本刊記者/李 輝

用數(shù)據(jù)說(shuō)話
——記章振林教授團(tuán)隊(duì)對(duì)遺傳性骨病的病例收集與數(shù)據(jù)分析

本刊記者/李 輝

本期項(xiàng)目：骨質(zhì)疏松和單基因骨病遺傳機(jī)制及臨床應(yīng)用；

所獲獎(jiǎng)項(xiàng)：2012年度上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；

第一完成人：上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院章振林教授。

章振林，上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院骨質(zhì)疏松和骨病專(zhuān)科主任，骨代謝病和遺傳研究室主任，醫(yī)學(xué)博士，主任醫(yī)師，上海交通大學(xué)博士研究生導(dǎo)師。兼任中華醫(yī)學(xué)會(huì)骨質(zhì)疏松和骨礦鹽疾病分會(huì)副主任委員、上海醫(yī)學(xué)會(huì)骨質(zhì)疏松專(zhuān)科分會(huì)主任委員。2008年入選上海市科委優(yōu)秀學(xué)科帶頭人；2013年入選上海市領(lǐng)軍人才。

2007年的一天，章振林教授接到一名51歲的女性患者。她訴說(shuō)30多歲后容貌變化很大，手指明顯變粗，顴骨也越來(lái)越突出。出于對(duì)遺傳性骨病的敏感，章振林詢(xún)問(wèn)其家人是否有類(lèi)似的癥狀，該女士說(shuō)她的父親和哥哥都有。這位女士是嫁在上海的江蘇人，于是章振林請(qǐng)求和她回一趟江蘇，探訪她的父親和哥哥并請(qǐng)他們一起來(lái)上海診治。

根據(jù)癥狀，章振林一開(kāi)始認(rèn)為這一家三人可能是佝僂病患者，但在反復(fù)分析患者X線特征并結(jié)合生化檢查結(jié)果后，章振林判斷他們罹患的可能是特殊類(lèi)型的畸形性骨炎——一種相當(dāng)罕見(jiàn)的骨病。根據(jù)這一判斷，章振林大膽對(duì)先證者予以雙膦酸鹽靜脈滴注，僅僅一個(gè)月之后，患者的骨痛就顯著減輕，其特征性表現(xiàn)之一的高水平血堿性磷酸酶，也開(kāi)始呈現(xiàn)顯著下降。

在已報(bào)告的文獻(xiàn)中，全球只在日本有一個(gè)同類(lèi)型病例——由RANK基因突變導(dǎo)致的早發(fā)性畸形性骨炎——的家系，毫無(wú)疑問(wèn)，這是一種極為罕見(jiàn)的疾病。根據(jù)日本的這一報(bào)道，章振林對(duì)三名患者進(jìn)行了RANK基因突變檢測(cè)，并找到了這一致病基因。章振林診治的這一病例，因而也成為了全球公開(kāi)報(bào)道的早發(fā)性畸形性骨炎的第二例。

查明病因后，進(jìn)行醫(yī)治就可以有的放矢了。該疾病因于破骨細(xì)胞功能顯著增高，因此使用雙膦酸鹽類(lèi)藥物治療，即可以抑制骨吸收，緩解骨痛，延緩病情。經(jīng)過(guò)章振林的治療，這位女士和她哥哥的病情都得到了有效的控制，她父親也沒(méi)有特別受到這種疾病的折磨，一直活到近80歲。

國(guó)人自身的骨病致病基因突變譜

這位女士一家三口所罹患的畸形性骨炎，在醫(yī)學(xué)上被歸于罕見(jiàn)病，顧名思義，是指發(fā)病率極低的疾病。章振林關(guān)心的主要是涉及骨骼的罕見(jiàn)病。由于骨病大多是先天性的，患者在青少年時(shí)期往往就表現(xiàn)為骨骼無(wú)法正常生長(zhǎng)，成年后畸形殘疾的比例很高。

對(duì)于罕見(jiàn)性骨病來(lái)說(shuō)，遺傳因素——致病基因的突變——通常是最主要的致病原因。具體來(lái)說(shuō)，罕見(jiàn)性骨病屬于單基因遺傳性疾病，只要任何一個(gè)與疾病相關(guān)的致病基因發(fā)生突變，這種疾病將必然發(fā)生——發(fā)病率是100%。目前已知的單基因遺傳性骨病有456種。通過(guò)對(duì)先證者檢測(cè)與某種單基因遺傳性疾病相關(guān)的所有已知致病基因，就能夠發(fā)現(xiàn)有可能導(dǎo)致先證者發(fā)病的致病基因突變?；驒z測(cè)對(duì)于疾病確診、有效治療以及產(chǎn)前診斷和干預(yù)，都是關(guān)鍵。

對(duì)于單基因遺傳性骨病的診斷治療，西方發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)展較早。他們對(duì)一些遺傳性骨病已經(jīng)建立了較完善的基因篩選流程。但在中國(guó)，僅僅一些大型醫(yī)院或者科研單位開(kāi)展有相關(guān)的工作，規(guī)范化的診治才剛剛開(kāi)始。

占中國(guó)人口絕大多數(shù)的漢族人群屬于蒙古人種，與白種人或黑種人的遺傳背景有很大差別。因此基因檢測(cè)，必須基于中國(guó)人自己的致病基因突變譜。但由于起步較晚，現(xiàn)在國(guó)人骨病的致病基因突變譜還沒(méi)有建立起來(lái)。

事實(shí)上，在中國(guó)眾多人口的基數(shù)下，雖然某一種罕見(jiàn)病分散各地較為少見(jiàn)，但整合起來(lái)也有相當(dāng)大的數(shù)量。將這些罕見(jiàn)病的病例聚集在一起，統(tǒng)計(jì)、分析、研究，建立漢族人群的致病基因突變譜是完全可能的。

這正是章振林所做的工作。建立大樣本量的單基因骨病數(shù)據(jù)庫(kù)，以及開(kāi)展后續(xù)基因篩查研究的重要發(fā)現(xiàn)，正是章振林團(tuán)隊(duì)此次獲得上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)的關(guān)鍵成果之一。

歷時(shí)10年的門(mén)診、探訪、分析和記錄

章振林對(duì)罕見(jiàn)骨病病例收集整理的動(dòng)力，來(lái)源于他對(duì)疑難雜癥的興趣。章振林畢業(yè)于中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)北京協(xié)和醫(yī)院?！皡f(xié)和的人喜歡看疑難病。這是研究型醫(yī)院的職責(zé)，也是我們一貫的思想。”他如此說(shuō)，“遇到疑難病、少見(jiàn)病，我喜歡做記錄。我已經(jīng)記錄了十幾本。”這種對(duì)疑難雜癥收集研究的功力，章振林歸功于其博士研究生導(dǎo)師孟迅吾教授的言傳身教。

2000年于協(xié)和獲得醫(yī)學(xué)博士學(xué)位后，章振林來(lái)到中科院上海生命科學(xué)院做了兩年博士后。期間，他完成了FasL轉(zhuǎn)基因小鼠胰島移植方面的研究工作。這兩年的研究涉及一些遺傳學(xué)方面的科研思路和訓(xùn)練，為章振林日后開(kāi)展骨病遺傳學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。“做博士后是為了鍛煉我自己的科研能力”，他說(shuō)。

每遇到一例疑難骨病病例，章振林就會(huì)紀(jì)錄下來(lái)，這樣的筆記本他已經(jīng)紀(jì)錄了十幾本

然而，既受到協(xié)和的臨床培訓(xùn)又在中科院經(jīng)歷了科研的錘煉，在剛剛進(jìn)入第六人民醫(yī)院時(shí)，章振林卻遇到了瓶頸。十年前，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)對(duì)醫(yī)院臨床申請(qǐng)的項(xiàng)目批準(zhǔn)很少。在當(dāng)時(shí)，大多數(shù)醫(yī)院在臨床上有明顯優(yōu)勢(shì)，但在科研上則水平有限?！笆昵拔覄倎?lái)六院的時(shí)候，六院的科研氛圍也還不夠濃?！被貞浧甬?dāng)時(shí)的情形，章振林繼續(xù)說(shuō)道：“當(dāng)時(shí)我很迷茫。沒(méi)有條件用小動(dòng)物做實(shí)驗(yàn)，也找不到研究方向。”

但在半年之后，章振林意識(shí)到，臨床資源也是獨(dú)特的科研資源。對(duì)于某一罕見(jiàn)病患者，確診病情之前必須明白其發(fā)病原因；對(duì)于某一罕見(jiàn)病病因，必須有患者出現(xiàn)才能獲取數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。罕見(jiàn)病病例研究正是醫(yī)院得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。“我找到了這個(gè)思路，利用臨床資源來(lái)做科學(xué)研究，反過(guò)來(lái)科研成果指導(dǎo)臨床實(shí)踐?！?/p>

章振林診治和研究罕見(jiàn)病的患者來(lái)源，一些是前來(lái)上門(mén)門(mén)診的，還有一些是網(wǎng)上發(fā)布求助信息的。對(duì)于后者，章振林發(fā)現(xiàn)后會(huì)自己或派團(tuán)隊(duì)成員到病人所在地，與病人約談，有時(shí)候還用自己的科研經(jīng)費(fèi)將病人請(qǐng)到上海。如今他們實(shí)地探訪和采樣的足跡已經(jīng)遍及新疆、內(nèi)蒙、安徽等全國(guó)20多個(gè)省市。

隨著病例的增多，數(shù)據(jù)的量也越來(lái)越大。章振林團(tuán)隊(duì)在全國(guó)范圍收集成骨不全、原發(fā)性骨硬化癥和佝僂病等近30種主要骨代謝病的臨床資料（影像學(xué)、病理學(xué)等）和血液、組織等標(biāo)本，截至目前已經(jīng)構(gòu)建了較為完善的近600個(gè)家系庫(kù)，達(dá)到2 000多例。這些骨病中，最多的是成骨不全（由于組成骨骼重要的1型膠原基因突變導(dǎo)致骨骼反復(fù)骨折以及發(fā)生耳聾等癥狀），其次是佝僂病，患者生長(zhǎng)遲緩、骨骼畸形等。

由于政策原因，基因檢測(cè)項(xiàng)目在我國(guó)臨床還是不能收費(fèi)的，因此章振林對(duì)所有患者及其家庭成員的基因突變篩查，都是用自己所申請(qǐng)的課題經(jīng)費(fèi)來(lái)承擔(dān)的。到現(xiàn)在為止課題組在此方面花費(fèi)的經(jīng)費(fèi)已超過(guò)200萬(wàn)元。

在從2002年開(kāi)始的十余年時(shí)間里，章振林就這樣通過(guò)門(mén)診、探訪、分析、記錄，一步步建成了如今國(guó)內(nèi)最大的單基因遺傳性骨病數(shù)據(jù)庫(kù)。

基因突變譜系建成后的臨床與科研

從對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析中，章振林獲得了臨床與科研的雙重收獲。

基因突變譜系建立之后，對(duì)本土罕見(jiàn)骨病進(jìn)行有效地確診、干預(yù)和預(yù)防就有了基礎(chǔ)。截至目前，章振林團(tuán)隊(duì)根據(jù)基因診斷，已經(jīng)在上海第六人民醫(yī)院確診了200余例涉及30多種類(lèi)的遺傳性骨病，并對(duì)部分家系開(kāi)展了產(chǎn)前診斷、干預(yù)和預(yù)防工作。所謂干預(yù)，是指針對(duì)發(fā)現(xiàn)的致病基因突變，確診疾病，對(duì)一些有治療藥物的病例進(jìn)行及早處理。所謂預(yù)防，是對(duì)有家族遺傳風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)婦進(jìn)行產(chǎn)檢，從8-12周孕婦處提取羊水，獲得DNA，進(jìn)行基因突變檢測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)致病基因突變，在孕婦同意的情況下，通過(guò)流產(chǎn)等手段切斷該遺傳病的遺傳鏈，從而降低發(fā)病率。章振林的診治方法，已經(jīng)在多家醫(yī)療單位得到推廣和應(yīng)用。

在診治病情的過(guò)程中，章振林也發(fā)現(xiàn)了一些新的致病基因。一種名為原發(fā)性厚皮骨膜病的骨病，患者通常表現(xiàn)為顏面、前額、頭部皮膚肥厚，呈皺褶狀，額橫紋增深，伴有杵狀指（趾）。2008年，英國(guó)學(xué)者證實(shí)前列腺素E2（PGE2）水平增高是這一骨病的發(fā)病原因，并發(fā)現(xiàn)了降解PGE2的酶HPGD基因突變導(dǎo)致該病，在此之后醫(yī)學(xué)界認(rèn)定該基因突變是唯一病因。而章振林團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期臨床實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，該基因突變不能完全解釋一些臨床表現(xiàn)嚴(yán)重的病例，他們應(yīng)用全外顯子測(cè)序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致本病的另一元兇——SLCO2A1（其功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外轉(zhuǎn)運(yùn)PGE2的蛋白）。

這一研究成果在國(guó)際人類(lèi)遺傳學(xué)研究領(lǐng)域的頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)人類(lèi)遺傳學(xué)雜志》發(fā)表，旋即引起了全球關(guān)注。這一創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)正是依賴(lài)于收集的家系——因?yàn)橹挥芯邆湟欢ǖ臉颖玖坎趴梢蚤_(kāi)展致病基因突變篩查。根據(jù)他們的研究結(jié)果，該基因的發(fā)現(xiàn)使臨床上可以使用降低PGE2的藥物進(jìn)行對(duì)癥下藥。治療三個(gè)月，患者面部皮膚等癥狀即可得到顯著好轉(zhuǎn)。

章振林團(tuán)隊(duì)根據(jù)他們建立的大樣本量國(guó)人成骨不全致病基因突變譜，也統(tǒng)計(jì)分析出了一些以前不曾發(fā)現(xiàn)的罕見(jiàn)骨病發(fā)病規(guī)律。例如，他們發(fā)現(xiàn)95%成骨不全患者為1型膠原α1或1型膠原α2基因突變，其中1型膠原α1基因突變最常見(jiàn)，占所有患者的75%。再比如，他們發(fā)現(xiàn)國(guó)人最常見(jiàn)的遺傳性骨硬化癥是常顯2型，其致病基因?yàn)镃LCN7。

●相關(guān)鏈接●

在章振林的患者中，有一對(duì)夫婦是一種隱性遺傳病——脊柱骨骺發(fā)育不良——的隱性突變攜帶者。他們的第一個(gè)孩子長(zhǎng)大后，呈現(xiàn)出腳彎的疾病癥狀。在對(duì)這一孩子醫(yī)治的過(guò)程中，章振林告訴這對(duì)夫婦，在生二胎之前，務(wù)必做羊水穿刺測(cè)定孩子遺傳該病的幾率，以避免新的悲劇產(chǎn)生。很遺憾，由于這對(duì)夫婦當(dāng)時(shí)沒(méi)有做這樣的測(cè)試，第二胎罹患了同樣的疾病。

單基因骨病雖然已有310種致病基因明確，但是僅12種可以治療。章振林介紹說(shuō)，目前能夠進(jìn)行藥物緩解癥狀的骨病僅僅是極少部分，有三分之一患者可以通過(guò)骨科手術(shù)進(jìn)行矯形，但其他部分基本處于無(wú)藥可治的狀態(tài)，唯一能夠減少悲劇的方法是開(kāi)展高危人群篩查，開(kāi)展產(chǎn)前診斷等干預(yù)，阻斷疾病的遺傳鏈。近年來(lái)，章振林團(tuán)隊(duì)一直與這類(lèi)病患人群保持聯(lián)系，目的就是希望能防患于未然。

寫(xiě)在最后

限于篇幅，本文只寫(xiě)了章振林此次獲獎(jiǎng)項(xiàng)目“骨質(zhì)疏松和單基因骨病遺傳機(jī)制及臨床應(yīng)用”中關(guān)于“單基因骨病”的部分。事實(shí)上，章振林團(tuán)隊(duì)在骨質(zhì)疏松方面所做的工作同樣值得公眾所知。他們?cè)谑甑臅r(shí)間里，收集了近6 000例漢族人群骨密度等數(shù)據(jù)和DNA樣本庫(kù)！通過(guò)這些數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)了容易患骨質(zhì)疏松的人群特點(diǎn)。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)漢族人群骨質(zhì)疏松遺傳背景與白種人群有顯著不同，一些候選基因多態(tài)性對(duì)白種人和漢族人群具有不同的風(fēng)險(xiǎn)性。

我們之所以主要介紹章振林教授關(guān)于遺傳性骨病的科研成果，是因?yàn)槲覀兿Ｍ嗟摹昂币?jiàn)”病患者通過(guò)本文能夠獲得信息和信心。實(shí)際上，無(wú)論是針對(duì)遺傳骨病還是骨質(zhì)疏松，章振林以數(shù)據(jù)的積累和分析為中心的項(xiàng)目本身，毫無(wú)疑問(wèn)是現(xiàn)階段科技創(chuàng)新的經(jīng)典案例?！按髷?shù)據(jù)”時(shí)代的來(lái)臨基于數(shù)據(jù)的大量產(chǎn)生，而數(shù)據(jù)的產(chǎn)生則需要扎實(shí)而持久的積累——這正是“章振林”們所做出的貢獻(xiàn)。他們熱衷于收集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)電子化，將數(shù)據(jù)規(guī)?；?，為本領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的來(lái)臨奠定著堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我們有理由相信，隨著數(shù)據(jù)的持續(xù)積累，章振林團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)在骨病的臨床、科研以及轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)等方面做出更多更優(yōu)異的成果。