它们的全面长期作用作实际的预测。预测有害作用时往往没有考虑到优生的补偿作用。霍勒威和史密斯研究了采用的各种措施的作用,以及它们对基因库的全面作用。从他们研究的结果看来,对这些新采用的医疗和社会措施的有害作用一般不必表示大惊小怪。
主要的有害作用可能来自改善生育适合度,例如,对显性和X连锁疾病作外科手术治疗,实际上使基因频率和以后几代的疾病大为增加。但如果治疗便宜而有效,疾病对个人和社会造成的负担是轻微的。倘若治疗费钱或者不太有效,家庭就会设法避免疾病的再现。隐性疾病中,通过群体普查和产前诊断检出的携带者的平均适合度略微降低,就能超过其它诸如选择性流产和生育补偿等措施的任何有害作用。这些有害作用将持续很长一段时间,直到提出合理的规划,那时将以更好的方法来代替比较不成熟的防治办法;这些更好的方法可能更加着眼于配子选择而不是合子选择。
[本文选自S,Afr,Med. J. 1978年54卷。蔡济东译赵寿元校]