第一章引论 第一节一个名叫迈克尔的男孩 迈克尔来到了这个世界。他和所有正常婴儿一样活泼可爱，年轻的父母对迈克尔的未 来充满了希望。但是，接踵而至的不幸打皲了他们的幻想，经医学诊断，迈克尔患有囊性 纤维化病(cystic fibrosi,缩写为CT.)。这种疾病的初期并不出现明显的症状，即便症状 开始出现时，人们也不会轻易怀疑到此病。在迈克尔还是6个月的时候，曾因梗阻做过 次小肠手术，但仍没能控制日趋加重的消化障碍和营养不良。消化道的梗阻和顽固的营养 不良，使得医生开始怀疑迈克尔患的是囊性纤维化病。经过进一步的综合诊察，终于证实 了这一可怕的现实。 诚然，每对夫妇都渴望自己的孩子健康、聪明，可病魔却使迈克尔变成了一个可怜的 孩子。迈克尔的病情在不断的恶化，尽管他有尚好的食欲，但也补偿不了高度的消耗，维 生素A、D、K、E的缺乏，重度营养不良和肠螨动异常等表现相继出现，而且不断加重，在 迈克尔3岁时，又并发了支气管炎。大量浓稠的粘液分泌物滞留于支气管和肺部，从而导 致了肺气肿。没过几年，严重的肺气肿造成了心脏的负担，最终合并心力衰竭 可怜的迈克尔在7岁那年死于充血性心力衰竭。一般说米，对于普通的先天性疾病，由 于医生的尽职尽责、父母的怜爱和精心护理，加上患儿本身的抵抗力，厄运绝不会轻而易 举地降临，至少不会来得那么快。但就囊性纤维化病而论，它的结局都是这样的悲惨。 第二节C℉：一种简单遗传的疾病 C℉的发病机制是什么呢？一般认为，人体内的生化缺陷是导致C℉的直接原因。我们 发现，儿乎所有C℉的症状都与体内粘液腺的分泌功能紊乱有关，粘液阻塞管会使消化液 和消化酶的通路受阻，小肠中的食物不能被彻底的消化和吸收，从而导致营养不良。如果 大量的粘液聚积于肺部的毛细支气管，就会妨得肺部的正带通气功能，导致肺气肿，多数 CF患者活不到19岁，其死亡的直接原因就是肺源性的心力衰竭. 粘液腺分泌功能素乱可能与NADH脱氢酶的异有关，关于这一点还有待于证实。我 们已经知道，酶(enzymes)是一种蛋白质，它能催化体内的生化反应，是一种生物催化剂， N八DH脱氢酶就是其中的一种。可以说，一切生命活动都离不开酶，没有爵的协助，机体内 的生化代谢过程将进行得很慢，甚至根本无法进行。正象迈克尔的情况一样，由于体内缺 少某种酶或某种酶出现异常，正常的人体生理功能就会被瓦解。至于说NADH脱氢酶的异 常，是如何引起粘液腺分泌功能的素乱和粘液分泌物的堆积，这一过程的详细机制尚不清 楚。 。1, PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
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有一点是可以肯定的，异常的NADH脱氢酶是异#基因的产物，基因(gene)是遗传物 质，它携带着指导生物体正常发育和执行正常功能的遗传信息。我们每一个人所携带的全 部基因都来源于双亲，亦即，我们的基因都是父母传递给我们的。那么，现在人们不禁要 问，为什么迈克尔的父母是健康的而迈克尔却得了C℉遗传疾病呢？其实这个问题并不难回 答，在一个生物体中，每一个性状常是由一对基因控制的，这两个基因一个来自父方， 个来自母方，这一对基因叫做等位基因(alleles),NADH脱氢酶是基因的产物，酶蛋白分子 的合成也是由一对基因所控制，在这两个基因中，只要有一个是正带的，人体也不会表现 C下病，因为，这一个正常基因就能控制酶的正常合成，机体将表现正常的生理功能，换言 之，即便另一个等位基因是异常的，它也无济于事，因为，这一等位基因是处于被掩盖的 地位，它的作用是表现不出来的。因此，我们说在一对等位基因中，当一个基因的作用掩 盖了其等位基因的作用时，我们把崩者称为显性(dominant)基因，另一个被掩盏的等位基 因称为隐性(recesive)基因。（显性基因通常以大写斜体英文字母来表示，如A:隐性基因 以小写斜体英文字母来表示，如a)现在我们可以这样来解释，迈克尔的父母携带的都是 个显性基因A和一个隐性基因：，这个隐性基因就是CP的致病基因，他们之所以不发病 就是由于有显性基因A的存在掩盖了a的作用，所以，他们都是表型正常的个体。但是，迈 克尔的双亲都是致病基因的携带者，关于这一点他们本人事先并不知道，他们更不知道，恰 恰是他们自己把各自的致病基因传给了他们的孩子。迈克尔之所以患病，就是因为他所具 有的是一对致病的隐性基因，隐性基因在纯合状态下发挥了作用，结果体内合成的酶是异 常的，表现CF病症。图1-1表示了CF病的遗传关系。 CF病的遗传遵循着一个简单的规律，这个遗传规律就是孟德尔定律(Mendelian).孟德 尔曾在他的豌豆杂交实验中，第一次发现了基因的显隐性关系，揭示了遗传的基本规律，成 功地解释了前人所遗留下来的问题。运用孟德尔的基本原理，我们能够对某些遗传现象做 出遗传学上的推论和预言，通过遗传学和统计学分析，就能预先估计到发生迈克尔悲剧的 可能性。把子代可能发病的概率忠告于父母，供之参考。依迈克尔双亲的具体情况来说，生 出患病孩子的概率是1/4：子代是致病基因携带者，但表型正常的概率是1/2，正常链儿的 概率是1/4（见图1-2）。从表型上看，有3/4是正常个体，但在这部分子代中，仍然有可能 再出现C℉病的后代，因为，在他们中闻有致病基因的携带个体。对于这部分人来说，遗传 咨询人员应给予正确的指导和诚肯的忠告，以防重蹈覆辙。 第三节遗传畸变和我们对基因的理解 迈克尔的病例告诉了我们两点：()在人类遗传学的研究中，要搞清楚一个遗传方式 需要几十年的时间；(2)基因的生化表达是人类遗传学研究的重要课题之一，当我们追踪 家谱和通过有关的生化分析来进行遗传学研究时，我们会发现，人类中有许多罕见的性状 都是由于遗传疾病所致。也许有人感到不解，为什么我们非要把注意力集中在这些稀少的 性状上？我们认为，某些个别情况#常在医学上有着重要的研究价值，而且这样的调查分 析对人类有着实际的益处，同样，也对人类遗传学理论研究有着重要的意义。 诚然，决定性状的是基因，基因控制着世代间的遗传和变异，生物体借基因以维持其 。2。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
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基 A因 A因 异常厨 生 面表型正常 常因 面表现为CF 图】-1CF病的遗传关系 种间的特异性和种内的相似性。然而，我们最感兴趣的还是探素其遗传组成和传递规律。如 果我们只是单纯注重黑色毛发的群体中每一个体毛发颜色的遗传，这是无益的。但是，如 果有一个白化病出现在这一群体中，我们就很容易记录他在系谱中的出现率，以探求其 遗传规律，通过系谱分析确定其遗传组成。当然，有一点我们必须明确，变异并不都是异 常的。我们都知道，人类中存在着许多正常的差异，如：身材的高矮、皮肤的颜色、毛发 的质地和颜色、不同的血型等等，这些都属于正常的变异，因为它们并没有给机体带来任 何损告。我们之所以对一些莫名其妙酶和给人们带来不幸的遗传病如此感兴趣，就是为了 ◆3。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
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迈尔的母来 迈克尔的父亲 a 正常 正希，但携带 CF基因《a) 是索 图12迈克尔的父母致病基因 &的携掩者。我们可以预期子代的遗传组成 通过剖析实例，使大家对基因的功能有一个基本的了解 大多数基因是为多肽(polypeptides)编码的。组成多肽的基本单位是氮基酸，人体内大 约含有20种氨基酸，众多的氨基酸首先组成多肽进而构成蛋白质分子，特定的基因结构决 定着多肽具有特定的氨基酸顺序和数量。关于这部分内容，我们将在第七章做更详细的介 绍。一个蛋白质分子可以是一条多肽链，也可以由几条多肽链共同组成一个复杂的蛋白质 分子。在生物体内蛋白质执行着各种重要的功能，作为结构蛋白，它是一切生物体的细胞 和组织的主要戒份，也是生物体形态结构的物质基醴；作为功能蛋白，它参与催化生物体 新陈代谢的生化反应。另外，蛋白质在生物的运动、防御和运输等方面都起着重要作用。在 生物个体的发生、发育和性状表现方面，可以说是由于基因的调控、蛋白质的功能以及环 境因素、理化因素共同作用的结果。 为了研究某一特定的遗传现象和它的分子基础，我们必须把注意力放在特定的基因和 特定的蛋白质上。许多显而易见的特征：如毛发的颜色、头部的形状、身材的高矮等都不 是由单一基因所决定的，而是由许多基因互作的结果。对于这类特征的遗传方式，我们也 无法一概而论地确定出一个统一的模式，因为，它们的遗传本身是很复杂的。此外，也有 相当一部分迹传性状是由单个基因所控制的，如C℉病就是一例。由单个基因变异所引起的 代谢异常，对遗传学研究具有很重要的意义，这不仅仅是因为它遵循的是一个容易示踪的 遗传方式，而且更重要的是它能比较直观地体现基因的功能。 。41 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
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一个基因变化所引起的遗传学效应可以是显著的，也可以是不显著的，有害的或无害 的，局限的或普遍的 生物体好比一部精密仪器，当任何一个部件出现放障时，都会出现 严重的后果。对于人类来说，基因突变可以引起某些器官的结构和功能的改变，可以导致 血液、皮肤、骨静、肌肉、神经等许多方面的疾病。在历史上，英国国王乔治三世曾患过一 种古怪的病，在美国革命时期，他很可能是由于此病而丧生的。这种病叫卟啉症 (porphyria)。这种病是由于基因突变引起血红素合成酶的缺陷，主要症状是顽固性呕吐和精 神症状。Abraham Lincoln也患有一种叫做蜘蛛指（趾）综合征的遗传病，主要表现为体瘦 肢长、手如蜘蛛，眼部疾患和心脏病。本病原发缺陷不明，发病机耐亦不清楚。但从病变 分布看，弹性蛋白和胶原均受波及，可以认为与结缔组织变性有直接关系。通过对突变基 因生化影响的研究，我们可以推论出它的正常功能。 在人类遗传学的研究中，往往会遇到一些很困难的问题，可以说在许多方面人类是不 适合做为遗传学研究对象的。我们知道，大部分的遗传学知识是通过生物个体的杂交试玲 获得的，作为研究对象的生物体应该具备生活周期短、繁殖数量大等特点，这样，方能便 于研究工作。果蝇就是理想的研究材料之一，它完全符合上述条件，长期以来，这方面的 工作进行的比较瓶利，所以，果蝇的造传组成已经了解得比较清楚。对于我们人类来讲，显 然是很难符合要求的。首先，人的生活周期很长，如之子代的数量很有限，这都给遗传学 研究带来诸多不便。那么对于人类遗传的研究从何入手呢？我们还需另辟新径。系谱分析 就是重要的研究手段之一，亦即依常家族几代的记载和对祖先的回忆，以探索其遗传规律 可是，通常只有在发现医学上的异常表现后，才能引起人们的注意和重视。幸运的是，基 因的基本结构对于豌豆、老鼠、果蝇和人都是一样的，这就是为什么可以把研究其他生物 种类的遗传理论应用到人类遗传研究上来的理由之一。还有一点我们必须明确，医学理论 是人类遗传学的基础理论。 在人类遗传学研究中，资料的收集是有一定困难的，这一点我们必须充分估计到。尽 管上述种种困难的存在，我们仍要坚持探素人类基因的奥秘，因为，我们渴望了解我们人 类本身：另外，入类遗传学的确是一门重要的科学，无论在理论和实践方面都有着重要的 价值。以上叙述了它的医学意义，以后我们还要进一步讨论它的社会意义。相信在不久的 将来，遗传学会造福于我们人类。 第四节遗传：前人的认识 遗传学的系统研究是在19世纪中叶由孟德尔开始进行的。其实，在此之前人们早就开 始了对于个别遗传现象的思索和探求。我们都知道，一个人的相貌有时很象他的直系亲属 血缘关系越近，相似程度越接近。当然，这也不很绝对，有的子女在诸多方廊并不相似于 父母，有的至还会出现亲代根本没有的性状特征。例如，一对褐色眼睛和毛发的夫妇，完 全有可能生出蓝眼黄发的小孩。可见，相似性是相对的，问题是在于我们如何去解释遗传 和变异。 在19世纪以前，人们曾经提出过一些理论试图解释性状的遗传性问题。古希腊哲学家 亚里士多认为，环境因素决定着遗传变异，从外界环境中获得的身体、智力和个性等方 5 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
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