DNA测试：追查病因的利器

多年来，科学家们一直通过DNA测序来识别病原体。直到现在，要获取对于生命危在旦夕的急诊患者有用的信息，这些程序总是显得过于繁琐。

众所周知，诊断是医疗中的关键步骤，但也可能是最困难的一步。医生们通常需要大致猜测一下造成某一医疗问题的最可能原因，然后进行各种单个测试，试试看其中哪个才是正确的诊断。这种猜测类似猜谜游戏，会浪费治疗病人的宝贵时间。而某些疾病的病因，如脑炎，很难诊断，以致到了最后医生们往往还是找不到答案。

今年6月初，权威的《新英格兰医学杂志》报道了一个成功运用DNA测试追查病因的病例，它标志着诊断科学的一个重大进步。

去年7月，14岁的乔舒亚·奥斯本躺在美国威斯康星州的美国家庭儿童医院里，昏迷不醒。几个星期以来，他一直脑部水肿，医生们已经进行了一连串的检测，均未能找到病因。

于是，医生告诉他的父母克拉克和朱莉，他们想要使用一种实验性的新技术再进行一个测试：科学家们将在乔舒亚的脑脊液中搜索DNA片段，期望能从中找到引起乔舒亚发生脑炎的病原体DNA片段。

乔舒亚的父母同意了，但他们对这个测试能否成功抱有很大疑虑，毕竟之前进行的那么多检测都失败了。然而，首次尝试此类程序，美国加州大学旧金山分校的研究人员就成功地在48小时内查明了乔舒亚的病因。原来，他感染了一种鲜为人知的细菌。在识别出细菌的庐山真面目之后，短短几天之内，它们就被清除得干干净净。乔舒亚就此痊愈，现在他就像正常的孩子一样与父母欢聚一堂。

十年的研究终于结出硕果

在脑炎病例中，“约有60%我们都无法作出诊断。”主持这一测试的科学家之一，加州大学旧金山分校的神经学家迈克尔·R·威尔逊博士说，“看到有人状况糟糕真令人难过，但更令人沮丧的是，我们甚至无法告诉家长，孩子到底出了什么问题。”

在过去的10年中，该大学的研究人员一直致力于研究根据病原体的DNA来对它们加以识别的方法。2003年，这所大学的生物化学家约瑟夫·德里西博士使用名为“微阵列”的基因芯片识别出了引起SARS的冠状病毒，赢得了广泛的关注。

研究人员们所采用的最新方法名为“无偏倚下一代测序”。要识别病原体，研究人员需要从患者样本（如血液、脑脊液或粪便等）中提取出每一小片DNA。然后，他们对这些基因片段进行筛选，找出属于病原体的那些片段。

现已证明，该技术对于调查神秘疾病的爆发很有价值，许多科学家已经开始寄期望于将它应用于单个患者感染的诊断。医生将不再需要针对一种可疑的病原体进行测试，相反，他只需运行一个DNA测试就可以揪出罪魁祸首——不管它是病毒、细菌、真菌还是寄生虫。

“这样，一个测试就可能解决所有问题。”德里西博士在接受采访时说。但只有在能够快速完成时，这种测试才有实用价值，而对数以百万计的DNA片段进行筛选一直是一项严峻的技术挑战。搞定这种DNA的配对游戏很可能需要数周的时间。

正如该大学的病理学家、与德里西博士合作研究诊断技术的邱华彦博士所说：“麻烦在于，搞不好没等你作出诊断，你所要挽救的危重患者就已经死亡了。”

邱博士及其同事们开发了可以将DNA片段与存储于网络数据库的基因序列进行快速比对的软件。他们在今年6月的《基因组研究》杂志上发表了第二篇论文，介绍了他们的新策略。

袭击乔舒亚的病魔现形

去年7月，德里西博士和邱博士得到一个机会来测试他们的方法。他们的研究合作者之一，威斯康星大学医学院的儿科医生詹姆斯·格恩博士打来电话，请他们帮忙查明乔舒亚·奥斯本的身体究竟出了什么问题。格恩博士的团队准备好了乔舒亚的脑脊液和血清样本以供测试。德里西博士的团队在8月21日收到了这些样本，在那天入夜之前，该实验室的测序仪业已开始处理第一批DNA。

两天后，测序仪破译了存在于乔舒亚的样本中的300万个DNA片段的序列。使用邱博士的软件，研究团队把其中的人类DNA片段抛在一边，开始从浩如烟海的DNA数据库中上下求索，识别其他的基因。仅仅96分钟之后，结果就出现在电脑屏幕上。乔舒亚的脑脊液中含有一种具有潜在致命性的细菌——钩端螺旋体的DNA。钩端螺旋体虽然危险，但它很容易通过注射青霉素来治疗。

“给威斯康星打电话时我们非常兴奋。”迈克尔·R·威尔逊博士说，“不仅是因为我们找到了问题所在，还因为他们可以采取一些措施来解决它。”

当天下午，乔舒亚开始接受大剂量的青霉素治疗。他脑部的肿胀几乎立即就开始消退，在第一个测试结果出来两周后，乔舒亚已经可以下床行走。“我已经不再头痛了。”乔舒亚在接受采访时说，“这简直就像是一次重生。”

现在，邱博士正在领导一个项目，目的是开发一种基于DNA的、可诊断脑炎及其他危及生命的疾病病因的测试。同时，他们还希望它能够得到更广泛的应用，譬如作为一种对任何感染进行快速诊断的方法。“这是一个范例，它显示了这项技术已经来到了我们的身边。”德里西博士说，“这种技术可以即刻发挥作用。”

更艰巨的任务——寻找心脏病的基因线索

上面所说的利用DNA测序寻找病因，设计的是突发病例，然而，在一个不幸的家族中寻找心脏病的基因线索，就是科学家的另一个艰巨任务了。

长期以来，早期心脏病一直困扰着居住在华盛顿的里克·德尔松特罗的家族。他每次出去跑步时，都担心自己的心脏会出事。因此，他想尽一切办法，想要让自己避免这场厄运。他保持着清瘦的体型，远离红肉，摒弃香烟并进行高强度的锻炼，甚至可以完成铁人3项。

“我一直怀有这样的期望，如果只做正确的事，食用正确的食物，就可以保持健康。”德尔松特罗先生如是说。他的胆固醇和血压水平一直很低，这让他十分欣慰。

然而，当年仅47岁的姐姐被查出患有晚期心脏病后，他时年43岁，在某自助寄存公司任总裁的德尔松特罗去拜访了心脏病专家。endprint

动脉X射线检查结果揭示了他心脏的真实情况。像他的外祖父、母亲、四个兄弟和两个姐妹一样，他也患有心脏病。仅有他的一个兄弟迈克尔尚未收到心脏病的诊断。

一个家族的心脏病恐怖

德尔松特罗先生一直或多或少地否认他的家族存在心脏病问题，直到他的姐妹之一罗宾·阿什伍德发现自己患有心脏病。那是大约7年前的一个周六的上午，她正在跑步机上跑步，突然感到胳膊酸痛，就好像刚刚做完艰苦的举重锻炼似的。她马上停止了锻炼，疼痛也随之消失。

但到了那天晚些时候，在她与妹妹蒂娜·德尔松特罗一起购物时，疼痛再度袭来。德尔松特罗女士强迫姐姐去看急诊。

这家人的心脏病家族史非常可怕。他们的外祖父在35岁时遭遇了一次严重的心肌梗死。他们的母亲在55岁时开始出现重度胸痛。当她临终时，“简直像吃糖豆那样大把吃硝酸甘油药片。”德尔松特罗先生回忆道。她接受了3次心脏直视手术，69岁那年死在了手术台上。

就这样，阿什伍德女士前往附近的急诊室就诊。检查发现，她的血压有所升高，但随后的心电图检查结果正常。医生告诉她没事。但她想起她母亲的心电图也一直都很正常，最后却死于心脏病。

这并没有打消她的恐惧。她开始给心脏病专家们打电话，并提出，如果哪位医生愿意看看她的病历和家族史，她愿意支付咨询费用。那时，阿什伍德女士住在佛罗里达州的彭萨科拉市，当地的莱斯利·R·弗莱舍博士接待了她。他将一根导管从她的腹股沟处穿入，沿着血管抵达心脏，将染料注入冠状动脉，使其能够在X射线影像中显像。他发现，她存在广泛的心脏病，其中一条冠状动脉几乎完全堵塞，其他冠脉也出现了部分堵塞。“我从业已经40年。”弗莱舍博士说，“所以，我并不感到惊讶，我只是难过。”

医生在一条堵塞程度达90%的动脉中安置了支架（一种小型金属丝笼），并警告阿什伍德女士，她的兄弟姐妹都应该接受这种测试。

蒂娜·德尔松特罗率先接受了提议。她当时只有38岁，但检查表明她也患有心脏病。她的医生告诉她，将来她会发生心肌梗死：“这不是会不会发病的问题——而是将在何时发病。”

于是，里克·德尔松特罗跑去看全科医生。这名医生声称他完全可以高枕无忧。

但是，其后他的弟弟，时年37岁的彼得在拜访心脏病专家数日后接受了紧急心脏双搭桥手术。

里克动摇了，他决定也去听听心脏病专家的意见。美国马里兰州切维蔡斯市的爱德华·博度里安博士建议他先通过心脏扫描来检查是否存在动脉钙化——堵塞的一种标志。扫描显示出了潜在的问题，因此，博度里安博士对他进行了导管测试，即检出阿什伍德女士病情的同一种测试。结果令人沮丧，他的动脉也存在着堵塞。

大多数人在接受该测试后都可以很快离开医院。医生们会在受检者腹股沟插入导管处塞一个栓子来止血。但德尔松特罗先生的体脂肪过少，栓子无法固定在原位。所以，他不得不在市郊医院平躺数个小时。碰巧，这家医院与美国国立卫生研究院只有一街之隔。

正当德尔松特罗先生仰卧静待时，一个他始终不知其名的陌生人来访，并告诉他，国立卫生研究院正着手进行的一项研究“可能与你有关”。该研究由比泽克博士领导，致力于探索心脏病的新病因。

在基因中寻找罪魁祸首

于是，德尔松特罗先生和他的大家族加入了一项特别的美国国家研究项目。该项目试图利用基因测序手段，寻找除高血脂、高血压、吸烟和糖尿病等常见因素外，还有哪些因素可增加心脏病风险。该研究旨在尝试通过遗传学来解释为何某些看似健康的人也会心肌梗死发作。人们期望了解为何像德尔松特罗的家族成员具有强烈的动脉堵塞倾向，或许可以揭示在数以百万计的其他人体内，造成同样倾向的神秘力量。

“我们并不清楚有多少条途径可能导致心脏病。”这一项目的研究领导者莱斯利·比泽克博士说，“而遗传学的力量，正在于它可尝试剖析这一问题。”

研究人员早就知道，有因心脏病早逝的家族史，可将一个人心脏病早逝风险增加一倍，且该作用独立于任何其他因素。在这里，家族史的定义为父亲或兄弟在55岁之前，母亲或姐妹在65岁之前确诊患有心脏病。

目前，科学家们正在研究德尔松特罗家各成员的基因组成，从构成人类DNA的30亿化学物质序列中搜寻具有指示意义的突变或畸变。然而，直到最近为止，这样的项目基本上是竹篮打水。从漫长的DNA链条上寻觅微小的畸变既昂贵又费时，对整个家族进行这项工作根本不切实际。海量的数据分析也令人不堪重负。但近年来，研究成本已经大幅下跌，在数据分析方面也取得了进步。

研究心脏病的老办法是从基础的实验室研究开始，在动物身上对假说进行测试，开发药物，然后进行人体试验。这种方法导致人们很可能在付出了高昂代价后仍然徒劳无功。现在，研究人员希望人类遗传学能派上用场。

“我们需要了解人类中的疾病生物学。”美国国立卫生研究院前主任、赛诺菲公司全球研发部的现任总裁埃利亚斯·泽古尼博士说，“研究工具已经齐备。”

但是，最大的挑战在于搞明白如何从根本上对心脏病加以预防。这正是德尔松特罗家族的用武之地。

比泽克博士承认，他们无法保证一定能成功。他和同事们知道，德尔松特罗家族的基因突变必定十分罕见。否则，很多人都将在无明显风险因素的情况下发生早期心脏疾病。为了将研究重点始终集中于真正罕见的基因突变上，研究人员排除了德尔松特罗家族成员与至少3%的其他研究参与者共有的基因突变。比泽克博士表示，仅靠这一策略就排除了绝大多数的候选基因。

研究人员目前正在其余基因中寻找罪魁祸首，这一过程可能需要数年时间。变异也可能存在于人们知之甚少的DNA区域——这些区域本身并不是基因，但可以控制基因。对这些控制区及其功能的无知很可能使之前的工作全部白费。因此，研究人员寄期望于德尔松特罗家族的心脏病是由一个突变基因造成的。“我们的主要任务是找到这个基因。”比泽克博士说。（待续）

编辑/梅娣endprint