分子诊断，它真的神秘吗？

笑看风云

来源：知乎




DNA双螺旋结构便是一切分子诊断的开始

Part 1分子诊断简介
我们先来谈谈什么叫做分子诊断？

分子诊断是指应用分子生物学方法检测患者体内遗传物质的结构或表达水平的变化而做出诊断的技术。分子诊断是预测诊断的主要方法，既可以进行个体遗传病的诊断，也可以进行产前诊断。分子诊断主要是指编码与疾病相关的各种结构蛋白、酶、抗原抗体、免疫活性分子基因的检测。


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上面一段话看了半天相信大家都看明白了，简简单单。

简单来说，分子诊断是从疾病发生（主要是指恶性肿瘤，俗称癌症）的根源来进行判断，从而得出你患癌症的可能性。

那究竟是什么意思呢？在这里，我给大家举一个现实生活中的浅显的例子来让大家知道，什么叫做分子诊断！

（何必多次一举呢，大家不是已经明白了吗？好吧我是为了照顾一下可能存在的极少数没看懂的小伙伴们）


美国著名女演员安吉丽娜·朱莉  图片来源：谷歌上图想必大家都知道是谁（什么，你不知道？快去看看《古墓丽影》和《史密斯夫妇》吧），没错，她就是安吉丽娜·朱莉，美国著名女演员。

2013年5月14日，安吉丽娜·朱莉在自己写的文章《我的医疗选择》中称自己通过基因检测（俗话说，分子诊断）确定带遗传缺陷基因BRCA1，医生估测她患乳腺癌和卵巢癌的几率颇高，分别为87%和50%，朱莉选择双侧乳腺切除术保留乳房，降低患癌风险。2015年3月24日，安吉丽娜·朱莉宣布，由于担心罹患卵巢癌，她已经切除了卵巢和输卵管 。

关于什么是BRCA-1基因，我们在这里就不细讲了，但是从这个例子我们可以看出，在一般女性在进行乳腺癌基因和卵巢癌基因的分子诊断过程中，会有1个或者多个比较确定的基因能够作为标记物来证明其患癌的可能性（除了BRCA1还有EGFR、HER2等基因）。

就像安吉丽娜·朱莉的例子一般，她通过发现自己携带了BRCA1基因来判断出她具有较大的可能性会患有乳腺癌和卵巢癌，因此，她做出了令人惊讶但是又令人敬佩的举动，那就是切除乳腺、卵巢和输卵管。

OK，讲到这里，大家可能暂时明白了什么叫做分子诊断。

那就是通过某种玄之又玄的技术来检测我们身体里面所含有的一些特定基因，从是否含有这些基因或者这些基因是否发生突变等因素来判断未来患有恶性肿瘤或者其他疾病的可能性。


文中两个小人就仿佛是医生一般，在对我们的DNA进行逐个排查，从而完成分子诊断
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OK，在讲完了什么是分子诊断以后，我们再来看看常见的分子诊断有哪些！Part 2分子诊断分类1.聚合酶链式反应（PCR）说到PCR，相比大家都不陌生，学富五车、才高八斗的我们（bushi）当然知道它是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加。

前方高能！！！

下面是一段关于PCR的介绍视频，生动形象富有寓意...


https://www.zhihu.com/video/1399291927620046848


通过上面这段视频，想必大家都对PCR的原理有了一个较为清晰地了解。我再用中文（咳咳）简单说两句。

我们想象身上穿着的拉链衣服，我们是不是需要一个拉链的头才能准确的将拉链拉上，那么在PCR过程，我们把这个头称为——“引物”。那么这个引物和传统的拉链头不太类似，他在另外一个包裹物（聚合酶）的帮助下，能够收集到“游离在外”的其他拉链片段（碱基），从而在仅有一侧拉链的情况下，完成另一侧拉链的复制！

OK！终于说完了PCR的原理，大家一定也大概了解是什么意思了，那么我们再来看看，这样做究竟有什么好处？

1. 目前的PCR技术已经能够实现较快、大量的基因序列扩增（富集作用），通过这些扩增片段，我们研究人员能够较好的检测该基因的碱基对排列情况以及是否出现突变（碱基对缺失或者错配等）

2. PCR能够针对某个基因来进行有针对性地大量的扩增，例如我们刚才提到的有关于乳腺癌的基因（BRAC1），我们可以针对性地发现基因缺陷。

正所谓福祸相依，PCR的优点往往也成为了PCR的缺陷，正是因为PCR太过于专一，导致它无法从全局的层面来审视我们的基因变化情况，仅仅只能够有效地判断某一段碱基（基因）的变化情况，但是如果是其他基因（往往存在这种情况）发生突变，PCR就无能为力，甚至是还有蒙蔽我们的反作用。

到这里，大家就会担忧说，那么既然PCR无法展现全貌，那我们在做基因检测的时候为什么还要选择PCR？

原因当然非常简单！

1.便宜！相较于其他的分子检测手段（FISH、NGS、基因芯片等），PCR可谓是廉价又亲民，并且针对特定基因的检测效果还阔以！


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2. 针对性强！缺点也有一定的用武之地，现在绝大多数的早筛（注意：是癌症早筛）都是采用的PCR技术，原因在于去早筛的潜在患病人群都是有一定患癌预兆的，例如女方直系亲属就患有极有可能遗传的癌症病种——乳腺癌等，那么仅需要对相关病种基因进行检测便能确认你是不是有潜在患癌迹象，这对于癌症预防显得尤为重要！


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OK，那好了，还是有人会问，那如果我不清楚是否有遗传，还是想要进行全面仔细的检查，那应该去做什么呢？

答案当然是：NGS！2.第二代测序技术（NGS）高通量测序技术（High-throughput Sequencing）是一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，又称下一代测序技术（Next-Generation Sequencing）、二代测序技术，其使得可对一个物种的基因组和转录组进行深入、细致、全貌的分析，所以又被称为深度测序（Deep Sequencing）。

在这里，我们可以简单地认为NGS便是针对所有基因的几十万次PCR同时进行，无论是在量上还有速度上都要比对基因组用PCR技术要好太多！

那么我们来看看，NGS的具体技术原理是什么？

1. 文库建立：所有二代测序的平台都需要一个基因文库，这个基因文库包含通过引申或者连接自定义的接头序列。

2. 测序仪器：每个文库片段在共阶吸附的DNA连接因子的作用下，以文库适配序列为模版，在固体表面上进行扩增。这步扩增会产生许多DNA蔟，每个来源于一个文库片段，每个基因蔟都会像独立的测序反应一样起作用。

3. 数据输出：每个仪器都会在测序结束后给出原始数据。这个原始数据是每个基因蔟中形成的DNA序列的集合。

下面这个小视频就是来告诉大家什么叫做NGS~




https://www.zhihu.com/video/1399292144964792320


看完这个视频是不是神清气爽？不仅感觉自己英文水平蹭蹭上升，学术造诣也不断升华了呢？

OK，枯燥无味的技术原理介绍就到这里，下面我们来看看为什么需要NGS技术，也就是说，他能带给我们什么好处？


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首先，相对于PCR的普及度高、操作简单、准确度高以及最为重要的出报告时间短，适用于临床需求等特点。NGS的优势在于其高通量，覆盖面积广、基因信息广，省略PCR扩增环节、测序读长，检测突变形式多样。以肿瘤精准医疗应用最为成熟的肺癌为例，适应各种不同的标准类型，少于十个基因的检测需求通过PCR；多于十个基因的检测需求，通过NGS产品来满足。近年来，FDA和CFDA已经批准了多款基于高通量测序技术的肿瘤药物伴随诊断试剂盒。目前在NGS技术在无创产前基因检测应用相对成熟，在肿瘤诊断和个性化治疗前景广阔。

其次，如未来靶向药物和相关靶点的数量进一步丰富，需要联合检测大量靶点，使用PCR将过于繁琐复杂，或不能有效覆盖全部靶点；PCR只能检测目标基因上的有限个位点的变异情况，而不能反映整个基因乃至整个肿瘤基因组变异的全貌；肿瘤基因组变异情况复杂，PCR只能鉴定一些已知的变异类型，而某些位点可能发生的变异类型是多种多样的。基于药企研发需求和药物发展趋势，NGS在免疫疗法上更占优势。NGS技术将解决突变丰度定量、罕见突变覆盖的问题，并基于肿瘤基因组特征定义新型肿瘤标志物。对于突变丰度和靶向药物效果的临床探索仍在进行。如在TMB检测方面，TMB作为新型肿瘤标志物，是除了PD-L1表达之外，PD-1单抗第二个公认的高潜力标志物，肺癌、膀胱癌、黑色素瘤的临床研究正在广泛进行中；如HRD/PARP抑制剂等涉及到上千个突变位点的检测需求，也要用到NGS技术。

那么现在或者未来NGS能够在什么情况下与我们见面呢？

1. 肿瘤领域，这里给大家科普一个小事实！如果我们发现癌症病人本来已经痊愈但是最近又复发了，最有可能的情况就是他的癌症发生了突变！那么，为了确定在突变后我们应该采用什么药物，这里我们就要通过伴随诊断来进一步帮助医生辅助检测合适的药物搭配~

2. 无创产前诊断（NIPT），指在出生前对胚胎或胎儿的发育状态、是否患有疾病等方面进行检测诊断。这个技术太重要了，能够发现未成形婴儿的基因缺陷并能够及时处理。从根源上降低了先天残疾率和社会负担。

3.辅助生殖和感染性疾病领域（病原微生物感染等）也都可以通过NGS测序以后，再进行特异性地给药！

好处那么多？那有人会问，那为什么PCR还一直存在呢？不应该早就被取代了吗？

接下来，我们就来看看NGS技术的缺陷！


1.贵！相较于PCR，NGS可贵太多了！原因就在于上游公司illumina带头卷！导致现在做NGS的价格高居不下，所以可能人们做分子诊断的选择空间急剧缩小！不过好在华大MGI平台的推出应该可以在可见的未来使得NGS测序成本下降一点。


2. 操作复杂！相较于简简单单（是真的简简单单）的PCR技术，NGS的操作步骤和数据处理量都呈现了几何级的上升，因此，在容易出错的情况下可能会导致NGS的成本再次飙升！


Part 3分子诊断小结到这，相信大家对两种非常常见的分子诊断技术都有了相应的了解，接下来的两种技术介绍我会在下一篇推文中再详细介绍！

所以，我们小结一下！今天通过这两种技术起码让我们学会了以下几点！01分子诊断技术能够用来帮助我们进行癌症早筛，通过判断基因是否出现异常来判断未来患癌的可能性！02分子诊断技术能够更好地帮助医生准确发现自身的疾病，从而进行有针对性的治疗！
03分子诊断能够帮助产妇在产前无创检查宝宝的情况，能够查出先天畸形等痛苦自己、拖累家庭的先兆，从而有效提高生育质量，实现优生优育！到这儿我们的分子诊断介绍就结束一半啦~

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