基因診斷技術及其應用

盧俐君

【摘 要】人類疾病都與基因有關，其中某些疾病對個人、家庭、社會都造成了負面影響，甚至嚴重地影響到了患者本身的生存和發展，同時也給家庭帶來精神和經濟負擔。基因技術可以使人們針對這些疾病做好預防工作，或在疾病早期進行有效控制，還可以協助解決器官組織移植等醫學難題，從而推進醫學的發展和社會的進步。本文主要介紹了基因診斷技術概念及種類，以及該項技術的一些臨床應用，展現了基因診斷技術的廣闊發展前景。

【關鍵詞】基因診斷；遺傳病；預防

【中圖分類號】

R365 【文獻標志碼】

B 【文章編號】1005-0019（2018）12-212-01

1 基因診斷技術概念及種類

基因診斷技術利用現代生物學中分子水平相關的技術方法（包括DNA分子雜交技術、分子雜交技術以及抗原-抗體雜交技術等），通過DNA水平檢測、mRNA水平檢測和蛋白質水平檢測，判斷是否存在異常，從而對相關疾病進行有效診斷。

基因診斷技術可分為兩類：

基因直接診斷：直接檢查致病基因也就是人類DNA是否存在異常。以一段該基因的脫氧核苷酸序列或PCR擴增產物作為探針，探查有無基因突變、染色體變異等異常。它只適用于已知基因水平致病原因的疾病。

基因間接診斷：單鏈構象多態性技術（SSCP，分子遺傳標記中最常用的方法之一）、擴增片段長 榷嗵約際酰ˋFLP）等均可用于連鎖分析。

2 技術原理概述

2.1 DNA探針技術 DNA探針技術大致可以分為3步：核酸的分離與純化、探針的制備和分子雜交。DNA探針是將一段已知序列的脫氧核苷酸用同位素等標記后制成的探針。以已知DNA片段作為探針與待測樣品DNA或其片段進行核酸分子雜交，依照堿基互補配對原則將兩片段用氫鍵連接，根據兩者的雜交狀況，判斷同源性程度。這是基因診斷的傳統手段，可用來快速檢測病原體。

2.2 多聚酶鏈式反應 多聚酶鏈式反應（簡稱PCR）是用于擴增特定的DNA片段的分子生物學技術，是生物體外的特殊DNA復制。PCR技術是利用DNA雙鏈復制的原理，將基因的核苷酸序列不斷加以復制，得到大量的目的DNA，更易于相關性質的確定以及更為準確的基因診斷。

PCR技術需要的原料有：模版DNA、原料（使用dATP、dTTP、dCTP、dGTP等高能磷酸化合物，既能提供原料脫氧核苷酸，又能為反應供能）、引物（按一段模板DNA序列設計互補的核苷酸鏈）、酶、緩沖溶液等，反應所需要的DNA聚合酶則因較高的反應溫度應具有較好的耐熱性，一般為Taq酶。

擴增過程分為三步，①高溫變性（90℃-95℃）：雙鏈DNA模板受熱后，斷開氫鍵，解鏈為單鏈；②中溫復性，亦可稱為退火（55℃-60℃）：引物與單鏈相應互補序列結合；③低溫延伸（70℃-75℃）：在DNA聚合酶的作用下進行延伸。即每一次擴增過程后模板DNA的量可以增加一倍，即呈指數形式擴增（約為2n，其中n為擴增循環的個數）。上述過程可以在PCR擴增儀中自動完成，也可在3個恒溫水浴鍋中進行。

2.3 基因芯片技術 基因芯片是采用光導原位合成或顯微印刷等方法將大量特定序列的探針分子密集、有序地固定在經過相應處理的硅片、玻片等載體上，構成的一個二維DNA探針陣列。使基因芯片與標記的待測樣品進行多元雜交，通過雜交信號的強弱及分布，來分析目的分子的有無、數量及序列，從而獲得受檢樣品的遺傳信息。

在診斷疾病時，常從正常人的基因組中分離出的DNA與DNA芯片雜交，可以得出標準圖譜；再從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交，可以得出病變圖譜，通過比較上述兩種圖譜，來對人類的許多疾病（如感染性疾病、遺傳性疾病、惡性腫瘤等）進行診斷。

3 基因診斷技術的臨床應用

3.1 遺傳性疾病 遺傳病指遺傳物質異常所導致的疾病。可用基因診斷技術在胎兒出生前對當前對遺傳病進行預防（如血紅蛋白病、苯丙酮尿癥等），尤其是那些尚未有理想治療方法的疾病。

許多基因的表達有時相性和組織特異性（如有些基因在胎兒早期并不表達、苯丙氨酸羥化酶只在肝組織中表達）。用常規的方法采集的胎兒標本或其他人體材料，常常不能測出這些基因的產物或代謝產物。如果采用基因分析的方法進行監測，在個體發育的任何階段，以任何一種有核細胞為檢材，基因的缺陷都能被監測出來。

血友病

血友病是因基因缺陷引起的出血性疾病，在男性中的發病率約為1/30000.引起血友病的基因缺陷類型十分繁多，包括缺失、插入等，其中80%左右為單個堿基突變。由于目前還不能根治，進行基因診斷非常必要。

苯丙酮尿癥

苯丙酮尿癥（PKU）是苯丙氨酸羥化酶基因突變導致苯丙氨酸羥化酶（PAH）功能極度降低甚至消失，使得體內本應被苯丙氨酸羥化酶酶解的苯丙氨酸堆積，過量苯丙氨酸的神經毒性作用造成患兒嚴重智能障礙和繼發性癲癇。因治療難度大，費用高，所以在出生前對胎兒進行診斷，能夠有效降低發病率。

地中海貧血

地中海貧血是我國南方各省最常見、危害最大的遺傳病之一，人群發生率高達10%以上。地中海貧血主要分α和β兩種，以α型較為常見。該病由血紅蛋白分子中的珠蛋白肽鏈結構異常或合成速率異常引起，造成肽鏈不平衡而產生以溶血性貧血為主的癥狀群。目前通過不同的基因診斷方法已能對我國90%以上的地中海貧血類型作出診斷。

基因診斷技術不僅極大地豐富了我們對人類遺傳病分子病理學的知識，同時也提供了從DNA水平對遺傳病進行診斷的手段。自從1978年發現第一個限制酶切位點多態性并應用于遺傳病（鐮刀形細胞貧血癥）的基因診斷以后，能夠進行基因診斷的病種不斷增加，方法和途徑越來越多。

3.2 癌癥 人體內的原癌基因和抑癌基因在物理、化學等致癌因子作用下會發生突變，一定積累后可能使某些細胞獲得惡性增長能力，導致人體某些組織或器官出現癌癥。現已開展的基因檢測工作能在不同環節上幫助和指導抗癌斗爭。此外，病毒與癌癥的關系一直受到人們注意，如肝癌和乙肝病毒等，基因診斷技術有可能監測病毒的行蹤及其與細胞癌變的關系，有助于對癌的病毒病因的了解。

3.3 感染性疾病 感染性疾病通常由病原體感染引起。特定基因的存在或突變使得人體對某些病毒、細菌等病原體具有更強的易感性，如果對這類攜帶特定易感基因的高危人群及早采取預防措施和醫學干預，可以降低感染率。目前主要在病毒、細菌、支原體、衣原體感染等的早期診斷中廣泛應用。

3.4 器官組織移植 器官移植技術面對的首要問題是機體排異反應，而理想的方法是進行術前組織配型。基因診斷技術能夠分析和顯示基因型，更好地完成組織配型，從而提高器官移植的成功率。

4 基因診斷技術的發展前景

在人類基因組研究過程中，科學家們鑒定出了一大批致病基因和易感基因，給人們帶來了諸多便利。基因篩查能檢測出易感基因讓人們做好心理準備并做好預防，也能顯示出導致一部分疾病的深層原因并對癥下藥，這無疑是患者的福音。

但是與此同時，一些問題也逐漸顯露出來。由于不能準確地評估患病風險，又對一些可檢測疾病沒有有效的預防和治療措施，基因檢測結果反而成為思想負擔。還有人提出基因并不是疾病的唯一決定者，基因測序是向個人隱私權提出了挑戰，可能會使那些攜帶有缺陷基因的人受到就業、醫療等方面的歧視，并由此引發一系列社會或倫理問題。

盡管基因診斷技術尚未成熟，而且可能帶來諸多問題，但這一技術發展的腳步不會停止。

5 結論

遺傳性疾病、感染性疾病等不僅影響患者本身的生活和生存，同時也給家庭其他成員帶來許多精神和經濟負擔，又給社會造成許多負面影響。基因技術可以使人們對這些疾病有更深入的了解，做好預防工作或在疾病早期進行有效控制，還可以協助解決器官組織移植等醫學難題，從而推進醫學的發展和社會的進步。越來越多的人認識到了基因診斷的重要意義，這已成為當今醫療技術發展的重要趨勢。

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