基因測序：一個怎樣的潘多拉盒子

張田勘

近日，基因測序被國家食品藥品監督管理總局、國家衛生計生委“叫停”。通知指出，任何醫療機構不得開展基因測序臨床應用，已經開展的要立即停止，仍繼續開展的，衛生行政部門要依法依規予以查處。

基因測序本是一種實驗室研究技術手段，近年來，卻因“名人效應”而受到關注，應用于高端體檢、產前診斷等領域，且價格不菲。

最廣為人知的基因測序事件，是影星安吉麗娜·朱莉通過基因檢測，選擇手術切除乳腺以降低患乳腺癌的風險。2011年去世的蘋果公司創始人史蒂夫·喬布斯在患癌時，也曾接受過全基因測序。

基因決定論與測序亂象

國家衛生計生委“叫停”基因測序的理由是，目前國內使用的基因測序儀及相關試劑、軟件，均未獲得國家對醫療器械的審評審批，屬于“違法醫用”。

其實，這只是表面理由。深層的原因在于，基因測序在不同國家和地區都存在認識上的模糊和使用上的亂象。

基因測序只是基因檢測的方法之一，又稱基因譜測序，是國際上公認的一種基因檢測方式。但是，在實際中，基因測序的理念和做法卻有些走樣和變形，有陷入“基因決定論”的危險。

在歐美國家的基因測序開始進入臨床后，中國也不甘示弱，一些醫院也相繼引入；甚至在一些地方，基因測序成為體檢的必檢項目。更有甚者，一些人還宣稱基因測序可以“包測百病”，甚至“包治百病”；基因測序可以測出“天賦基因”，實現對孩子的“因材施教”等。在這種觀念指導下，2011年 “優勢天賦基因檢測”項目和“疾病易感基因檢測”項目就曾落戶南方某醫院。

基因固然主導著一個人的生老病死，是內因，即便如此，基因的作用也只是占30%左右，決定人的生老病死更多的因素在于外部環境和后天因素，要占70%左右。即便只考慮基因的作用，致病基因也需要在其他基因和分子的啟動下才能表達和發揮作用。例如，所謂的大量的垃圾基因是一些功能基因的啟動子，甚至連一些分子也決定著某種功能基因是開啟還是關閉，這些因素也統稱為觸發基因表達的板機。

研究人員進一步發現，基因測序只是檢測DNA的線性序列，即便發現基因變異、失序、缺失、增加、減少或重復，也無法獲得人的生老病死的全面信息或基本信息。因為遺傳信息的編碼和表達不僅取決于DNA的線性序列，即4個堿基的排序，還取決于DNA和染色質結構的表觀遺傳學修飾。表觀遺傳修飾或表觀遺傳學現象主要包括DNA甲基化、染色質構象變化、基因組印記、基因沉默和RNA編輯等。其中，DNA甲基化是一種主要的基因組DNA表觀遺傳修飾形式，異常的DNA甲基化才是癌癥的特征。

目前，基因測序的收費也非常混亂。有的機構做一次全基因測序要38萬元左右，聲稱是把人體內2萬多個基因掃描排列一遍；有的“基因檢測”體檢套餐價格達7.6萬元；還有的單獨檢測68項基因的價格是3.4萬元；當然也有便宜的，125項基因檢測的基礎套餐價格僅為1888元。

凡此種種都反映了在國內基因測序理念和收費的混亂，或許這些才是叫停基因測序的深層原因。

基因測序技術一直在發展

如果理性看待，基因測序當然是有巨大作用的。基因測序可以讓人們更前瞻地了解一些遺傳病和罕見病，發現致病基因，從而提早采取控制措施，及時治療。因此，基因測序為解釋人類重大疾病發病機理，開展個性化預測、預防和診斷治療奠定了基礎。

目前比較普遍使用的基因測序手段是英國科學家弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）等人于1977年發明的雙脫氧鏈末端終止法，其原理是根據核苷酸在某一固定點開始，隨機在某一個特定的堿基處終止，產生A、T、C、G四組不同長度的一系列核苷酸，然后在聚丙烯酰胺凝膠上電泳（PAGE）檢測，從而獲得DNA序列。

如果根據測序儀來劃分，基因測序大致經歷了三代測序儀。第一代測序儀俗稱毛細管基因分析儀，2001年初個人基因組草圖發表，當時科學家們所用的測序平臺就是第一代測序儀。2006年，以454公司（現并入Roche公司）模型機為代表的第二代測序儀出現，其特點是，邊合成邊測序，從而實現了高通量測序。現在，引領新潮流的第三代測序儀也在陸續研發中，如單分子測序儀等。

如果根據技術類別來劃分，則基因測序大體分為三代。桑格發明的雙脫氧終止法和后來的自動測序屬于第一代基因測序技術；以高通量為特點的技術屬于第二代測序技術，而且已逐步成熟并商業化；以單分子測序為特點的技術屬于第三代測序技術，現在也已經出現。單分子測序代表了未來基因測序的方向，其優勢是能夠對單個DNA分子進行測序，而目前市場上的主流測序儀只能對分子群體進行平均測序。

另一方面，在測序成本上，現在只花1000美元就可以對一個人的基因組測序的技術已出現。總部位于美國加利福尼亞州卡爾斯巴德的生命技術（Life Technologies）公司的子公司Ion Torrent就宣布，他們推出的一款新的測序機器Ion Proton，能夠在一天內完成個人全部基因組測序，所需費用不到1000美元。與此同時，總部位于美國加利福尼亞州圣迭戈市的Illumina公司也不甘示弱，已推出HiSeq X Ten測序系統，可以將個人基因組測序的機器和試劑成本控制在1000美元以內。

基因測序應用在何方

顯然，基因測序的優勢在于它能查出基因序列在線性上的變異，對于診斷和預測一些疾病是比較準確的。例如，唐氏綜合征（又稱21三體綜合征）是人體染色體組的第21對染色體發生了變異（兩條變三條），這就是一種染色體變異中的數目變異。因此，基因測序技術已經較廣泛地應用到唐氏綜合征產前診斷，基因測序的準確度比傳統的血清測試要高出幾十個百分點，可以達到99%以上。所以，對于這種基因數目變化為特征的疾病，基因測序可以大顯身手。

基因測序的優勢還在于，它可以進行微衛星序列分析、長片段多聚酶鏈反應（PCR）、RT-PCR（定量PCR）等分析，臨床上除進行常規DNA測序外，還可進行單核苷酸多態性（SNP）分析、基因突變檢測、HLA配型、親子和個體鑒定、微生物與病毒的分型與鑒定等。endprint

在解析病原體上，基因測序也發揮著重要作用，可以了解病原微生物和解碼其功能基因，找到攻克病原體的好方法，如藥物、疫苗等。例如，2011年5月德國爆發大腸桿菌疫情，進而并發溶血性尿毒綜合征（HUS），到6月導致26人死亡，約500人入院。中國華大基因研究院和德國漢堡-埃本德多夫大學醫療中心通過基因測序發現，致病大腸桿菌O104∶H4基因序列，與2001年德國從腹瀉病人大便中分離到的大腸桿菌01-09591，及2002年從中非長期腹瀉的艾滋病患者大便中分離到的大腸桿菌55989，有高度相似性，這也為治療和未來預防大腸桿菌疫情提供了線索。

基因測序帶來的兩難選擇

但是，基因測序也存在短處。其一，它不能提供基因綜合發揮作用的其他信息，如無法提供表觀遺傳修飾、“垃圾基因”的作用和后天環境作用的信息。其二，它可能為人們帶來兩難選擇。其三，它會造成倫理問題。

基因測序造成人的兩難選擇可以從美國好萊塢電影明星安吉麗娜？朱莉切除雙乳乳腺談起。朱莉通過基因測序得知，她的身體攜帶致癌基因BRCA1，醫生據此認為，她患乳腺癌的幾率大約是87%，患卵巢癌的幾率是50%。于是，朱莉決定先發制人，將發病的可能性減到最小，從2013年2月開始切除乳腺并重塑乳房。未來，她還將繼續進行卵巢切除手術，以徹底降低致癌風險。

朱莉有癌癥家族史（其母患卵巢癌，與病魔搏斗了10年，于2007年病逝，享年56歲），朱莉選擇預防性手術的最大優點在于，她可能不會重蹈母親的覆轍。

不過，切除了乳腺和卵巢是否就能擔保朱莉未來不會患癌呢？這是一個未知數。迄今，人類對癌癥的發生、發展、轉化、治療既有一些了解，但并非完全了解。癌癥如同其他疾病一樣，既有先天遺傳原因，也有后天生活方式的因素。即便以癌癥的基因遺傳因素來看，目前的認識也是多因素的。人體內既有致癌基因，也有抑（抗）癌基因，而且這些基因都并非是一兩個，而是有很多。目前發現的致癌基因和抑癌基因就有好幾十種。癌癥的發生與否是致癌基因和抑癌基因在整體水平此消彼長的結果。

同時，對于具體的癌癥來看，每種癌癥也有特定的致癌基因和抑癌基因，如乳腺癌不僅有致癌基因BRCA1，也有BRCA2，同時還有抑癌基因p15、p16和Rb等，因此，在基因層面已經存在抗衡癌癥的力量。

另一方面，即便切除乳房（乳腺）和卵巢，也只是切除了癌癥發生的靶器官，并不可能根除一個人所有細胞染色體上的致癌基因。當靶器官切除了，致癌基因固然不能作用于靶器官而致癌，但同樣可以作用于類似的組織和器官，例如，與卵巢相似的組織——子宮內膜，因此，這些部位同樣有患癌的可能。

更重要的是，基因和遺傳對癌癥的發生起到的作用不過占30%左右，后天的生活方式和個體的免疫功能更加重要。也就是說，如果在衣食住行方面健康、合理，并且加強鍛煉，提高免疫力，則防癌的作用要高于基因致癌的作用。

而且，癌癥的產生有一個過程，即便DNA受損或致癌基因誘導基因變異，也并不意味著癌癥就會產生，因為DNA有強大的修復功能。如果DNA得到有效修復，就不會發生癌癥。即便DNA的自身修復功能失效，也還不會形成癌癥，而是要等細胞發生分裂，在下一代細胞接受了錯誤信息后，新產生的細胞才會在形態和性質上發生變化，形成癌細胞；然后，多個癌細胞慢慢發展成癌瘤克隆（癌細胞團）。真正的癌癥形成還需要從癌細胞團到患者出現癥狀，并且在臨床上可以觀察到成形的癌瘤并確診，這個過程因人而異，短則幾年，長則數十年。這也依賴于每個個體的免疫功能是否強大。

預防癌癥是一個整體的長期的工程，單純切除一兩個靶器官的作用遠不及包括后天生活方式的整體預防。

基因測序容易陷入倫理泥沼

基因測序當然要遵循知情、自愿的原則，這對于成年人來說問題不大。但是，對于新出生的孩子，就會深陷倫理泥沼。

2013年9月4日，美國國立衛生研究院宣布，將在未來5年總共投入2500萬美元，用于資助為新生兒基因組測序，參與這個測序項目的有數百個美國嬰兒，在這些嬰兒出生后不久，科學家將立即為他們測序基因，測序的費用由美國國立衛生研究院國立兒童健康與人類發展研究所和美國國家人類基因組研究所提供。

對于為何要為新生兒進行基因測序，國立兒童健康與人類發展研究所所長阿蘭·古特馬策（Alan Guttmacher）稱，每個新生兒在出生時，將會有自己的基因序列，它將成為電子健康記錄的一部分，并且終其一生都會被用來幫助這些孩子更好地預防疾病，尤其是探測遺傳疾病以及更多地警示一種疾病的早期臨床表現。

這項為新生兒進行基因測序的計劃具體為，布里格姆婦科醫院與波士頓兒童醫院組成的小組，將研究新生兒父母怎樣利用基因組測序結果防范兒童未來患病及其治療方法。堪薩斯梅西兒童醫院的研究人員將以重癥監護新生兒為對象，研究基因組測序能否加快疾病診斷。加利福尼亞大學舊金山分校及北卡羅來納大學的兩個研究小組，則針對新生兒的“外顯子組”測序展開研究，以確認該技術能否與現有新生兒篩查方法結合使用。

古特馬策也承認，盡管基因組測序能在嬰兒生命之初就發現疾病風險，但這種破譯個人遺傳密碼的能力也伴隨許多臨床與倫理問題，因此探討與新生兒階段有關的基因組研究技術、臨床與倫理這三重問題至關重要。

新生兒基因測序的倫理問題首先體現在，作為監護人的父母是否有權代替孩子決定進行基因測序，如果有一天孩子長大了，認為這種測序不是他們所想要的，是否侵犯了孩子的權利？但是，更為重要的是美國人類基因組織倫理委員會主席露絲·查德威克提出的幾點問題。假如一個孩子出生后就通過基因組測序發現像朱莉一樣帶有乳腺癌基因，家長該如何處理這種情況？假如在胎兒時期就發現問題，是否會導致流產決定？而且這種病有可能50年后才發作，甚至一輩子都不出現，那么，該如何應對基因測序的結果？

如果不回答和解決這些問題，基因測序必然陷入困境，甚至會誤入歧途。

另一方面，過去的研究發現，基因測序可能在15%～50%的患有未確診疾病的兒童身上找到相關疾病的遺傳原因，那么參與測序的其他健康兒童的基因信息該如何處理？例如，醫生應該從患者基因中檢測何種信息，有多少信息應該告知其家庭，以及誰應該擁有和控制這些基因數據等。美國密蘇里州兒童醫院遺傳學家史蒂芬·金斯莫（Stephen Kingsmore）也提出警告，要進行基因測序，結果將是，每個真陽性伴隨著20個假陽性。

所以，美國明尼蘇達州公民健康自由會議主席、聯合創立者推拉·布雷斯（Twila Brase）認為，“測序新生兒的基因會有極大的危險性，如果出了問題，他們不會表達，父母也不知道他們為自己、孩子及其未來，以及彼此的關系，打開了一個怎樣的潘多拉盒子。”

其實，基因測序的倫理難題和危險性同樣存在于成年人。因此，可以說，基因測序對于一般人來說是一把雙刃劍。基因測序即便將來要開展，也需要在制定完整的規則和倫理原則之后方可進行。

不過，基因測序也許不能一刀切。如果現在叫停一些已經成熟的基因測序診斷，如對唐氏綜合征的診斷，就有可能讓孕婦冒著風險生下有缺陷的孩子。因此，叫停基因測序或許應當有針對性。endprint