基于計量分析的基因檢測轉化應用進展分析*

李永潔 唐小利

(中國醫學科學院醫學信息研究所 北京 100005)

1 引言

基因檢測取被檢測者的血液、口腔粘膜細胞，經提取和擴增其基因信息后通過基因芯片技術或超高通量單核苷酸多態性(Single Nucleotide Polymorphism，SNP)分型技術，對被檢測者細胞中DNA分子的基因信息進行檢測，分析各種疾病易感基因情況，從而使人們及時了解個人基因信息，預測身體患病風險，有針對性地主動改善生活環境和習慣，預防和避免重大疾病的發生?，F今基因檢測以應用開發為主，臨床應用居多，如腫瘤、孕前篩查、產前篩查、胚胎移植前診斷/篩查、胎兒遺傳性疾病、新生兒遺傳病、血液病等[1]。

科技成果轉化應用是指為提高生產力水平而對科學研究與技術開發產生的具有實用價值的科技成果所進行的后續試驗、開發、應用、推廣直至形成新產品、新工藝、新材料，發展新產業等活動。本文所關注的基因檢測轉化應用是一個較為狹義的定義，指的是各類基因檢測技術發展到一定程度具有實用價值之后所進行的臨床試驗、開發、應用直至形成基因檢測產品的活動。本文將以國際數據庫注冊的臨床試驗以及美國食品藥品監督管理總局(Food and Drug Administration，FDA)和中國原國家食品藥品監督管理總局(China Food and Drug Administration，CFDA)批準上市的基因檢測產品作為基因檢測轉化應用的表征進行科學計量分析，闡述現今基因檢測轉化應用態勢、研發熱點與競爭格局，以期為國內在該領域的進一步發展提供參考依據。

2 資料與方法

臨床試驗部分是基于美國國立衛生研究院(National Institutes of Health，NIH) Clinicaltrials數據庫和世界衛生組織(World Health Organization，WHO) International Clinical Trials Registry Platform數據庫進行檢索，將臨床試驗項目名稱、摘要作為檢索重點，以臨床試驗在平臺的注冊日期2009年1月1日-2018年12月31日為檢索限制日期，采用以下檢索式：“gene* sequencing OR DNA sequencing OR DNA sequencing technolog* OR gene* test* OR gene detection OR genom* sequencing OR whole genome sequencing OR WGS OR gene diagnos* OR next generation genome sequencing OR NGS OR SNPs OR single-nucleotide polymorphism*OR Single Nucleotide Polymorphism* OR genetic analysis OR genetic mutation*”。以臨床試驗標題和治療手段作為數據清洗條件，去除重復項以及基因檢測非相關項，共檢索到全球基因檢測相關臨床試驗項目2 000項?；驒z測產品是基于中國醫療器械信息網、CFDA及FDA官網檢索整理獲得的信息，檢索日期截止至2017年6月15日。

3 基因檢測技術轉化應用進展分析

3.1 基因檢測技術轉化競爭分析

3.1.1 基因檢測臨床試驗國家分布 全球基因檢測相關臨床試驗項目2 000項。2009-2018年美國登記基因檢測相關臨床試驗為635項，約占總量的32%，法國緊隨美國之后，居世界第2位，共225項。在東亞地區中國擁有最多基因檢測相關臨床試驗項目，共148項，日本和韓國分別為40和45項。法國和中國的基因檢測相關臨床項目發起量在2012年后穩步上升，2018年發起量持平。見圖1。全球基因檢測相關臨床試驗最常見的適應癥是惡性腫瘤疾病(如白血病、乳腺癌、肺癌、淋巴瘤等)，此外代謝疾病、精神系統疾病(如抑郁癥、帕金森和精神分裂癥)也是研究的熱點疾病之一。

圖1 各國基因檢測臨床試驗發起趨勢

3.1.2 基因檢測臨床試驗機構分布 共檢索到中國基因檢測相關臨床試驗148項，機構分布,見表1。國內基因檢測相關臨床試驗項目主要針對的適應癥有非小細胞肺癌、神經系統疾病(如精神分裂癥、阿爾茨海默病等)、急性骨髓性白血病、不孕不育及自發性流產等。

表1 中國基因檢測相關臨床試驗項目機構分布(項目數≥5)

3.2 中美基因檢測技術應用比較分析

3.2.1 中國基因檢測靶基因與適應癥分析 基于中國醫療器械信息網和CFDA官網，檢索日期截至2017年6月15日，檢索CFDA批準的基因檢測相關醫療器械類國產產品，剔除不相關項，檢索到基因檢測相關醫療器械656個，其中用于感染性疾病基因檢測占多數，見表2。

表2 CFDA批準基因檢測相關的醫療器械產品靶基因(產品數≥10)

3.2.2 美國基因檢測靶基因與適應癥分析 FDA將基因檢測相關產品作為醫療器械類注冊審批，分為3類：伴隨診斷檢測、人類基因檢測及微生物基因檢測產品。(1)伴隨診斷應用熱點分析。根據FDA官網《List of Cleared or Approved Companion Diagnostic Devices (In Vitro and Imaging Tools)》[2]列表，截至2017年6月15日共列出33個伴隨診斷檢測產品，伴隨著18種藥物，中除1藥物為再慢性鐵過載的治療藥物之外，其他藥物均為抗腫瘤藥物。伴隨診斷測試不僅能夠檢測到分子靶標的存在，還可以監視藥物在治療過程中的脫靶現象，預測藥物的不良反應及潛在毒性。這些伴隨診斷檢測產品主要檢測的基因，見圖2。這些基因與伴隨診斷所使用的藥物適應癥密切相關，如最常見的適應癥為乳腺癌、黑色素瘤、肺癌等，見圖3。(2)人類基因檢測應用熱點分析。根據FDA官網《List of Human Genetic Tests》[3]列表，截至2017年6月15日共列出58個人類基因檢測產品，其針對的疾病類型有13種，各種疾病的產品數，見圖4。凝血因子和藥物代謝酶相關疾病是檢測的熱點之一。非單個基因檢測試劑盒或儀器約占人類基因檢測產品的43%。囊性纖維化是一種侵犯多臟器的遺傳性疾病，其中以呼吸系統的損害最為突出(肺部疾病常見)。囊性纖維化相關基因檢測產品為8個，見圖5。(3)微生物基因檢測應用熱點分析。根據FDA官網《List of Microbial Tests》[4]列表，截至2017年6月15日共列出160個微生物基因檢測產品，其針對35種微生物，包括細菌、病毒、寄生蟲等，見表3。

圖2 FDA批準的伴隨診斷檢測產品靶基因

圖3 FDA批準的伴隨診斷檢測產品的適應癥

圖4 FDA批準的人類基因檢測產品的適應癥

圖5 FDA批準的人類基因檢測產品靶基因

表3 FDA批準的微生物基因檢測產品所檢測的微生物種類(產品數≥2)

3.2.3 中美基因檢測上市產品比較分析 綜上所述，截至2017年6月15日共檢索到CFDA批準的國產基因檢測相關產品670項，FDA批準的基因檢測相關產品251項。中美基因檢測相關產品分類體系不同，按照微生物基因檢測產品、人類基因檢測產品、腫瘤相關伴隨診斷試劑以及多基因檢測系統進行分類，其結果，見圖6。相較于美國而言，中國人類基因檢測產品和腫瘤相關伴隨診斷試劑占比較高，微生物基因檢測產品和多基因檢測系統占比較低。

圖6 中美基因檢測產品分類

4 基因檢測臨床應用

4.1 藥物治療中

不同個體對同種藥物標準劑量的反應可能大不相同。這是因為藥物反應可能受年齡、性別、藥物相互作用、藥物-食物相互作用、肝腎功能、懷孕和遺傳等因素影響。對于越來越多的藥物，基因檢測可用于優化藥物治療。目前FDA批準的約10%藥物說明書含有藥物遺傳信息，然而遺傳變異有關的信息可能很難找到并且其建議往往不同?；驒z測確保藥物具有合適的治療目標。少數藥物規定必須進行基因檢測，這是因為有些藥物只對特定的基因型有效。如曲妥單抗僅針對HER2過度表達的轉移性乳腺癌；馬拉維若用于治療感染CCR5-tropic HIV-1(特定病毒種屬)的成年患者?；驒z測可以幫助避免特異性藥物反應。有些藥物對于某些個體而言其特異性反應是嚴重、潛在致命的，且與藥物治療的劑量和持續時間無關。FDA建議在開始使用阿巴卡韋治療艾滋病時需要進行HLA-B * 57:01等位基因的篩選[5]。遺傳史可能也非常重要，對于癲癇藥物卡馬西平，FDA規定若是患者有家族遺傳史，那么開始治療之前需要對HLA-B * 15:02的存在進行篩選。若是攜帶此基因變異(常見于中國漢族)，使用卡馬西平治療就可能產生兩種潛在的致病病癥——Stevens-Johnson 綜合征和中毒性表皮壞死松解癥。漢族個體也常見HLA-B * 58:01等位基因，使用別嘌呤別治療痛風可能會發生嚴重的皮膚不良反應[6]。基因檢測可以幫助優化藥物劑量。藥物說明書一般提供標準的劑量信息，而越來越多的說明書還提供基于患者基因型調整劑量的建議或選擇替代藥物。一般推薦劑量調整針對那些已知的會影響藥物代謝的基因變異。如細胞色素P450(CYP)基因會影響藥物代謝水平[7]。

4.2 疾病診斷

通過基因檢測診斷疾病，明確病因，及時發現疾病發生的風險，在預測、預防、個性化和參與性為特征的醫學模式中具有重要作用。現今對于某些疾病基因檢測已成為常規診斷，如Pitt-Hopkins綜合征具有明確的遺傳成分，TCF4基因的一個變異被發現存在于綜合征中，TCF4基因檢測證實了診斷。然而對于許多其他疾病，潛在的遺傳因素是復雜的。如精神分裂癥是高度遺傳的，但是現在涉及精神分裂癥的許多基因和基因檢測目前尚不可用[8]。McCune-Albright綜合征(MAS)是一種罕見的遺傳疾病，最初是骨質多發性纖維性發育不良、青春期早熟和皮膚咖啡斑色素沉著的三聯特征。MAS由GNAS基因中的激活突變引起[9]，目前McCune-Albright綜合征在大多數情況下是通過臨床診斷。這是由于疾病存在一定的隱藏性，血液中的陰性基因檢測結果并不排除其他組織中存在突變。但是較新的技術如數字聚合酶鏈反應(Polymerase Chain Reaction，PCR)可以提高具有McCune-Albright綜合征臨床癥狀的個體基因檢測的敏感性[10]。精神分裂癥是世界范圍內嚴重的神經發育障礙，其病因未知，被認為是復雜的遺傳因素和環境因素的組合，如懷孕和出生時的并發癥、感染以及可能引發精神病的心理因素，如壓力和藥物濫用[11]。目前已經提出使用染色體微陣列分析進行精神分裂癥診斷試驗。微陣列分析可以檢測拷貝數變異(Copy Number Variation，CNV)已經被刪除或重復的基因組的大區域[12]。對于自閉癥和智力殘疾，用微陣列分析的CNV檢測現已成為這些病癥的常規一線診斷試驗。對于精神分裂癥患者， CNV檢測、身體疾病和遺傳咨詢相關聯，CNV的陽性檢測結果可能對醫療管理有影響，并且后代具有遺傳CNV 50%的風險。

5 結語

基因檢測服務在預測、預防、個性化和參與性為特征的醫學模式中具有重要作用，將對公眾的就醫行為和生活產生影響。我國登記在國際臨床試驗數據庫的基因檢測相關臨床項目數還有待提升。國內批準的基因檢測相關產品不在少數，但是基因檢測中還存在著一系列的管理規范、法律法規、社會和倫理問題等，如何保護個人隱私、防止基因歧視、建立健全市場監督機制等，都將是基因檢測應用需要面對的問題。