个体化医学检测与个体化医学
李金明：研究员，医学博士。卫生部临床检验中心副主任。中国医学科学院北京协和医学院和北京大学医学部博士生导师，享受国务院政府特殊津贴，卫生部有突出贡献中青年专家。在国内系统地提出了临床分子诊断实验室管理、检测质量保证及标准化的概念和方法。研究方向：临床分子诊断方法及标准化和基因治疗载体。以项目负责人承担国自然课题5项，863课题1项。以第一和通讯作者发表论文150多篇（SCI 42篇）。国家863计划生物和医药技术领域体外诊断技术产品开发重大项目总体专家组成员以及国际临床化学协会分子诊断委员会等10多个学术团体委员。中南大学和厦门大学兼职教授。中华检验医学杂志和临床检验杂志等多个杂志编委。
近年来与个体化用药有关的个体化医学检测正在全球范围内的医疗机构临床实验室受到关注，有很多实验室已经或正在准备开展相关的检测，需要进行相关检测以决定用药可否或用药多少的药物名单也越来越多，可以预见，涉及个体化用药的个体化医学检测将成为检验医学的一个重要发展方向，也将是检验医学最具有活力的一个领域。
一、个体化医学及个体化医学检测的发展
“个体化医学”理念可以追溯到公元前5世纪，西医之父希波克拉底就曾提出了与现代意义上的药物遗传学理论相似的观点[1]。1892年，加拿大医生Sir William Osler[2]提出治疗应随个体不同而变化的观点。近代个体化医学的发展可以追溯到20世纪50年代药物遗传学检测的出现，即对与药物疗效及毒性相关的特定基因进行临床前的检测[3]。“个体化医学”这个名词最早见于Gibson1971年发表的文章[4]，但其意义是家庭医生独立行医的意思。现代意义上的个体化医学概念1999年由Langreth和Waldholz在《Oncologist》杂志上首次提出，其意义是根据患者的遗传学背景，结合生物信息学和高端成像技术进行诊断，从而合理选择药物进行治疗[5]。由此，人们开始认识到找出个体之间的遗传学差异与药物治疗效果之间的关系是个体化医学首要解决的问题。2008年，美国总统科学与技术顾问委员会（the President’s Council of Advisors on Science and
Technology，PCAST）提出了一个全面的定义：个体化医学是根据每个病人的个体特征制定相应的治疗策略的医学，这并不意味着对每个病人都准备一套药物或设立一套医疗设备，而是根据病人对特定疾病的易感性以及对特定治疗的应答程度进行分类治疗，使得预防或治疗性的干预措施能集中于确定会受益的人群，从而为那些不会受益的人群节省医疗开支并减少药物的副反应，该定义强调了人是个体化医学的立足之本。紧接着，美国癌症研究协会（American Association of Cancer Research）对个体化医学展开了更全面的讨论，确认了7个与个体化医学有关的重要领域[6]：（1）全基因组测序；（2）诊断与预后检测；（3）分子成像； （4）信息技术；（5）药物研发； （6）以基因为基础的临床匹配试验；（7）公司与科研机构的合作。
所有这些仅是与个体化医学有关的部分领域，其他的还有医疗费用的报销、相关法规的制定、个体信息的管理等。由此可见，个体化医学涉及到科学与社会的方方面面，并与人类的基本生活息息相关。
在医院医疗实践中，一个特定患者的疾病诊断和治疗的过程通常是按以下这样一个程序进行的，首先是医生要询问患者哪里不舒服？什么时候出现的症状？有哪些症状？然后再根据患者的自述，进行必要的体格检查（如听诊、叩诊、触诊、体温测量等），得到患者可能患哪类或哪种病的可能印象，然后（必要时）再开出影像、窥镜和实验室检查单等，以进一步确认患者的疾病，作出患者疾病的临床诊断。我们以前的临床医学在相当长的时间里属于经验医学，如我国的传统医学中医，学医基本就是师傅带徒弟，患者去看病，自然是喜欢找胡子长、皱纹多、头发白的经验丰富的医生，望、闻、问、切是其最基本的诊断方法。现代医学源于西医，发展到今天，已进入到诊断医学的时代，换句话说，当代医学如果离开影像、病理和实验室诊断，要想对一个疾病做出明确的诊断，几乎是寸步难行，即使我们的中医亦如此。这是因为患者疾病的发生不是由“外”至“里”，而是从“里”到“外”的，经验医学关注的患者的外在表现，通常是疾病发展到一定阶段才有的，当然一般情况下，患者去看医生，也是因为有这样或那样的不舒服才去的，这些外在的表现是疾病的体现，但其疾病指向的特异性通常较差，细微的差异就得靠经验积累来区分了。西方人体解剖学、病理生理学、生物化学、病原微生物学、寄生虫学、免疫学、化学和物理学等研究发展，使我们对疾病的发生发展有了内在的认识，疾病发生发展在出现外在表现之前，可能就已经存在内在特定组织器官的改变，以及体液如血液、尿液、脑脊液等中各种生物活性物质如蛋白、酶、无机离子、激素、细胞等的量或质的变化，因此就可以通过影像技术（X光、超声、内窥镜、CT、核磁共振等）直接观察体内器官的改变，以及临床实验室检测患者体液中生物活性物质的变化，对患者疾病进行更为明确的诊断。随着分子生物学研究的发展，尤其是人类基因组计划完成进入到后基因组时代，对人类基因改变与疾病关系的研究正日新月异，不但发现了疾病的发生发展与特定的基因的存在（易感基因）、状态（表观遗传学）及表达（mRNA及蛋白）有关，而且基因的多态性还与患者的疾病治疗用药密切相关。恶性肿瘤的发生发展通常与基因突变有关，特定基因突变与否有时决定了肿瘤的靶向治疗或化疗的有效性。个体化医学检测的三大支柱包括基因组学、蛋白质组学和代谢组学分析，这些都属于分子诊断的范畴。借助于基因组学、蛋白质组学和代谢组学等的研究进
展，我们可以使用基因序列分析、基因芯片、质谱、免疫学等技术对肿瘤分类。基因组学是对一个细胞或微生物的所有基因及其结构的研究，蛋白质组学是对肿瘤细胞相关所有蛋白的研究，代谢组学则是对体内与肿瘤有关的所有相对分子质量1,000以内的小分子代谢物进行的定量分析。分子诊断测定的是细胞内这些基因和蛋白是如何相互作用的，其所关注的是不同类的癌或前癌细胞中基因和蛋白活性的模式。因此，分子诊断检验是为获得疾病信息而分析遗传物质，其通过DNA特定区域内的序列分析鉴定基因突变，或定量检测由病毒、细菌或肿瘤表达的某种遗传物质如mRNA和蛋白等的水平进行。其最终目的是，通过这种对基因序列、结构和表达方面的全面分析，而作为对特定的疾病的诊断、治疗及预后的依据。
二、个体化医学检测的方法和试剂
由前所述，个体化医学检测的方法涉及到基因组学、蛋白质组学和代谢组学相关方法，蛋白质组学常用的方法有双向电泳、等电聚焦、生物质谱（基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱（MALDITOF-MS）和电喷雾质谱（ESI- MS）)。由于蛋白质研究技术远比基因技术复杂和困难。不仅氨基酸残基种类远多于核苷酸残基（20/4），而且蛋白质有着复杂的翻译后修饰，如磷酸化和糖基化等，给分离和分析蛋白质带来很多困难。此外，通过表达载体进行蛋白质的体外扩增和纯化也并非易事，从而难以制备大量的蛋白质。因此，蛋白质组学方法用临床检验仍存在重复性差的问题，目前尚难以用于临床检测。代谢组学检测的是各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（MW<1000）。主要技术手段有核磁共振（NMR）、质谱（MS）、色谱（HPLC，GC）及色谱质谱联用等。这些方法涉及昂贵的仪器设备，试剂难以商品化，亦难以实际应用。
目前，已实际应用的个体化医学检测主要是在基因检测领域，所使用的技术按是否涉及基因扩增分为两类，一是以扩增为基础的，如指导临床用药的基因多态性和基因突变等的检测，所使用的技术通常为实时荧光PCR、PCR测序、PCR芯片杂交、PCR流式荧光杂交、PCR-限制性长度片段多态性分析（RFLP）、PCR-单链构象多态性分析（SSCP）、高分辨融点曲线分析（HRM）、PCR等位基因特异性扩增（PCR Allele-Specific，PASA）或扩增阻碍突变系统分析法（amplification refractory mutation system，ARMS）等，这些检测技术的共同特点是均涉及到PCR基因扩增。二是不需要基因扩增的，如荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization，FISH）、银染原位杂交（Silver in situ hybridization，SISH）。使用最多的是涉及基因扩增的方法。常用的基因突变和基因多态性检测方法的优缺点见表1。已得到美国食品药品监督管理局（FDA）和国家食品药品监督管理局（SFDA）批准的个体化医学检测试剂分别见表2和表3[7]，FDA推荐的常见疾病的检测基因与其相对应的靶向治疗药物见表4。
尽管已有一些经过批准的个体化医学检测试剂，其他一些正在或准备申请批准，但如果仅仅是依赖商品试剂盒，不可能完全满足临床需求，因此，必然涉及到实验室自配试剂。对于临床实验室自配试剂，为保证质量，必须有严格的试剂配制的标准操作程序（Standard operation procedures，SOP），从原材料如引物、探针、酶、dNTP等的来源和质检，试剂配制过程用水，配制中质量控制的关键点，试剂的性能验证等等，要有严格的SOP来控制。此外，在检测中要有室内质量控制（IQC），如有室间质量评价（EQA）计划的要参加相应项目的EQA，没有EQA则可采用实验室间比对的方法，来观察实验室间结果的可比性。
摘自定向点金《临床实验室》杂志2013年第期
编辑：范伟伟
