檢驗醫學新技術助力遏制細菌耐藥與肺癌精準防治

文圖/《中國醫藥科學》 潘 鋒

由中華醫學會、中華醫學會檢驗分會主辦，湖南省醫學會承辦的“中華醫學會第十七次全國檢驗醫學學術會議”于2023 年3 月30 日至4 月1 日在長沙舉行，本次會議涵蓋了臨床檢驗和實驗室管理各領域的最新研究成果和發展趨勢，與會學者分享了遏制細菌耐藥和肺癌精準防治領域的檢驗醫學新技術新成果。

檢驗醫學服務臨床診療精準化

中國工程院院士、中國醫科大學附屬第一醫院院長尚紅教授在題為“我國檢驗醫學發展與挑戰”的大會報告中，對檢驗醫學在臨床各學科疾病診治、療效監測、預后評估和應對突發重大公共衛生事件中的重要支撐作用等進行了深入闡述，對檢驗醫學創新發展能力、多元化人才培養體系等進行了剖析總結。

尚紅院士指出，檢驗醫學服務于臨床，是臨床各學科疾病診治的支撐，其質量和發展水平直接影響到診療能力。近年來，檢驗醫學學科發展迅速，呈現從檢測標本為中心向以疾病和患者為中心的發展規律的轉變，需要根據學科發展自身需求和經濟社會發展的需求，進一步探索新的標志物和新技術新方法，并最終實現更準、更早、更快、更省的檢驗診斷。當前檢驗醫學的發展仍面臨挑戰，仍有許多亟須解決的問題，如精準化、智能化及本土化技術發展不足，檢驗標準化及同質化仍有待提高，人才培養及梯隊建設仍需加強等。檢驗醫學發展需要進一步提升新技術、新項目的開展及規范化程度，推進“中國制造”，協同創新，探索并完善兩翼人才培養及梯隊建設。

尚紅院士認為，經過多年的發展我國檢驗醫學取得了非常顯著的成績，在重大公共衛生事件中發揮了重要支撐作用，為疫情防控提供了重要的實驗支撐，構建了新發突發傳染病病原體鑒定與檢測的體系。我國檢驗醫學發展要根據臨床疾病診治的要求和國家全民健康戰略需求，全面推動檢驗高質量發展，提升中國檢驗的影響力和輻射力，為實現全民大健康戰略目標保駕護航。

人體蛋白質組導航計劃啟動在即

中國科學院院士、中國人民解放軍軍事科學院賀福初教授在題為“人體蛋白質組導航計劃”的大會報告中，對腫瘤蛋白質組分子分型研究進行了深入闡述，對蛋白質組學應用于早期腫瘤治療性靶標發現與驗證進行了詳細介紹，展望了蛋白質組學驅動精準醫學的前景。

賀福初院士介紹，蛋白質是生命的物質基礎，與各種各樣的疾病息息相關，系統全面地了解人體蛋白質不僅能幫助理解生命，還可以幫助攻克許多疑難疾病。人體蛋白質組導航計劃（Proteomic Navigator of the Human Body，簡稱π-HuB 計劃）是中國科學家主導發起的一項重大科學計劃，旨在解碼人類蛋白質組，尋找新的蛋白質型，探索全新的理論，從而利用蛋白質組學技術、大數據分析、互聯網云計算、數據挖掘、機器學習和人工智能等建立“人類生命健康共同體”。

2022 年12 月30 日，π-HuB計劃啟動前期工作座談會在廣東召開，科技部副部長張廣軍，廣東省委常委、副省長王曦，以及鐘南山、賀福初、王辰、徐濤、張玉奎、陳香美、鄂維南、高福、喬杰、樊嘉、宋爾衛、李明等15 位院士及相關專家出席會議。張廣軍表示，要把人體蛋白質組導航國際大科學計劃建成開拓生命科學知識前沿、揭示生命本質、探索未知生命世界和解決全球性重大健康問題的有力工具，此次會議的召開意味著π-HuB 計劃將在不久的將來正式啟動。

2018 年，國務院印發《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》，方案指出要聚焦國際科技界普遍關注、對人類社會發展和科技進步影響深遠的研究領域，集聚國內外優勢力量，積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程，著力提升我國戰略前沿領域創新能力和國際影響力。π-HuB 計劃將成為我國科學家積極牽頭組織的國際大科學計劃之一，賀福初院士為該計劃首席科學家。目前，π-HuB 計劃組建了一支由生命組學、臨床醫學、數據科學、人工智能等領域的20 余位兩院院士領銜的頂尖人才團隊，并得到了國內外科學界廣泛響應和支持，該計劃已獲得100 多位頂尖科學家的支持，其中包括來自20 個不同國家的多位諾貝爾獎獲得者，已有數十個機構、大學簽署了諒解備忘錄，有意愿參與這一國際大科學計劃。π-HuB 計劃將是一個宏偉的大科學計劃，為了有效地推進和落實π-HuB 計劃的各項工作，目前已成立了戰略指導委員會、管理委員會、科學委員會、執行委員會和國際計劃實施總部。

賀福初院士介紹，π-HuB計劃期為30 年（2023—2052 年），項目將分三個階段推進，每10 年為一個階段。第一階段是平臺建設與數據積累（2023—2032 年），第二階段是知識發現與理論整合（2033—2042 年），第三階段是范式建立與應用推廣（2043—2052 年）。π-HuB 計劃設定了四大目標：一、將人體解剖成蛋白質組數字參考空間的層次結構（從組織/器官到單個細胞）；二、追蹤以蛋白質為中心的譜系軌跡，包括發育、健康老齡化、復雜疾病進展、共生體適應、營養和環境等；三、建立一個計算模擬元智人的框架，這是一個虛擬的狀態空間，由虛擬增強的生理表型和細胞、體液、組織和器官上的數字現實融合而成；四、研究癌癥、神經退行性疾病等重大疾病在進展和發展過程中的蛋白質組學變化，作為“參考空間”導航，引導人體遠離疾病、亞健康，保持健康狀態。

賀福初院士介紹，對蛋白質組學的系統研究緣起于20 世紀90 年代初期，當時研究人員已經意識到雖然人類基因組計劃即將完成，但基因組相對來說比較穩定，而蛋白質組在與基因組相互作用過程中會不斷發生改變，生命體在其機體的不同部分以及生命周期的不同階段，蛋白表達可能存在巨大差異，因而能更好地反映一個人的健康或疾病狀態。2003 年人類基因組計劃正式完成之際，國際人類蛋白質組計劃（HPP）也隨之啟動，該計劃旨在對蛋白質組進行系統深入的研究，和基因組計劃研究成果協同合作，真正實現疾病的精準診斷和治療。HPP 計劃旨在進一步揭開生命的神秘面紗，并計劃于2020 年完成涵蓋超過90%的人類蛋白質。但即使這樣，人類對蛋白質的了解依然只是觸碰到了冰山一角，還有許多未被充分研究的蛋白質，2022 年年初包括中國在內的六國科學家聯合發起了“未充分研究蛋白質計劃”。我國科學家領銜發起并主導π-HuB計劃，將進一步改變由基因組學驅動的生物醫學發展態勢，為我國引領全球生物醫學研究奠定基礎，所取得的研究成果將造福全人類健康。

探索遏制細菌耐藥新機制

大會共同主席、中華醫學會檢驗醫學分會前任主任委員、解放軍總醫院第一醫學中心王成彬教授等報告了“肺炎克雷伯菌頭孢地爾耐藥性的研究”。近年來，臨床碳青霉烯耐藥的肺炎克雷伯菌的檢出率不斷升高，有限的治療藥物給臨床帶來了極大的困難。頭孢地爾是一種新型五代頭孢菌素，對碳青霉烯耐藥的肺炎克雷伯菌有良好的抗菌活性，該研究旨在探討肺炎克雷伯菌對頭孢地爾的耐藥機制，尋找頭孢地爾的耐藥靶點，為開發新的藥物及遏制耐藥性的發生提供依據。

研究發現，肺炎克雷伯菌對頭孢地爾耐藥后生長速率降低，生物膜形成能力減弱；發生上調蛋白 507 個，下調蛋白428 個。研究人員認為，肺炎克雷伯菌對頭孢地爾耐藥后生物膜形成能力減弱，碳氮及腺苷三磷酸（ATP）代謝能力降低，鐵轉運相關蛋白下調，ABC 轉運體通路及兩組分通路共同調節了肺炎克雷伯菌對頭孢地爾的耐藥性。

王成彬教授還報告了“NDM-5 肺炎克雷伯菌美羅培南和多黏菌素體外誘導株的分子特性及其相關性研究”。該研究旨在探討體外誘導美羅培南和多黏菌素耐藥NDM-5 肺炎克雷伯菌的適合度代價，分析誘導株的分子特性，為開發新的有效抗菌藥物提供理論依據。研究人員成功誘導了兩株菌，其對多黏菌素由敏感到耐藥，對美羅培南耐藥性進一步增加。誘導株與原始株相比，對臨床其他常用抗菌藥物的藥敏未發生明顯變化；24 h 生長速率降低；體外競爭能力降低；NDM 基因表達量增加；與生物膜形成相關的三個基因（bsmA、fimI、yjfN）在兩種抗菌藥物誘導后均發生突變。研究結論認為，肺炎克雷伯菌經美羅培南及多黏菌素誘導后會出現一定的適合度改變，碳青霉烯耐藥表型與NDM基因表達量呈正相關性，抗菌藥物條件會影響細菌生物膜形成相關基因（bsmA、fimI、yjfN）的表達，進而改變細菌的耐藥性。

實現抗菌藥物敏感性快速檢測

抗菌藥物的敏感性是由抗菌藥物暴露的表型反應所決定的，是臨床決策治療多種尿路致病菌和鑒定耐藥標志物的關鍵。傳統的金標準培養法檢測藥敏均要依賴于耗時的細菌分裂增殖過程，只能反映細菌的生長；而基于群體耐藥的基因檢測等分子診斷技術也僅能推斷耐藥可能性，無法準確反映耐藥表型。南方醫科大學珠江醫院檢驗醫學部主任周宏偉教授等報告了“基于單細胞拉曼的尿路致病菌耐藥表型與基因型測定方法”。

周宏偉教授介紹，單細胞拉曼光譜以免標記和非侵入性的方式，根據細胞特征的“生化指紋”圖譜來快速識別病原體。同時，因重水標記呈現的拉曼光譜中氘峰替換率與細胞代謝活性線性相關，可實現細菌耐藥性快速檢測及其細胞間異質性分析。但由于微生物多樣性、臨床樣本基質的復雜性以及低細菌負荷，直接從臨床樣本檢測藥敏仍然存在巨大挑戰。此外，單細胞異質性耐藥也一直未在臨床樣本中被證實，因此建立單細胞精度的耐藥表型與基因型耦合的研究方法，對于探究原位臨床樣品中耐藥產生原因及其傳播機制至關重要。

研究人員以全球首臺“臨床單細胞拉曼藥敏快檢儀”（CAST-R）在尿路感染致病菌中的應用為切入點，結合卷積神經網絡建立了13 種常見模式菌分類模型及方法，平均分類準確率為 94.7%?；谥厮畼擞浝夹g結合重水延遲效應及相對代謝活性指標，建立了大腸桿菌針對左氧氟沙星的快速藥敏快檢方案及評價閾值，實現了在3 h 內臨床尿液樣本原位藥敏快檢，這種快速、精確和完整的解決方案為個性化制訂制抗菌藥物治療方案和改進抗菌管理奠定了基礎。

生物信息學分析為肺癌精準治療提供指引

廈門大學附屬第一醫院檢驗科洪國粦等報告了“基于微流控技術的肺癌循環腫瘤細胞檢測及其在診療中的應用研究”。原發性肺癌是常見的惡性腫瘤之一，發病率和病死率居惡性腫瘤之首。肺癌的主要亞型為非小細胞型肺癌（NSCLC），約占80% ～85%，且大多數患者確診時已經處于中晚期。隨著人們對肺癌驅動基因的發現和相應靶向藥物的研究與應用，肺癌治療模式已進入分子靶向治療時代。以表皮生長因子受體 （EGFR）和間變淋巴瘤激酶（ALK）為靶點的藥物的臨床應用，對于NSCLC 患者個體化治療具有重大意義。

洪國粦介紹，液體活檢（liquid biopsy）是指從體液中獲得來源于組織的生物標志物，并通過對所采集到的標志物的分析來獲取來源組織的相關信息。相比于傳統的活檢技術，液體活檢的優勢在于快速、方便、侵襲性小、可重復操作并能夠密切監測腫瘤對治療的反應以及預測腫瘤的復發。循環腫瘤 DNA（ctDNA）是死亡腫瘤細胞釋放出的核酸物質，在腫瘤早期釋放量少，所包含信息有限；外泌體是腫瘤細胞釋放的小囊泡，包含腫瘤細胞的DNA、RNA 和蛋白組，現有基礎研究少，臨床意義有限。循環腫瘤細胞（CTCs）可以提供腫瘤病灶的基因組變異、mRNA 表達異常、細胞形態與功能等信息，是一個能夠更加全面、系統地反映整個腫瘤發展進程的液體活檢指標，也是一個極具潛力的檢測靶標。研究人員擬采用的方法是發展基于微流控技術的肺癌循環腫瘤細胞液體活檢技術，利用該技術對循環腫瘤細胞進行捕獲、計數及分析，用于肺癌患者靶向治療的用藥指導，預測靶向治療療效和監測復發。

隨著臨床實驗室自動化、信息化的迅速發展，自動審核已成為提升實驗室檢測質量與效率的重要手段，是實驗室從信息化、自動化走向智能化的關鍵之一。四川大學華西醫院實驗醫學科副主任江虹教授等在“利用生物信息學技術初步篩選肺癌診療的潛在生物標志物”的研究中介紹，利用生物信息學方法分析肺癌組織與正常組織之間差異基因的表達，可有助篩選并評價肺癌相關分子標志物，挖掘潛在的肺癌診療靶標。