兒童遺傳病病因的探尋者——李巍教授團(tuán)隊(duì)

李 巍 郝嬋娟

(國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院 北京市兒科研究所出生缺陷遺傳學(xué)研究室，北京 100045)

1 個(gè)人簡(jiǎn)介

李巍教授(圖1),1966年5月出生于江西，籍貫湖南。1985年以優(yōu)異成績(jī)從江西贛南醫(yī)專(現(xiàn)贛南醫(yī)學(xué)院)畢業(yè)，選擇留校在生化教研室工作。1988年考入同濟(jì)醫(yī)科大學(xué)(現(xiàn)華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院)生化專業(yè)攻讀碩士學(xué)位，師從著名生化學(xué)家馮宗忱教授，研究脂蛋白代謝。1991年獲得碩士學(xué)位后南下廣州市第一人民醫(yī)院檢驗(yàn)科從事生化檢驗(yàn)工作。1994年考取中山醫(yī)科大學(xué)(現(xiàn)中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院)，攻讀醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)博士學(xué)位，師從國(guó)內(nèi)生化遺傳學(xué)奠基人杜傳書教授。從此與遺傳病研究結(jié)緣，開啟了探尋遺傳病致病基因之路。1997年取得博士學(xué)位后在深圳市羅湖醫(yī)院負(fù)責(zé)籌建遺傳與生殖中心，成為深圳市的特色專科。1999年1月赴美國(guó)紐約布法羅(Buffalo)的Roswell Park腫瘤研究所分子細(xì)胞生物學(xué)系從事博士后研究，師從Richard T.Swank教授，主要從事遺傳病基因克隆工作。2004年11月回國(guó)工作，期間在紐約州立大學(xué)布法羅分校獲得生物信息學(xué)碩士學(xué)位。回國(guó)后在中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所組建李巍創(chuàng)新研究組，任研究員、博士生導(dǎo)師，并于2005年入選中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”。2005年獲國(guó)家杰出青年科學(xué)基金。2009年入選國(guó)家人社部新世紀(jì)百千萬人才工程國(guó)家級(jí)人選。2011年獲國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。2015年5月調(diào)入首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院，任教授、博士生導(dǎo)師。

現(xiàn)擔(dān)任北京市兒科研究所副所長(zhǎng)、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院順義婦兒醫(yī)院執(zhí)行院長(zhǎng)、國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心遺傳與出生缺陷防治中心主任、兒科重大疾病研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。學(xué)術(shù)兼職包括北京細(xì)胞生物學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、中國(guó)醫(yī)促會(huì)出生缺陷精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)分會(huì)副主委兼秘書長(zhǎng)、中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分會(huì)委員、中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)理事、中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)會(huì)常務(wù)理事兼細(xì)胞器生物學(xué)分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、中國(guó)生物物理學(xué)會(huì)理事兼膜生物學(xué)分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、BioscienceReports副主編，F(xiàn)rontiersinCell&DevelopmentalBiology膜運(yùn)輸領(lǐng)域副主編等。已在國(guó)內(nèi)外雜志共發(fā)表論文約140篇，其中在NatureGenetics、Blood、PNAS、Autophagy、JournalofCellBiology、eLife、Oncogene、PLoSGenetics、JournalofCellScience等雜志發(fā)表SCI論文84篇(總IF超過500，被引用5 400余次，h因子27)。主編或副主編《醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)(第3版)》《遺傳咨詢》《生物信息學(xué)導(dǎo)論》《產(chǎn)前遺傳病診斷》等專著。主持中國(guó)遺傳咨詢網(wǎng)(www.gcnet.org.cn)的科普和在線遺傳咨詢，出版科普讀物《漫畫遺傳》(論文發(fā)表情況詳見http://www.genelab-bch.com.cn/publications.php)。

2 主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)

自1985年起先后從事醫(yī)學(xué)生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、產(chǎn)前診斷以及遺傳咨詢的教學(xué)、科研和臨床工作。主要致力于白化病、高脂血癥等遺傳代謝病基因的克隆和功能研究。所取得的主要學(xué)術(shù)成績(jī)?nèi)缦隆?/p>

2.1 白化病基因的克隆和發(fā)病機(jī)制

白化病是一種經(jīng)典的孟德爾遺傳單基因病，呈常染色體隱性或X-連鎖隱性遺傳方式，主要表現(xiàn)為皮膚、毛發(fā)和眼睛的色素減少或缺失，患者常伴有眼球震顫和視力低下，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量。一些綜合征型白化病如Hermansky-Pudlak綜合征(HPS)還可伴有出血傾向、肺纖維化、炎性腸病、免疫缺陷或神經(jīng)精神癥狀[1]。目前已知的白化病致病基因有19個(gè)，分綜合征型和非綜合征型白化病兩大類。李巍教授與合作者迄今完成了其中10個(gè)小鼠和5個(gè)人白化病基因的克隆和相關(guān)功能研究。李巍博士在美國(guó)從事博士后研究期間，主要利用HPS小鼠模型進(jìn)行定位候選克隆，再與合作者在人同源基因中篩選突變，鑒定人HPS的致病基因。他利用該研究所獨(dú)特的人和小鼠細(xì)菌人工染色體(bacterial artificial chromosome,BAC)文庫(kù)，建立了一套高效候選致病基因的定位方法，獨(dú)創(chuàng)了一套利用BAC末端測(cè)序獲得的短串聯(lián)重復(fù)序列作為新的分子界標(biāo)，使得大部分定位的候選基因縮短到500 kb區(qū)間以內(nèi)，對(duì)于鎖定致病基因的工作量大大減少。他所定位的小鼠Bloc1s5、Hps3、Hps4、Hps5、Hps6、Hps7全部鑒定成功[2-6]，并與合作者分別鑒定了人HPS4、HPS5、HPS6、HPS7基因的突變[4-6]。同時(shí)參與了小鼠Rabggta、Slc7a11、Slc35d3基因的定位克隆[7-9]。回國(guó)后，李巍實(shí)驗(yàn)室鑒定了SLC24A5/NCKX5基因突變引起的OCA-6白化病亞型[10]，和由于小鼠Kxd1基因突變引起的輕型白化病[11]。

針對(duì)以上克隆的白化病致病基因的發(fā)病機(jī)制，李巍課題組進(jìn)行了大量深入的研究。黑色素細(xì)胞中的黑素小體(melanosome)是體內(nèi)黑色素產(chǎn)生的主要場(chǎng)所，其重要成分包括色素產(chǎn)生的酶(如酪氨酸酶)及相關(guān)蛋白(如TYRP1)、各種離子通道或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(如OCA2、SLC45A2)等，其突變通常導(dǎo)致非綜合征性白化病，如OCA-1～OCA-4。HPS蛋白所形成的復(fù)合體如BLOC-1、BLOC-2、BLOC-3和 AP-3等，是負(fù)責(zé)運(yùn)輸這些黑素小體組分，或者促進(jìn)黑素小體成熟的，其突變所導(dǎo)致的屬于綜合征性白化病，如HPS-1～HPS-11亞型，常伴有多組織多器官的病變[12]。除了以上兩類白化病外，李巍課題組率先發(fā)現(xiàn)的OCA-6致病基因NCKX5主要定位于線粒體，可能參與由線粒體向黑素小體的鈣轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而參與黑素小體的成熟和黑色素的生成。體外實(shí)驗(yàn)[13]表明，線粒體功能紊亂可影響色素的產(chǎn)生。因此提出“線粒體型白化病”的新的發(fā)病機(jī)制和白化病類型[13]，暗示衰老或白癜風(fēng)患者可能因線粒體功能紊亂導(dǎo)致毛發(fā)或皮膚色素生成障礙(圖2)。通過多年的研究，李巍課題組在闡明白化病的發(fā)病機(jī)制方面做出了重要貢獻(xiàn), 并通過收集1 500多個(gè)中國(guó)白化病家系，闡明了中國(guó)人白化病的分子流行病學(xué)特征[14]，建立了針對(duì)中國(guó)白化病患者的基因診斷和產(chǎn)前診斷方法[15]。2018年，李巍教授主持的研究(第一完成人)“白化病的基因診斷及發(fā)病機(jī)制研究”獲得北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。并領(lǐng)銜編寫了《白化病的臨床實(shí)踐指南》[16]。

2.2 囊泡運(yùn)輸障礙與溶酶體相關(guān)細(xì)胞器的發(fā)生機(jī)制

囊泡運(yùn)輸是細(xì)胞活動(dòng)的關(guān)鍵過程，是生命活動(dòng)所必需的，類似一個(gè)城市的交通運(yùn)輸大動(dòng)脈維系著城市的活力(圖3)。囊泡運(yùn)輸障礙可導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生，如遺傳代謝疾病、心血管疾病及神經(jīng)精神疾病等[17]。李巍課題組首次確立了精神分裂癥易感基因Dtnbp1突變的小鼠作為精神分裂癥的模型[18]，并發(fā)現(xiàn)了其突觸病理機(jī)制[19]，闡明自噬異常導(dǎo)致的神經(jīng)元變性和成體神經(jīng)發(fā)生障礙在精神分裂癥發(fā)生中的作用[20-21]。同時(shí)鑒定出因Slc35d3基因突變的小鼠導(dǎo)致紋狀體多巴胺環(huán)路功能損害引起的代謝綜合征，并發(fā)現(xiàn)SLC35D3為人類肥胖癥的新致病基因[22-23]。該致病基因的發(fā)現(xiàn)解釋了某些肥胖癥的發(fā)生是由于中樞性運(yùn)動(dòng)減少的行為異常所引起，被中央電視臺(tái)(CCTV)新聞?lì)l道、英國(guó)廣播公司(BBC)新聞、Nature China、NationalScienceReview等報(bào)道或亮點(diǎn)評(píng)述。

基于對(duì)HPS蛋白功能和囊泡運(yùn)輸機(jī)制的深入研究，李巍課題組重點(diǎn)關(guān)注囊泡運(yùn)輸通路中內(nèi)吞體-溶酶體運(yùn)輸通路的功能，包括參與溶酶體相關(guān)細(xì)胞器的發(fā)生與分泌[24-25]、內(nèi)吞降解[26-27]以及細(xì)胞自噬[28]等。將進(jìn)一步聚焦于溶酶體相關(guān)細(xì)胞器發(fā)生過程中細(xì)胞器互作、離子穩(wěn)態(tài)和相變的作用機(jī)制。

2.3 兒科遺傳病的出生缺陷干預(yù)

李巍教授自從加盟首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院以來，迅速組建了醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)兒科疑難重癥，建立了全套的遺傳學(xué)診斷方法，包括細(xì)胞核型分析技術(shù)、熒光原位雜交技術(shù)(FISH)、熒光定量PCR技術(shù)(real time-PCR)、多重連接探針擴(kuò)增技術(shù)(MLPA)、基因芯片技術(shù)(SNP-array)、Sanger測(cè)序技術(shù)、無創(chuàng)產(chǎn)前診斷技術(shù)(NIPT)、低深度全基因組拷貝數(shù)變異(CNV-seq)、全外顯子組測(cè)序(WES)、全基因組測(cè)序(WGS)、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(RNA-seq)、甲基化修飾組測(cè)序(methyl-seq)、單細(xì)胞測(cè)序(SC-seq)等。綜合應(yīng)用以上技術(shù)，可對(duì)約36%的疑難重癥患兒做出分子診斷[29]。該團(tuán)隊(duì)在首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院已發(fā)現(xiàn)近200種不同基因的突變所導(dǎo)致的單基因遺傳病。在對(duì)遺傳病診斷中，提出四步法則，即應(yīng)用美國(guó)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)與基因組學(xué)會(huì)(American College of Medical Genetics and Genomics,ACMG)指南、臨床表型、家系共分離、功能驗(yàn)證等進(jìn)行綜合分析[30](圖4)。在明確基因突變的基礎(chǔ)上，對(duì)有再生育需求的家庭實(shí)施產(chǎn)前診斷和植入前遺傳學(xué)診斷[31]。

圖4 兒童遺傳病高通量測(cè)序分子診斷流程

出生缺陷干預(yù)通過婚前孕前篩查、植入前和產(chǎn)前遺傳學(xué)診斷以及新生兒篩查等環(huán)節(jié)實(shí)施技術(shù)干預(yù)，即通常所說的一、二、三級(jí)出生缺陷干預(yù)。李巍教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，建立了高通量定制捕獲測(cè)序技術(shù)——新生兒針對(duì)性測(cè)序篩查(Newborn Screening with Targeted Sequencing,NESTS)，對(duì)發(fā)病率較高、危害大、遺傳學(xué)病因明確的519個(gè)基因引起的700多種單基因遺傳病，開展新生兒篩查，并開始在全國(guó)轉(zhuǎn)化應(yīng)用。同時(shí)，面對(duì)諸如HPS綜合征型白化病這樣的遺傳病，其終極目標(biāo)是根治它，即利用干細(xì)胞結(jié)合基因編輯技術(shù)，修復(fù)組織器官中存在的突變基因，恢復(fù)其正常功能，這是李巍團(tuán)隊(duì)未來要面對(duì)的更大挑戰(zhàn)。