伊薇·沃克坐在艾莉森腿上，玩着一个百玩不厌的游戏：把妈妈的手翻来覆去，轻轻抚摸、仔细端详。她停下来四处张望时，脸上流露出许多婴儿都会有的那种张着嘴的好奇与惊叹。伊薇目前会说的话只有一连串的尖叫声和“嗯嗯”声。过去几个月里，她开始能在没有人扶的情况下短暂站立，甚至能借助助行架走几步——这进步让父母无比自豪，也对未来满怀希望。
尽管伊薇看起来像个婴儿，她已经八岁了。她患有PURA综合征，这是一种极其罕见的发育障碍，直到四年前才正式被确认存在。发育障碍会影响儿童正常的心理或身体发育。在确诊之前，伊薇的父母只知道她有“全面性发育迟缓”：这是一个含义模糊的统称，涵盖一系列症状，潜在病因多种多样，其中一些（但并非全部）预后令人心碎地糟糕。
然而，得益于基因组测序的进展，越来越多像沃克一家这样的家庭得以准确诊断孩子的病情，也因此更清楚地了解未来可能如何。在某些情况下，比如伊薇的情况，测序揭示他们患上了一种全新的疾病；在另一些情况下——至少目前还只是少数——测序发现了一种潜在疗法，可用于治疗此前似乎无药可治的疾病。
这项技术改变的不只是发育障碍儿童的生活。2018年10月，英格兰国家医疗服务体系（NHS England）将启动基因组医学服务，由13个基因组医学中心组成，为尚未确诊的罕见病患者和癌症患者提供全基因组测序；癌症也是一种由基因突变引起的疾病。
通过揭示驱动肿瘤生长的确切基因组变化，医生可以选择更有效的治疗方案。NHS表示，此举将使英格兰成为全球首批能够常规提供“全面、公平地获取最新基因组检测和管理服务”的国家之一，覆盖全国所有地区，不论患者患何种疾病或居住在哪里。
发育障碍患者和癌症患者将率先受益；随着我们对遗传学的认识不断加深，相关基础设施也将为检测其他疾病做好准备，例如早发性痴呆或多发性硬化症，这些疾病可能由多种基因变异导致。
自从人类基因组初稿完成测序的消息公布以来，科学家和政界人士一直声称，我们正站在个性化基因组医学新时代的门槛上。这个时代终于到来了吗？
妹妹伊薇出生时，阿奇·沃克15个月大。艾莉森两次怀孕都很顺利。伊薇在预产期后一周经阴道顺产，沃克一家似乎迎来了第二个健康的孩子，而且还是个睡眠特别好的宝宝。但这个特点很快就让人担忧起来。父母不得不叫醒她喂奶，而她每次吃奶的时间也不长。她摸起来还异常冰冷。伊薇五天大时，艾莉森向社区保健访视员反映了这些情况，对方告诉她带孩子去医院。
分诊护士立刻抱起她，飞奔着穿过走廊：伊薇随后在重症监护室住了一周，医疗团队努力让她保持温暖并得到喂养。艾莉森说：“我们以为这只是成长路上的一个小坎，她会好起来，然后我们就能带着可爱的小女儿回家，一切都会好起来。”
但伊薇回家后仍然嗜睡。随着她从婴儿长成蹒跚学步的幼儿，父母逐渐发现她没有达到通常的发育里程碑。她多次回到医院，接受血液检查以排查各种激素和营养缺乏、接受脑部扫描以检查神经损伤，还接受了常见遗传病的基因检测。
沃克一家天真地以为，这些检查中总有一项最终能揭示如何解决伊薇的问题。艾莉森说：“后来我们开始意识到，我们不仅无法解决问题，甚至连问题究竟是什么都弄不清楚。”
伊薇两岁时，医院的一位顾问医生让她的父母坐下来，告知他们一个令人痛心的消息：伊薇不仅可能永远无法赶上同龄健康儿童的发育水平，他们甚至不确定她今后还能否继续发育。伊薇仍然不会抬头、站立、走路或说话，然而医学检查结果却一直显示正常。
沃克一家的经历令人痛苦，却出人意料地常见。根据欧盟的定义，罕见病是指每万人中患者少于5人的疾病。据英国罕见病组织（Rare Disease UK）统计，已知罕见病有6,000至8,000种，每周都有五种新疾病见诸医学文献。
罕见病包括囊性纤维化和亨廷顿病等广为人知的遗传性疾病，也包括儿童癌症和PURA综合征等鲜为人知的发育障碍。约四分之三的罕见病会影响儿童，而受影响的患儿中有三分之一活不过五岁。
患儿父母常把确诊前经历的检查、错误线索和医生的反复思索称为“诊断之旅”；他们要经历这一切，才能找到问题根源——如果最终找得到的话。据估计，80%的罕见病由遗传因素导致；但尽管近几十年来我们对人类基因组的认识取得了巨大进展，要在个别患者身上找到导致罕见病的突变，并不像听起来那么简单。
一项改变是新一代测序技术的发展。DNA测序仪不会一次性测完整个基因组，而是先将DNA切成约150个“字母”长的短片段，再读取这些片段的序列，并与参考序列比对后拼接起来。
新一代测序技术可同时进行数十万、数百万乃至数十亿次DNA测序反应，大幅加快了整个过程。直到最近几年，研究人员才得以以具有成本效益的方式测序完整基因组。
剑桥大学医院的临床遗传学家海伦·弗斯（Helen Firth）整个职业生涯都在努力帮助罕见病患者。
她说：“确诊之后，你可以向其他患有同一种疾病的患者了解未来可能会怎样。”她补充说，这样你就能针对疾病制定后续监测和管理方案，还可以“准确告知其他家庭成员，他们再生育一个孩子或其他家人患上这种疾病的可能性”。
然而，尽管弗斯竭尽全力，多年来她也只能为前来就诊的患者中约四分之一到三分之一确诊。传统上，像弗斯这样的遗传学家会采用一种称为核型分析的方法，将所有染色体配对并排列，以查看是否有染色体缺失、重复或存在较细微的结构变化。
核型分析仍是发现大型异常的有用技术，但分辨率仅限于约500万个碱基对。随着芯片技术的发展，遗传学家的工作变得更容易了；这项技术能够检测更小的异常，分辨率可达50,000–100,000个碱基对。
然而，这两种技术都无法发现微小但往往影响重大的变化，例如一个化学“字母”被另一个替换。要发现这类变化，就需要DNA测序；这项技术最初于20世纪70年代开发。人类基因组的首次测序耗时约13年，花费超过20亿英镑。此后，测序过程逐渐变得更快、成本更低。
即便如此，直到不久之前，临床遗传学家在实际操作中仍只能一次测序一个基因，这限制了他们能为单个患者做的工作。
然而，到2010年，芯片技术已有所改进，基因组测序成本也降至一定水平。弗斯与马特·赫尔斯（Matt Hurles）认为，如果系统地应用这些技术，他们或许能为更多患者确诊。赫尔斯如今是威康桑格研究所（Wellcome Sanger Institute）人类遗传学部主任。
于是，他们与NHS遗传学服务部门及其他几个研究团队合作，将12,000多名尚未确诊发育障碍的英国儿童和成人纳入“发育障碍解码”（DDD）研究，并测序了他们DNA中所有编码基因的区域。他们还测序了患者父母的DNA，从而识别出“新生”突变——这类突变可能发生在卵子或精子的形成过程中，也可能发生在患者仍处于胚胎早期时。
领导DDD研究的赫尔斯说：“这些家庭一直面临一个问题：为什么这么多家庭只有一个孩子病得很重，其他人却都很健康？我们发现，当我们能够为这些孩子确诊时，原因往往是其中一种新生突变。”
伊薇·沃克就是入组者之一。她和父母各自提供了唾液样本，研究人员将他们每人20,000个基因的遗传序列与一个收录了1,450种已知发育障碍相关基因的数据库进行比对。虽然这种方法帮助许多DDD参与者获得了诊断，但未能找出伊薇的病因。于是，对于伊薇以及其他在DDD研究中仍未确诊的人，研究人员转而检查她的其他基因——那些尚无已知疾病关联的基因——寻找新生突变显著过多的基因。
这使他们找到了PURA基因。该基因编码一种有助于调节许多其他基因表达的蛋白质。研究人员发现，伊薇和另外两个女孩在PURA基因的不同区域存在小片段缺失或拼写错误，并认为这可能是她们患病的原因。
尽管这些女孩的症状相似，却并不完全相同。赫尔斯说：“我们经常发现，这些疾病在不同患者身上的表现差异很大。这或许是它们此前未被识别出来的原因之一，因为临床医生无法断言：这些情况都属于同一种疾病。”
迄今，研究已证实近1,500个基因中的罕见变异会导致发育障碍。到目前为止，DDD研究已发现30个与发育障碍相关的新基因，并确认了14种全新的疾病；数据仍在分析中，预计还会有更多发现。
弗斯说：“那些我多年来一直难以确诊的家庭能入选DDD研究，之后我又能在诊室里向他们解释分子诊断结果，这让我感到非常欣慰。”
艾莉森·沃克希望为伊薇确诊，却低估了诊断对她们生活的影响。她说：“我们以为这只是给我们一直面对的情况起个名字。我们没想到它会改变生活，但确诊后，生活确实发生了改变。”
在地球另一端的澳大利亚墨尔本，六岁的萨拉·安德森也经历着自己的诊断之旅。萨拉出生36小时后，出现了第一个异常迹象：她无法保持体温，身体异常松软，吃奶不正常，还会暂时停止呼吸。
萨拉的母亲梅尔说：“我记得那位遗传学家走进来，说：‘我看她只能活七天；好好陪陪她，尽可能多花些时间。’我当时心想，这不该发生在我们身上。”
幸运的是，萨拉挺过了这一关，但随着年龄增长，她没有达到正常的发育里程碑，也难以控制自己的动作。14个月大时，她患上严重癫痫，每天最多发作20次，令她筋疲力尽，其他症状也因此加重。
萨拉曾被误诊为患有多种疾病。后来，基因组测序成本降到她的父母能够筹款支付所需8,000美元的程度。他们筹到了这笔钱，完成了测序。测序没有立即给出诊断，但将搜索范围缩小到约20个基因，其中一个就是PURA。
突破出现在一位了解萨拉病情的墨尔本医生参加的一场会议上，当时会上正在展示DDD研究的初步结果。有一张幻灯片列出了PURA基因和其他受关注的基因。会后，这位医生走到演讲者面前说：“我们有一个这样的病例。”
几个月的电子邮件和电话沟通之后，萨拉的神经科医生收到了一份英国研究人员正在撰写的研究论文草稿，论文介绍了这种新疾病。里面有一张他们诊断的第一个患儿的照片。
梅尔回忆说：“突然间，他们似乎比我还激动。我们的神经科医生激动得说不出话来，但随后我们看着这个孩子……”梅尔深吸了一口气。照片中是一个漂亮的四岁女孩，圆脸，留着齐刘海的深色长发，嘴巴微微张开。梅尔心想：“那就是萨拉。”照片里的孩子是伊薇·沃克。
虽然萨拉的医生终于能给梅尔一个诊断，却无法进一步告诉她这意味着什么。梅尔认为，接下来发生的一切都要归功于萨拉的神经科医生。他说：“找到其他患者，把父母们聚在一起，成立基金会，寻找研究人员——这是你们得到所需答案的唯一办法。”
事情进展很快。2014年秋，一篇论文发表，介绍了三名携带PURA突变的英国女孩以及萨拉。与此同时，一个美国研究团队也发表研究，介绍了另一群携带类似突变的儿童。梅尔安排乘飞机前去与其中一些家庭见面。
第一次拜访时，她见到了另外七个家庭，他们共同同意成立一个基金会。此后不久，他们创建了网站，并开始正式登记基金会。接着，他们联系了所有能找到的、曾研究PURA基因或其编码蛋白的研究人员。
其中一位是慕尼黑结构生物学研究所的迪尔克·尼辛（Dierk Niessing）。尼辛职业生涯初期曾致力于解析PURA蛋白的结构，并深入了解它的功能。经基因工程改造而缺失PURA基因的小鼠，其大脑和神经系统出现严重缺陷。这些小鼠也往往在进食、呼吸和行走方面有困难。
尼辛说：“一切都变得更弱了。所以我猜这是一种重要的蛋白质，也许某一天会发现一种疾病与它有关。”
2014年的论文发表时，事实证明他的猜测是正确的。
2016年，PURA综合征基金会在伦敦附近举办了首届会议，艾莉森和伊薇·沃克也参加了。那是艾莉森第一次与梅尔面对面见面。艾莉森说：“感觉就像见到了失散多年的姐妹。”
她说：“起初，想到这么多人也经历过和我们一样的事情，我真的很难过。但很欣慰的是，在那些只想双手抱头、失声痛哭的日子里，我知道还有其他人能够理解。”
DDD项目发挥的作用不只是为发育障碍患者侦查病因。这类研究逐渐显现出的一个有趣主题是，发育障碍与癌症——包括儿童癌症和成人癌症——存在重叠，而这些疾病都是由基因突变驱动的。
胚胎和癌症有几个共同点：它们都起源于单个细胞，并且会迅速生长。控制细胞分裂和迁移的发育信号通路，在癌症中往往会重新激活并失调。
越来越多证据表明，两者涉及一些相同的基因，甚至相同的突变。例如，BRAF基因突变可导致一种名为科斯特洛综合征的发育障碍，其特征包括智力障碍、发育迟缓、皮肤褶皱松弛、关节异常灵活以及嘴巴较大。BRAF突变也会驱动癌症生长，包括某些儿童脑癌以及成人皮肤癌黑色素瘤。
突变发生的时间似乎很重要：发育障碍大多由卵子或精子中的突变引起，这些突变在父母身体的其他细胞中并不存在；也可能由卵子受精后不久发生的突变引起。
在利用疾病遗传学发现新疗法方面，成人癌症研究一直走在前列。许多较新的抗癌药物针对驱动肿瘤生长的相对常见的基因突变，并通过检测个别患者的活检样本来预测他们是否可能对药物产生反应。
然而，儿童癌症更具挑战性。驱动癌症的突变往往极其罕见，因此医生未必知道该寻找什么。如果患儿对化疗没有反应，医生可能也不清楚接下来该尝试什么。
更好的办法是在一开始就找出驱动突变，直接开展靶向治疗——这正是测序发挥作用的地方。
自2011年以来，密歇根大学的拉金·莫迪（Rajen Mody）及其同事一直在对标准治疗无效的儿童癌症患者进行测序，测序对象包括正常DNA、肿瘤DNA以及肿瘤RNA（RNA是将DNA信息翻译成蛋白质的模板）。
与DNA测序相比，RNA测序更善于检测基因融合——这是儿童癌症中常见的一种突变。
到目前为止，他们已对375名儿童的肿瘤进行了测序。其中三分之一的病例成功开始使用已有药物，这些药物针对检测发现的特定突变或基因融合。
桑格研究所研究员萨姆·贝贾蒂（Sam Behjati）利用基因组测序更好地理解儿童癌症的病因基础。他说：“儿童癌症中的许多突变恰好是可靶向的，而且已有一种非常有效的药物，是专为成人癌症设计的。”
以黑色素瘤为例。黑色素瘤成人患者通常携带BRAF基因突变；如果确有这种突变，BRAF抑制剂通常有效，至少在肿瘤对药物产生耐药性之前如此。然而，有些脑癌患儿也携带这种或其他BRAF突变，因此这些药物对他们同样有效。
贝贾蒂说：“靶向治疗在儿童身上的应用潜力比在成人身上大得多，因为它确实可能治愈患者。对成人来说，它通常只能让癌症暂时受到控制。”
癌症与发育障碍之间的交叉联系意味着，类似的方法也可能为发育障碍研究带来成果。赫尔斯说：“如果我们能借助正在开展的癌症疗法研发工作，就有望为我们试图解决的这些疾病争取到更多投资。”
“十万基因组计划”于2012年在英格兰启动，时任首相戴维·卡梅伦（David Cameron）宣布了这一计划。他的儿子伊万患有罕见神经系统疾病，令医生困惑不解，最终不幸去世。
该计划旨在为癌症、罕见病和传染病患者测序100,000个基因组，以寻找诊断和潜在疗法；同时借此建立相关基础设施，力争在当年10月之前，让NHS能够常规为罕见病和癌症提供全基因组测序。
到目前为止，他们已测序超过75,000个基因组，其中大多数来自尚未确诊罕见病的家庭；约四分之一的病例已获得诊断结果。
其中一名患者是一名男孩，患有严重免疫缺陷和神经系统疾病，四个月大时去世。负责实施“十万基因组计划”的英国基因组学公司马克·考尔菲尔德（Mark Caulfield）说：“他的父母非常悲痛。他们想再要孩子，却非常害怕再生一个像他这样的孩子，于是请求将自己和孩子纳入该计划。”男孩的DNA检测发现，他体内一种负责将维生素B12转运进细胞的蛋白质发生了突变。
不久之后，男孩的母亲再次怀孕。在孩子出生前不久，他们发现这个孩子也携带相同突变。然而，其他携带这种突变儿童的病例报告表明，大剂量补充维生素B12或许能克服这一问题，于是他们就这样做了。
考尔菲尔德说：“到目前为止，他的发育符合正常里程碑，也没有经历第一个孩子遭遇的情况。我们开始看到，基因组测序并非对所有人——甚至可能并非对很多人——都能带来治疗，但对部分患者确实可以。”
基因组测序也可能给医疗卫生系统带来益处。考尔菲尔德举了另一个例子：一名四岁女童发育迟缓，在加入“十万基因组计划”之前，她曾因各种问诊和检查去医院151次，耗费纳税人约35,000英镑；该计划最终找出了她的问题的遗传病因。
考尔菲尔德说：“如果我们能在她的治疗过程中更早进行全基因组测序，至少20%的就诊或许可以避免。”一项600英镑的检测可能为你节省7,000英镑。
尽管前景令人乐观，基因组测序仍无法为每个人找到答案。
保罗·阿维德森（Paul Arvidson）九岁的女儿嫩娜同时参加了DDD研究和“十万基因组计划”，但到目前为止，这两项研究都还没有解释她为何会是现在的样子。
对这个家庭来说，最难的是无法为长远作打算：“因为我们还没有确诊，也就不知道预后如何。我们不知道她的病情意味着她可能活不到成年，还是甚至活不到十几岁。我们希望能够为此做好准备——知道有哪些事情需要尽早考虑。”
迄今为止，DDD研究已为约35–40%的参与家庭找到了答案。但仍有一些家庭陷于诊断的僵局：为什么确诊如此困难？
原因或许在于，DDD项目只研究基因组中编码蛋白质的区域和保守调控序列。为了帮助更多患者找到确诊依据，DDD项目已申请访问“十万基因组计划”的数据。
然而，包括“十万基因组计划”在内的大型全基因组测序项目也遇到了局限。
一个问题是，尽管名为全基因组测序，仍有一些DNA区域无法读取。考尔菲尔德说：“我能以良好质量读取基因组的97.3%，但有些部分很难读取，因为有些片段在尝试重新拼接时无法重新接上。”
此外，当前的DNA测序技术虽然很擅长识别DNA序列中的单个字母变化，但不太擅长发现超过一个字母的变化，或插入、缺失。
对于极罕见疾病，也可能是因为携带同类突变的人太少，因而无法检测出来。
“迄今为止，我们的基因中只有约30%已知与人类疾病有关，还有很多有待发现，”弗斯说。“我们将继续重新分析截至2021年招募到DDD研究中的家庭的序列数据。随着我们及其他研究者不断发现导致发育障碍的基因，我们就能诊断出更多儿童。”
测序带来强大能力的同时，也伴随着风险。基因组测序可能会发现与正在调查的疾病无关、但仍可能导致严重健康后果的基因变异。
有些人可能想知道自己未来是否有很高的风险患上严重疾病——尤其是在有机会降低风险的情况下；另一些人则宁愿不知道。DDD项目经过慎重考虑，决定不报告此类“次要发现”。
不过，“十万基因组计划”为参与者提供了选择，让他们了解自己是否携带会显著增加高胆固醇或某些癌症风险的基因变异——例如与BRCA1和BRCA2基因变异相关的乳腺癌和卵巢癌——或者是否携带可能导致未来子女患囊性纤维化的变异。
“十万基因组计划”明确区分了可以采取行动应对的基因变异（例如BRCA变异；若携带高风险变异，可以加强筛查或接受预防性手术）与无法采取行动应对的变异。例如，某些APOE基因变异会显著增加晚年患阿尔茨海默病的风险，但即使知道自己携带这种变异，也无法据此预防疾病。
然而，在美国，报告的潜在重大影响结果要多得多。2013年，美国医学遗传学与基因组学学会公布了一份最低基因清单，建议在临床基因组测序中将这些基因作为次要发现告知受检者。此后，该清单已更新，纳入59种可采取医疗干预的基因。
如果你是正在为孩子的罕见病寻找答案的家长，可能会觉得确诊的好处大于获知这些额外信息的弊端。
越来越多的新生儿重症监护病房开始为婴儿提供基因组测序，这意味着儿童确诊PURA综合征等罕见病的年龄越来越小。这或许有所帮助，因为它消除了多年的不确定性，并使某些情况下能够采取治疗措施。即使对于PURA综合征这类尚无疗法的疾病，父母也能从其他患者及其家长那里了解孩子的病情，以及如何应对疾病带来的一些问题，这会带来巨大的安慰。
弗斯说：“即使是像PURA这样我们几年前才发现的基因，现在我们也掌握了患儿典型发育里程碑的情况。我们还与支持团体合作编写了宣传册，可以分享给各个家庭。”
然而，关于PURA综合征，仍有许多问题亟待解答。首先，为什么不同患者的症状差异如此之大？尼辛说：“我们现在甚至有12名患者，他们在完全相同的位置发生了完全相同的突变，症状却截然不同。”
对艾莉森来说，最大的问题是女儿的未来会怎样。迄今为止，确诊PURA综合征的成年人只有少数几人，但目前尚不清楚这是因为患病儿童通常活不到成年，还是因为接受检测的成年人仍然很少。
在2016年的会议上，艾莉森遇到一个家庭，他们的女儿比埃维年幼，却已经能站立行走，让人得以一窥在适当支持下埃维可能达到的程度。
梅尔和艾莉森都希望，家庭之间持续分享信息，以及不断加深对PURA综合征的研究，能够帮助找到一种对她们女儿有益的疗法。迄今为止，全球约有250人被确诊患有这种疾病；四年前，它还不曾被正式确认存在。每出现一个新病例，人们对它的认识就会加深，对未来的希望也会增加。
