详解！分子诊断在疾病中的应用

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分子诊断行业高速发展

社会发展、医疗感染新态势、新冠疫情，为分子诊断行业发展创造了利好因素。

• 老龄化，感染性疾病和肿瘤发病率增多
  

我国60岁以上人口2.64亿，占总人口比例达18.7%，预计到2030年，60岁以上人口会达到3.6亿。
随着年龄的增长，人体免疫力下降，免疫力下降导致罹患感染性疾病、肿瘤等疾病的风险增高，疾病筛查和肿瘤早筛等分子诊断的需求增加。

• 城镇化及新发病毒导致传染病流行
  

2021年年末，我国常住人口城镇化率为64.72%，预计到2050年将达到71.2%，过快的城市人口增长，人口密集流动接触更加频繁，无形中为传染病的传播和流行提供了有利条件。
2003年的非典、2014年的埃博拉、2016年的寨卡、2020年的新冠以及近期出现的儿童不明原因肝炎，都对全球卫生体系提出了新的挑战，病毒变异速度加快导致传染病控制难度加大。

• 耐药微生物出现威胁巨大
  

抗生素滥用催生超级耐药微生物，如果不采取有效措施，预计到2050年全球每年将有1000万人死于耐药菌的感染，经济损失将达到100万亿美元，微生物耐药已经成为全球公共卫生危机。传统的细菌培养需要较长的检测时间，大多数病毒在体外难以培养甚至不能培养，而分子诊断可以快速诊断微生物的耐药性。

• 新冠疫情加速行业发展，国内PCR实验室遍地开花
  

疫情前PCR实验室主要是在大型三甲医院、CDC、科研院所实验室等机构，对人员素质、设备、实验室环境都有非常高的要求。疫情发生以来，二级以上医院加上第三方ICL新建了近10000家PCR实验室，使我国的核酸检测能力短期内大跨步提升，有效缩短了“全民检测时间”。
后疫情时代，如何发挥这些“花巨资”建设的PCR实验室功能成为一个新课题，院内通过开展分子诊断既可以解决检测周转时间（Turn-around time，TAT），减少PCR实验室空置问题。
除以上几点外，分子诊断行业发展还有诸如精准医疗、肿瘤早筛、分级诊断等有利因素的影响，在此就不一一展开。



国内分子诊断市场规模从2013年的25.4亿元增长至2019年的132.1亿元，年复合增长率达到31.63%，增速约为全球增速的2.6倍。据有关机构预测到2024年分子诊断行业市场规模将达到330亿元，预计到2030年，分子诊断将超越免疫诊断成为IVD行业最大的市场。
全球市场规模也呈现稳步增长的态势，有数据显示，2013-2019 年全球分子诊断市场规模由57亿美元增长至113.6亿美元，年复合增长率为12.18%。BCC Research报告预计，全球分子诊断市场将从2021年的176亿美元达到2026 年的426亿美元，复合年增长率为19.3%。

分子诊断的应用

分子诊断在疾病诊断中的应用领域包括感染性疾病、遗传性疾病、肿瘤疾病等。

• 感染性疾病诊断
  

传统的感染性疾病病原体的检测和诊断主要是基于病原体表型的检测和诊断。尽管后者具有廉价并可在大多数医院开展的优点，但病原体表型的检测存在许多不足。
一方面，并非所有的病原体都能通过直接观察或培养的方法检测，如病毒和支原体、衣原体等，而且这些技术通常是费时和操作繁琐的，更重要的是，这些表型在病原体的生命周期的不同阶段及其与宿主的相互作用会呈现不同的改变，因此，抗体和同功酶技术对于检测病原体取决于病原体的生命周期。
另一方面，宿主的免疫反应因窗口期而出现抗体阴性或由于已治愈的先前感染但仍持续存在抗体，有时由自然感染或免疫接种可出现交叉反应而出现假阳性的结果。尤其是无法区分病原体种属内的不同特征。
目前，许多传统的病原体表型检测正被病原体的基因型检测所取代。由于许多病原体的全基因组序列的公布，根据这些序列可设计和合成用于PCR的DNA引物或用于PCR和核酸杂交的寡核苷酸探针。分子诊断测序技术和DNA微阵列技术可实现对病原体的早期、快速、特异、敏感的检测和诊断，特别是可以实现对感染性病原体的基因分型以及对病原体的耐药性进行监测和评估。

• 遗传性疾病诊断
  

传统的遗传性疾病是指潜在的突变在体细胞和生殖细胞均可被发现的状况。然而，随着DNA变异在许多散在的疾病中被发现，遗传性疾病的概念变得更复杂，由于获得性DNA突变仅仅影响体细胞（非生殖细胞），如某些实体瘤细胞或血液肿瘤细胞。
因为涉及DNA，尽管这种异常是非遗传的，但它们具有遗传病的成分。因此，现在的“遗传病”被认为是可遗传的遗传病和体细胞遗传病（获得性或非遗传性）的共用术语。
经典的遗传病的诊断主要依赖于疾病的表型病变。如血友病A,是一种X连锁的遗传病，由于其X染色体q28编码Ⅷ因子的基因突变，致Ⅷ因子减少而出现凝血异常，但由于其基因突变主要是因该基因的几个外显子和内含子之间的翻转方式不同，其携带者的Ⅷ因子的水平可以有很大的差异，仅根据Ⅷ因子的水平，并不能准确诊断血友病及其携带者。
而用分子诊断的方法，如用长PCR的方法，可扩增出DNA的大片段，能准确检测该基因的翻转突变。不仅是单基因突变，多基因突变的遗传病其表型也会受到来自遗传学因素和非遗传学因素的影响。例如，地中海贫血的α-珠蛋白基因和β-珠蛋白基因的不同突变可产生不同严重程度的地中海贫血症状，甚至这些基因之间的相互作用也影响疾病症状的程度；而非遗传学因素的影响，如环境因素和生活方式也对孟德尔遗传病的表型产生影响。
因此，依据表型诊断遗传性疾病有诸多的局限性，这些局限性会影响诊断的准确性和可靠性。而分子诊新技术，通过分析患者的核酸、蛋白质、染色体，可直接检测所涉及的相关基因及其基因型、基因的单倍体型或基因的突变。分子诊断技术中的杂交技术、PCR技术和DNA测序技术均可用于遗传病的诊断。

• 肿瘤疾病诊断
  

在肿瘤辅助诊断方面，目前在软组织、骨肿瘤、淋巴造血系统肿瘤及神经系统肿瘤的分子分型中应用最为成熟。
①在以滑膜肉瘤和尤文肉瘤为代表的一些软组织肿瘤中，存在特异性的染色体易位及其相应的融合性基因，采用荧光原位杂交技术（FISH）可检测这些具有肿瘤特征的染色体和融合性基因，不仅有助于了解肿瘤的发生和发展机制，而且有助于临床病理的诊断和鉴别诊断。
② 淋巴瘤基因重排及染色体易位：单克隆性淋巴细胞受体基因重排是淋巴系统肿瘤的典型特征，可通过PCR技术检测出来。一些淋巴瘤的亚型存在特定的染色体易位，可通过FISH、PCR等方法进行检测用于辅助鉴别诊断。
③ 肿瘤相关病毒感染检测：一些肿瘤与特定的肿瘤相关病毒感染关系密切，如人类疱疹病毒(EB病毒)与鼻咽癌、NK/T细胞淋巴瘤、霍奇金淋巴瘤，高危型人乳头状病毒(HPV)与宫颈癌等，这些病毒的相关分子成份可通过分子生物学方法检测出来。
20世纪80年代，以SRC、KRAS、RB1等首批癌基因或抑癌基因的发现为标志，揭开了从分子层面逐渐认识肿瘤发生发展的序幕。之后，基因变异的功能学研究促进了分子靶点的认识和转化应用，分子变异被用作药物研发的对象，于是出现了可药物靶向或可作用的分子靶点变异的概念。
分子病理检测也可指导内分泌治疗和肿瘤个体化化疗，目前应用最为广泛的如乳腺癌、胃癌HER-2基因的扩增与化疗方案的选择，EGFR基因突变与肺癌靶向性酪氨酸激酶抑制剂（如易瑞沙、特罗凯）治疗，EML4-ALK基因融合、ROSl基因重排、MET基因扩增与克唑替尼治疗，K-ras基因突变检测筛选适合EGFR抑制剂治疗的患者，C-kit、PDGFRA基因型预测imatinib治疗的反应，Top2A基因异常与化疗疗效，焦磷酸测序检测MGMT基因启动子区甲基化，预测胶质瘤中替莫唑胺的疗效等。
在黑素瘤中也成功研发了BRAF突变型及免疫靶点的靶向治疗方案等。肿瘤突变新抗原、嵌合抗原受体T细胞（CART）等新技术新方法的出现，更将进一步推动临床免疫治疗的精确性。
同时，分子病理检测可以用于指导预后，病理科的发展已不仅限于显微镜下的诊断，分子病理学中的常用分子生物学技术已被用于常规的诊断中，尤其在肿瘤的早期诊断、个体化分子靶点检测以及预后判断起着关键性作用，使肿瘤治疗进入新阶段。