構建中華民族基因庫

黎　曦

2001年2月12日，中、美、日、德、法、英等6國科學家和美國塞萊拉公司首次聯合公布人類基因組圖譜及分析結果。目前已有10億個堿基對的序列達到6個標準。這預示著一個生物世紀的到來。中國科學家在新世紀里，將繼續對中華民族基因進行不懈的研究。而他們在20世紀末為中國也是為世界建立起的中華民族基因庫，正在并永久地為人類基因組圖譜的分析研究作出貢獻。

基因的故事：30億個堿基里隱藏著人類全部遺傳信息和生命的秘密

至2001年2月，建在中國云南大學最大的云南少數民族基因庫已存放了23個民族的DNA基因樣本，據了解， 這個基因庫是目前國內外采集樣本最多、品種最為齊全的。在這間試驗室里，科研人員把采集來的血樣經高精密的容器處理后，分類存放在超低溫的儲藏室里，用以科學研究。云南省少數民族眾多，特殊的地理環境又使各民族之間長期隔離，形成了云南少數民族遺傳結構的多樣性和民族背景的單一性。云南也因此成了中國乃至世界人類遺傳資源最豐富的地區。那么，此前的中華民族基因庫的建立情況又是怎樣的呢？

科學用實證告訴我們生命的元素是DNA（脫氧核糖核酸）。DNA在遺傳機制上決定了我們的長相和可能發生的疾病甚至十分微妙復雜的行為。在中科院人類遺傳所，記者拜訪了曾從事過人類細胞遺傳學研究，現從事人類群體遺傳學研究，已掌握EB病毒轉化等建立永生細胞技術的研究員徐玖瑾老師。徐老師生動通俗的解說，讓記者對有關基因知識有了進一步的了解。現代遺傳學家認為，基因是DNA分子上具有遺傳效應的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應的DNA分子片段。基因位于染色體上，并在染色體上呈線性排列。基因不僅可以通過復制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達。不同人種間之所以頭發、膚色、研究、鼻子乃至性格等不同，就是基因差異所致。人類只有一個基因組，大約有5—10萬個基因。而決定人類生命的因素只有兩種，一是DNA的遺傳結果，二是環境因素使DNA發生的演變或異變。基因的奧妙實在不可一言概之。徐老師舉了一個例子說，人和大猩猩的基因99%幾乎是相同的，差異十分小。但人類和大猩猩表現出來的結果的差異卻如此之大。的確，不同的人種、民族基因都是相同的，只是基因頻率的不盡相同而已。比如屬于蒙古人種的藏族，從基因頻率來看，與北京漢族的距離最近；從聚類關系看，又介于維吾爾族、哈薩克族和滿、漢族群體之間。

科學研究表明，人類主要組織相容性白細胞表面抗原（HLA）是已知的人類遺傳系統中最具多態性的。且其等位基因的變化與免疫功能密切相關。HLA復合體包括100多個基因座共554個等位基因。顯然，研究不同人種不同民族的HLA基因遺傳構成，對于追溯其起源和演化，探索與HLA關聯的自身免疫性疾病基因，造福人類，都具有重要意義。關于人類基因組計劃和中國人類基因組計劃；

55個少數民族基因是中華民族基因庫乃至世界人類基因庫的重要資源

自80年代以來，全世界的人類學家、遺傳學家、民族學家幾乎都在共同關心起同一個問題：那就是建立世界各地人群的基因庫。因為民族和隔離群的消失速度正呈加速度地消失。如果等各民族基本上分散、融合、消失后，再要建立目前存在的這些民族、分支與隔離群的永生細胞庫肯定為時已晚。今年6月以來，隨著人類基因圖譜的完成，這項可能對人類以及人類在宇宙中的地位等固有的社會和神學觀念發起挑戰的科學突破的實現，使得普通人開始去關注起人類基因組計劃和中國基人類因組計劃的內容。人類基因組計劃是美國科學家于1985年率先提出的，其計劃皆在闡明人類基因組30億個堿基對的序列，發現所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認識自我。1990年，這項價值30億美元的計劃正式啟動。隨即，英國、法國、意大利、加拿大、日本、丹麥等國都以政府名義制定了類似的“人類基因組計劃”。這一計劃的實施主要就是破譯人類遺傳的全部信息，揭開生命與疾病之謎。目前人類已肯定的單基因遺傳疾病和性狀已達6678多種，另外還有眾多的多基因遺傳病如冠心病、高血壓、糖尿病、癌腫、自身免疫性疾病等，以及至少3000多種不同方式的染色體異常引起的染色體病尚待研究。打個比方，人類全部的遺傳信息像一部誰也暫時不完全讀懂的天書，人類基因計劃的目的就是要研究出破譯這部天書的密碼。以往傳統的觀點認為疾病的發生與一個人的抵抗力的強弱有關系，那么對致病基因或疾病易感基因的揭示，將建立全新的基因水平的診治方法，進而推動整個生命科學的發展。現在，基因治療已被醫學所采用。人類基因計劃應當算是人類文明史上的科學創舉。以致于可以與工業革命和人類登月相媲美。

很明顯，占了世界近1/4人口的中國如果不參加人類基因組計劃將會令人遺憾。56個民族是研究人類基因組多樣性的寶貴資源，尤其是部分地區由于地理位置的限制，基因的外向流動較慢，某些少見的遺傳性狀和疾病基因可以從這些地區的大家系中獲得。而中國多民族人群（56個民族）是研究人類基因組多樣性和疾病相關基因珍貴的材料。中華多民族基因組的比較研究也將對闡明各民族間的源流關系和疾病防治具有重要意義。隨著改革開放的深入，民族間通婚增多，這就使得必須血親三代是同一個民族且聚居地相同的DNA采樣保存成為非常迫切的問題。由此也可看出，人類基因組計劃及資料中假如沒有中國人的數據，就不能代表全人類。1993年，中科院遺傳研究所人類遺傳研究組的研究員杜若甫和蒙古族人類遺傳學留日博士金鋒一起起草了《關于建立中國人永生細胞庫的報告》，正式向中科院申報。在報告中，他們提出：在十年內，中國人永生細胞庫擬擁有100個人群、每一人群25—30株、總共2500—3000株永生永生細胞株。因為中國有56個民族，而許多民族中有分支和隔離群，還有不少未識別民族，所以人群數絕不應只56個，而至少應達100個。在報告中，還提出了遺傳所應承擔的任務和研究方案、步驟。1994年1月中國人類基因組計劃正式啟動。作為國家自然科學基金重大項目的《中國不同民族基因組中若干位點基因結構比較研究》，在吳昊教授的鼎力支持下，投資300萬元開始了艱難而意義深遠的起步。參加中國人類基因組計劃的科學家都堪稱精英。其中中科院院士就有5位：除吳昊教授外，還有中國著名遺傳學奠基者談家楨、上海市人類基因研究中心主任陳竺，以及中國醫學科學院院士強伯勤、中科院細胞生物學研究所教授施履吉、中科院植物生理研究所教授洪孟民。此外，還有不少中青年博士、碩士。1999年9月1日，中國正式加入國際人類基因組計劃，成為第六個參與國也是唯一參與的發展中國家，負責中國部分的研究，即測定人類基因組全部序列的1%，也就是3號染色體上的3000萬個堿基對。主要研究由中國科學院遺傳所人類基因組中心、國家人類基因組南方研究中心和北方研究中心來完成。

而中國人類基因組計劃的重大項目研究內容的子課題之一就是中華多民族基因組的保存。這種保存的意義根據《關于建立中國人永生細胞庫的報告》的闡述來看應是以下幾個方面：首先對中國來講，基因庫的建立可以使研究中國不同民族的遺傳結構的工作得到不斷繼續和深入，最終有望解決中華民族的“源”與“流”的問題；其次基因庫的建立，可以全面了解致病基因和易感基因在中國不同民族與人群中的出現頻率。基因庫可以為有關單位提供取之不盡用之不竭的研究材料，無需再去取樣并斷其樣品“不純”之憂。對于世界來講，中國人永生細胞庫的建立將為從DNA序列方面研究人類起源，尤其是人類是否起源于亞洲，可提供可靠的材料保證。同時也可以使中國人類遺傳學研究與國際同步，并將中國各民族基因資源讓世界分享。

三年半后的1997年，科學家們已經研究完成了南、北兩個漢族人群和西南、東北地區12個少數民族（傣、景頗、德昂、藏、壯、黎、布朗、基諾、鄂倫春、達斡爾、鄂溫克）共733個永生細胞株的建立。為搶時間，科學家們都把建立中華各“純”人群的基因庫（永生細胞庫）作為當務之急，開始了艱辛而復雜的研究工作。

中國科學家把心血溶入自己的研究中，合力建起中華民族基因庫，讓世界共享中華民族基因庫是以永生細胞株的形式來保存中國各民族的基因組。從80年代開始，中國一批有遠見的生物科學家就已對DNA順序及其功能進行了研究并取得了成果。同時中國少數民族人群的基因研究也在進行當中。科學家們對此研究得出一個重要結論：由于55個少數民族民族文化背景、生活習慣的差異以及一些民族間較少或嚴禁通婚，形成了遺傳學上相對隔離的人群，他們的基因組是認識人類遺傳多樣性不可 多得的材料。比如在傣族中，患地中海貧血癥的人較多，蒙古族一般不得猩紅熱等等。又比如在黎族聚居的海南島有一年下大雨，許多人感染了來自牲畜糞便中的鉤端螺旋體，但被感染者無一例外都是漢族，沒有一個黎族。這說明在黎族人的遺傳物質中有抵抗此種病的特點。相信其他各少數民族的基因中同樣也存在各種不同的遺傳特性和多態性。研究和破譯出這些信息，其意義之大不言而喻。

中國幅員遼闊，各民族尤其是少數民族人群居住分散。而采樣的性質又決定了科學家們必須經常前往偏僻地區和與外界相對隔絕的村落和民族村寨。除了翻山越嶺、騎馬步行，他們還面臨著語言不通、一些少數民族觀念相對守舊，對血看得十分神秘，不理解也不配合采樣工作等困難。去過新疆伊犁、貴州松桃和其他少數民族地區采樣的徐玖瑾研究員在對記者談起取樣經過時說吃不上飯、睡不好覺是常有的事。但少數民族的樸實憨厚、民族干部的積極配合、協助和美麗的民族地區風光深深感染和打動著她和一同下去的同行。科學家的使命感鼓勵著他們加快研究進程的信心。對他們來說，采集到的血清三代必須是“純凈”的同一民族或同一地方的DNA樣品僅僅是工作的一小部分，可保存的細胞株還必須具備成株、復蘇、無污染三個條件方達到被保存的條件。實驗過程需十分精細、反復研制最終才能制成細胞株。而能否都具備上述三個條件需要各個環節的因素配合。在科學家們辛勤的日復一日看似枯燥無味的實驗中，一個個對人類具有重要價值的永生細胞株誕生了。中華民族基因庫中，一共選擇了40個民族。這些民族的人口都在100萬以上，并具有一定的特色。每個民族〈人群〉一般選100個代表。被采集人的年齡在16歲至45歲之間。同一民族的100個代表之間沒有親緣關系。而個人的DNA分析結果不對外公布。如今，數十個民族的代表自愿留下的血樣材料，已受到嚴格的處理。經過技術處理的數千株細胞就像“樹”一樣被保存在零下196攝氏度的液氮中。

主要承擔著北方民族基因多態性研究工作的哈爾濱醫科大學生物學教研室，在李璞、張貴寅、傅松濱等教授的主持下，共有8位博士、高級實驗師及助教一起共同在北方少數民族如蒙古族、錫伯族、赫哲族、鄂溫克族、鄂倫春族、達斡爾族的基因多態性研究方面完成了永生細胞株的建庫工作。與已完成的南方少數民族如前文提及的傣族、景頗族、德昂族、藏族、壯族、黎族、彝族、布朗族、基諾族等南方民族永生細胞株的建庫工作輝映，共同保存在中國人永生細胞庫中。科學家們的目標是在今年完成10個人群中的永生細胞株建庫任務。目前已完成了56個民族中的大約47個民族的基因組研究工作，并爭取在國家“十五”計劃期間把14個亞人群56個民族的永生細胞株建庫工作完成。一些地方的醫學院生物教研室及一些動物研究中心都參與了這些工作。比如記者通過長途電話采訪的海南醫學院生物教研室的醫學遺傳學講師李冬娜就曾與海南醫學院附屬醫院兒科的醫師區彩瑩、陳路一起承擔了對黎族的采樣、試驗，建立海南黎族永生細胞庫的工作。

2000年4月，是一個對中國人類基因組研究計劃和國際人類基因組計劃都具有非凡意義的日子。“中國與世界交換基因”行動根據國際人類基因組多樣性委員會與中國簽訂的協議（即由中科院遺傳所提供15個人群的150個代表細胞，同時中國將可得到世界1000人的細胞標本的協議），將苗族、彝族共20個人的細胞樣本送往法國多樣態研究中心（CEPH），永久地保存在國際人類基因組多樣性委員會建立的一個細胞庫內。這就意味著將來需要研究苗族、彝族人群的基因特點，這20個代表者的細胞將可隨時復蘇。6月，中國又向CEPH遞交了北方民族中的5個民族的細胞系樣本。而為這一協議的正式完成奠定下扎實的基礎的是土家族的“純”人種細胞株。這就是2000年的3月，由中科院遺傳研究所首次將最新建立的中國土家族人群10株永生細胞遞交設在法國的國際多態性研究中心去（CEPH）進行了檢測、鑒定，并獲得了成功。CEPH中心的首席科學家HOWARD CAEN教授稱贊由中國科學家提交的永生細胞株十分健康、生長很好、支原體污染呈陰性。這也就標志著中國的永生細胞株建庫技術已經達到了國際先進水平，為中華民族基因庫的建立打下了堅實的基礎。也正是在這一前提下，“中國與世界交換基因”的平等性行動才得以順利進行。中國的人類基因組研究也因此與國際同步、接軌。

中國以土家族“純”人種細胞株敲開了國際人類基因庫的大門，這等于中國同時可以從CEPH中心索取來自世界各地的1000個細胞株的DNA及其相關資料進行研究。這些珍貴資料的獲得，對開展中國的人類基因組計劃，研究中華各民族基因組的結構和功能都具有重要的價值。和所有存入世界人類基因庫內的細胞株一樣，這些存放在零下196攝氏度液氮內被永久性保存的細胞株，將在未來被稱為“后基因時代”里起到不論是正面的也許還有負面的作用，而這一切都不是我們目前所能想象得到的，這也正是人類基因工程之所以與工業革命和登月計劃相提并論的原因。所不同的是，中國人類基因組研究的巨大成果，使得中國的科學家首次加入了人類生命的“登月計劃”。這對于中國，對于中國的少數民族，可以說是具有劃時代的意義。因為作為人類基因組工程一部分的中國人類基因組研究破譯出的人類遺傳密碼基本數據，同世界各地其他的人類遺傳密碼基本數據一起，已經無償供全世界研究者使用了。

人類基因組研究大事記

1990年10月：被譽為生命科學“阿波羅登月計劃”的國際人類基因組計劃啟動。1999年9月：中國獲準加入人類基因組計劃，負責測定人類基因組全部序列的1%，也就是3號染色體上的3000萬個堿基對。中國是繼美、英、日、德、法之后第六個國際人類基因組計劃參與國，也是參與這一計劃的唯一發展中國家。12月1日，國際人類基因組計劃聯合研究小組宣布，他們完整地破譯出人體第22對染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完成人體染色體基因完整序列的測定。2000年3月14日，美國總統克林頓和英國首相布萊爾發表聯合聲明，呼吁將人類基因組研究成果公開，以便世界各國的科學家都能自由地使用這些成果。4月底，中國科學家按照國際人類基因組計劃的部署，完成了1%人類基因組的工作框架圖。5月8日，由德國和日本等國科學家組成的國際科研小組宣布，他們已基本完成了人體第21對染色體的測序工作。6月26日，科學家公布人類基因組工作草圖。

中華民族基因組研究大事記（少數民族部分）

1993年：留法博士陳竺從法國人類多態性研究中心引進了“人工酵母染色體基因庫”，使中國成為世界上第四個擁有最先進的基因文庫的國家。1993年6月：經談家楨教授為首的專家組論證，正式批準了國家自然科學基金“八五”重大研究項目——中華民族基因組若干位點基因結構的比較研究，從此開始了大規模對中國各民族基因組保存及多樣性研究。至1997年底完成了中國12個民族（傣族、景頗族、德昂族、藏族、壯族、彝族、布朗族、基諾族、黎族、鄂倫春族、達斡爾族、鄂溫克族）等733株永生細胞的建立，并展開了中國多民族基因組多個遺傳標記的多樣性的比較研究。1998年： 國家自然科學基金“九五”重大研究項目開始啟動中華民族基因組結構與功能的研究，并得到科技部863項目及973項目的支持，對中國的維吾爾族、哈薩克族、侗族、景頗族等30個少數民族基因組進行了保存及多樣性研究。2000年1月：中國人類基因組多樣性研究小組首次將最新建立的中國土家族人群的10株永生細胞株遞交設在法國的多樣態研究中心（CEPH）進行檢測、鑒定，并獲得成功。這是中國人類基因組多樣性研究邁向世界的重要一步，也是中國人類基因組多樣性研究參與國際合作的開始。

人類基因研究新發現

在破譯人類基因圖譜的過程中，科學家又發現了許多關于人類基因的新現象。

──人類基因數目比原先估計的少很多，僅26,000-40,000個，令人大感意外。

──通過遺傳累積下來的基因變種在男性體內比女性多一倍。

──僅1%-1.5%的人類基因帶有制造蛋白質的指令，科學家原本估計這一比例為3%-5%。

——基因傾向于沿著DNA鏈延伸方向成群出現，好象城市被廣闊的鄉村分隔開一樣。這種群集現象比科學家原先想象的還要明顯。

——地球上人與人之間99.99%的基因密碼是相同的。

──大約200個基因看來是人類的脊椎動物祖生存時由細菌插入的，如果獲得證實，這將是一項令人吃驚的重大發現。