基因芯片在精准医疗中的应用

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人类基因组计划完成之后，研究重心逐渐进入后基因组时代，即向基因的功能及多样性倾斜。通过对严重危害人类健康的致病基因，以及疾病易感基因的研究，建立了针对基因相关疾病的新的诊治方法。这个医学领域的变革促进了4P医学：即预测（Prediction）、预防（Prevention）、参与（Participation）以及个体化医疗（Personalized medicine）的产生。近日，精准医疗概念的提出将推动医学领域的进一步发展。% |0 M/ k  u: U
　　精准医疗的出发点是遗传学和基因组学的理论基础和大量的基因数据。由于测序技术的更新和成本的降低，相关的检测技术及服务开始大量涌现，以生物芯片、新一代测序、定量聚合酶链式反应等为代表的分子检测技术，在疾病的大规模筛查、精准用药、精准治疗方面有着广泛的应用，并带来了医学发展的一场变革。
% O$ \* t, p, p; {" x　　基因芯片又称DNA微阵列、DNA芯片，它是以基因序列为分析对象的一种分子检测技术，是最早进入应用和实现商业化，也是最成熟的生物芯片技术。经过近20年的探索和发展，基因芯片技术已经积累了大量数据，以其快速、准确、高通量的特点推动了生命科学、医学和检验检疫等领域的发展。
6 B& m) @. T- \  r　　2015年1月20日，美国总统奥巴马在国情咨文演讲中提出了“精准医疗”计划，各国政府和科研人员对此迅速做出了反应。随着精准医疗概念的提出，针对肿瘤、遗传病、传染性疾病等的基因检测被越来越多的人提及并关注，精准医疗是指建立在了解个体基因、环境以及生活方式基础上的新兴疾病治疗和预防方法。
8 ]& x, X0 r9 h( o5 X在遗传病检测方面的应用. Q+ c! u4 ~* d8 h
　　随着人类基因组计划的完成，许多与遗传性疾病相关的基因被相继定位。利用基因芯片，一次杂交可以完成对待测样品多种突变可能性的筛查，实现对多种遗传病的高效快速诊断。目前，基因芯片已应用于血友病、杜氏肌营养不良症、地中海贫血、异常血红蛋白病、苯丙酮尿症等遗传性疾病的检测。特别是在产前筛查领域，若在妊娠早期用芯片做基因诊断，可以避免许多遗传性疾病的发生。9 V) S  s. ?' u4 [. g- Q: w
　　在我国，婴儿的出生缺陷病种类繁多。先天性心脏病、多指(趾)、唇裂伴或不伴腭裂、神经管缺陷、先天性脑积水等10类疾病是我国新生儿前10位的高发畸形遗传病。目前大多数先天性遗传缺陷是因染色体基因异常而引起的功能异常所致，是传统检查方式所无法检测的。婚前、孕前、孕早期基因检测已成为预防婴儿先天缺陷最有效的手段。现在已有通过美国食品和药物管理局认可的基因芯片产品，用于婚前、孕前及孕早期父母双方的基因检测，或孕早期的羊水检测来预测婴儿出生缺陷的可能性，从而大大降低婴儿出生缺陷率。3 p) Y9 F; t' K" O
在疾病筛查和个体治疗方面的应用
8 P7 s( \: D. [6 A% ~　　肿瘤是常见、多发病，而恶性肿瘤是对人类健康危害最严重的一类疾病，恶性肿瘤的发生是多基因突变相互作用的结果。利用基因芯片对肿瘤样本中的基因进行扫描，可以发现人体基因组或基因表达水平的差异，从而预测化疗药物的疗效，并据此选择最适的针对个体的药物方案，减少无效治疗，最大限度减轻患者的痛苦和医疗费用。; ^1 G& V! L9 O3 v* r6 k
　　乳腺癌是在中国乃至全球女性中最常见的恶性肿瘤疾病，近年来，开始出现发病率增高，且年轻化的趋势。我国生物芯片上海国家工程研究中心研究开发了乳腺癌分型基因芯片，用于对肿瘤恶性程度，转移情况，以及预后和复发等的评估，并根据结果确定合适的治疗计划，做到个体化用药。) Q/ W4 p2 u  P$ u* A9 i
　　针对世界及中国人群高发的重大疾病，如糖尿病、冠心病、肺癌、乳腺癌、精神分裂症、阿尔兹海默病等疾病，我国也开发了相应的基因芯片产品，用于疾病的筛查和风险评估。疾病的早期诊断和提早治疗对患者有着重要的意义。- Z2 b6 Q: r3 K7 H" G  f5 g0 j. F# Q
在病原体快速检测方面的应用" A' U8 U6 w( R5 A0 e
　　由病原微生物引起的感染仍然是导致人类死亡的一个主要原因，尤其是在发展中国家。据世界卫生组织估计，每秒钟就有一个人感染结核杆菌，而目前大约世界人口的三分之一都感染有结核杆菌。每年有超过一百多万人死于疟疾，每分钟有两个孩子死于这一可预防的感染性疾病，其中大多数发生在撒哈拉沙漠以南的非洲地区。2002—2003年的非典型肺炎（SARS）疫情，2009年甲型流感病毒(H1N1)疫情，都对人类的健康和生命产生了巨大威胁。传统的微生物检测耗时长，效率低，而且对难以培养的病原体的检测往往存在病原体感染“窗口期”的缺陷。因此各国都在致力于开发快速准确的微生物检测方法，基因芯片作为一种高通量、平行化的检测工具，在病原体的快速检测方面也发挥着重要的作用。
* ~- S, V9 q, W. Z$ l' G- [: r: @在个性化用药方面的应用
! `+ {9 o" g+ N2 }) r: q  Q  L; W　　精准用药，即个体化药物治疗，是根据每个人的病情、病因以及遗传基因，提供针对性治疗和最佳处方用药的新型疗法。临床上，不同药物对不同的患者疗效不同，而同样药物的不同剂量对不同的患者疗效也不同，这主要是由于患者的基因差异造成的。另外，很多同种疾病的具体病因也是因人而异的，用药也应因人而异。国内研发的药物代谢酶基因多态性检测芯片在高血压病、糖尿病、心血管疾病等病症个体化用药方面也取得了一定进展，并已经实现产业化。
6 c) F  A/ t6 m* r在细菌耐药性检测方面的应用
& |; H* z# k: J/ J) ?　　基因芯片还可应用于细菌的耐药性检测，这一点是传统的培养法无法做到的。根据细菌的耐药性基因，可以将耐药菌分为不同的亚型，针对不同的亚型在临床上使用相应的抗生素。此外，基因芯片不仅可以同时检测耐药菌的多个耐药基因，还可以同时对多个耐药菌的多个耐药基因进行检测。
' X! F: j5 z  C% ]0 W# i, m基因芯片技术前景广阔
) a% P, x9 n5 ?. [6 }/ a3 M　　随着各国对生物产业投入力度逐步加大，掌握的基因组个体数据越来越多，人们对基因组结构以及它与健康、疾病等的关系的了解也逐步加深。通过基因水平变化预防、预测、治疗疾病的例子会越来越多。例如，基因诊断对癌症的预防和治疗有着重要的作用，对于有癌症家族史的人群来说，通过基因诊断可以了解患癌的概率，并采取必要的预防措施。
, m7 S- E# I1 n　　目前，在欧美，通过基因诊断选择预防性手术的人不在少数，这让欧美国家近几年的癌症发病率和死亡率明显降低。而预防性乳腺切除术使得高癌风险患者发病率下降了60%，大大避免了悲剧的发生。而对于中国市场来讲，基因检测技术还是比较新的，检测成本也偏高，操作复杂，公众对此了解也不深。虽然已经宣传多年，这个行业也还是缺乏规范化管理和相关标准、市场规范。
6 a! N  R! \, R  d　　生物诊断的技术已经比较成熟，但是这个产业还并不成熟，需要国家从政策层面来进一步的规范化，并扩大在公众中的影响力。由于精准医疗对学术背景的高要求，对当前的医疗体系也是一个大的挑战。
; O; ]" K# L$ G  {　　基因芯片技术目前是精准医疗领域的最强有力的工具之一，在遗传病检测、疾病筛查、疾病分型、病原体检测、个性化用药等方面均呈现出广阔的应用前景。近年来，二代测序技术由于快速发展和成本的降低，正在占据越来越多的市场份额。然而，基因芯片技术仍然具有很大的优势，因为成本相对较低，检测也较为迅速、大量、精准，技术也更加成熟。全世界的生物医药公司以及高校也都在结合疾病、健康等临床诊断中实际应用的需求，不断开发诊断技术和检测产品，扩大应用平台。随着精准检测、精准用药观念的进一步深入人心，该技术必将在精准医疗领域发挥越来越重要的作用。