第二节 常见遗传性疾病的发生与基因诊断
一、血红蛋白分子病
血红蛋白由四种珠蛋白肽链组成，它们分别是α、β、δ和γ肽链，由它们不同的组合组成各种血红蛋白。除α肽链的基因位于16号染色体外，其余β、δ、γ肽链的基因连锁在11号染色体。血红蛋白异常导致的分子病就是珠蛋白结构基因的DNA分子结构异常所致。
⒈点突变 DNA分子的碱基转换或颠换造成单个碱基替代，导致三联体遗传密码改变，使得相应表达翻译的肽链中氨基酸发生改变而导致蛋白质结构改变，最终引起该蛋白的生理功能发生改变。如β链第6位应是谷氨酸，其对应的碱基密码是GAA，当颠换成GUA时，表达的氨基酸改为缬氨酸，当转换成AAA时，表达的氨基酸改为赖氨酸。在发现的血红蛋白异常中，绝大多数属于种类型。
⒉终止密码子突变 mRNA翻译蛋白质的终止密码有UAA、UAG、UGA。当终止密码子发生点突变，如UAA转换为CAA时，终止密码翻译为谷胺酰胺，肽链无法终止导致肽链延长。相反，肽链中途某一密码突变终止密码时，肽链就提前终止变短。如在中国人中发现有β珠蛋白基因突变，使转录mRNA密码子17由AAG→UAG，使翻译的β珠蛋白过早终止，造成β链过短，而无正常功能，导致珠蛋白生成障碍性贫血发生。
⒊移码突变 由于DNA分子三联体密码子之间是无标点符号的，因此当DNA的碱基序列中缺失或插入一个核苷酸，就相当于多了或少了一个碱基，使得在突变位置以后的三联体密码子均依次发生变化，包括终止密码。所以移码突变可以是肽链的氨基酸发生改变，也可是肽链长短发生改变。而且这种突变位置越靠近翻译起始端（5′端）其后果越严重。如在中国人中发现有β珠蛋白基因转录的密码子41-42产生缺失，造成β链合成提前终止，这种β链不稳定而导致β珠蛋白生成障碍性贫血发生。
突变类型检测可用核酸测序，人工合成寡核苷酸探针作产前诊断。前者多用于研究，后者可应用于临床。现可利用PCR法扩增突变区域，再行测序或杂交分析，大大提高了灵敏度和特异性，可省去目的基因的克隆，方法也得到一定的简化。
⒋密码子缺失和插入它与移码突变不同的是生殖细胞在减数分裂时，染色单体发生错配或不等交换，造成在基因DNA分子中，缺失或插入的核苷酸不是一个，而是一部分，即多了或少了一部分密码子。当然其肽链也相应缺失或插入一个以上的氨基酸。如珠蛋白生成障碍性贫血发现二种类型，为右侧缺失型，缺失了涉及α2和α1基因3.7kb的片段，而左侧缺失型则缺失了α2及左侧区域4.2kb的片段。（α2基因排列在左，α1基因排列在右）。该类变异可用Southern blot法，RFLP法加以诊断，参见诊断分子生物学基本技术有关章节。
⒌融合基因由于减数分裂时不同珠蛋白肽链的基因之间发生不等交换，结果造成某一珠蛋白基因同时融合两种不同珠蛋白基因的部分碱基，由此合成的肽链也含有两种不同珠蛋白的氨基酸序列。
血红蛋白病的诊断可根据临床症状，如溶血性贫血等现象。有些没有临床症状，须依赖实验室诊断。在细胞水平可以通过血液学检查，蛋白分子水平也可通过电泳，热稳定试验等方法检查。
血红蛋白病的治疗目前尚无根治办法。该病的起因是基因突变所致，其治疗有待于基因工程技术来矫正基因的缺陷，即用基因治疗的方法加以根治。但要进行基因治疗，必须建立完善基因诊断的技术，这是医学检验工作者面临的新课题。目前基因诊断技术可利用核酸探针进行分子杂交或进行核酸测定来分析基因突变和突变的位置。由于mRNA分子直接转录了DNA分子上基因的信息，又直接指导蛋白质合成，在细胞内又有一定的量，故易于分离纯化和分析，因此对内源性基因的分析，其分析对象多为mRNA分子。mRNA分析最常使用的分子杂交技术有斑点杂交和Northern blot技术以及逆转录PCR（RT-PCR）技术。
二、先天性代谢缺陷病
（一）苯丙酮尿症
苯丙酮尿症（PKU）因尿中含大量苯丙酮酸而得名病因是患者肝缺乏苯丙氨酸羟化酶，使由食物摄入体内的苯丙酮酸不能正常代谢为酪氨酸，导致血清中苯丙氨酸浓度升高，可高达50-100mg/dl（正常参考值为1-3mg/dl）。大量的苯丙氨酸使旁路代谢活跃，经苯丙氨酸转氨酶作用生成苯丙酮酸。
苯丙氨酸羟化酶是在肝细胞中合成的，即在肝细胞中专一表达而在胎儿的绒毛细胞或羊水细胞中并不表达，给PKU的产前诊断带来了困难。
由于诊断分子生物学技术的发展，1983年胡流清等人完成了人苯丙氨酸羟化酶cDAN探针的制备。他们利用探针和Southern blot技术进行分子杂交，通过限制性片段长度多态性（restriction fragment-length polymerphism ，RFLP）分析实现了PKU的产前基因诊断。他们先用MSP-I限制性内切酶消化正常人基因组DNA，经核酸电泳后，将DNA片段转移到一张硝酸纤维膜（或尼龙膜）上，再用32p标记的人苯丙氨酸羟化酶cDNA探针杂交后，再经放射自显影技术显示正常人群有23kb和19kb两种限制性片段长度。同时他们调查了一个PKU家系，进行比较发现，同样用Msp-I内切酶消化，父母同时有23kb和19kb DNA，患儿只有19kb片段。说明在该家系中，苯丙氨酸羟化酶突变基因是与19kb片段连锁的。连锁简而言之就是指同一条染色体上的基因联合遗传的现象。因此在该家系中的第2胎，如果只出现19kb DNA片段将是患儿，而同时出现23kb和19kb DNA片段或只出现23kb DNA片段的都是正常个体，而且只出现23kb DNA片段者不携带突变基因，不是突变基因的携带者。正常人出现19kb仅代表蛋白质和酶的多态。PKU家系的患儿为19kb，正常儿为23kb说明该PKU家系的基因突变与19kb连锁。（表15-2）
表15-2 人苯丙氨酸羧化酶基因核酸电泳与cDNA探针杂交自显影
正常人多态 PKU家系 父 母 患儿 正常胚胎 23kb - - - - - 19kb - - - -1986年胡流清等进一步证明苯丙氨酸羧化酶的表达异
