罕见疾病研究现状及展望

韩金祥 崔亚洲 周小艳

山东省医药生物技术研究中心，卫生部生物技术药物重点实验室，山东省罕少见病重点实验室，山东省医学科学院，济南 250062

1. 罕见疾病的定义

目前,不同国家和地区对罕见疾病(Rare Diseases 简称RD)的认定标准存在一定的差异。WHO将罕见疾病定义为患病人数占总人口的比例在0.65‰～1‰之间的疾病或病变。美国规定RD是指患病人数少于20万人(约占总人口的0.65‰)或高于20万人但药物研制和生产无商业回报的疾病；日本则规定，RD为患病人数少于5万人(约占总人口的0.4‰)的疾病；澳大利亚规定，RD是指患病人数少于2000人(约占总人口的<0.1‰)的疾病；欧盟规定，RD是指患病率低于0.5‰并且是危及生命或长期困扰健康的疾病[1]。我国目前由于未对罕见病进行界定。但根据WHO定义的罕见疾病发生率及其他国家罕见疾病的人数估算，我国RD患病人数应在千万以上。

2. RD病谱及分布

目前WHO已公布的RD有5000–6000种，约占人类疾病的10%。美国NIH建立的ORDR（office of Rare Diseases Research）的数据库中包含6800多种RD，欧盟的orphnet数据库公布了5781种RD，其中1500多种RD在欧洲的患病率已有统计数字报导。每周大约在医学文献上出现5种新的RD报导。据统计，80%的RD为罕见性遗传病，还包含有部分的传染病、自身免疫病等。多数罕见性遗传病为单个基因突变导致，其中有2000多种罕见疾病已找到了致病基因。

如果仅考虑单一病种，罕见疾病患者数量很少，但罕见疾病患者总量十分巨大，据统计，欧盟的罕见疾病患者占欧盟27个国家总人口的6%，而美国的罕见疾病患者占到总人口的8%~12%。

我国RD疾病种类与受累人群数据未见报道。

此外，RD还具有时间、区域性特点，例如艾滋病，多年前属于极罕见病，逐渐发展为罕见病，目前在特定人群中已成为常见病。一种遗传或病毒性疾病在某一区域内可能是RD，而在另一地区就表现为常见病。例如麻风病在法国是RD，而在中非却是常见病。地中海贫血症，是一种遗传性的贫血疾病，在北欧极为罕见，而在地中海地区却很常见。“家族性地中海热”在法国为RD，而在亚美尼亚却为常见病。

3.RD的基础研究概况

目前RD的基础研究不仅在促进罕见病诊断、治疗、预防方面起到很重要的作用，而且，可帮助我们了解一些具有相似症状的RD、甚至复杂疾病的病理机制，了解机体正常状态下的基因功能。

例如在进行性肌肉骨化症（Fibrodysplasia Ossificans Progressiva，FOP）[2]中发现的突变基因ACVR1同时也是其他具有异位骨化症状的疾病的相关基因，所以其可作为这类疾病的治疗靶点。另外，对该疾病的研究发现BMP信号通路在软骨内骨化中具有重要作用，这也为骨与软骨修复的组织工程技术的发展提供了较好的参考依据。

2010年美国耶鲁大学一个研究小组[3]发现几种不同的大脑发育异常病症（小头畸形，脑裂畸形、巨脑回畸形和多小脑回畸形等）是由同一个单基因突变（WDR62）引起，其研究结果表明WDR62基因是人类大脑皮质发育所必须的。复合性结节性硬化病（Tuberous sclerosis complex，TSC)[4]是一种罕见的常染色体显性遗传疾病，由TSC1和 TSC2突变引起,突变后的基因失去了抑制MTOR通路的功能，导致MTOR通路被过度激活，而引发了全身各器官具有良性肿瘤生长的病变。与此相似，在很多常见癌症（如：大肠癌、乳腺癌、肺癌等）也存在该通路过度激活的情况，所以复合性结节性硬化病也可作为其他恶性肿瘤的治疗模型。SLC26A3是先天性失氯性腹泻[5]（congenital chloride diarrhoea）的致病基因，而在一个肾病患儿中的基因组中也发现有该基因的突变，该患儿也确实有腹泻的症状。Cockayne综合症、着色性干皮症（xeroderma pigmentosum，X P)、毛发低硫营养不良（trichothiodystrophy，TTD)三种罕见疾病之间的突变基因存在交叉，一个基因突变可导致两种或三种罕见病，而一种罕见病可包括几个基因的突变，并且这些基因都与DNA修复有关，说明这些基因的产物在DNA的修复中有交互作用，可能引导我们发现细胞活动的新的分子机制[6]。X连锁伴性淋巴增殖病（X-linked lymphoproliferative disease，XLP)由SAP（signaling lymphocyte activation molecule-associated protein)基因突变所致，2006年上海交通大学的一个研究小组[7]发现该基因产物可与PIX（PAK-interacting exchange factor）相互作用介导T细胞的激活。

鉴于基础研究必需具有充分标本资源，所以，患者团体在RD的基础研究中有举足轻重的地位，如美国罕见疾病组织（The National Organization for Rare Disorders ，NORD）曾动员各成员加入到临床试验中来，FOP患者团体还对该疾病的基础研究进行过资助[8]。有科学家[5]提出“基因组学正向罕见病领域转移，罕见遗传性疾病的基础研究是我们了解常见病的基础”。

4.RD的基础研究方法

由于RD80%为遗传病，所以研究RD的病因大都从致病基因的挖掘入手。对于遗传方式为明显的孟德尔遗传且具有较高外显率的疾病用连锁分析（linkage analysis）和纯合子定位（homozygosity mapping）的方法可找到致病基因。但对于极罕见或是已知患者数量较少的情况下，过去没有较好的研究方法，但现在可用用大规模平行测序法（Massively parallel sequencing）。例如，2009年Ng等[9]利用该方法在4个不相关的FSS（Freeman–Sheldon syndrome)患者中验证了其致病基因为MYH3。该策略又相继在Schinzel–Giedion综合症[10]和Kabuki 综合症[11]中得到应用。

自2009年华盛顿大学的研究小组利用外显子组测序（whole-exome sequencing）定位了米勒综合征的疾病基因以来，外显子测序先后在Joubert综合征、大脑发育异常病症等罕见疾病的基因定位上得到了广泛的应用，研究结果均发表在《Nature》等高端杂志上。虽然外显子只占基因组的1%，但在这1%的基因组中，发现了超过85%的突变都能导致孟德尔疾病。相对于全基因组测序，外显子测序不但在成本上有所降低,而且适用于家系样本少，表型不能反映遗传类型的罕见疾病。

但对于一些样本量极少的疾病可通过剖析细胞功能的变化而找到致病基因。其中，永生化细胞系的建立在其中起到重要作用。

5.RD的基础研究成果向临床应用的转化

5.1 诊断 目前，RD的诊断是困扰医师和患者的主要问题。很多医师的RD知识匮乏，对患者的症状不了解，常常出现误诊，导致患者错过最佳治疗时间。据美国NCOD(National Commission on Orphan Diseases)报道，15%的罕见病患者要花费平均五年的时间才能得到正确的诊断。根据文献报道，罕见病患者大多通过互联网自我初步诊断，而后再做生理检查以证实，有学者形象的称“Doctor Google”[12]。

近年来，随着基础研究在RD领域的快速发展，部分RD的病理机制得到揭示，生物化学、酶学、分子生物学、细胞遗传学等诊断检测方法也相继出现。例如2,4-二硝基苯肼试验、硝普盐实验可用于诊断苯丙酮尿症，甲苯胺蓝试验可用于诊断粘多糖病，FISH技术可用于染色体缺失疾病的诊断等。

由于大多数罕见病为遗传病，其发病机制也尚未搞清，所以，基因检测是最有潜力的一种罕见病诊断方法，基因检测技术不但能够验证疾病的临床诊断，提供给病人准确的遗传咨询服务，还能够用于致病基因携带者的检测和产前诊断。在过去的十年中，随着人基因组计划的完成，罕见遗传疾病的致病基因挖掘速度不断加快，但这些发现向临床应用的转化却相对滞后。

多数基因诊断中心认为RD的基因诊断不但成本高，也无利可图，所以他们不会考虑涉足该领域。为此，美国ORDR设立CETT(Collaboration Education and Test Translation)计划，资助罕见疾病基因诊断实验室的建立。欧盟的orphnet网站公布了欧盟15个成员国的RD诊疗机构和分子诊断实验室。芝加哥大学与GeneDX公司的合作[13]提示我们基础研究实验室与分子诊断实验室之间的密切合作是解决上述问题的有效途径，他们的主要理念是从样本采集到储存都在分子诊断试验室进行，可分少量样本到基础研究室，待得出研究结果后，分子诊断实验室再进一步有偿验证试验结果，这样不但能够保证科学研究的进行，满足患者基因诊断的需要，还能够达到盈利机构的目的。

基因检测不但能够帮助医师进行诊断，还能够通过检测结果的共享来吸引更多的研究者参与到该领域中来，例如可进行基因型与表型关系。

5.2 RD药物（孤儿药）研发 澳大利亚、美国、新加坡、日本、欧盟、我国台湾省等分别于1977年、1983年、1991年、1993年、2000年颁布《罕见病药物法》，立法主要通过设立市场排他期限，减免临床试验费用税收，激励药品生产企业研发生产孤儿药，保证孤儿药研发生产企业的利润。立法以来，美国、欧盟分别上市孤儿药物300多种和50多种，批准孤儿药物研发方案2000多项和600多项。孤儿药的应用使RD患者的生存质量得到了极大地改善。2009年Harald等[1]统计研究显示RD研究向药物研发转化的成功率决定于疾病种类、科学研究产出量（论文发表数量）及疾病的患病率三个条件。统计显示，对于患病率相对较低的RD种类，相应的基础研究较少，也导致罕有针对这类疾病的孤儿药的研发。根据美国OOPD（Office of Orphan Products Development）公布的资助情况，目前在美国开发的和正在开发的孤儿药物集中于罕见肿瘤（24%）及罕见代谢性疾病（14%）[14]，这与疾病的患病率有关。所以，在《罕见病药物法》中应增加针对特定疾病的激励措施，而不是仅仅针对普遍意义上的“罕见病”。在这些孤儿药中，大多都是通过化合物的筛选而得到，通过生物技术手段设计靶向药物的极少。

5.3 RD治疗方法 除了药物治疗，其他用于RD 的主要治疗方式为造血干细胞移植（hematopoietic stem cell transplantation，HCT）、酶替代疗法(Enzyme replacement therapy)和基因治疗（Gene therapy）。其中，原发性的免疫缺陷疾病的治疗报导较多，来自美国和英国的十几位科学家及医师对其诊断、治疗给出了专业的指导方案，并强调了造血干细胞移植在治疗中的重要性[15]。

遗传病存在表型异质性，所以在选择基因治疗策略之前，应明确3个基本参数：基因突变是否导致功能获得或缺陷；基因产物的功能是否影响到了细胞的存活和生长；该基因是否有组织特异性。基因治疗策略大体可归为四种：第一，添加与突变基因相对应的正常基因，这种策略最适用于功能缺失突变；第二，修饰信使RNA，避免突变会带来的后果，这种策略在突变外显子可有可无的情况下适用；第三，抑制突变基因的表达。这种策略有益于抑制功能获得蛋白的表达或抑制隐藏的剪接位点，从而抑制异常的有害的剪接产物的生成。这种策略中以干扰RNA最具代表性；第四，基因修复是一种扭转基因突变的巧妙方法，用一种嵌合蛋白（包括DNA序列特异结合结构域和一种核酸内切酶），诱导DNA位点特异的双链切割。同时将野生型序列导入细胞内，作为同源重组修复的底物。锌指蛋白与FOK1核酶的复合物已经在细胞水平上成功用于X连锁的重症联合免疫缺陷病（X-linked severe combined immunodeficiency，SCID-X1）致病基因IL2RG的修复[16]。

6.我国RD的研究现状及展望

我国的RD研究起步并不太晚，上世纪八十年代，林贵、王成林等即关注并从事相关的研究，并创办《罕少见疾病杂志》，1999年，王成林等编著的《罕少见病的诊断与治疗》是我国的第一本RD专著。但相对于欧美等发达国家，我国的罕见疾病研究和医疗情况一直未受到政府和社会的重视和关注。

近年来，我国学者利用我国的RD标本资源在开展RD的基因定位上取得了一些成就。2006年Li等[17]利用罕见的我国屈侧网状色素异常（reticulate pigmented anomaly of the flexures）疾病的家系标本对该疾病的致病基因进行了定位。2010年wang等利用163个中国汉族死产或流产的神经管畸形胎儿研究发现VANGL2的基因突变可导致胎儿致死性的神经管畸形，为系统研究人类神经管畸形发生的分子机制奠定了基础，该研究成果发表在世界著名的《新英格兰杂志》上。但是，总体来讲，我国对RD的研究主要集中在寻找已报导突变基因的新的突变位点上，甚至，对大多数罕见疾病来讲，仅限于病例的个案报道或零星的研究报道，有限的相关实验室因经费、人才等条件的限制举步维艰，少有成果呈现，我国的RD资源没有得到有效的利用。至今我国仍无自主研制的RD药物上市，甚至连RD的概念尚未官方定义。

近几年，随着我国经济社会的发展，特别是中央政府对民生的高度重视，RD问题越来越受到从政府到民众的关注。全国人大代表、政协委员孙兆奇、李定国等多次在全国两会上提议案，学者王静波、孙兆奇等分别在世界著名的综合性医学杂志《柳叶刀》发表述评，呼吁社会关注RD，制定我国《罕见疾病防治法》，促进罕见病患者获得可持续的医疗保障。2009年，我国《新药注册特殊审批管理规定》颁布实施，将RD用药的审批列入特殊审批范围；2010年5月，上海市政协召开“建立罕见遗传病基本医疗保障机制”专题讨论会；2010年10月，我国首家省级罕见病协会组织即“山东省罕见病防治协会”成立，山东省政府还同时建设成立“山东省罕见疾病重点实验室”。标志着我国RD研究进入一个崭新的时期。但是，由于我国罕见病防治领域底子薄弱、欠账甚多，罕见病的防治任务任重道远。我们认为当务之急应开展如下工作：

（1）呼吁政府尽快立法 罕见病患者是典型的弱势群体，罕见病家庭是典型的贫困家庭，罕见病防治是典型的民生问题。目前,因无法可依，我国对罕见病尚无官方定义，防治工作既无条件也很难开展。根据世界卫生组织的定义及其他国家的数据推算中国有罕见病患者 千万以上。我国RD的治疗和药物研究目前处于困境之中，罕见病的治疗药物几乎全部为国外进口。只有立法后，在国家层面上开展有效的防治工作，罕见病的防治才可能取得更好的效果。

（2）开展RD全国病谱及分布调查，摸清我国RD的发病情况及规律 近几年来，我国的某些机构已经开始着手某些罕见病的流行病学分析。例如，2002年中国建立国家克雅氏病（Creutzfeldt-Jakob disease，CJD)监督系统，并且2008年，中国疾病预防控制中心等几家研究机构以该系统为基础对2006~2007年间中国的CJD患者做了流行病学及临床症状分析[18]。2009年Guo等[19]对鼻咽腺癌（nasopharyngeal adenocarcinoma）做过一项回顾性研究。黄韧带骨化（ossification of the ligamentum flavum，OLF)过去被认为是一种罕见病，但是Guo等[20]对随机抽取的1736名中国南方人进行X线筛查发现OLF在中国并非罕见病。但是，相对于我国庞大的罕见疾病群体，现有的罕见疾病的统计数据十分有限。由此，建议建立全国性的管理机构、学术组织和协作网，确定我国罕见病的种类，逐步建立全国性罕见病上报制度，这是推动立法的重要依据。

（3）在国家层面上大力开展RD学术研究 一方面，目前当务之急是找到好的诊断方法、治疗方法，减轻病人及其家庭的痛苦。罕见疾病的基础研究是了解疾病机制、改善诊断技术、发展新的治疗措施的主要途径。随着基因组学的快速发展及其向罕见疾病领域的倾斜，已有很多罕见疾病的致病基因被挖掘，并且某些研究成果已经成功地用于临床辅助诊断或治疗，为罕见病患者改善生活质量甚至恢复正常人生活创造了新的机会。遗憾的是，这些基础研究成果向临床应用的转化显著滞后，其中一个重要原因是患者不集中，二因为患者资源较少，很难开展临床试验或进行详细的病理机制研究，导致不易得到药物靶点。所以，建立全国甚至全球的罕见疾病网络至关重要。鉴于我国罕见病资源相对丰厚，建议尽快建立我国的罕见病资源库，为RD致病机制的研究提供条件，为我国在不久将来在RD研究领域走在世界前列奠定基础。

不仅如此，罕见病的研究也为复杂常见疾病的研究找到了切入点，虽然在其被作为复杂疾病的模型方面还存在争论[21]，但其在了解复杂疾病的病理机制中的确有重要作用，未来应该通过更深入的基础医学研究，将罕见病与常见病联系起来，不断地揭示疾病和生命的本质[22]。

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