基因测序“一波未平一波又起”

董辉

近年来，基因测序从实验室走入临床，甚至逐渐成为全球医学界热门的话题。其中一个很重要的原因，是“名人效应”，苹果公司创始人乔布斯和影星安吉丽娜·朱莉都曾采用基因测序方法希望抵御癌症的侵袭，朱莉还为此预防性地切除自己的乳房。乔布斯虽然仍因癌症去世，但他生前接受的全基因测序，已成为很多国家富人追捧的高端体检服务。中科院院士、基因组学家杨焕明说，基因测序已被证明是一项非常有效的技术，在国外已非常成熟，也是评估目前已知遗传疾病的最好方法。中科院北京基因组研究所教授于军说，如果导致某种疾病的基因能够被发现，并且提早预防或有针对性地进行治疗，则可以更加有效。中科院北京基因组所技术研发中心副主任任鲁风表示，在中国开展临床基因测序是大势所趋。

1、基因测序的发展

每个人约有1万亿个细胞，每个细胞有23对染色体，这些染色体中包含的脱氧核糖核酸（DNA）由ATCG不同碱基序列构成，数量达30亿，这些基因序列可用于破解人类遗传信息的奥秘。基因测序是对被测者细胞中的DNA分子进行检测，用于测定未知序列、确定重组DNA的方向与结构，以及对突变基因进行定位和鉴定等。只需一滴血，甚至一点唾液，就可以得知自己未来患某种疾病的风险。基因测序是基因检测技术的重要组成部分。基因检测技术包括最早的第一代测序技术、分子杂交技术、限制性内切酶片段多态性分析、聚合酶链式反应（PCR）技术，以及后来的荧光定量PCR技术，再到基因芯片技术、第二代测序技术等。

基因测序技术最早可以追溯到上个世纪50年代，1954年Whitfeld等报道了用化学降解进行多聚核糖核苷酸测序的方法；1977年Sanger等发明了双脱氧核苷酸末端终止法，Gilbert等发明了化学降解法，标志着第一代测序技术的诞生，包括上个世纪90年代开始的人类基因组计划在内的现代分子生物学研究都是基于第一代DNA测序技术开展的。自第一代技术出现后，基因测序经过30多年的发展不断进步。第一代测序技术一般测的是已知基因序列，针对的是某个特定疾病的突变基因。而第二代测序技术则不需要知道所测的基因序列是什么，即不知道哪个地方的基因发生了突变，而是采用随机测序的办法找出突变基因后，再与人类基因组参考序列进行比对，它是一种大规模快速发现基因突变的特殊办法。人类基因组测序工作进行了十几年，而现在由于测序技术得到突飞猛进的发展，用十天半个月就可以完成。

随着测序技术的不断进步，尤其是近年来新一代测序技术的快速发展，如Roche公司的454技术、Life Technology公司的SOLiD技术、Illumina公司的Solexa技术等，使基因测序走进了临床。2012年1月10日，Illumina公司推出了最新的HiSeq2500测序系统，使研究人员和临床医生能够在大约24小时内完成整个基因组的测序，即“一天的基因组”。专家表示，正是由于基因测序技术革命性的突破，临床基因组测序服务才迅速风靡全球。

2、基因测序叫停风波

今年2月9日，国家食品药品监督管理总局与国家卫计委办公厅官方网站，紧急叫停基因测序相关产品和技术在临床医学上的使用。包括产前基因检测在内的所有基因测序产品及其技术，如用于疾病的预防、诊断、监护、治疗监测、健康状态评价和遗传性疾病的预测，需经食品药品监管部门审批注册，并经卫生计生行政部门批准技术准入方可应用。除了该项检测涉及伦理、隐私等问题外，叫停产前无创DNA检测的更重要原因是在食药总局介入前，市场上已经有多家公司开展这项工作，导致市场混乱。

基因测序在临床医学上的运用越来越火，但是这一领域的行政审批监管仍存在空白。从事基因检测的企业入行门槛低，使得不少没有资质的小公司联合小医院开展这项业务，市场比较混乱，存在巨大风险。两部门的通知明确指出，基因测序相关产品和技术“涉及伦理、隐私和人类遗传资源保护、生物安全以及医疗机构开展基因诊断服务技术管理、价格、质量监管等问题”。当基因测序技术进入临床后，与中国人疾病有关的基因数据就会大批量流出，加之目前国内相关检测机构使用的大多是进口设备，假如这些设备带有后门程序，数据安全就会受到很大威胁。所以有必要建立相关标准和规范，让基因测序更安全有效、更科学合理地进入临床。而且国家并不是要“一停了之”，而是现在这个技术的临床使用面临不少标准缺失，监管部门希望通过暂时停止的方式，对行业进行规范。而行业规范缺失的核心原因是，目前绝大部分生物公司、医疗机构使用的基因测序产品（包括诊断试剂、软件）都未经过医疗器械的审批注册。

3、基因测序冲破疑云

在7月2日，国家食品药品监督总局首次通过了第二代基因测序诊断产品的注册申请，包括两款基因测序仪、两款检测试剂盒,批准BGISEQ-1000基因测序仪、BGISEQ-100基因测序仪和胎儿染色体非整倍体（T21、T18、T13）检测试剂盒（联合探针锚定连接测序法）、胎儿染色体非整倍体（T21、T18、T13）检测试剂盒（半导体测序法）医疗器械注册。

药监局批准第二代基因测序诊断产品批准上市，对于我国基因组医学行业而言，是一个重要的里程碑。它标志着我国在医疗创新产品的注册审批方面迈出了突破性的一步，也意味着以基因组学新技术走向临床应用开始有了法律与制度上的保障，这使得先进技术可以再有效监管的前提下可以更好地服务于医疗卫生事业。一种前沿的技术，对研发是挑战，建立规范的本身也是创新，面对这一个全球谁也没有批过的全新的测序系统及应用试剂，注册是一次技术创新和监管创新的共同融合。

4、基因测序的临床应用

自上个世纪80年代基因检测遗传病研究开始以来，基因检测疾病取得了长足的发展，特别是人类基因组计划完成之后，随着基因组学的迅猛发展，一批人类疾病相关的基因被揭示后，其被迅速用于疾病的风险评估、预防、诊断和治疗。近年来，随着新型测序技术的发展和应用，更多的遗传病和恶性肿瘤的基因诊断得到了迅速的推广和应用。至今，基因测序技术已经覆盖了产前诊断，包括染色体疾病、单基因病、多基因病的遗传病诊断，以及药物的个体化治疗等多个领域。

基因测序临床应用最为广泛的是针对遗传性疾病的诊断，比如用于遗传病的产前诊断、筛查。以唐氏综合征（又称21三体综合征）的产前筛查为例，传统的抽血筛查只能将患病可能性较大的高危人群筛选出来，可靠性并不高；如要进一步诊断，则需要羊水穿刺进行染色体检查。羊水穿刺虽然仍是国内外诊断唐氏综合征的金标准，却存在0.5%的流产可能。而近年来备受欢迎的无创产前基因检测技术，只须抽取孕妇5毫升静脉血，就能检测出胎儿发生染色体非整倍体疾病的风险，准确度达99%以上。常见的红绿色盲、血友病等单基因遗传病是指受一对等位基因控制的遗传病，现已发现7000多种，并且能够进行基因诊断的疾病在以每年10～50种的速度递增。利用新一代测序技术结合序列捕获技术，可以对上百种单基因遗传病同时进行检测，为临床诊断和突变筛查提供参考。基因测序技术在肿瘤药物遗传学领域的运用也不可或缺。在临床肿瘤患者的靶向药物治疗中，通过基因检测来指导个体化用药，可以提高药效和安全性。比如对于非小细胞肺癌患者，选择厄洛替尼或者吉非替尼，则要进行K-ras、EGFR位点的基因多态性检测；对于慢性粒细胞白血病患者，是否可选择甲磺酸伊马替尼，则需要进行C-kit、PDGFR位点的基因检测。

5、展望

随着全基因组测序技术的进步，测序所需的时间和费用不断在降低，测序技术在临床医学的应用将获得飞速提升。基因测序技术初期应用于噬菌体、细菌、病毒到逐渐应用于动物、植物后应用于人体，都取得了丰硕的成果，加深了对各种生物各项领域的理解，并逐步改造，创造了巨大的科研和社会效益。对人类自身的基因组测序加速了对人类遗传特性、遗传疾病、罕见及常见疾病的发生、发展的理解，并为提高人类的健康事业开辟了一条新的道路。

基因测序在海外被誉为评估目前已知遗传疾病最好的技术，也将是全球体外诊断技术的重要发展方向，被誉为推动临床诊断技术历史性革新的巨人。2014年7月8日，华大基因正式成立“千万家庭远离遗传出生缺陷”计划，宣布开展一系列针对罕见病的“科技公益”项目，包括面向粘多糖病患者的“子琪计划”、面对地中海贫血的“春叔计划”，和面对鱼鳞病的“晓明计划”等。可以预见的是，随着“单独二孩”政策的开放，高龄孕妇的人数逐渐增多，基因诊断的需求也会越来越大。第二代测序在华大基因的推动下，在政府政策的保驾护航下，将进一步推动我国分子诊断市场的进程。