个体化医疗的现状与未来.doc

个体化医疗的现状与未来43209307 徐慧【摘要】现阶段，个体化医疗渐渐成为人们谈论的重点，什么是个体化医疗，怎么实现个体化医疗也牵动了不少人的心。通俗的来说，就是考虑个体的差异，对于不同患者，或是同一患者的不同阶段，采取最合适的治疗方法。研究个体化医疗主要有两个方向，即基因组学和蛋白质组学。基因组学又包括以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学。而蛋白质组学集中于动态描述基因调节，对基因表达的蛋白质水平进行定量的测定，鉴定疾病、药物对生命过程的影响，以及解释基因表达调控的机制。但是在现阶段，个体化医疗的理论意义大于实际意义。现在就利用这些基因进行疾病的诊断和预测，显然为时过早。尽管如此，个体化医疗还是被匆匆推向了市场，这样造成了许多不利的影响。【关键词】个体化医疗 基因组学 蛋白质组学 基因检测 生物芯片【参考文献】王哲，个体化医疗，万里长征才走了一步J，健康管理，2010（10）：37-43童岱，中国基因歧视第一案N，北京科技报，2010-8-11（05）刘冲，个体化医疗J，日本医学介绍，2006（02）：22-28李德良，基因芯片技术在药物研究中的应用J，国外医学.药学分刊，2003（01）：13-20李峰，季绍良，记忆卡个性化医疗的通行证J，医药世界，2001（5）:33-37【正文】现阶段，“个体化医疗”这一个词越来越流行，这一学期我也选修了“个体化医疗的现状与未来”这一研讨课程，以下就我自己的理解与学习发表一些观点。一、个体化医疗的基本概念从定义上来说，个体化治疗(individualized drug therapy) 是以每个患者的信息为基础决定治疗方针，从基因组成或表达变化的差异来把握治疗效果或毒副作用等应答的个性，对每个患者进行最适宜药物疗法的治疗。 通俗的来说，就是考虑个体的差异，对于不同患者，或是同一患者的不同阶段，采取最合适的治疗方法。其实，这并不是我们现代人的新发明，古人早有这样的思想流传。华陀给病人诊疗时，能够根据不同的情况，开出不同的处方。有一次，州官倪寻和李延一同到华陀那儿看病，两人诉说的病症相同：头痛发热。华陀分别给两人诊了脉后，给倪寻开了泻药，给李延开了发汗的药。两人看了药方，感到非常希奇，问：“我们两人的症状相同，病情一样，为什么吃的药却不一样呢？”华陀解释说：“你俩相同的，只是病症的表象，倪寻的病因是由内部伤食引起的，而李延的病却是由于外感风寒，着了凉引起的。两人的病因不同，我当然得对症下药，给你们用不同的药治疗了。”倪寻和李延服药后，没过多久，病就全好了。而就现代科学而言，个体化医疗是一种精密科学，不仅要知道病因，而且要将病因追究到分子水平（基因水平）。在这个基础上，再对病人进行治疗。也就是说，个体化医疗考虑了个体的差异。同时，在研究和诊治过程中，标准化依然存在。这种标准化加个体差异，是现代医学发展的最新高度。医学必须标准化。没有标准化就无法控制质量；没有标准化就无法满足全社会对医疗保健的需求。达到标准化后，再融入个性化。把个体化医疗建立在严格的标准化之上，才是最先进的医学。二、个体化医疗的研究发展方向1、基因组学:基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学（structural genomics）和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functional genomics)，又被称为后基因组（postgenome）研究，成为系统生物学的重要方法。基因组学是研究生物基因组的组成,组内各基因的精确结构、相互关系及表达调控的科学。基因组学、转录组学、蛋白质组学与代谢组学等一同构成系统生物学的组学（omics）生物技术基础。 （1）功能基因组学基因组DNA测序是人类对自身基因组认识的第一步。随着测序的完成，功能基因组学研究成为研究的主流，它从基因组信息与外界环境相互作用的高度，阐明基因组的功能。功能基因组学的研究内容主要包括以下几点： a.基因组表达及调控的研究。在全细胞的水平，识别所有基因组表达产物mRNA和蛋白质，以及两者的相互作用，阐明基因组表达在发育过程和不同环境压力下的时、空的整体调控网络。 b.人类基因信息的识别和鉴定。要提取基因组功能信息，识别和鉴定基因序列是必不可少的基础工作。基因识别需采用生物信息学、计算生物学技术和生物学实验手段，并将理论方法和实验结合起来。基于理论的方法主要从已经掌握的大量核酸序列数据入手，发展序列比较、基因组比较及基因预测理论方法。识别基因的生物学手段主要基于以下的原理和思路：根据可表达序列标签(STS)；对染色体特异性cosmid进行直接的cDNA选择；根据CpG岛；差异显示及相关原理；外显子捕获及相关原理；基因芯片技术；基因组扫描；突变检测体系，等等。 c.基因功能信息的提取和鉴定。包括：人类基因突变体的系统鉴定；基因表达谱的绘制；“基因改变-功能改变”的鉴定；蛋白质水平、修饰状态和相互作用的检测。 d.在测序和基因多样性分析。人类基因组计划得到的基因组序列虽然具有代表性，但是每个人的基因组并非完全一样，基因组序列存在着差异。基因组的差异反映在表型上就形成个体的差异，如黑人与白人的差异，高个与矮个的差异，健康人与遗传病人的差异，等等。出现最多基因多态性就是单核苷酸多态性(SNPs)。 e.比较基因组学。将人类基因组与模式生物基因组进行比较，这一方面有助于根据同源性方法分析人类基因的功能，另一方面有助于发现人类和其他生物的本质差异，探索遗传语言的奥秘 。 （2）结构基因组学结构基因组学是继人类基因组之后又一个国际性大科学热点，主要目的是试图在生物体的整体水平上（如全基因组、全细胞或完整的生物体）测定出（以实验为主、包括理论预测）全部蛋白质分子、蛋白质蛋白质、蛋白质核酸、蛋白质多糖、蛋白质蛋白质核酸多糖、蛋白质与其他生物分子复合体的精细三维结构，以获得一幅完整的、能够在细胞中定位以及在各种生物学代谢途径、生理途径、信号传导途径中全部蛋白质在原子水平的三维结构全息图。在此基础上，使人们有可能在基因组学、蛋白质组学、分子细胞生物学以致生物体整体水平上理解生命的原理。对疾病机理的阐明、对疾病的防治有重要应用意义。（3）基因组学的应用基因组学能为一些疾病提供新的诊断，治疗方法。例如，对刚诊断为乳腺癌的女性，一个名为“Oncotype DX”的基因组测试，能用来评估病人乳腺癌复发的个体危险率以及化疗效果，这有助于医生获得更多的治疗信息并进行个性化医疗。基因组学还可以用于疾病风险的预测。利用基因检测技术在疾病发生前就发现疾病发生的风险，提早预防或采取有效的干预措施。具有癌症或多基因遗传病（如老年痴呆、高血压等）家族史的人是最需要做基因体检的对象，通过基因体检这些高危险群可以知道自己是不是带有疾病基因，以便及早发现和及早预防，并做好饮食保健与生活习惯的调整，来避免疾病发生的可能。同样的，由于个体遗传基因上的差异，不同的人对外来物质（如药物）会产生的反映也会有所不同，因此部分病人使用正常剂量的药物时，可能会出现药物过敏、红肿发疹的现象，或者是在服用相同药物时，有人觉得神效，有人却不但无效还有毒副作用，基因检测是针对个人的基因做检测，根据每一个人的基因情况，制定特定的治疗方案，从而科学地指导患者使用药物的种类和剂量，进而达到合理用药，避免药物毒副作用，让患者走出用药盲区，用准药，用好药。把握最佳治疗时期。2、蛋白质组学:蛋白质组(Proteome)的概念最先由Marc Wilkins提出，指由一个基因组(genOME)，或一个细胞、组织表达的所有蛋白质(PROTein). 蛋白质组的概念与基因组的概念有许多差别，它随着组织、甚至环境状态的不同而改变. 在转录时，一个基因可以多种mRNA形式剪接，并且，同一蛋白可能以许多形式 进行翻译后的修饰. 故一个蛋白质组不是一个基因组的直接产物，蛋白质组中蛋白质的数目有时可以超过基因组的数目. 蛋白质组学(Proteomics)处于早期“发育”状态，这个领域的专家否认它是单纯的方法学，就像基因组学一样，不是一个封闭的、概念化的稳定的知识体系，而是一个领域. 蛋白质组学集中于动态描述基因调节，对基因表达的蛋白质水平进行定量的测定，鉴定疾病、药物对生命过程的影响，以及解释基因表达调控的机制. 作为一门科学，蛋白质组研究并非从零开始，它是已有20多年历史的蛋白质(多肽)谱和基因产物图谱技术的一种延伸. 多肽图谱依靠双向电泳(Two-dimensional gel electrophoresis, 2-DE)和进一步的图象分析；而基因产物图谱依靠多种分离后的分析，如质谱技术、氨基酸组分分析等.目前，在蛋白质功能方面的研究是极其缺乏的。大部分通过基因组测序而新发现的基因编码的蛋白质的功能都是未知的，而对那些已知功能的蛋白而言，它们的功能也大多是通过同源基因功能类推等方法推测出来的。有人预测，人类基因组编码的蛋白至少有一半是功能未知的。因此，在未来的几年内，随着至少30种生物的基因组测序工作的完成，人们研究的重点必将转到蛋白质功能方面，而蛋白质组的研究正可以完成这样的目标。在蛋白质组的具体应用方面，蛋白质在疾病中的重要作用使得蛋白质组学在人类疾病的研究中有着极为重要的价值。可以说，蛋白质组学的发展既是技术所推动的也是受技术限制的。蛋白质组学研究成功与否，很大程度上取决于其技术方法水平的高低。蛋白质研究技术远比基因技术复杂和困难。不仅氨基酸残基种类远多于核苷酸残基（20/ 4）, 而且蛋白质有着复杂的翻译后修饰，如磷酸化和糖基化等，给分离和分析蛋白质带来很多困难。此外，通过表达载体进行蛋白质的体外扩增和纯化也并非易事，从而难以制备大量的蛋白质。蛋白质组学的兴起对技术有了新的需求和挑战。蛋白质组的研究实质上是在细胞水平上对蛋白质进行大规模的平行分离和分析，往往要同时处理成千上万种蛋白质。因此，发展高通量、高灵敏度、高准确性的研究技术平台是现在乃至相当一段时间内蛋白质组学研究中的主要任务。当前在国际蛋白质组研究技术平台的技术基础和发展趋势有以下几个方面：1.蛋白质组研究中的样品制备通常可采用细胞或组织中的全蛋白质组分进行蛋白质组分析。也可以进行样品预分级，即采用各种方法将细胞或组织中的全体蛋白质分成几部分，分别进行蛋白质组研究。样品预分级的主要方法包括根据蛋白质溶解性和蛋白质在细胞中不同的细胞器定位进行分级，如专门分离出细胞核、线粒体或高尔基体等细胞器的蛋白质成分。样品预分级不仅可以提高低丰度蛋白质的上样量和检测，还可以针对某一细胞器的蛋白质组进行研究。2.蛋白质组研究中的样品分离和分析利用蛋白质的等电点和分子量通过双向凝胶电泳的方法将各种蛋白质区分开来是一种很有效的手段。它在蛋白质组分离技术中起到了关键作用。如何提高双向凝胶电泳的分离容量、灵敏度和分辨率以及对蛋白质差异表达的准确检测是目前双向凝胶电泳技术发展的关键问题。国外的主要趋势有第一维电泳采用窄pH梯度胶分离以及开发与双向凝胶电泳相结合的高灵敏度蛋白质染色技术，如新型的荧光染色技术。3.蛋白质组研究的新技术做过双向凝胶电泳的人一定会抱怨它的繁琐、不稳定和低灵敏度等缺点。发展可替代或补充双向凝胶电泳的新方法已成为蛋白质组研究技术最主要的目标。目前，二维色谱 (2D-LC)、二维毛细管电泳 (2D-CE)、液相色谱毛细管电泳 (LC-CE) 等新型分离技术都有补充和取代双向凝胶电泳之势。另一种策略则是以质谱技术为核心，开发质谱鸟枪法(Shot-gun)、毛细管电泳-质谱联用 (CE-MS)等新策略直接鉴定全蛋白质组混合酶解产物。随着对大规模蛋白质相互作用研究的重视，发展高通量和高精度的蛋白质相互作用检测技术也被科学家所关注。此外，蛋白质芯片的发展也十分迅速，并已经在临床诊断中得到应用。蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也能为众多种疾病机理的阐明解决途径。通过对正常个体及病理个体间的蛋白质组比较分析，我们可以找到某些“疾病特异性的蛋白质分子”，它们可成为新药物设计的分子靶点，或者也会为疾病的早期诊断提供分子标志。确实，那些世界范围内销路最好的药物本身是蛋白质或其作用靶点为某种蛋白质分子。因此，蛋白质组学研究不仅是探索生命奥秘的必须工作，也能为人类健康事业带来巨大的利益。蛋白质组学的研究是生命科学进入后基因时代的特征。三、个体化医疗的研究方法1.蛋白质组学技术蛋白质组学技术的发展已经成为现代生物技术快速发展的重要支撑，并将引领生物技术取得关键性的突破。为帮助生命科学领域的工作者全面掌握蛋白质组学的技术与方法、实验难点与关键点、研究前沿与热点，本技术平台将为客户提供蛋白组学技术服务，包括双向凝胶电泳、等电聚焦、生物质谱分析及非凝胶技术。 （1）双向凝胶电泳双向凝胶电泳的原理是第一向基于蛋白质的等电点不同用等电聚焦分离，第二向则按分子量的不同用SDS-PAGE分离，把复杂蛋白混合物中的蛋白质在二维平面上分开。由于双向电泳技术在蛋白质组与医学研究中所处的重要位置，它可用于蛋白质转录及转录后修饰研究，蛋白质组的比较和蛋白质间的相互作用，细胞分化凋亡研究，致病机制及耐药机制的研究，疗效监测，新药开发，癌症研究，蛋白纯度检查，小量蛋白纯化，新替代疫苗的研制等许多方面。近年来经过多方面改进已成为研究蛋白质组的最有使用价值的核心方法。 （2）等电聚焦等电聚焦（isoelectric focusing，IEF）是60年代中期问世的一种利用有pH梯度的介质分离等电点不同的蛋白质的电泳技术。等电聚焦凝胶电泳依据蛋白质分子的静电荷或等电点进行分离，等电聚焦中，蛋白质分子在含有载体两性电解质形成的一个连续而稳定的线性pH梯度中电泳。载体两性电解质是脂肪族多氨基多羧酸，在电场中形成正极为酸性，负极为碱性的连续的pH梯度。蛋白质分子在偏离其等电点的pH条件下带有电荷，因此可以在电场中移动；当蛋白质迁移至其等电点位置时，其静电荷数为零，在电场中不再移动，据此将蛋白质分离。 （3）生物质谱生物质谱技术是蛋白质组学研究中最重要的鉴定技术，其基本原理是样品分子离子化后，根据不同离子之间的荷质比（M/E）的差异来分离并确定分子量。对于经过双向电泳分离的目标蛋白质用胰蛋白酶酶解（水解Lys或Arg的-C端形成的肽键）成肽段，对这些肽段用质谱进行鉴定与分析。目前常用的质谱包括两种：基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）和离子阱质谱（ESI- MS）。 （4）基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱MALDI 的电离方式是 Karas和Hillenkamp于1988年提出。MALDI的基本原理是将分析物分散在基质分子（尼古丁酸及其同系物）中并形成晶体，当用激光（337nm的氮激光）照射晶体时，基质分子吸收激光能量，样品解吸附，基质-样品之间发生电荷转移使样品分子电离。它从固相标本中产生离子，并在飞行管中测定其分子量，MALDI-TOF-MS一般用于肽质量指纹图谱，非常快速（每次分析只需35min），灵敏（达到fmol水平），可以精确测量肽段质量，但是如果在分析前不修饰肽段，MALDI-TOF-MS不能给出肽片段的序列。 （5）离子阱质谱（ESI-MS）ESI- MS是利用高电场使质谱进样端的毛细管柱流出的液滴带电，在N2气流的作用下，液滴溶剂蒸发，表面积缩小，表面电荷密度不断增加，直至产生的库仑力与液滴表面张力达到雷利极限，液滴爆裂为带电的子液滴，这一过程不断重复使最终的液滴非常细小呈喷雾状，这时液滴表面的电场非常强大，使分析物离子化并以带单电荷或多电荷的离子形式进入质量分析器。ESI-MS从液相中产生离子，一般说来，肽段的混合物经过液相色谱分离后，经过偶联的与在线连接的离子阱质谱分析，给出肽片段的精确的氨基酸序列,但是 分析时间一般较长。 目前，许多实验室两种质谱方法连用，获得有意义的蛋白质的肽段序列，设计探针或引物来获得有意义的基因。随着蛋白质组研究的深入，又有多种新型质谱仪出现，主要是在上述质谱仪的基础上进行改进与重新组合。2.生物芯片生物芯片技术起源于核酸分子杂交。所谓生物芯片一般指高密度固定在互相支持介质上的生物信息分子（如基因片段、CDNA片段或多肽、蛋白质）的微阵列杂交型芯片（micro-arrays），阵列中每个分子的序列及位置都是已知的，并且是预先设定好的序列点阵。微流控芯片（microfluidic chips）和液态生物芯片是比微阵列芯片后发展的生物芯片新技术，生物芯片技术是系统生物技术的基本内容。 生物芯片（biochip或bioarray）是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。狭义的生物芯片概念是指通过不同方法将生物分子（寡核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗体、抗原等）固着于硅片、玻璃片（珠）、塑料片（珠）、凝胶、尼龙膜等固相递质上形成的生物分子点阵。因此生物芯片技术又称微陈列（microarray）技术，含有大量生物信息的固相基质称为微阵列，又称生物芯片。生物芯片在此类芯片的基础上又发展出微流体芯片（microfluidics chip），亦称微电子芯片（microelectronic chip），也就是缩微实验室芯片。四、基因检测的伦理学讨论 “人命关天”，医学注定是一门极其严肃的科学。每一种新的诊断、治疗方法，在临床应用之前都必须经过严格的科学实验。在现阶段，个体化医疗的理论意义大于实际意义。现在就利用这些基因进行疾病的诊断和预测，显然为时过早。尽管如此，个体化医疗还是被匆匆推向了市场。下面我们通过几个人物的故事，来看看个体化医疗过早商业化存在着哪些问题，有哪些危害。1.容易误导检测结果阴性的人张先生是我的一位朋友，去年，张先生做了消化道肿瘤基因检测。检测结果为阴性（也就是正常，没有检测出消化道肿瘤易感基因）。于是，他兴高采烈地跑来告诉我这个好消息。 张先生是个“老烟枪”。多年以来，我一直劝说他戒烟，他呢，一直在找各种理由来推脱。比如某人吸了一辈子烟却活到90多岁之类。张先生甚至还说，他把阴性结果告诉我：就是为了证明吸烟并非坏事。 首先，我向张先生表示了祝贺。祝贺他取得了阴性结果。接着，我提醒他，这个阴性结果对他的健康没有任何帮助。这个阴性结果只能说明，张先生没有消化道肿瘤的易感基因。并不表示他将来得这种肿瘤的可能性就小了。就目前所知，只有大约10%的肿瘤与遗传有关，即使将来技术发展了，我们最多也只能查出30%的肿瘤与遗传有关。预防肿瘤很大程度上取决于，是否长期坚持健康的生活习惯。就拿吸烟来说，吸烟会引起三分之一的肿瘤。这位“老烟枪”就算把所有已知的肿瘤易感性基因检测全做了，结果全是阴性，他还是有相当大的得肿瘤的危险。因为大多数肿瘤都和生活习惯有关。例如，消化道肿瘤就和饮食习惯有很大的关系。因此，这次检测的阴性结果，对张先生来说不见得是件好事。因为他更有理由不戒烟，更有理由不改掉自己不健康的生活习惯。这样下去，他反而比有易感基因的人更易得肿瘤。 2.容易给检测结果阳性的人带来心理负担刘太太听说美国有一家提供老年痴呆基因检测的公司。她登上这家公司的网页。上面是这样写的：如果您有失忆的家族史，您就要得老年痴呆的危险。中国人对家族史没有美国人那么清楚。也就是知道爷爷奶奶那一辈的事。这家公司也考虑到了这种普遍现象。因此，后面加了一句：如果您不知道您的家族史的话，您也有得老年痴呆的危险。照这么说，我们大多数人都有可能得老年痴呆。这可把刘太太吓坏了。从此，她得个伤风感冒都忧心忡忡，平白无故多了一个精神负担。我们知道，易感基因检测的结果一般有两种。结果1：阴性；结果2：阳性（就是不正常，检测出了某种疾病的易感基因）。得到结果1的人。例如张先生，都高高兴兴的回家了。得到结果2的人，例如刘太太，从此生活在疾病的阴影中。研究发现，在得知自己某种疾病易感基因检测结果为阳性之后，不少人都经历了抑郁和焦虑。这些心理因素对健康的负面影响，比大多数的易感基因更大！比如说，抑郁会增加得心脏病、糖尿病和帕金森病等诸多慢性病的危险。现代生活带给我们的压力已经够大了。如果还人为地增加不必要的心理压力，我们会更容易得慢性病。长此以往，很有可能某些人在老年痴呆出现之前就死于某种肿瘤