海軍特勤人員生物樣本庫的建立與功能思考

安懷杰，朱智明，趙曉航

現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展以及對基因信息的深入闡釋，使得個體間生理功能差別的遺傳學闡釋、疾病預警、個體化健康維護與治療等研究進展迅速。這些生物領(lǐng)域的進展都離不開生物樣本。建立一定規(guī)模的生物樣本庫是必要的。軍事特勤人員生物樣本庫在軍事衛(wèi)勤保障和提升戰(zhàn)斗力研究中具有不可替代性，其特殊性是民用生物樣本庫無法替代的。特勤人員生物樣本庫是研究如何提高衛(wèi)勤保障水平和官兵作戰(zhàn)能力的堅實基礎(chǔ)。因此，基礎(chǔ)醫(yī)學研究中心首先建立了海軍特勤人員生物樣本庫。

1 生物樣本庫的作用和意義

生物樣本是任何包含生物信息的生物物質(zhì)，包括人體組織、血液、分泌物、排泄物及其衍生物。生物樣本庫是用于規(guī)范化收集、保存和處置離體生物樣本的機構(gòu)，為人類健康、疾病診斷與藥物研發(fā)等生物醫(yī)學研究提供資源。

生物樣本庫的建立具有重要的現(xiàn)實意義，能有效避免離體組織因缺血在短期內(nèi)失去其相應的生物學活性，如基因的降解、蛋白的變性等。利用同一樣本庫的標本進行相關(guān)研究能有效提高研究結(jié)果的重現(xiàn)性，并給病理研究和臨床應用提供有力的支持，是轉(zhuǎn)化醫(yī)學發(fā)展的良好物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 國際國內(nèi)生物樣本庫建立的情況

20世紀中葉凍存理論和技術(shù)的發(fā)展使得生物樣本庫的出現(xiàn)成為可能。隨著凍存技術(shù)的發(fā)展以及基礎(chǔ)研究和臨床應用的要求，生物樣本庫的數(shù)量和規(guī)模都獲得了較快的發(fā)展。多數(shù)國家都建立了生物樣本庫，如1952年捷克斯洛伐克的Klen建立的University Hospital Hradec Kralove的組織庫。1999年成立的英國UK Bio-bank樣本庫是目前最大的生物樣本庫，截至2010年底已經(jīng)入庫了50萬人共1 500萬份的血液和尿液樣本。同時，生物樣本庫也在朝著網(wǎng)絡化發(fā)展，樣本分散儲存在多個加盟單位，而信息統(tǒng)一管理，通過網(wǎng)絡方便查詢，使生物信息資源利用率大為提高。

中國的生物樣本庫起步較晚，發(fā)展卻十分迅速。代表性的樣本庫，如1996年建立的北京大學臨床腫瘤學院腫瘤組織庫、天津大學附屬腫瘤醫(yī)院與美國癌癥研究基金會(National Foundation for Cancer Research，NFCR)2004年聯(lián)合建立的腫瘤組織庫、天津臍血庫和各地的干細胞庫等。然而，為軍事衛(wèi)勤而建立的特勤人員生物樣本庫鮮見報道。

3 軍事特勤人員生物樣本庫建立的必要性

軍事特勤人員生物樣本庫的建立是必要的。1949年George創(chuàng)建了美國海軍組織庫。該組織庫也是國際上的第1個組織庫，它建立的許多標準目前仍然被遵循使用。例如，它確立的適合的組織捐獻者的標準，建立的組織樣本采集和處理方法，以及器官移植的免疫學規(guī)范原則，都是海軍科學工作者發(fā)展和建立的。

軍事特勤人員生物樣本庫具有不可替代性。樣本庫的生物樣本具有人群特殊性;特殊人群的軍事崗位具有不可替代性;研究成果具有國防意義的獨特性。海軍特勤人員生物樣本庫為海軍衛(wèi)勤保障服務、提高衛(wèi)勤保障水平、提高官兵的作戰(zhàn)能力研究提供重要的生物樣本，為保障打贏信息化條件下局部戰(zhàn)爭奠定良好的基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)醫(yī)學研究中心建立的海軍特勤人員生物樣本庫，是我軍首個海軍特勤人員生物樣本庫。研究團隊按照標準的操作規(guī)范，采集了海軍特勤人員人群的血液樣本(含有血漿、血清、白細胞)、特殊作業(yè)前后的血液和尿液樣本;遠海執(zhí)行任務官兵的系列DNA、RNA、血清和血漿樣本;飛行學員的血液樣本;系列長航官兵肚臍微生物樣本等等。近3年時間，初步完成了海軍特勤人員生物樣本庫的構(gòu)建。在樣本庫的構(gòu)建過程中，建立了適應現(xiàn)實條件的規(guī)范生物樣本采樣機制、樣本處理規(guī)范、樣本遠距離運輸和信息保存系統(tǒng)。目前，樣本庫的庫容正在不斷擴大，已有部分研究項目使用該樣本庫的樣本進行研究，并獲得了初步成果。

4 海軍特勤人員樣本庫在衛(wèi)勤保障中的作用

良好的衛(wèi)勤保障能夠減少訓練中的事故發(fā)生率，降低戰(zhàn)斗中的傷亡率，提升部隊官兵的整體作戰(zhàn)能力。現(xiàn)代爆炸式的生物技術(shù)研究進展，使得人類對基因多態(tài)性與個體能力和疾病易感性之間的關(guān)系認識愈加深刻。現(xiàn)代的軍事衛(wèi)勤已經(jīng)不同于傳統(tǒng)的衛(wèi)勤保障。傳統(tǒng)的衛(wèi)勤保障觀念已經(jīng)遠遠落后于現(xiàn)代的軍事衛(wèi)勤需要。現(xiàn)代的軍事衛(wèi)勤需要從人員選拔、個體能力提升、特殊崗位疾病預防和健康維護等角度全面保障。海軍特勤人員生物樣本庫的建立為研究特勤人員的作戰(zhàn)能力、特殊崗位人員的篩選、特勤人員疾病預防等研究，提供標準化制備的各種生物樣本，為海軍官兵的整體能力提升、作戰(zhàn)訓練指導和人員選派等提供理論的支持。特勤人員生物樣本庫的應用領(lǐng)域應該包含特勤人員的遺傳篩選、優(yōu)秀個體的遺傳特質(zhì)鑒定、疾病預警與健康維護、身份鑒定以及事故原因分析等。

4.1 特勤人員的遺傳篩選 特勤人員的特殊崗位，往往需要具有特殊體質(zhì)的人員勝任。例如，高性能戰(zhàn)斗機的超機動性能、高過載、作戰(zhàn)條件和空域的急速變化等，對飛行員的生理心理有著更高的要求。哪些飛行學員能夠培養(yǎng)成為高性能戰(zhàn)斗機飛行員，什么生理素質(zhì)是艦載機飛行員的特質(zhì)，這些需要進行系統(tǒng)的研究，需要從飛行學員到飛行員等培養(yǎng)過程中的生物樣本，包括DNA樣本、血清、血漿、RNA樣本等進行系統(tǒng)的研究。特勤人員生物樣本庫為從普通飛行學員到高性能戰(zhàn)斗機飛行員的選拔研究提供了重要的生物樣本，對飛行學員的選拔和提高軍隊飛行員的培養(yǎng)成功率將有重要的作用。

特戰(zhàn)隊員和蛙人需要挑選的個體具有較好的爆發(fā)力或耐力。目前的選拔方式是從較大的候選人群中在長時間的訓練過程中選拔，往往消耗大量人力、物力。最近研究發(fā)現(xiàn)，某些基因型能夠提示該個體具有較好的耐力或培養(yǎng)潛質(zhì)，篩選該種基因型的個體能夠大幅提高培養(yǎng)的成功率，節(jié)約時間和人力、物力，同時提高部隊的效率和戰(zhàn)斗力。例如，輔肌動蛋白3(actinin alpha 3，ACTN3)是骨骼肌Ⅱ型快肌纖維Z線的結(jié)構(gòu)蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，ACTN3基因的第16個外顯子的第1747位的堿基C突變成了T后，成了一個終止密碼子，導致純合子個體ACTN3的缺失。ACTN3等位基因的相對頻率在不同種族人群中差別很大[1]。ACTN3野生型(C/C)的運動員肌肉爆發(fā)力和對運動訓練的反應性都要強于突變型(T/T)運動員[2]。MacArthur等[3]在 ACTN3 基因敲出的小鼠模型上觀察發(fā)現(xiàn)，ACTN3缺失(T/T突變型)能夠為耐力運動帶來遺傳上的優(yōu)勢。黃昌林[4]等研究發(fā)現(xiàn)，ACTN3基因型為T/T(突變型)的漢族男性軍人100 m速度明顯快于基因型為C/C和C/T者。基于以上研究結(jié)果，ACTN3基因型的鑒定可以用于指導選拔優(yōu)秀的速度或力量型特勤人員。

4.2 優(yōu)秀個體的遺傳特質(zhì)鑒定 優(yōu)秀的特勤人員，其培養(yǎng)需要大量的資金和相對較長的時間。培養(yǎng)過程中，大批的人員由于各種原因被淘汰，這些淘汰的因素多數(shù)都有著遺傳學基礎(chǔ)，能夠在遺傳學上找到證據(jù)。而培養(yǎng)成為優(yōu)秀特勤人員的個體也有其遺傳學基礎(chǔ)，找出優(yōu)秀個體的遺傳學特征，將為提高篩選和培養(yǎng)特勤人員的成功率奠定良好的基礎(chǔ)。該項工作的基礎(chǔ)是系統(tǒng)的生物樣本的采集和良好的保存——A級特勤人員生物樣本庫。

我們建立的海軍特勤人員生物樣本庫中保存了特勤人員的系列的生物樣本。這些特勤人員經(jīng)過多年的訓練選拔和實戰(zhàn)的考驗后，優(yōu)秀的個體將會顯現(xiàn)。針對這些優(yōu)秀的個體，通過對系列樣本的研究，找到優(yōu)秀特質(zhì)的遺傳學基礎(chǔ)，進行優(yōu)秀特質(zhì)的鑒定，為該類特殊人員的選拔提供基因水平的科學依據(jù)。例如，通過全基因組關(guān)聯(lián)研究(Genome-wide association study，GWAS)分析，篩選優(yōu)秀特勤人員特異的遺傳標志，形成特殊崗位人員培養(yǎng)的基本標準，將提高某些特勤崗位人員的培養(yǎng)成功率。

4.3 疾病預警與健康維護 檢測重要特勤人員的疾病相關(guān)的易感基因。科學指導預防和監(jiān)測，維護其健康，提高其健康水平，延長工作壽命，對個體和軍隊都是雙贏。特殊人員的培養(yǎng)通常需要大量的物質(zhì)投入和時間，延長其工作壽命，提高其健康水平，對提高部隊戰(zhàn)斗力有重要意義。例如，抑癌基因p53，其多態(tài)性是肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)常見的基因改變之一。p53基因在第7外顯子的249位密碼子3號堿基可發(fā)生G→T的顛換，與攜帶G/G基因型者相比，攜帶T/T基因型者患肝癌的風險將顯著增加[5]。另一項研究則顯示:XRCC1基因第399位密碼子發(fā)生A→G的轉(zhuǎn)換，可使肝癌的相對危險度增加147%[6]。亞甲基四氫葉酸還原酶(methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)是調(diào)節(jié)葉酸和蛋氨酸代謝的限速酶。研究認為，MTHFR A1298C多態(tài)性與腸癌有關(guān)，且突變基因型具有保護作用。例如Chandy等[7]在印度人群中的研究均發(fā)現(xiàn)，MTHFR A1298C多態(tài)性和大腸癌易感性相關(guān)，1298CC對大腸癌具有保護效應。但另外一些的研究則顯示，突變基因型能增加大腸癌的患病風險。El Awady等[8]在埃及人群的研究發(fā)現(xiàn)1298AC+CC基因型能增加大腸癌的患病風險。這些基因多態(tài)性能夠?qū)膊“l(fā)生概率進行預警，科學指導個體，避免誘發(fā)該項疾病的危險因素或生活習慣等，正確的預防措施能夠有效降低疾病的發(fā)生率。

4.4 特勤人員身份鑒定 生物樣本庫中含有各種特勤人員的白細胞和DNA樣本。這些樣本含有個體的遺傳信息，能夠在基因水平進行個體鑒定。如用DNA指紋圖譜進行的個體鑒定。基因水平鑒定個體身份的方法是目前個體身份鑒定的最準確的方法，廣泛應用于個體的鑒定。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭和武裝沖突中，武器裝備和戰(zhàn)爭形式的巨大變化使爆炸傷增加數(shù)10倍。自殺性襲擊基本上全是人體炸彈，尸體的身份確認是善后工作的難點。2001－2006年從伊拉克空運后送美軍傷員的統(tǒng)計結(jié)果顯示[9]，美軍戰(zhàn)場傷類分布發(fā)生明顯變化，爆炸傷發(fā)生率明顯增加，在所有創(chuàng)傷傷員中爆炸傷占58%。而海戰(zhàn)中的戰(zhàn)傷類型是爆炸傷、燒沖復合傷，傷亡率遠高于陸基作戰(zhàn)，陣亡官兵的遺骸不易辨認。飛機失事后的死亡人員的身份往往難以通過常規(guī)方法辨認，通過基因鑒定個體的身份是準確有效的方法。而生物樣本庫的個體遺傳樣本為身份鑒定提供鑒定樣本。準確鑒定陣亡官兵的身份，對戰(zhàn)亡的官兵家屬也是負責任的做法。

4.5 事故原因分析 基因組學的研究成果日益轉(zhuǎn)化為揭示人類的行為與疾病原因的利器。大部分疾病都有著基因水平的基礎(chǔ)。特勤人員的某些意外或突發(fā)事故，往往找不到原因，常規(guī)原因都無法解釋。事實上，有些意外事故的原因可能與個體的遺傳因素相關(guān)。從基因水平尋找事故的原因，往往能夠揭示真正的原因。

5 海軍特勤人員生物樣本庫的完善

5.1 增加生物樣本庫的樣本種類和庫容 生物樣本庫發(fā)揮最大的作用需要足夠大的庫容和多樣的樣本種類。海軍特勤人員生物樣本庫采集了多種生物樣本，如血漿、血清、白細胞、DNA和RNA、特殊任務前后的血液和尿液樣本等等，涵蓋了一定范圍的海軍特勤人員。但是，海軍特勤人員的生物樣本種類和數(shù)量仍然需要繼續(xù)增加和補充。

5.2 優(yōu)化樣本的采集流程 在建立海軍特勤人員生物樣本庫的過程中，采用國際通用的技術(shù)操作規(guī)范，根據(jù)實際條件進行適當?shù)难a充和調(diào)整，制定了異地采樣的樣本保存、處理和運輸?shù)牟僮饕?guī)范，實踐證明這些操作規(guī)范是切合實際和有效的。而在某些特殊采樣情況下，采樣的影響有可能涉及某些特勤人員的工作安全。因此，需要更加細致完善的樣本采集流程，保證不影響特勤人員安全的情況下完成樣本收集工作，該項工作還需要我們生物樣本庫和相關(guān)部門的積極協(xié)調(diào)和探索。

5.3 完善信息管理系統(tǒng)和加強保密信息管理 生物樣本庫包括樣本信息的管理系統(tǒng)。海軍特勤人員生物樣本庫的信息采集等涉及到信息保密，另外某些特殊的樣本，不能完全照搬和套用民用的生物樣本庫信息系統(tǒng)。因此，仍需改進特勤人員生物樣本庫的信息管理系統(tǒng)，同時需要加強保密載體的管理和提高涉密人員保密意識。

海軍特勤人員生物樣本庫保存了海軍特勤人員的多種生物樣本和相關(guān)信息，在健康維護、能力篩選和身份鑒定等方面，將為海軍衛(wèi)勤保障能力的提高起到積極的作用。該生物樣本庫同時能夠為病理研究和臨床應用提供有力的支持，也是轉(zhuǎn)化醫(yī)學發(fā)展的良好物質(zhì)基礎(chǔ)。

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