人类基因组计划与现代分子医学

发布时间：02年07月26日

毕东海

从1990年起实施的人类基因组计划，是人类有史以来最宏伟的科研计划之一，不亚于20世纪60年代的“阿波罗登月计划”。该计划又称“人体阿波罗计划”——

人类基因组计划从1990年开始。计划用15年时间把构成人类全部基因的序列（约30亿个碱基对）一个不漏地测定清楚，耗资约30亿美元。经过10年努力，至2000年6月26日，科学家们终于绘出了一张人类基因组序列的“工作草图”。弄清人类的全部基因，对生物学和医学来说将会发生革命性变化。

基因组，定义为细胞中的全部遗传物质，即DNA。要测出全部30亿个碱基对的顺序，是一项无比艰巨的任务，好比一个人要徒步在世界上行走，又要与30亿个人都握一次手那样困难。但科学家已计划在2003年，即诺贝尔奖得主沃森和克里克发表DNA双螺旋结构的50年纪念年完成这项任务。

由于对人类基因组计划的实施，人们对疾病的认识已经不是传统的所谓“头疼医头，脚疼医脚”的简单诊断，而是采用最新科技成果、最新的仪器设备对疾病进行检测和诊断，CT、核磁共振仪、PCR……及基因测定。揭示人类疾病的根本可以到分子水平上加以阐明，这就诞生了现代分子医学。今天，我们可以这样说，不论是病毒性疾病、细菌感染病，还是遗传病，都与基因相关。

现代科技革命的三大主流是量子革命、机算机革命和DNA革命，在这个前提下，三大革命的结合，便产生了分子医学。所谓分子医学，是致病的每一个层面、蛋白质、分子、原子都得到揭示，从而引起了生物学、药学的又一次革命。

当人类基因组计划完成之后，它产生的深远影响将超过19世纪的门捷列夫发现的化学元素周期表。周期表揭示了物质混沌的面纱，从而诞生了现代化学。没有元素周期表，就不可能有金属、合金、溶剂、塑料和高技术材料的现代文明。如果没有人类基因工程项目提供的基因结构图，21世纪的生物学和医学也是不可想象的。

来自哈佛大学诺贝尔奖获得者沃尔特 · 吉尔伯特为我们描述了从现在到2020年的发展前景：

· 能解读20～50种自人类文明以来就困扰着我们的一些遗传病的基因密码，如纤维化胆囊炎、肌营养障碍症、镰刀型红血球贫血病和血友病等。

· 在遗传病的档案中，数目迅速增至2000～5000种。

· 到2010年，每个满18岁的人都会得到一份基于自己遗传基因的未来健康状况报告。

· 到2020年或2030年，每个人都会拥有一份自己的DNA密码，只要到医院做一次CD检查，就可以知道自己的DNA序列，然后带回家就可以在自己的计算机上进行分析。

所有这些成就，都说明人类基因组计划的实施确实是人类历史上的伟大创举，是一项伟大的划时代的科学计划。

人体器官与基因

人体一切器官的形成都是由基因决定的，从一个受精卵开始直至发育成一个胎儿。在胎儿的发育过程中，一步一步分化形成器官。每一种器官在什么时候形成，都取决于基因。甚至连女孩的第一次月经什么时候出现，也与基因相关。

由于人类基因组计划进展如此迅速，以致我们已经估算出决定人体主要器官的基因数。

器官名称	基因数	器官名称	基因数
大脑	3195	心脏	1195
眼睛	547	胰腺	1094
唾腺	17	胆囊	788
甲状旁腺	46	脾脏	924
乳房	696	肾上腺	658
肺	1887	胚胎	1989
肝脏	2091	大肠	879
肾	712	甲状腺	584
大肠膜	163	胸腺	261
前列腺	1203	淋巴组织	374
卵巢	504	食管	76
胎盘	1290	表皮	620
附睾	370	内皮	1031
子宫	1059	骨骼肌	735
小肠	297	平滑肌	127
骨骼	904	白血球	2164
滑膜	813	红血球	8
脂肪组织	581	血小板	22

从上表我们可以看出，任何一个器官出了毛病，都与决定该器官的基因有关系，这就是结论。尤其是那些先天性器官缺少或功能丧失症。

除此，科学家还对历史上一些致命的病毒，例如天花病毒都已经被基因测序了。目前已经知道天花病毒有186000个碱基对、大肠肝菌为7700个、狂犬病为1300个、麻疹为18000个、人体细胞巨病毒为23万个碱基对。

解读了这些病毒的基因，就为了解这些病毒所以能致病提供了一把最好的钥匙。

关于癌症的分子医学认识

癌症是医学上最令人头痛的疾病之一，现在终于在分子医学面前被揭开了秘密。谈癌色变，此话不假。因为在美国，癌症是第二位杀人恶魔（仅次于心脏病），每年要夺去无数人的生命。

现在已经知道癌症有200种转变形式，几乎感染所有的器官。癌症，是一种基因疾病，而且常见癌症中产生癌细胞必需有4～6个基因突变的准确顺序已经熟知。科学家不仅确认涉及到的主要基因，而且掌握了正常细胞突变为癌细胞的基本分子步骤。

与癌症相关的基因主要有两种：即肿瘤基因和肿瘤抑制基因。好比是油门和刹车。一个用于加速，另一个用减速。

在肿瘤基因中，已发现50多种，它们可以导致乳腺癌、结肠癌和胃癌，如蛋白质P-21和蛋白质P-60码编的基因。

第二类引起癌症的原因是肿瘤抑制基因，包括畸变的基因DCC，特别是P-53（科学家特别关注），它在大多数癌症中已被发现。与肿瘤基因不同，这些基因突变后，细胞就无节制的复制，永不停息。

医生们期望到2020年，能够拥有一本上百种的肿瘤基因和肿瘤抑制基因大全。这能为我们在分子水平上认识癌症提供帮助，为准确诊断癌症打下基础，由此会为治疗癌症产生几十种有效方法。

特别关注P-53，是因为在众多癌症中发现了P-53。有52种癌症中都有P-53的身影，如白血病、结肠癌、乳腺癌、食管癌、肝癌、脑癌、皮肤癌等等。

有瑕疵的P-53的癌症比例令人吃惊；90%的子宫癌，80%的结肠癌，40～50%的卵巢癌，35～60%的膀胱癌以及50%的脑癌。所以，科学家称正常工作的P-53为“守护之神”。因为P-53在癌症形成过程中的地位举足轻重，所以在1994年《Science》杂志评选它为“年度分子”。

在正常情况下，P-53阻止受伤或畸变细胞繁殖，并促进细胞自杀。当P-53发生畸变或中性化，受伤或畸变细胞就不断在体内繁殖，以致产生肿瘤。

为什么接触石棉和其他致癌物质，需要20～40年才能发展为癌症？因为在细胞生长过程中，它的机制在破坏以前，需要一系列的基因突变发生，这种连续不断地破坏细胞繁殖机制需要时间，经常是数十年，这对于我们诊断癌症具有重大的应用价值。

1.验血就能发现是否有P-53畸变，尽管要3～个突变才能引发癌症，但P-53的突变是最为关键、最为重要的。因此，定期检测血液，对早发现癌症有十分重要的作用。

2.基因疗法，可针对P-53的损伤，检验其能否被正常的P-53所代替。

3.P-53使我们知道在什么环境中的某些化工产品试剂能致癌。因为P-53有几处“弱链”很容易被一些有害化工产品所打开，造成P-53突变，最终引起癌症。

经过努力，科学家取得了实质性进展，那么我们完全可以有理由相信，到2020年，癌症不再是不治之症。

关于艾滋病的分子医学认识

自从1981年6月5日世界上第一份艾滋病报告发表以来，已经20年了。这20年，艾滋病像魔鬼一样在全球蔓延，已成为21世纪又一绝症。根据统计，全球已有5800万人感染上病毒，死亡2200万人。在感染者中42%为女性，其中2/3在撒哈拉沙漠以南国家。

在我国，截止2001年6月底，累计报告艾滋病病毒感染者为26058例，其中艾滋病病人为1111人，死亡584人。

艾滋病的三种途径传播形式在我国都存在，疫情涉及到31个省区。根据艾滋病哨点监测的资料表明，从1995～2000年艾滋病病毒平均感染率：吸毒人群中从0.04%上升到4.98%，性病病人从0.02%上升到0.12%。而且许多感染艾滋病毒的性病病人又是吸毒者。因此，我们在21世纪防治艾滋病的任务十分艰巨。正因为如此，我国政府已制定遏制与防治行动大计划（2001年～2005年），提出到2005年底，将艾滋病病毒经临床输血传播降低到1/10万以下，同时还做出了保证血液及其制品安全，阻断艾滋病病毒经供血途径传播蔓延等一系列行动措施。国家每年从中央财政拨款1亿元专项经费用于艾滋病及性病防治，从国库中安排9.5亿元支持血站建设，以切实遏制艾滋病、性病在我国上升的势头。

通过对艾滋病病毒的分子研究，已经揭开笼罩在艾滋病周围的迷雾。感染上艾滋病病毒的人，并不立即表现出它的症状，而是要经过10～15年潜伏期才出现。因此，早期发现艾滋病就特别重要。从感染上艾滋病病毒那天起，在人体内就展开了一场旷日持久的战斗。免疫系统以每天10亿个的速度消灭艾滋病毒，病毒反过来也以每天10亿个的速度消灭CD4辅助T淋巴细胞，而身体也积极修复这一损失。但是这一战斗的最终结局，是人体辅助细胞逐渐减少，从1000个细胞/微升血降到200个/微升血，这时艾滋病症状开始出现，病人通常在两年内死亡。

艾滋病病毒的分子结构出奇地简单，它只有9个基因，9200个碱基对。科学家分析了全世界几百个艾滋病的基因序列后，测定出它的基因组以每年1%的惊人速度进行变异。

艾滋病病毒有6种，每种的基因相差30%，我们已经知道每年产生1%的变异，因此，这种病毒就是在30年前发生的一次大分化中爆发产生的。美国科学家吉络德 · 米耶斯说：“我们虽然无法确切地知道发生的时间，但它们似乎发生在20世纪70年代。”

艾滋病毒攻击人体细胞大致有四个主要步骤，每一个步骤都为科学家找到新的疗法提供了机会。

第一步，病毒自身附着在宿主体细胞表面的受体上，它将RNA注入细胞内；

第二步，这个外来的RNA穿越到细胞核中，获得细胞的繁殖功能，产生出用于复制病毒的长串RNA和蛋白质；

第三步，蛋白酶把这些蛋白质分割为短段，以适合制造新的病毒；

最后一步，在人体细胞中形成成千上万的艾滋病病毒，然后，突破细胞壁，蔓延到全身。

以上每一个步骤都揭示了艾滋病病毒可受攻击的弱点。例如复氮胸腺密啶脱氧核等（AZT）就是攻击艾滋病病毒繁殖的第一个步骤的药物，它能阻止RNA转导为DNA。由于AZT看起来像胸腺脱氧核等分子，病毒易受欺骗，将AZT而不是胸甘纳入它的复制过程，由于AZT代替了胸甘，DNA合成就停止了。

如1996年由美国科学家开发的新药，能在艾滋病病毒形成的第三步骤时攻击它。第三步骤蛋白酶把病毒的蛋白分割成短段，以便制造新的病毒；用英地威纳尔（INDINAVIR）这一新药进行四个月的治疗，科学家发现20位病人中，有13位血管中检测不出艾滋病病毒。

在不久的将来，控制艾滋病病毒的传播和治疗艾滋病（目前基本上还不能治愈）看来是有希望的。

当我们拥有了新的武器，量子、计算机和DNA三者强有力的结合，新的学科——分子医学诞生了，它在21世纪必将提供新的方法用来对付诸如艾滋病、癌症这样的疾病。

艾滋病病毒是21世纪分子医学首攻目标，将它彻底分解，细到每一个蛋白质甚至每一个原子。如此彻底了解艾滋病病毒，确信无疑，我们会找到根治艾滋病的方法。