分子诊断与基因检测

非诚勿扰孟非

作者：知乎
      分子诊断技术是指以DNA和RNA为诊断材料，用分子生物学技术通过检测基因的存在、缺陷或表达异常，从而对人体状态和疾病作出诊断的技术。其基本原理是检测DNA或RNA的结构是否变化、量的多少及表达功能是否异常，以确定受检者有无基因水平的异常变化，对疾病的预防、预测、诊断、治疗和预后具有重要意义。通俗简单的讲所有基于分子生物学水平的方法学技术都属于分子诊断技术，比如PCR技术、基因测序技术等等。
       在人类基因组中，编码蛋白质的基因有2万多个，它们之间存在着广泛的相互作用；每一种生命活动不仅依赖于相应的基因或蛋白质等构成元件，而且还取决于这些元件之间形成的相互作用网络，科学家们正在从生命复杂系统的角度来认识生命的本质。随着科学的进步，我们与基因检测的关联将会愈加紧密，更多的人将从中获益。
       到底什么是基因和基因突变？基因检测又是在做什么？那么什么是靶向治疗？面对大量的商业化基因检测乃至基因预测项目，又该怎么选择？
1.什么是基因检测
       基因是承载遗传信息的DNA或RNA片段。基因检测是利用某些生物技术手段分析体内特定遗传物质的结构或组成的变化，从而对疾病进行辅助诊断和风险预测以及用药指导的技术。
2. 最常见基因检测的应用领域
a.感染性疾病的诊断。（mNGS可以检查近3万种病原微生物）
b.肿瘤早筛、指导肿瘤个体化治疗。
c.单基因遗传病检查。
d.个体健康预防及疾病治疗，评估药物基因、精准用药及疾病易感基因检查。
2.a基因检测技术用于感染性疾病的诊断
       乙肝、结核、某些腹泻等疾病是由病毒或细菌感染引起的。传统对这些病的诊断主要依靠抽血化验抗体或分离引起感染的细菌或病毒，这种传统诊断方法最早要在感染后的5-10天后才能做出诊断。基因检测技术检测的是病毒或细菌的遗传物质DNA或RNA，一旦有病毒或细菌入侵即可检测。打个比方，如果把病毒或细菌感染比喻为蟊贼入室盗窃，发现抗体类似于找到了盗贼的脚印，而发现细菌或病毒的DNA或RNA，就相当于抓了贼的现行，是感染的最直接证据。例如，在患者体内检测到乙肝病毒DNA，说明患者被乙肝病毒感染，患者具有传染性，也是抗病毒治疗乙肝疗效的评价指标。此外，基因检测技术可以检测目前实验室无法分离培养或培养周期特别长的病原微生物。例如，结核杆菌培养周期长，一般医院无法开展。而采用基因检测技术就可发现结核杆菌DNA。
2.b基因检测技术用于指导肿瘤个体化治疗  
       用于治疗恶性肿瘤的靶向药物是一类只识别并杀伤肿瘤细胞而对人体正常细胞影响较小的生物制剂，具有突出的抗肿瘤效果，且毒副作用较小。靶向治疗已成为治疗某些恶性肿瘤的重要手段。但并不是每一位患者都可以使用靶向药，这是由基因状态决定的。以一种叫做非小细胞肺癌的恶性肿瘤为例，如果患者体内的EGFR基因的某些部位发生了变化（突变型），则可以使用吉非替尼、厄洛替尼等靶向药治疗。再以结直肠癌患者为例，如果患者体内的KRAS基因没有发生变化（野生型），采用西妥昔单抗和帕尼单抗治疗其有率可达到60％,而如果患者的KRAS基因已经发生了变化（突变型），使用这种靶向药则完全无效。
2.c基因检测用于遗传病的筛查与诊断
       遗传病是由于人类的遗传物质（染色体或基因）发生改变（包括数目、结构、组成发生变化）导致的疾病。遗传病总体上可分为五大类，分别是：1.染色体病。由染色体数目或结构异常引起，如临床上最常见的唐氏综合征，因第21号染色体多了一条所致；2.单基因病。由一个基因变化所导致，如色盲、血友病、地中海贫血等；3.多基因病。疾病的发生受多个基因控制。如高血压、糖尿病以及许多种先天畸形；4.线粒体病。如线粒体耳聋；5.体细胞遗传病，最常见的是肿瘤。通过基因检测可以对遗传病进行筛查和鉴别诊断，也可对家族性遗传病的发生进行预测。无创产前基因检测（NIPT）技术主要筛查21三体（唐氏综合征）、18三体、13三体以及性染色体等染色体数量异常导致的出生缺陷。NIPT目前还不能完全替代传统的血清学筛查及有创产前诊断（抽取孕妇羊水、绒毛、脐血），此技术存在漏检除常见三体（21、18、13三体）和性染色体以外的其它“非典型”染色体异常的风险。
2.d 基因检测用于指导心脑血管疾病个体化治疗
       以临床上常用的华法林为例，此药是预防和治疗血栓栓塞性疾病的常用药。有的患者服用后会出现出血，有的患者服用后会再次出现梗死。不同患者间的相关基因差异是引起这种不同临床表现的主要因素。服用华法林的患者进行相关基因检测可精确计算华法林的用量，从而降低出血或栓塞等不良反应的风险。氯吡格雷（商品名为波立维）是一种抗血小板聚集的药物，主要用于预防动脉粥样硬化血栓事件，如脑血栓、冠心病等。氯吡格雷是一种前体药，其本身无抗凝活性，此药进入人体后需经过肝脏转化为有活性产物才能起到抗凝作用。因不同个体间的相关基因差异，有的患者服用常规剂量有效，有的患者需加大剂量，而有的患者服用此药则完全起不到抗凝作用。所以进行相关基因检测可评估特定患者是否适合服用氯吡格雷并精确提示具体使用剂量。同样，通过基因检测也可评估他汀类降脂药物的疗效和副作用。
3.接受基因检测前需要深入了解的几个问题
3.1部分项目科学依据不充分，接受商业化基因检测需谨慎
      前期证实相关致病基因是开展基因检测的前提。苯丙酮尿症是最常见的新生儿氨基酸代谢障碍性疾病，其发病原因是患儿体内的一个叫做PAH的基因发生了变化。及早发现新生儿体内的PAH基因的缺陷，并使用特殊配方的饮食（低苯丙氨酸）可阻止新生儿发生智力障碍和继发癫痫等。对这类致病基因明确的疾病，要积极开展基因检测。而肿瘤、高血压、糖尿病和哮喘等的发生受多个基因和环境因素共同影响，所涉及的确切基因尚无定论，检测个别几个基因的变化去预测疾病的发生风险是不严谨的。针对新生儿的多基因疾病的检测也存在科学性的问题，而那些被大肆吹捧的天赋基因检测更是至今没有一个科学的定论，不是卫生行政部门批准的常规临床服务项目。
3.2特定基因检测套餐结果阴性仍不排除携带致病基因乃至未来发病的可能性
       以耳聋基因检测项目为例，某一款耳聋基因筛查芯片是选择我国人群中4个常见耳聋致病基因设计的。其检测结果可指导抗生素的应用、减缓耳聋的发展、预测电子耳蜗的疗效并指导耳聋患儿未来婚配等。但已发现与耳聋相关的基因位点多达140多个。很显然用这款芯片对新生儿进行大规模筛查，即使检测结果为阴性，也不排除被检测者未来发生耳聋的可能性，因为检测位点不够全面。反之，即使用这款芯片对临床已经表现耳聋症状的患者进行检测，也未必能得到阳性结果，因为耳聋可能是由除这4个基因以外别的基因导致的。所以，接受基因检测前一定要明白特定套餐所包含的基因范围。
3.3基因检测项目要有所为，有所不为
       对新生儿苯丙酮尿症、囊性纤维化疾病等许多遗传病的早期诊断可以指导临床早期干预治疗，有利于儿童的健康成长，保障其生活质量。而对一些在成年后才会发病的遗传病，如女孩的PCA1和PCA2基因变异会增加成年女性患乳腺癌和卵巢癌的风险，但早期检测并不会有提前治疗干预措施，还会增加儿童及家人的精神负担。另外，某些遗传疾病虽然可进行基因检测，但目前却缺少治疗方法，对于该类“可诊断无治疗”疾病的基因检测，是否进行早期检测，都值得深思。但此类检测项目可能会对下一胎的优生优育有所帮助。
3.4 预测性基因检测的负面效应
      以遗传性乳腺癌为例，该病与乳腺癌易感基因（BRCAl和BRCA2）相关。对于这种易感基因携带者，采取规律的生活方式，定期体检，可预防疾病的发生。但某些人一旦知道自己基因存在问题，就陷入恐慌与焦虑之中，这种紧张的精神状态有时会对肿瘤的发生起促进作用。更有甚者，一旦发现自己带有“不利基因”，会采取极端措施提前切除乳腺，防止癌症发生。由于基因的可遗传性，基因检测的结果不仅涉及受检者个人，也涉及家庭成员的隐私公开，这会给家庭成员带来心理负担。此外，某些预测性的检测结果也可能带来歧视，社会上可能对这些携带所谓“不利基因”者在升学、就业、婚姻、投保等方面产生歧视或不公平待遇。
3.5要理性选择不同方法的同类基因检测套餐
       以PCR（聚合酶链式反应）和NGS（高通量基因测序）技术为例，PCR检测成本较低，但其只能检测已知的特定突变位点。而NGS检测的基因及位点范围广，但费用昂贵。以指导非小细胞肺癌靶向用药的EGFR基因检测为例，荧光定量PCR技术只能检测套餐里涵盖的特定29种突变，超出套餐里面的突变类型是检测不出来的。但这29种突变类型目前可指导绝大多数患者的用药选择。而受临床取材条件的限制（如患者身体状况、肿瘤的位置以及操作手段等），在可获取的标本极其微量且不可重复取材的情况下，使用NGS可在较短的时间里从微量的标本中获得非小细胞肺癌可能涉及的全部基因的突变状态。但NGS发现的未知突变不能用于指导临床用药。
4.后人类基因组时代
      人类基因组计划的完成标志着生命科学跨入了一个新的研究时期——后基因组时代，对基因组研究的重心将从揭示基因组的结构转向基因组在整体水平上的功能的研究。即从单纯的研究人体DNA的结构组成向其功能，与人类遗传，尤其是疾病的关系方向迈进。由于涉及医学范畴，需要较长时间验证结果，因此目前整体尚处于研究阶段。但我们相信随着医学的发展，总有一天基因检测可以成为早期筛查、早期诊断、治疗决策和癌症风险指导中最为有力和精准的工具。

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