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郑于臻 三甲
郑于臻 住院医师
广州医科大学附属肿瘤医院 胸外科

无处不在的基因检测,为什么这么火?

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我是一个医生,主业是治肺癌广州医科大学附属肿瘤医院胸外科郑于臻

今天我正在给规培生小A讲临床上老年人肺结节的诊疗思路,没料想他居然走了神,拿起我办公桌上的一本基因检测结果,问道

“郑老师,老年人肺结节诊疗特点我都在你的公众号上看过了老年人长了肺部结节怎么办?,不用再讲了。倒是这个基因检测,我很感兴趣,你讲讲呗?

郑医生道,“基因检测?最近很火哦,你想知道什么呀?”

“我什么都不懂哦,你先教教我什么是基因检测好不好?一次讲不完,我以后再请教你咯”

“好,那我们今天就聊一聊——基因检测

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基因是什么?

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“在聊这个话题之前,我先问问你,小A,你知道基因是什么?”

A摇摇头,郑医生接着说道,

基因是DNA(脱氧核糖核酸)分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称,是具有遗传效应的DNA分子片段。基因位于染色体上,并在染色体上呈线性排列。

1944年,美国科学家埃弗里和C.麦克劳德、M.麦卡锡共同发现,不同型的肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)的转化因子是DNA,证明了遗传物质是DNA而不是蛋白质。

1951年,美国科学家克里克与23岁的生物学博士沃森在卡文迪许实验室通力合作,开始了对遗传物质脱氧核糖核酸DNA分子结构的研究,并在不足两年时间里完成了DNA分子的双螺旋结构模型,不仅发现了DNA的分子结构,而且从结构与功能的角度作出了解释。此后,人类对自身的理解便进入了一个新的时代。

笼统而言,基因就是遗传信息,它不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代,还可以使遗传信息得到表达,一切生命的存在与衰亡的形式都是由基因决定的,包括长相、身高、肤色、天赋、疾病等均与基因密不可分。

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基因检测,测的是什么?

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“哦,基因就是遗传信息呗,那测它干什么?”

“那用处大了去了,三言两语说不清楚,我且跟你谈谈,基因检测在肺癌中的应用吧”

“小A,癌症是怎么来的么?你知道么?”

A摇摇头,郑医生扶了扶眼镜,说

癌症(Cancer)是指机体在各种致瘤因子作用下,基因层面发生突变,导致局部组织细胞失控式增殖、恶性生长侵袭转移。它的本质是基因病

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肿瘤治疗中广泛应用的基因检测,就是通过血液、其他体液或细胞对DNA进行检测的技术。

是取被检测者自身DNA,扩增其基因信息后,通过特定设备对被检测者细胞中的DNA分子信息作检测,判断是否存在与肿瘤发生、发展、耐药等密切相关的基因型

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基因检测的历史

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“郑老师,基因检测这么厉害?你知道它是怎么来的么?”

“哦,你说的是基因检测的历史,在说这个问题之前,我们要先了解基因检测的基础——聚合酶链反应”

聚合酶链反应(PCR),是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术。

如下图所示,温度控制、引物协助下的变性(94℃,双链变单链)、退火(54℃,单链被引物结合)、合成(72℃,单链合成为双链)为其基本的三个阶段

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而基因检测,以PCR为基础,就其发展水平,可大致分为2个阶段:

初代检测-ARMS-PCR技术;

二代检测-NGS技术。

ARMS-PCR,即荧光探针下的等位基因特异性PCR技术。

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如上图所示,就是针对目的基因(突变DNA模板),以专用的针对突变DNA模板的特异性引物进行选择性扩增,然后荧光PCR,最终达到对基因突变检测的高度特异性和灵敏度。

这样,非突变(野生型)DNA模板就因无法扩增而无法显影,也就无法检测到。

但是,ARMS-PCR因为需要提前设计专用引物,因此,只能检测少数已知突变,而无法检测未知突变。而且检测深度浅,很多情况下只能以阳性/阴性来表示而难以量化。

NGS技术(next genetic sequencing,二代测序技术),相比初代的青涩,则具有检测深度深,数据量大,且能够有效检测未知突变的巨大优势,因此在临床广泛应用。

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如上图所示,NGS技术分简单为4个步骤:

1.建库,就是以超声波将一堆乱糟糟的DNA分子打断成一堆长约300~800bp的小DNA片段,在这些小片段的两端加上接头(身份标签),构建出单链DNA文库,以备测序之用;

2.吸附,就是将建立好的小DNA文库吸附于反应槽中,在这里,每个小DNA片段都将是一个独立的反应体系

3.桥式PCR,即在每个反应体系中进行的PCR扩增,为什么叫桥式?因为扩增出来的产物都像桥一样锚定在反应槽中,起到数据富集的作用,有利于微小突变的检出;

4.测序,向反应体系添加测序所需的酶,在各个独立的体系中进行独立测序,最终将信号导入计算机进行分析。

所以,这种小片段的独立反应体系配合计算机的有效分析,使得即便是少见突变也能无所遁形。

前段时间在朋友圈大火的那个据说可能对一切实体瘤有效的广谱抗癌靶向药——Larotrectinib(Vitrakvi),针对的正是TRK位点融合的人群。

换句话说,只要你有TRK位点融合,不管你是肺癌、胃癌、肠癌还是别的实体肿瘤,吃这个药都有效

据了解,该药已经于2018.11.26在美国正式上市,也是FDA批准的第一个针对靶基因而不限定肿瘤类型的广谱抗癌药。

但与此同时,TRK融合作为一个罕见突变,其占总体人群比例不到1%,只能通过二代测序NGS技术才能有效检出。

“郑老师,洋洋洒洒那么多数据,那我们又如何挑选有意义的信息呢?换句话说,我们如何甄别那些真正与临床需求相关的核心信息呢

郑医生扶了扶眼睛道,“这个问题问得好”

NGS这种技术,必然要面对如汪洋般浩瀚的数据,那我们又该如何将有效的数据挑出来呢?这考验的就是检测公司的既往积累了。

为什么这么说?因为据郑医生了解,每个公司都在长年运营中构建了一个针对各种癌肿的突变基因的母数据库,这个母数据库越全、覆盖越广,就越不容易遗漏相关的检测信息。从这方面说,检测公司的业绩越好,检测可靠性越高。

“马太效应”在基因检测同样有效。目前,在国内基因检测市场中,燃石、臻和、世和、泛生子、思路迪和吉因加等检测公司都属于检测行业第一梯队。

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基因检测能给我们提供什么信息?

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A不依不饶,“郑老师,你说了那么多,基因检测在临床上到底有什么用呀?”

郑医生娓娓道来,“男人就要沉得住气,别着急,这就告诉你”

我个人认为,基因检测的主要作用在于以下4点:

1.为靶向治疗提供依据

所谓“EGFR突变就可以吃靶向药”,这个EGFR突变就是通过基因检测得到的。

基因检测的首要意义,就在于明确人体内是否存在真正有效的突变靶点,从而评判能否接受针对的靶向治疗

2.为免疫治疗提供依据

目前大火的免疫治疗,存在两大问题,

a在什么样的人群中开展才能真正有效果

b在什么样的人群中开展才能有效避开严重不良反应

这两个问题,都需要通过基因检测解决(PD-L1表达现阶段仍然只能通过免疫组化检测)。

3.为耐药提供合理解释及潜在解决方法

在这个问题上,最典型的例子,就是一代靶向药(吉非替尼、厄罗替尼、艾克替尼)用药后进展后,有一半的几率会检出exon20 T790M突变,在这部分患者中,换药为第三代靶向药-奥希替尼能有效克服耐药,延长生存时间。

正是基因检测技术才能发现T790M突变。

4.为化疗方案的选择提供相关信息

既往研究中,关于化疗耐药的问题一直是热门问题,基因检测可以同时检出这些和化疗敏感性相关的靶基因,并进一步评估应该选取何种化疗方案,可能效果更好、副作用更少。

5.为预后预测提供参考

有一些突变位点,尽管和特定治疗手段的治疗效果无明显关系,但却反应了肿瘤背后的生物学行为,有助于提前预测肿瘤患者的生存时间。

郑医生接着说道,

肺癌为例,手术做下来的病理标本,带着完整的病理分期,在当今社会,能反应的只是肿瘤身份证的第一面——什么类型的肿瘤?有没有转移?

但是基因检测则为肿瘤身份证印上了另一面——背后的社会关系怎样呀?有没有弱点呀?

可以说,没有基因检测下的肺癌治疗,就是2010年前的治疗水平——手术、放疗、化疗三驾马车而已。

此时,患者将无法享受到近10年医疗高速发展所带来的医疗红利——更精准、更有效、更多样、而且副作用更低。

6

结语

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随着基因检测技术的发展,我们才有了破译肿瘤治疗“黑匣子”的关键钥匙,才有了更多的个体化信息,才真正地迎来了精准医疗的时代。

基因检测这种新兴的技术手段,在人民群众对健康身体、美好生活的孜孜不倦的旺盛需求下,在新时代的医疗背景中,继续开枝散叶……

真诚赞赏,手留余香
郑于臻
郑于臻 住院医师
广州医科大学附属肿瘤医院 胸外科
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