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基因學新知

Published in the Hong Kong Economic Journal on 7 September 2017

近年來基因學備受關注,因為大部分疾病都與基因學有關,就是人們活得健康否或能活多久,也和基因連上關係。話雖如此,就是一些簡單的遺傳病,例如地中海貧血症,是可以從基因準確地預測到下一代得遺傳病的風險。但是許多疾病單憑遺傳基因,不可能完全解釋複雜疾病(如糖尿病或思覺失調等)的「易感性」(即因為某些遺傳基因而患病的機率有多大)。

最近歐洲有一個研究,綜合了32種遺傳特徵(涉及5種常見的疾病),發現常見的遺傳基因差異只可以解釋這32種特徵遺傳率的10%。這意味複雜的疾病還不能用遺傳基因去預測個別人士的易感性,所以遺傳學在預測複雜的疾病上仍有嚴重的限制。

新發現:基因甲基化

近年來基於一門新的學問──「表觀性遺傳學」,國際人類表觀遺傳聯盟於2010年成立。科學家循這門學問研究,發現去氧核糖核酸的甲基化(DNA Methylation)是一種能夠影響複雜疾病易感性的因素,DNA甲基化隨着年紀會減少,DNA甲基化亦可受到隨機、環境或遺傳影響的。百歲老人與年輕人相比,老人一般逐漸減少甲基化DNA(表觀遺傳時鐘),但在某些特定地點仍然增加。又某些環境因素如吸煙,可以促使一些DNA的甲基化;初生的猴子如果和媽媽分離,卻會促使另外一些DNA的甲基化。DNA甲基化亦是決定我們身體每一器官擁有不同基因表達的一種重要原因。雖然猩猩和人們的基因很不同(人類有23對染色體;猩猩有24對染色體),但是猩猩的肌肉基因和人的肌肉基因表達的種類非常相似;相比之下,我們自己血液與肌肉的不同種類基因表達差異更大。

另外一個現象是表觀遺傳漂移。科學家研究孖生兒脂肪甲基化的相關情況,分別用同卵孖生兒(即100%相同基因)及異卵孖生兒(即50%相同基因)的基因甲基化,發現共享環境可影響30%的表型差異,37%可歸因於遺傳因素這些基因的功能和新陳代謝疾病(包括糖尿病)有顯著的相關,例如這些基因可以影響胰島素訊號通路。DNA甲基化可能令染色體難以被調控蛋白使用,從而影響DNA基因的轉錄及表達,甚至同卵孖生兒高齡時表觀基因組之間逐漸不一致。基因甲基化會縮減調控蛋白的調控區域,對身體健康有非常大的妨礙。

DNA甲基化的實驗是非常具挑戰性的,例如我們想研究胰島素的反應,應該用胰臟的細胞作為研究胰臟基因的表達。但是抽取胰臟細胞比較困難,而抽取血液或脂肪通常是比較容易的。因此科學家每每借助血液或脂肪間接地研究胰臟。由此可見,我們並非完全可以得到身體的整個資料數據。研究精神科的疾病更加困難,因為取得腦細胞樣本更加困難。科學家迫不得已,只有從已死亡的病人身上採集腦細胞樣本。

研究基因表達必要研究RNA,RNA是很容易被酵素分解的,所以實驗需要損毀較少的細胞。但是從遺體取得的腦細胞內的RNA難免受到破壞,即使得到樣本,研究仍然困難重重,何況通常大多數去世的精神病人都沒有詳盡的患病紀錄。

什麼原因引致DNA甲基化程度不足呢?

有一些研究顯示,婦女懷孕期間的蛋白不足會引起DNA低甲基化(註1),因而使到下一代容易有高血壓。高血壓的發病年齡和嚴重程度與DNA甲基化有關係。在動物的研究發現:如果一些基因的甲基化程度不足,老鼠對食物中的鹽分會有極大反應,引致高血壓。

至於人們老化為什麼會引起DNA甲基化的轉變,現時還未知道確實原因;但研究顯示老年人的白血球一般DNA的甲基化和他們每天攝取的碳水化合物、脂肪物、維他命B6和鎂,並與血清的蛋白水平有關。

生物年齡:

生物年齡據人的生理狀況估計他的體質相當於多大年紀的人。把「生物年齡」與「實際年齡」比較,可得到明確的參考,有助保健和治病。

最近一間美國的生物科技公司研發了一個方程式:只要輸入33個臨床實驗室檢查血液裏面的指標,便可以預測到個人的生物年齡,這33個臨床實驗室檢查指標中血液蛋白是一個很重要的元素(見http://www.aging.ai/,其他的重要指標為血糖、鹼性磷酸酶、尿酸和紅血球)。

又有一些科學家用71個DNA甲基化的指標方法,計算生物年齡,發現生物年齡和缺血性中風3個月後的結果(例如要否再通血管)有關。

新方法:測試直腸癌

最近很多疾病的研究也循着表觀遺傳方向探索,例如高血壓的機制。但這方法只是專注於統計學上的關聯,距離準確地預測復元率還有一段很遠的路。當然,身體健康與很多指標都有關,例如:有沒有骨折,行動是否方便,有否二型糖尿病、精神病等。倘若我們能夠綜合這些迥然不同的指標,相信可以得到一個簡單便宜的計算生物年齡的方法。

最近美國FDA批准以血液測試結直腸癌。Epi proColon測試是基於在血液的無細胞DNA中測定了Septin 9基因啟動子甲基化狀態。

該測試對結腸直腸癌的測試靈敏度報告範圍從73%至81%,測試特異性報告範圍為96%至99%(註2)。EpiproColon測試為陽性時,在一項臨床試驗中,67%的患者同意進一步接受結腸鏡檢查。該測試特別對癌病風險高而又不願意接受結腸鏡檢查的人也許有利(註3)。

遺傳學家一向都堅毅努力,不怕工作艱巨,他們一定會群策群力,不斷衝破基因學的種種難關,繼續造福人類

註1:如血管緊張素轉換酶CE的基因。另外一些動物研究發現主動脈的內皮細胞隨着年紀大了,一些基因,如血管緊張素1a受體基因(Angiotensin 1a Receptor Gene)的甲基化程度會轉低。

註2:靈敏度︰真陽性率,正確識別患有病情的病人的百分比;特異性:健康人正確識別為不具備病情的百分比。

註3:Epi proColon檢測應結合醫生評估和個人風險因素指導下由醫生執行。

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韋妙宜

韋妙宜

研究教授

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