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《基因中的人类简史》第十四章 过去的,不见得会让人好受:DNA、历史和健康

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即便你拒绝从遗传法则中吸取教训,它们依旧放之四海而皆准。

——艾利森·普洛登

杰夫·卡罗尔16岁高中辍学,20岁参军,并被派往欧洲。他在德国服役一年以后第一次回家过圣诞节,父亲告诉他,从症状上看,他母亲辛迪·卡罗尔好像得了亨廷顿病——一种杰夫从没听说过的病。亨廷顿病是最残酷的诊断结果,因为得了这种病的人不但会慢慢失去控制身体的能力,还会失去记忆和思考能力。他们可能还会性情大变,经常攻击自己的亲人。这种衰退是缓慢而不可逆的,在生命的进程中逐渐显现。虽然辛迪·卡罗尔在40多岁时,身体就开始出现不自觉的抽动,还忘记了一个她最要好的朋友的名字,但是在此之后她又活了很多年。

在父亲告诉杰夫诊断结果以后,他回到了军队,后来报名学习了一门军队的生物学课程。复员以后,他读完了生物学专业的大学本科,又开始在一个专门研究亨廷顿病的实验室攻读博士学位。在此期间他结婚了,就在母亲离世的那年,妻子生了一对双胞胎。

在那段时间,辛迪·卡罗尔的身体经常会因为难以控制的抽搐和扭动(这种症状叫作舞蹈病,是亨廷顿病的典型症状)受到极大的影响,以至于她所在的疗养院只能将她放在地板的垫子上,以防她摔伤自己。在她去世的那天晚上,杰夫把还是婴儿的小儿子带了过来,小心地放在她脖子的弯曲处。辛迪已经有好多年认不出自己的儿子了,可是就在婴儿依偎在她身上的时候,她短暂地安静了下来,显得很安详。这种缓解虽然只持续了一分钟,可对杰夫来说感觉像过了几个小时。

母亲去世后,杰夫告诉一位记者,这种病最糟糕的地方并不在于它是不治之症,而是“它毁掉了你的性格,把你变成了一个让家人害怕的东西”。然而,这一切还没有结束。亨廷顿病是有遗传性的,当人们谈起命运、遗传,以及预知自己如何死去是否明智的时候,他们经常会想到亨廷顿病。辛迪·卡罗尔是在2006年去世的,也就是她的母亲因为亨廷顿病去世6年之后。当辛迪第一次被确诊为亨廷顿病时,杰夫和他的兄弟姐妹得知,由于亨廷顿病变异作用的方式,他们自己有50%的可能性得这种病。

1993年,研究人员确定了引起这种疾病的基因变异。这一发现极大增加了找到治疗方法的可能性,而且还促进了测试方法(测定一个人将来是否会患上这种病)的发展。在这样的测试方法出现以前,亨廷顿病患者的孩子们只能眼睁睁地看着家人遭受病痛的折磨,并且忐忑不安地等着看自己是否会出现症状,掉东西的时候也要问一下自己是因为笨拙,还是因为出现了亨廷顿病的症状。现在,这种检测方式给出了残酷的确定性:如果接受检测的人具有这种基因变异,那么他们就会得亨廷顿病。然而,能够接受这项检测的人当中,有80%都不愿接受检测。

杰夫一直想接受检测,但是直到2003年他才开始接受检测。2003年7月31日,他和妻子去拜访了一位医生,以便领取检测结果。那位医生告诉杰夫,他的基因变异呈阳性。

在中世纪的文献中就有了类似亨廷顿病症状的描述记载。在16世纪,亨廷顿病患者不能自控的抽搐,以及突然的、环状的、持续的动作,最先是作为一种舞蹈记载下来的。后来,观察者对这种病的认识越来越清楚,到了19世纪,终于把一个人身上的病痛与他的父母一方类似的病症联系了起来。1872年,一位名叫乔治·亨廷顿的年轻医生第一次清楚地描述了这种疾病的遗传性和逐渐恶化的特性,患者一般在他们30多岁时开始发病。这位医生还写道:“如果一个人40多岁的时候没有出现症状,那他就几乎不会得这种病了。”

又过了大约200年,亨廷顿病的研究被一位名叫南希·韦克斯勒的神经心理学家永远地改写了。南希·韦克斯勒,时年33岁,在纽约工作,她的母亲在1968年被诊断为亨廷顿病。韦克斯勒写道:“就好像有一个发疯的木偶操纵者在控制着她的身体。“1979年,韦克斯勒来到委内瑞拉的马拉开波湖,拜访世上最大的亨廷顿病家族。自20世纪50年代以来,住在这片宽阔而古老湖泊附近城镇的居民,因为高达十分之一的亨廷顿病发病率而在医学文献中为世人熟知,当地人把这种病叫作elmal,意思是“坏事”。

韦克斯勒建立了美国-委内瑞拉合作研究项目。几十年来,她每年都要到这个地区访问,研究宗谱,采集血样。她计算出居住在马拉开波湖畔的村民,在十代人中出现了18000多个亨廷顿病患者。对于亨廷顿病何时开始出现在马拉开波湖畔、由谁带来的问题,流传着几个版本的故事。有人说最初患上这种病的是19世纪初一个名叫玛利亚·康色普申的女人的子女。康色普申生了10个孩子,据说是孩子的父亲把基因变体传给了他们。家谱研究人员在康色普申的家谱中发现了很多亨廷顿病例。还有一个可能是杜撰的故事,来源于一位20世纪50年代给当地村民诊断亨廷顿病的医生,他说当地村民告诉他,在1862年到1877年之间的某一年,有一位航船上的牧师安东尼奥·胡斯托·多利亚下了船,决定在湖畔安家。他娶妻生子,后来,人们看见他“走路动作很奇怪,就像跳舞一样”。目前,这个地方有1000个亨廷顿病患者,大约有5000人携带有致病的变异基因。韦克斯勒在2010年来到此地拜访的时候,遇到了一个大家庭,父母和14个孩子当中的10个都是亨廷顿病患者。

1983年,当韦克斯勒团队发现了一个与亨廷顿病密切关联的基因标记时,他们离发现致病基因更近了。1993年,他们终于发现了决定亨廷顿病的亨廷廷基因(Huntingtin)和致病的变异。因为亨廷顿病的变异基因是显性的,所以只要你从父母中的一方遗传到一个变异基因拷贝就会患上亨廷顿病。亨廷顿病的界线是很清楚的——要么你会得,要么你不会得——奇怪的是,亨廷顿病的基因基础却没那么确定。亨廷廷基因包含了重复的CAG碱基序列。在正常的亨廷廷基因拷贝中,CAG的序列大约会重复17次,而且它的重复多到26次也不会有什么明显的后果。但是,如果CAG序列重复40次以上,这个基因的携带者就会患上亨廷顿病。杰夫·卡罗尔的检测结果显示,他的CAG序列重复了42次。

尽管40次重复是绝对明确的界线,但是CAG重复还有一个奇特的附加效果,圈内人士把它叫作“灰色区域”:如果你有35至39个CAG重复,你就会得这种病,但是不会在你70岁之前发作。

如果你有26至34个重复,你自己不会得亨廷顿病,但是有可能发生一种小概率事件——如果你遗传下去的基因进一步发生变异,你的孩子可能会得上这种病。卡罗尔解释说,尽管亨廷顿病具有很强的遗传性,但每年新发病例中的10%却发生在没有遗传病史的家庭里。一开始,人们认为那些病例可能是收养和非婚生育的情况,但是这种说法被证明是错误的。

亨廷顿病的症状通常在患者30~50岁之间显现,但在很罕见的情况下,儿童也可能出现症状。亨廷顿病患者出现症状的年龄经常与其父母发病的年龄相近。不过还有一个倾向:如果基因变异是由父亲遗传的,发病时间可能会更早一点。韦克斯勒认为,一个人含有的CAG重复越多,那么他发病的时间就越早。有记载的亨廷廷基因CAG重复最高次数接近100次,这个变异基因的携带者是一个男孩,他两岁时就开始出现症状了。

亨廷顿病可能是我们思考生物学和个人命运最严酷的案例了,它是孟德尔式遗传疾病,也就是由单一基因导致的。

对于如何认识所有的DNA而言,亨廷顿病也带给我们深层次的反思。虽然在过去的150年中,我们在遗传学领域里逐步获得了如此多的知识,并在过去20年中取得了辉煌的成就,然而,在这个特定的遗传学“宇宙”中,“暗物质”仍然占据多数。卡罗尔评论道:“我们刚刚学会了字母,就要宣称能写莎士比亚戏剧了。其实从字母到莎士比亚巨著,还有相当长的路要走。”

现在,围绕亨廷顿病形成的科学和公民群体是一个教育水平很高的群体。亨廷顿病致病基因的发现对于亨廷顿病和整个遗传学都有着巨大的影响。亨廷顿病变异基因检测是第一次为成年后发病的遗传病提供的检测。确定亨廷廷基因的一些技术后来被运用到人类基因组测序中。

然而,尽管科学家已经深入研究到影响基因的最小分子了,但是他们还有很多重大的基本问题没有找到答案。譬如,对于携带两个变异亨廷廷基因拷贝的人身上发生的情况,科学家们感到迷惑不解。这样的病例十分罕见,除非一个患有亨廷顿病的男人与一个同样患病的女人有了孩子。这个孩子有75%的可能遗传到一个变异基因拷贝,有25%的可能遗传到两个。然而,尽管一个变异基因拷贝上的CAG重复越多发病时间就越早,携带两个变异基因拷贝的人却不会比那些携带一个的人出现更为严重的症状。

当卡罗尔讲解亨廷顿病时,有时候会给听众们展示一张黏菌的图片,因为黏菌也有一个亨廷廷基因。如果像黏菌那样简单的生物与人类都共有一个基因,那么我们就可以这样认为:黏菌和人类共同的祖先(一种生活在几亿年前的物种)也有这个基因。这也意味着黏菌和人类之间巨大的进化树上所有的生物都可能有这个基因。如果一个基因持续保留在了很多生物的基因组中,那是因为这个基因具有非常基础和重要的功能。譬如,同源基因就是所有脊椎动物所共有的基因,它控制着身体基本框架,即中间一条脊柱,从脊柱向两边突出肢体(与之形成对比的是类似水母这样的无脊椎动物)。然而,科学家并不知道亨廷廷基因对人类到底有什么用。

黏菌非常生动地演示了亨廷廷基因对它们的意义所在。当研究人员关闭黏菌的这条基因时,黏菌就生病了。不过令人惊奇的是,黏菌的亨廷廷基因和人类的亨廷廷基因竟如此相似,以至于研究人员把一个健康人类的亨廷廷基因植入一个生病的黏菌体内时,黏菌恢复了健康。

亨廷廷基因非常与众不同,这不仅因为它存在于各个物种的广度,还因为它在体内分布的范围也令人称奇。一般来讲,基因只在特定细胞内制造蛋白质,而在其他细胞中则不起作用。而且基因只在特定的时间制造蛋白质,然后就停止工作了——它们在发育成长的正常阶段开启和关闭,通常就是这个样子。相比之下,亨廷廷基因则是一种罕见的基因,它在所有机体组织内和全部生命进程中都得到了表达。根据这个基因表达制造的蛋白质也叫“亨廷廷”,在心脏、肺部的细胞中,在血液、大脑和骨骼中都能找到它。可是,科学家还不知道这种蛋白质真正有什么用。“亨廷廷基因不是超级动态的,”卡罗尔解释道,“它和其他很多基因不同,好像不会根据信号改变自身表达的级别。它就像一位管家,一直在那儿。”

卡罗尔身材高大,着装整洁体面,长着一头略带红色的金发,很有军人气质。当每次开会介绍到他的时候,主持人总是会拿他的英俊相貌开玩笑。(2012年,一位同事在欢迎他上台演讲时说,在科索沃战争期间,战争双方的妇女都劝说自己的丈夫停战,好让她们一睹卡罗尔的风采。)卡罗尔大学毕业以后有幸进入著名临床医生兼研究员迈克尔·海登的实验室工作,实验室位于温哥华。当时,海登领导的团队正在研发一种药物,以期让亨廷廷基因变异保持沉默。“亨廷顿病的基因沉默真的很有吸引力,”卡罗尔解释道,“因为它是一种孟德尔式遗传疾病,所以99.9%的亨廷顿病患者都有同样的基因变异(虽然长度不一但是位置相同)。几乎所有患者都有一个好的基因拷贝和一个坏的基因拷贝。”上文所说的药物本质上是“一小段DNA或者RNA”,可以用来关闭坏的基因拷贝。

大多数关于基因沉默和亨廷顿病的研究,都集中在让整个亨廷廷基因保持沉默上,也就是说要让变异的和没变异的拷贝都保持沉默。卡罗尔解释说,虽然这个目标起步更容易,但无法引导研究人员走得更长远。在子宫内就把两种基因拷贝都进行基因沉默的老鼠是无法活下来的,长大一点再进行基因沉默的老鼠会活得好些。但是,目前尚不清楚这种治疗方法应用于人类的效果会怎样。

亨廷廷基因沉默的最佳方法是把目标仅仅对准变异的基因拷贝,这也是卡罗尔的工作重点。他的团队发现,在变异基因附近非编码区域,DNA中的一些碱基与变异有着密切的联系。通过把这些碱基当作变异基因的一种地址标示,研究人员就能在实验室的试验中让坏的基因拷贝保持沉默。在老鼠体内进行的变异亨廷廷基因静默试验中,有一个意想不到的结果是回弹效应:老鼠的病情不仅停止了恶化,实际上还出现了好转。“科学家把这种结果称为‘亨廷顿节’”,卡罗尔说道,这些药物可能无法终止亨廷顿病的发展,但是它们能够给予大脑“一些空间来补偿其遭受的一些损伤”。

卡罗尔在药物研制中投入了长期艰苦的努力,但是当药物进入实验阶段时,他并没有被那些小心翼翼、缓慢枯燥的安全试验鼓舞。“我不再自以为是了,”他解释道,“治疗的进展让你感觉自己很渺小,你意识到自己并没有那么重要。这是一个团队的努力,我不一定要成为获得最终胜利的那个人。我可以决定自己的一生如何度过。”

如今,卡罗尔致力于亨廷顿病和新陈代谢方面的研究,因为他被那些“未解之谜”深深地吸引。譬如,虽然亨廷廷基因在身体各处都获得了表达,但是它表达最多的部位并不是病发过程中损伤最严重的部位。大多数研究检测的是亨廷廷基因对于大脑的影响(因为大脑退化是那么明显和剧烈),然而卡罗尔却对肝脏、胰脏和其他组织因为变异基因发生的变化很感兴趣。他说:“如果你得了肝硬化,你的神经系统就会出现很大的症状。”这些病例中的神经影像在某些方面很像亨廷顿病人的神经影像。“因此,脑部疾病不见得就是大脑退化造成的,外围器官的异常也可能导致大脑功能异常。”

卡罗尔还研究了亨廷顿病与食物的关系问题。“看护人员和护理人员都知道,亨廷顿病人的食量非常大。”卡罗尔说道。有些患者每天要摄入5000卡路里才能维持体重。“他们食欲惊人,但仍在逐渐消瘦。”他说。很多病人是饿死的,卡罗尔解释道,但“没人知道为什么会这样”。

卡罗尔还和亨廷顿病临床医师埃德·怀尔德开通了一个名为HDBuzz的网站。他们深感忧虑,是因为媒体上那些有关亨廷顿病的假信息和炒作;他们也深受触动,虽然说患者的家人非常需要关于亨廷顿病的最新研究信息,但其实亨廷顿病的研究人员也急需患者的家人帮助他们开展研究。这个网站帮助二者沟通联系。

当卡罗尔发现自己携带亨廷廷基因变异时,他下定决心永远不要孩子,他不想冒这样的风险——把变异基因遗传给后代。但到了21世纪初的那几年,当科学家找到了一种方法,可以确保亨廷廷基因变异携带者的孩子绝对不会遗传上变异基因拷贝时,卡罗尔改变了主意。实际上,有两种方法被研发出来。医生可以在孕妇妊娠早期检测胎儿,如果发现胎儿携带变异基因,则马上中止妊娠;还可以在胚胎植入前进行基因诊断。医生使用一对夫妇或者捐献者的卵子和精子,就可以创造胚胎并检测它是否携带变异基因,然后利用体外受精技术把一个不携带变异基因的胚胎植入体内。杰夫·卡罗尔和妻子梅甘就属于第一代使用第二种方法的夫妇。经过一次尝试,他们就怀上了不携带亨廷廷基因变异的异卵双胞胎。

在此之前,大多数人在成家时并不知道自己患有亨廷顿病。他们经常是在显现出症状之前(甚至在他们的父母显现出症状之前)就有了孩子。还有很多情况下,人们把得病的事情当成一个秘密来保守,更愿意隐藏诊断结果或是闭口不谈。有时候,这些症状被认为是由酗酒等其他原因引起的。

尽管有了检测手段,但在亨廷顿病的高危人群中起码有一半人仍然没有使用这些最新的技术就有了孩子。甚至有些人接受了亨廷顿病的产前检测,却仍然非常不愿意去了解自己的状况。尝试在胚胎植入前就进行基因诊断的夫妇,甚至可能怀上孩子也不去看看自己是否携带有变异基因。

在家庭和亨廷顿病群体中,决定是否查明一个人的基因状况是个非常容易引起矛盾和让人痛苦的问题,然而,自欺欺人是一种危险的,尤其是当其他人受到同样的基因或者同样的信息影响时更是如此。在一个有亨廷顿病病史的家族里,有一位年轻的女士想去接受检测,但她的母亲却阻止她这样做,因为母亲不想知道自己是否带有变异基因。女儿最终没有理会母亲的劝阻,接受了检测,结果显示她携带有变异基因。

让这种变异基因保持沉默,不仅能够终止亨廷顿病,也能消除所有围绕信息公开的争论。但是在此之前,争论将会异常激烈。很多未接受检测的亨廷顿病高危人群担心,如果他们的检测结果呈阳性,雇主就可能知道其健康状况,更糟糕的情况是保险公司也将知晓。尽管各类组织都在呼吁防止基因歧视,但是还不清楚政策将如何推进,因为这门科学变化太快(更多有关保险的问题,详见“后记”)。不过一般来讲,高危人群对于照顾患病家庭成员感到身心疲惫,对于自己将来也可能得病深感焦虑。人们收到正式诊断之前的那段时间是自杀的高发期。即便是检测结果呈阴性的人,也可能被幸存者的内疚心理困扰。对大多数人来说,想象着自己没有变异基因,要好过为了知道自己没有而去承担查出自己携带变异基因的风险。

卡罗尔属于少数接受检测的人。“有些人就是一定要知道。”他解释道。卡罗尔甚至属于更小的群体:有患病危险的科学家,还把自己的职业生涯投入到了变异基因的研究之中。他认为自己能够在严重症状开始显现之前干到49岁。在此期间,他还有工作要做。

亨廷顿病可能是典型的孟德尔式遗传疾病病例,但并不是所有单一基因遗传疾病都是一样的。其实,单一基因影响人体健康的方式是多种多样的,一次基因检测改变人生轨迹的情况也是不一而足的。

撒玛利亚人住在以色列霍隆镇和约旦河西岸基利心山科雅特卢扎村,信仰古老的宗教派别,具有世界上最高的近亲结婚率。

在罗马统治时期,这里生活着150万撒玛利亚人。根据他们自己的历史记载,撒玛利亚人是约瑟夫儿子们的后代,大约公元前1000年居住在所罗门时代以色列的北方王国。在公元前8世纪初,亚述人入侵了这个王国,流放了很多当地居民,自己取而代之。然而不知是什么原因,撒玛利亚人得以留存了下来。当以色列人从流放地返回故里的时候,将撒玛利亚人驱逐出了以色列部族,因为撒玛利亚人采纳了一些亚述人的习俗。据一位研究这一群体的遗传学家马库斯·菲尔德曼说,即便是在今天,撒玛利亚人也不会被认作是犹太人。但是菲尔德曼实验室开展的研究证明,犹太人和撒玛利亚人的祖先非常接近,他说:“撒玛利亚人的基因组毕竟与其他犹太人的基因组非常接近。”

在亚述人入侵后的几百年里,一个接一个的浩劫降临到撒玛利亚人头上。在接连遭受罗马人、穆斯林和奥斯曼人的进攻后,撒玛利亚人口持续减少。到1917年的时候,撒玛利亚人只剩下不到150人了。在此之后,这一群体从极端的瓶颈状态中逐渐得到恢复。到2009年的时候,大约有750个撒玛利亚人了。

人口增长如此缓慢的原因之一,是他们属于某些遗传病的高危群体。在20世纪的大部分时间里,撒玛利亚人的流产、死胎、严重残障(如耳聋、智力障碍或无法行走)以及退行性疾病导致婴儿死亡的发生率相对较高。这些问题部分是因为撒玛利亚人承诺只与本族通婚。近亲结婚增加了罹患遗传疾病的危险,因为如果在一个更大的家族群体中存在隐性基因的变异,当父母都来自这一家族时,两个人同时携带这种隐性基因变异的可能性就会降低。可是撒玛利亚人选择配偶的偏好是独一无二的,他们不仅在更大的家族中通婚,而且还在同姓家族中通婚。整个撒玛利亚人群体只有四个姓氏,这大大缩小了他们的基因库。