視網膜母細胞瘤之基因變化、遺傳表現的概論

陳建銘醫師(言爸)

前言

儘管是有醫學背景的讀者，若非對遺傳生物學或細胞生物學有涉獵者，對於這個主題可能會跟筆者一樣有模模糊糊的概念，但是細微處可能還是不懂，更不說是一般的讀者了。假使沒有相關背景知識的讀者，若是對下述的主題有名詞窒礙難懂時，請參考名詞解釋(在本文最後)，希望有幫助。若文中有錯誤，請各位先進指證。

RB1基因簡介以及與視網膜母細胞瘤的關聯

目前確定形成視網膜母細胞瘤的病理機轉是 RB1 基因(Retinoblasoma gene 1)突變，導致失去部分或全部RB1的功能，因而使得視網膜母細胞瘤發生。以下先簡介RB1基因在生物體中的功能，以及缺失後可能發生的疾病:

人類細胞有46 對染色體，而RB1基因座落在地13對染色體q臂的14.1-14.2位置上。RB1基因與RB蛋白質製造有關，RB蛋白質是一種"抑癌蛋白質"，是人類發現的第一種抑癌蛋白質，最早就是在視網膜母細胞瘤的病患上發現的，所以直接命名RB1基因與RB1蛋白質，假使有功能缺失，會導致數種癌症的形成。RB1蛋白質在正常細胞的主要功能是與細胞週期有關。細胞週期指的是由一個細胞分裂變成兩個細胞的過程(不論是體細胞還是生殖細胞)，而細胞分裂正是維持組織或是器官功能正常的生理現象。若是RB1蛋白質失去功能，代表細胞分裂會失控，細胞失控之後會大量增生，然後就會癌化，所以說RB蛋白質是一種"抑癌蛋白質"。

家族史與視網膜母細胞瘤的關聯

被診斷出視網膜母細胞瘤的病人，約60%是只有單眼的腫瘤，大部分的單眼腫瘤都是一顆(指的是視網膜上的，而非玻璃體中因碎裂而散出去的腫瘤)，其他少數是單眼但是視網膜上是多發的(不只一顆)。另外40%是雙眼的視網膜上都有腫瘤。

單眼腫瘤的病人有90%是沒有家族遺傳史的，而雙眼腫瘤的病人也只有25%是有家族遺傳史。所謂的家族遺傳史不光是指家族成員有得到視網膜母細胞瘤，也要包括在眼底鏡檢查下，這些病人家屬有視網膜結痂(retinal scar)以及良性視網膜瘤(retinoma)。

家族遺傳與視網膜母細胞瘤的關聯

一開始視網膜母細胞瘤被認為是顯性遺傳的疾病(簡化的說:單一基因缺失的疾病)，因為父母中只要有一個是病患，後代只要有遺傳到這一個基因(父親或母親)就會得到視網膜母細胞瘤。但是在染色體，基因解序，被取下的視網膜母細胞瘤做基因定序以及大量臨床資料蒐集後，目前已知視網膜母細胞瘤是隱性遺傳的疾病，亦即兩條RB1基因都失去功能才會發病。

在西元1971年，Knudson嘗試解釋為什麼腫瘤部位看到是兩條RB1基因都有缺失，但是有家族史的病人其他部位的體細胞檢查(如白血球)，卻只有一條RB1基因缺失，而沒有家族史的病人其它體細胞並沒有基因缺失，因此他提出 two-hit理論。

Two-hit 理論假設遺傳型與非遺傳型最主要的差別在於RB1基因突變的時間點不同。非遺傳型的病人，RB1基因突變一定是發生在人體胚胎發育成熟後，亦即突變只發生在體細胞。而遺傳型的病人比較複雜，敘述如下

有家族史的病人，其中一條有缺陷的RB1基因來自父母，一出生就已經有了。而另一條基因，則是在胚胎發育成熟後，在視網膜上發生第二次突變(體細胞突變)，最終導致腫瘤發生。

沒有家族史卻有雙眼腫瘤的病人，目前認為第一次基因突變是在胚胎發育早期，在胚胎發育越早期產生突變，則全身的細胞在發育成個體後(體細胞或生殖細胞)，帶有缺陷的RB1基因。但如果是在胚胎發育後期出現，會出現部分細胞是正常，部分細胞出現RB1基因突變，稱為鑲嵌是突變(Mosaic mutation)。個體出生之後，在視網膜出現第二條RB1基因突變，最後腫瘤發生。

綜合以上，遺傳型的視網膜母細胞瘤，第一條基因缺陷，要嘛從父母來的，要嘛是胚胎發育過程中出現(甚麼原因導致如此，目前不明)，這是first hit，而second hit 出現在視網膜細胞(體細胞)，故稱 two-hit 理論。
 
RB1基因突變的形式

一、第13對染色體q臂上14位置的地方完全消失，約佔所有病人的4%。這個區域除了RB1基因外，還有其他與生長發育有關的基因，所以臨床上病人除了會發生視網膜母細胞瘤外，還可能有語言、動作發展遲緩以及臉部發育不正常(但這些臉部的特徵與正常人比起來，相差不大)。
RB1基因大範圍缺失:這是指在顯微鏡下就可以觀察到13q14的位置有縮短，一般而言缺失的RB1基因大於100ˇ個鹼基對(BP)，約占了8%的視網膜母細胞病人。這些基因缺失無固定斷點，亦即每次的缺失都不一樣。(有些基因容易有大量重複的鹼基對聚集在一起，這些地方容易形成斷點，導致基因缺失)。大範圍缺失的臨床意義代表RB1蛋白無法被製造，是不會有功能的。

RB1基因小部分缺失:相對上述，這類的基因缺失少於100個鹼基對，約佔所有病人的30%，這些小部分缺失的其中約85%是可以製造出部分功能的RB1蛋白，其它的15%無法製造出RB1蛋白。

單一鹼基突變:意思是指DNA序列上的單一鹼基被其它鹼基給取代，導致遺傳密碼亂掉，也稱點突變，約占視網膜母細胞瘤突變的50%。細胞的DNA複製機制也很聰明，有些點突變不一定造成RB1基因無法製造RB1蛋白。所以點突變也依是否製造出功能完整的蛋白而區分以下3類:

無義突變（nonsense mutation）：約占點突變的70%。
錯義突變（missense mutation）：約占10%。
複雜突變:亦即包含上述兩種以上的突變。

啟動子(Promotor)突變:基因是否要被啟動最後形成功能性蛋白是決定於啟動子基因，啟動子基因位於要被轉譯的基因的前段，當細胞有需要，會先活化啟動基因，之後才一連串基因-->蛋白製造的過程，因此啟動子基因突變會使得RB1基因不能被轉譯，亦即不會形成RB1蛋白。 

基因型與表現型

先解釋一下傳統的孟德爾定律，分第一法則與第二法則:

一、分離律 (Law of segregation): ‧在一生物中，決定生物一遺傳特徵的成對基因在由父或母代傳至子代時會分開，分開的基因會各自進入一個配子（gamete）中，在受精時，由父、母本所來的配子結合，而會有基因重新的組合。亦即配子只帶一個父親基因或母親基因，當受精後，受精卵各帶一個父親，一個母親基因，變成雙套成對基因。

二、獨立分配律:當不同的遺傳特徵的決定性因子（即現在所謂的不同種的基因）進入配子時，是獨立而不互相干擾的。就因為其為獨立而不互相干擾，所以每一個遺傳因子進入配子時是完全由機率來決定的。

在當時的年代，是由先觀察植物授粉後，得到基因變化與表現型，而得到上述定律。也很幸運的是，這個植物遺傳模型剛好是一個基因決定後代表現，所以大幅減少遺傳模型的複雜度。比如下圖

可是生物體複雜的程度遠超過當時孟德爾定律，比如臨床表現是多基因調控、基因後修飾、或是像視網膜母細胞瘤一樣是在體細胞中第二次突變。以下介紹視網膜母細胞瘤臨床上的表現以及與RB1基因缺損之間的關係

臨床表現

這段談的是已經帶有一條缺陷基因的病人:亦即有家族遺傳史，或是已經基因檢測確定有一條基因缺陷，所以單眼而且體細胞不帶RB1基因突變者不在討論範圍內，請讀者注意。在臨床上表現會略有不同。根據 two-hit理論，在視網膜上產生第二條基因變異會因人而異，所以導致不同表現型。比如說有些病患視網膜上會有多個視網膜母細胞瘤，有些病患則可能只有一個腫瘤，或只有單眼腫瘤，最極端的甚至臨床上沒有發生視網膜母細胞瘤(也稱為不完全外顯)。基於有不完全外顯的情況發生，後來才知道說，從父母方得到的第一個基因變異也會影響臨床的表現表:

1. 如果第一條RB1基因變異會讓RB1蛋白無法製造或是製造出的蛋白沒有功能，臨床上一定是雙眼眼癌，也稱完全外顯。大範圍基因缺失，小部分的基因缺失(導致無法製造蛋白)以及無義突變，都是屬於這一類的情況。

2.如果第一條RB1基因變異會讓製造出的RB1蛋白保有部分功能，那麼臨床上的表現會有:雙眼眼癌，單眼眼癌，或是完全沒有症狀。錯義突變或是剪接缺失突變，都是屬於這類情況。

基因檢測

由上可以知道，儘管是臨床上是單眼的視網膜母細胞瘤也沒有家族遺傳史，仍然要考慮基因檢測來確定是否有遺傳基因在身體中。從臨床表現與病史可以大概推估遺傳的傾向，如下圖

一般基因檢測都是先從周邊血液中的白血球中的DNA做基因定序檢查。白血球屬於體細胞，一但有突變代表是全身體細胞都有突變，所以會有遺傳傾向到後代。

如果雙眼眼癌病人是有家族史的情況，可以直接從血液去做基因定序，確定RB1基因有無缺失。

如果是雙眼眼癌但沒有家族史，也是先檢測周邊血液，大部分會發先帶有一條基因突變。但少部分這類病人的確發生周邊血液沒有偵測到突變，這時必須把眼腫瘤(假設已經開刀)的檢體做基因檢測(記得上述所說，視網膜母細胞瘤中一定有RB1基因突變)，再把偵測到的突變再與血液偵測的結果相互比較，這時候會有兩種情況:

a. 找到一樣的突變。上述有提到，RB1基因沒有特殊固定的突變點，所以這種做了多次之後才發現的情況是有可能的。
b.找不到突變，那可能是鑲鉗性突變(有些體細胞有突變，有些則無)，後代可能還是會有少部分機會遺傳到不正常的基因，所以當病患有小孩時，一定要做基因檢測。

如果是單眼病患且無家族史，建議先檢查已經被取下的視網膜母細胞瘤檢體(假如有的話)，先確定突變點，之後再檢查病人的周邊血液。一般而言，這群病人約有10-15%會在周邊血液細胞找到突變(亦即會遺傳給下一代)。

名詞解釋

染色體: 西元1879年，德國生物學家華爾瑟·弗萊明（Walther Flemming）在[顯微鏡]下發現真核細胞中有所謂的染色體，意即可染色的小體，並猜測染色體與遺傳有關。西元1902年，博韋里（T·Boveri）和薩頓（W·S·Sutton）指出，染色體在細胞分裂中的行為與孟德爾的遺傳因子平行：兩者在體細胞中都成對存在，而在生殖細胞中則是單獨存在的；成對的染色體或遺傳因子在細胞減數分裂時彼此分離，進入不同的子細胞中，不同對的染色體或遺傳因子可以自由組合。因而，博韋里和薩頓認為，染色體很可能是遺傳因子的載體。染色體是由許多物質一起組成，其中最重要的是DNA(去氧核醣核酸)。

DNA(去氧核醣核酸):DNA是一種長鏈聚合物，組成單位稱為核苷酸，組成其長鏈骨架。核甘酸中含有鹼基，因鹼基不同而區分成4種不同核甘酸，英文縮寫為A、T、C、G，各代表一種核甘酸。這些鹼基互相連接形成DNA長鏈。沿著DNA長鏈所排列而成的序列，可組成遺傳密碼，每3個英文縮寫(如ATC)就形成一個遺傳密碼，這些一連串的遺傳密碼是蛋白質胺基酸序列合成的依據。不是所有的密碼都是有用的密碼，所以必須經過複雜的過程轉成可用的密碼，讀取且形成可用密碼的過程稱為轉錄，轉錄成的可用密碼形式為RNA(核糖核酸)。

RNA(核糖核酸): 每個RNA分子也是由核苷酸組成的長鏈，但核苷酸種類跟DNA略有不同，英文縮寫為A、U、C、G。RNA是具有細胞結構的生物的遺傳訊息中間載體，並參與蛋白質合成，蛋白質的合成需要核醣體的幫忙，也是每3個英文字母當作是一組密碼，對應到所謂胺基酸，之後各個胺基酸組成胜肽或是蛋白質。

核鹼基（Nucleobase）:在生物學上通常簡單地稱之鹼基（base），是在DNA和RNA中，起配對作用的部分。常見的核鹼基共有5種：胞嘧啶（縮寫C）、鳥嘌呤（G）、腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T，通常為DNA專有）和尿嘧啶（U，為RNA專有）。

鹼基對(BP, Base Pair): 鹼基對是形成DNA、RNA以及編碼遺傳信息的化學結構。組成鹼基對的鹼基包括腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）。嚴格地說，鹼基對是一對相互匹配的鹼基（即A：T， G：C），它常被用來衡量DNA和RNA的長度。

Ribosome(核糖體): 由一大一小兩個亞基結合形成，核醣體是細胞內蛋白質合成的場所，能讀取RNA核苷酸序列所包含的遺傳資訊，並使之轉化為蛋白質中胺基酸的序列資訊以合成蛋白質，此過程在生物學中被稱為「轉譯」。

蛋白質(Protein): 蛋白質是一種由胺基酸分子組成的有機化合物，是地球上生物體中的必要組成成分，參與了細胞生命活動的每一個進程。酶是最常見的一類蛋白質，它們催化生物化學反應，尤其對於生物體的代謝至關重要。除了酶之外，還有許多結構性或機械性蛋白質，如肌肉中的肌動蛋白和肌球蛋白，以及細胞骨架中的微管蛋白（參與形成細胞內的支撐網路以維持細胞外形）。另外一些蛋白質則參與細胞信號傳導、免疫反應、細胞黏附和細胞周期調控等，可以說人體的表現都是蛋白質組成或調控的。

基因(gene): 是指攜帶有遺傳信息的DNA序列，基因通過指導蛋白質的合成來表達自己所攜帶的遺傳信息，從而控制生物個體的性狀表現。在人體中，人類約有兩萬至兩萬五千個基因，一般來說，生物體中的每個細胞都含有相同的基因，但並不是每個細胞中的每個基因所攜帶的遺傳信息都會被表達出來。不同部位和功能的細胞，能將遺傳信息表達出來的基因也不同。

細胞週期(cell cycle): 細胞週期通常可劃分為分裂間期和分裂期，分裂間期是物質準備和積累階段，分裂期則是細胞增殖的實施過程。整個週期表示為：G1期→S期→G2期→M期，其中分裂間期又常常可以劃分為DNA合成前期（G1,gap 1），DNA合成期（S, synthesis）和DNA合成後期（G2, gap2）。在此期間的任務主要是完成染色質中的DNA複製和相關蛋白質的合成。而分裂期通常分作分裂前期(Prophase)、前中期(Prometaphase)、中期(Metaphase)、後期(Anaphase)和末期(Telophase)5個階段，在此期間進行細胞物質的平均分配並形成兩個新的細胞。在人體中，細胞隨時會死去，也隨時分裂形成新的細胞。

癌細胞(cancer cell):細胞分裂或細胞增殖是普遍發生在許多組織的一個生理過程，通常細胞增殖和細胞凋亡會達到平衡，而且受到嚴謹地調控以保證器官和組織的完整性。DNA的突變或是經遺傳得到的缺陷基因導致這些有序的過程受到改變。隨著細胞生長複製，如同滾雪球般持續累積新突變，最終不受管制而增殖的細胞通常會轉變成惡性細胞，即癌細胞。

生殖細胞(Germ cell): 指的是性腺的細胞，它們經歷兩種細胞分裂，有絲分裂與減數分裂，繼而細胞分化為成熟的配子，即卵子或精子，而能把遺傳訊息傳到下一代。

體細胞(Somatic cell): 是相對於生殖細胞的概念。 這類細胞的遺傳信息不會像生殖細胞那樣遺傳給下一代。 高等生物的細胞大部分都是體細胞，除了精子和卵細胞以及它們的母細胞之外。 體細胞產生的突變不會對下一代產生影響。 體細胞的染色體數是經減數分裂得出的生殖細胞的兩倍。 例如在人類，體細胞是雙倍體 （具有兩套完整的染色體組 ），而精子卵子則是單倍體（具有一套完整的染色體組）。

基因突變（mutation）:指細胞中的遺傳基因發生的改變。它包括單個鹼基改變所引起的[點突變]，或多個鹼基的[缺失]、[重複]和[插入]。原因可以是細胞分裂時遺傳基因的複製發生錯誤、或受化學物質、基因毒性、輻射或病毒的影響。突變通常會導致細胞運作不正常或死亡，甚至可以在較高等生物中引發癌症。但同時，突變也被視為物種進化的「推動力」。

點突變(Point mutation):是突變的一種類型，會使單一個鹼基核苷酸替換成另一種核苷酸，點突變可依發生位置對基因功能的影響而作以下分類：

無義突變（nonsense mutation）：使原本可製造蛋白質的密碼變成停止密碼，而使蛋白質只被製造出一小段，形成完全無用或部分有用的蛋白質。
錯義突變（missense mutation）：使密碼所對應的胺基酸改變，會使製造出來的蛋白質的功能有改變，但不會完全沒有功能。
沉默突變（silent mutation）：密碼改變，但對應的胺基酸不變，亦即蛋白質功能不會受損。

剪接缺失突變(in frame deletion): 是指遺失一小段密碼，但是突變的基因可以製造正常或是部分正常的蛋白。

移碼突變(frame shift mutatio/out of framedeletion): 是指遺失一小段密碼，但是突變的基因無法製造蛋白。

鑲嵌式突變(Mosaic mutation):指的是一個人卻有兩種以上細胞來源，帶有二個或更多不同的基因型。不論是體細胞或生殖細胞都有可能被包括在內。原因是因為受精卵開始分裂的過程中發生突變，在細胞部段分裂的過程中，正常的細胞會一直分裂成正常細胞，而有突變的細胞也會一直分裂。這可能會出現正常和不正常的細胞一起在同一個組織，器官或人身上的情形。

顯性遺傳:人體的染色體是成對的，也就是會有兩條相同基因位於不同染色體上。假使父母雙方有一方帶有特定基因基因的情況下，子代只要遺傳到此基因(另一基因不會影響)，就會出現此基因的表達性狀。

隱性遺傳:相對於顯性遺傳，隱性遺傳指的是在遺傳過程中，某個基因的性狀並不表達出來，而有可能“隱藏”於基因內，除非來自父母雙方的基因都給子代遺傳了此基因的情況下，才會在子代身上使此隱性基因得到表達。

參考資料
1. Asian J. Exp. Sci. 2006; 20 Supplement: 81-96
2. Human Mutation 1999; 14:283-–288
3. Natue 1989; 339: 556-558
4. Nature 1989; 340: 312-313
5. http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%9E%E7%AA%81%E8%AE%8A
6. http://en.wikipedia.org/wiki/Penetrance
7. http://www.wisegeek.com/what-is-somatic-mutation.htm
8. http://en.wikipedia.org/wiki/Loss_of_heterozygosity
9. http://www.beckerunited.com/info/in-frameout-of-frame/
10. DNA 複製與突變