高尚先-转化医学--个体化检测现状及展望20130516

转化医学-个体化检测现状及展望,中国食品药品检定研究院高尚先,转化医学-个体化检测现状及展望,转化医学简介个体化诊疗个体化检测技术个体化检测试剂管理和审批展望,2,转化医学（Translational Medicine）：1992年，美国科学杂志首次提出“从实验室到病床（Bench to Bedside）”的概念，1996年，在柳叶刀杂志上，第一次出现了“转化医学”这个名词，2003年 NIH的Zerhouni在Science上发表文章 The NIH Roadmap后，引起了学界对转化性研究的高度重视。转化医学是把医学生物学基础研究成果迅速有效的转化为可在临床实际应用的理论、技术、方法和药物的过程。即从实验室到病床（Bench to Bedside）再从病床到实验室（Bedside to Bench）的连续过程，简称为“B-to-B或B2B”及从实验室到公众健康（Bench to Public ,B2P） 转化医学：基础研究临床应用，“驱动临床研究引擎的激发器” 实验室成果产业化 双向、开放 现代和未来医学研究的主要模式,一、转化医学简介转化医学概念,美国转化医学研究中心：46个，在2012年以前会达到60个以上，NIH投入5亿美元/年英国转化医学研究：投入4.5亿英镑，启动世界上首个转化医学合作研究中心欧共体转化医学研究：计划投入60亿欧元三本转化医学国际性专业杂志：Science Translational Medicine、Journal of Translational Medicine和Translational Research,一、转化医学简介转化医学发展现状,一、转化医学简介医学模式转变,5,一、转化医学简介“4P 医学”,Personalized个体化,Predictive 预测,Preemptive干预,Participatory参与,新医学模式,Bradley WG, et al. Radiology. 2011 Feb;258(2):571-82,6,当代医疗模式的转换对转化医学研究具有更新、更高的要求：填平基础医学和临床医学之间的鸿沟，让患者和公众从医学的进步中获得最大收益，是转化医学追求的崇高目标。,一、转化医学简介转化医学的研究内容,转化医学是生物医学发展特别是基因组学和蛋白质组学以及生物信息学发展的时代产物。转化医学的中心环节是生物标志物的研究。 开发和利用各种组学方法以及分子生物学数据库，筛选各种生物标志物，用于疾病危险度估计、疾病诊断与分型、治疗反应和预后的评估，以及治疗方法和新药物的开发。,7,一、转化医学简介三个方面推动 “4P”,1.分子标志物的鉴定和应用 基于各种组学方法筛选出早期诊断疾病，预测疾病(个体疾病敏感性预测)，判断药物疗效和评估患者预后的生物标志物及药物靶标。 2.基于分子分型的个体化治疗 恶性肿瘤和心脑血管病及糖尿病等大多数慢性病是多病因疾病，其发病机制复杂、疾病异质性很大。因此，对这些疾病不能采用单一方法(如同一药物、相同的剂量)来进行疾病诊治。基于患者的遗传、分子生物学特征和疾病基本特征进行分子分型，以此为基础实施个体化的治疗是现代医学的目标。分子医学(molecular medicine)和个体化医学(personalized medicine)都是转化医学研究产生的结果。 3.疾病治疗反应和预后的评估与预测 由于遗传、营养、免疫等因素的差别，同一种疾病的患者，对同一种治疗方法或同一种药物的效果和预后可表现出较大的差异。在分子生物学研究的基础上，我们可利用经评估有效的生物标志物(如患者的基因分型、生化各种表型指标等)，进行患者药物敏感性和预后的预测，选择敏感的药物和适当的剂量，以提高疗效和改善预后。通过临床与实验室关联性研究(clinicallaboratory correlative studies)找出规律，阐明疾病的发生发展机制，以循证医学的原则实施医疗工作。,8,一、转化医学简介转化医学的应用,1. 新型的生物标志物在临床疾病检测中的应用 2. 加快新药研究的速度,9,二、个体化医学,个体化诊断,个体化治疗,在检测个体基因差别的基础上，预测疾病的易感性，对疾病进行特异性诊断，评估药物的反应性，并依此为患病个体制定特异性治疗方案，真正做到因人施治。,10,2.1个体化治疗,传统药物,靶向药物,吉非替尼,西妥昔单抗,基因型,基因表型,分子水平检验,临床因素,病理类型,患者标本,11,个体化治疗药物,FDA已批准与个体化治疗相关药物113种，预计可开发的有5000种目前针对个体化检测靶点已经开展的检测有28个（包括基因多态性靶点8个）遗传变异包括基因突变和基因多态性,Http:/,EGFR信号通路和恶性肿瘤靶向药物治疗,N U C L E U S,Raf,MEKK,ERK,sek,MAPK,jnk/sapk,C-myc,C-jun,PI3K,Akt,intermediates,Apoptosis,P,P,Rho-B,Ki-67,Extracellular,Intracellular,Ras,Y,EGFR,TKI （吉非替尼，厄洛替尼）,mAb (Cetuximab，西妥昔单抗，爱必妥 ),凋亡,增殖,13,靶向药物-个体化治疗,一、EGF/EGFR信号转导通路,EGF/EGFR和VEGF/VEGFR通路的靶向治疗药物，是目前应用最为广泛的。,图1 EGF/EGFR信号转导通路,目前临床应用较多的针对EGFR和HER2的靶向抑制剂主要有两类。一类为阻断胞外受体功能区的单克隆抗体，如靶向EGFR的爱必妥（Erbitux）和维克替比（Vectibix）及靶向HER2的单克隆抗体trastuzumab（赫赛汀）。这类药物起作用的指征是对应靶点（EGFR或HER2）表达呈阳性。另外一类靶向药物为抑制EGFR和HER2胞内TK功能区自磷酸化的小分子药物。易瑞沙(Iressa)和特罗凯(Tavceva)，通过选择性抑制酪氨酸激酶活化，从而抑制EGFR激活。这类药物主要用在结直肠癌和非小细胞肺癌的治疗中。相关诊断试剂,14,图2 VEGF信号通路,二、VEGF/VEGFR信号通路,在大多数实体肿瘤中可检测到VEGF的过度表达。根据干预环节的不同，相应的抗血管生成药分为五类：（1）抑制内皮细胞增生或迁移（2）阻止血管细胞外基质降解（3）抑制VEGF和(或)VEGFR的产生（4）干扰VEGF和VEGFR的相互作用（5）抑制胞内信号转导分子从而阻断VEGF/VEGFR信号通路。如VEGF的单抗贝伐单抗（bevacizumab）、VEGFR1,2,3受体抑制剂舒尼替尼（sunitinib）和索拉非尼（sorafenib）不但抑制VEGF受体，而且是Raf癌基因通路的抑制剂。FDA批准 ；结肠癌癌、非小细胞型肺癌和肾细胞癌的治疗。国内外尚无相关诊断试剂批准上市相关科研用 诊断试剂VEGFR mRNA表达水平,2.2个体化诊断,No clincial cancer biomarker is absolutely specific,Isaac S. Chan and Geoffrey S. Ginsburg. Personalized Medicine:Progress and Promise. Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2011.12:7.17.28,16,17,基因型和基因表型检测,常见个体化药物靶点及检测方法,National Institute of Food and Drug Control,18,National Institute of Food and Drug Control,Http:/,常见个体化药物靶点及检测方法,常见化疗药物与检测靶点,20,临床研究已证实ERCC1参与铂类耐药发生，其表达水平与多种癌症铂类化疗疗效和生存期呈负相关，即表达水平低的患者对铂类药物敏感，反之表达水平高的患者表现耐药。 美国国家癌症综合治疗联盟（NCCN）2009年版临床治疗指南中明确指出：接收铂类化疗前进行ERCC1 mRNA检测可提高治疗有效率和患者生存率。,ERCC1（Excision Repair Cross Complement Group 1， 核苷酸切除修复交叉互补基因1）,化疗药物和成熟位点：铂类药物与基因-ERCC1,21,核糖核苷酸还原酶M1 （RRM1）,肿瘤组织中基因表达水平低的患者，对吉西他滨药物敏感，高表达患者表现耐药。,肿瘤组织中基因表达水平高的患者，生存效果更佳。,22,伊立替康（转移性结肠直肠癌）代谢,伊立替康(前药-无活性),酯酶,SN-38(活性),UGT1A1(肝脏内),SN-38G,胆汁,(TA)6TAA,(TA)7TAA,UGT1A1 活性,SN-38 浓度,6/6野生型,7/7突变型,23,结肠癌患者，考虑使用伊立替康时,进行UGT1A1 基因型检测,UGT1A1 TA 重复序列与伊立替康,N=524,41.9,33.8,14.3,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,6/6,6/7,7/7,UGT1A1 genotype,Objective response (%),P=0.045,From McLeod et al, 2004,25,肺癌个体化检测,不清楚,不清楚,1987年KRAS突变,2004年EGFR突变,KRAS,KRAS,EGFR,2009年肺腺癌分子分型,肺腺癌的个体化分子靶向治疗,26,非小细胞肺癌（NSCLC）与EGFR基因突变,Modern Pathology (2012) 25, 347369,27,年轻、不吸烟、腺癌对含铂类化疗不敏感对EGFR酪氨酸激酶抑制剂不敏感,EML4-ALK融合基因约占NSCLC的4%（0.4-11.6%）,28,个体化检测,PCR技术,基因芯片技术,蛋白质组学技术,SNP技术,质谱色谱技术,临床样本,检验医学,Heres my sequence.,临床患者,个体化治疗,临床医学,2.3检验医学推动临床医学走向个体化医学,29,国内外个体化检测试剂现状,预测性 例唐氏综合症筛查试剂盒, FDA批准的蛋白HE4和CA125检测联合卵巢恶性肿瘤风险计算法（ROMA），在测定绝经前后女性卵巢癌风险性上具有很高的准确性。诊断性 例常见肿瘤标志物CEA、AFP、CA系列等诊断试剂，胃癌标志物Hab18G/CD147 等药物疗效 例白血病融合基因、拉米夫定耐药突变、利福平耐药突变,华法林药物敏感等检测试剂盒,National Institute of Food and Drug Control,Http:/,药物靶点例EGFR、K-ras、Braf突变检测试剂盒等，尚有10余种处于注册批准阶段,如ERCCI、BRCA等转移性例循环肿瘤细胞、CK-19、CK-18等检测试剂盒;易感性尚无诊断试剂盒获批按照诊断试剂注册管理办法该类诊断试剂基本上都属于三类，且种类繁多,,三、个体化检测技术,免疫分型 免疫球蛋白电泳 免疫组化,基因定性、定量 基因突变检测 MSI （微卫星不稳定性）,WHO规范化肿瘤综合检测，应用MICM分类标准，结合了形态学 (M ) 免疫学 (I ) 细胞遗传学(C )，分子生物学（M），使分型更加准确,免疫学,细胞遗传学,分子生物学,常规病理 血细胞涂片,核型分析 荧光原位杂交,M,I,C,M,未来- 预测性检测多方法平台/多因素检测/多基因信号/多样本类型尿样、唾液、呼吸、其他/增加诊断性影像检查的应用,32,PCR-Sequencing (20%),EGFR 19 Dels,EGFR 21 L858R,33,PCR-MASS Sensitivity (5）,34,ARMS PCR (1%),Specific for mutation,35,real-time Scorpions ARMS PCR,36,3.2国内现有EGFR基因突变检测方法,37,2012卫生部临检中心室间质评临床实验室使用技术方法回报,EGFR基因突变检测使用仪器,38,2012卫生部临检中心室间质评临床实验室使用仪器回报,个体化检测技术方法多样化，多种方法并存，包括：ARMS、流式荧光杂交法、PCR-直接测序、PCR-焦磷酸测序法、实时荧光PCR法、HRM、DHPLC等。但是很多实验室使用自制的试剂，实验流程也缺乏一定的规范和标准，必须避免个体化用药形成一种没有规范管理下的混乱状态，实现整个行业的规范化和标准化势在必行。,39,3.3 新方法研究,一步法酶切富集突变体ARMS real-time PCR 人为引入酶切位点实时内切酶酶切富集突变体ARMS real-time PCR阻断剂富集突变体ARMS real-time PCR,40,一步法酶切富集突变体ARMS real-time PCR,酶切：37温育30min；Nest-PCR富集：95 15sec，65 20sec，72 60sec，5-10 Cycles；ARMS引物检测突变位点：95 15sec，60 30sec，40 Cycles；,优点：酶切、富集、荧光定量PCR在同一反应体系中，一步法完成检测。提高了特异性和选择性。,41,一步法酶切富集ARMS-Taqman方法的建立,L858R检测曲线,在5000Copies的L858R野生型质粒背景下，依次存在10%、5%、1%、0.5%、0.1%、0%突变率，可检出0.1%突变率,The agreements of both tests were 96.7% and 93.5% with a Kappa value of 0.889 and 0.716 for L858R and E746 A750del,Lung Cancer 2011(74):226-232,42,人为引入酶切位点实时内切酶酶切富集突变体ARMS real-time PCR,Mismatch primerPCRWild type digestion,Digestion and PCR were performed in a runInter Journal of Cancer 2012,No Cycle,Nest Cycle,43,在106Copies/l的野生型质粒背景下，依次存在1%、1 、0.1 、0.01 、0%突变率，可检出0.01突变率T790M (European Journal of Cancer 2012 submitted data),No Blocker,Blocker,阻断剂富集突变体ARMS real-time PCR,44,3.4个体化检测技术发展趋势测序技术,45,第一代测序仪仅仅是提供一个电泳和电泳后分析的平台第二代测序仪则利用微加工处理和光电子成像技术实现边反应边测序第三代测序仪则将反应体系进一步缩小到了微纳米量级的尺度，同时利用物理原理实现了单分子识别未来的第四代测序技术几乎完全抛弃了生化反应，通过力学、电学等对DNA分子中的碱基直接判读,个体化检测技术发展趋势蛋白质组学,肿瘤患者和正常人差异蛋白：诊断 肿瘤原位与转移比较：肿瘤转移相关蛋白 ,主要技术,应用,46,个体化检测技术发展趋势外周血检测,替代检测方案：手术后、不愿穿刺患者、对获得性耐药进行检测研究结果 血浆和组织切片检测阳性突变率不一致，突变一致性为30%,检测出不同突变类型不建议作为常规检测样本类型,在无法获得肿瘤组织样本的情况下的参考,血浆/血清游离DNA一些肿瘤患者血浆中有足够的游离DNA(是正常人的10倍)。血浆中的游离DNA主要由凋亡和坏死的肿瘤细胞产 生，其遗传学特性与肿瘤基因组DNA相似。,(unpublished data),47,48,乳腺癌个体化检测,个体化检测试剂发展趋势新型标记物不断涌现,Mitch Dowsett, et al. Emerging biomarkers and new understanding of traditional markers in personalized therapy in breast cancer. Clin Cancer Res. 2008,14(24).,3.5检测试剂盒主要技术指标,核酸扩增检测用试剂（盒）行业标准基因突变检测试剂盒主要技术指标,49,核酸扩增检测用试剂（盒）行业标准,不适用于基因分型、基因芯片和病毒基因分型/突变检测用试剂（盒）及血源筛查的试剂（盒）技术要求要点外观溯源性（不适用）测量系统的线性（不适用）准确度分析特异性亚型检测能力（不适用）精密度检测限/定量限（针对定量试剂）（正式名称均不称灵敏度）干扰物质稳定性,基因突变检测试剂盒主要技术指标,外观和装量重复性/精密度准确度（突变型的检测能力）分析特异性（如正常野生型基因组、突变型之间）检测限（针对定性试剂，检出突变型的copies/test）选择性（针对突变型和野生型不同比例设定的技术要求如5%）检测限和选择性可放在一起进行检测,Http:/,目前体细胞突变检测遇到的问题,分析特异性：不同的突变型之间，部分试剂盒存在交叉反应野生型基因组背景 正常提取浓度的野生型基因组部分试剂盒有明显的非特异反应选择性：病理组织中突变体的分布不均一，影响选择性突变比例对药物应用指征关系不明确外周血检测突变的可行性,52,3.6个体化检测试剂质量保证:样本,标本 组织：肿瘤细胞的比例 (70%以上) 1）新鲜 2）石蜡：良好的内控 细胞 外周血,53,个体化检测试剂质量保证:重复性影响因素,样本的异质性及代表性标本的稳定性（新鲜样本的保质如运输、存储等）操作规范化试剂盒各组分的稳定性,个体化检测试剂质量保证特异性、选择性,分析特异性避免突变型之间的交叉反应；减少野生型基因组背景的非特异反应检测限与分析特异性通常检测限与分析特异性是一对矛盾检测限：突变型的copies 临床样本检测限/选择性：测序 20% 20%, 对比试剂或临床疗效验证 实验室检测限 突变型质粒 copies/test 实验室检测限 /选择性：质粒 1%-0.1% 背景: 10ng 5%、1% 100ng-500ng 提高特异性 选择性不降或提高 0.1%? 高特异性高选择性可能用于外周血检测,3.7个体化检测试剂临床应用:EGFR突变丰度/选择性,探讨基因突变丰度与临床应用的指导意义,Wu Yilong et alJOURNAL OF CLINICAL ONCOLOGYVOLUME 29 NUMBER 24 AUGUST 20 2011,56,体细胞突变不同检测方法比较,检测限/选择性：针对组织标本是否越高越好？,细胞周期的划分：G1期S期G2期M期，以及G0期。G1期:进行细胞生长及准备染色体复制，S 期:进行染色体复制,使DNA成为相同的两份，G2期:制造蛋白质,准备细胞分裂的所需物质，M期：有丝分裂；为进行核裂(染色体分离)和质裂(细胞质分裂)的阶段。当细胞处于G0期时 就会停止细胞一切的复制分裂过程化疗药只对处于增殖期的肿瘤细胞起作用，而对休眠期的肿瘤细胞是不起作用的厄洛替尼（TKI，针对NSCLC）诱导细胞停滞在G1期，而许多化疗药物作用在其他细胞周期，如多西他赛诱导细胞停滞在M期并凋亡，因此当这两类药物被联合使用时可能存在拮抗作用：厄洛替尼引起的G1期停滞，使较少细胞能够进入其他细胞周期时相，从而阻断多西他赛对M期细胞的活性。这可能解释为什么这两类药物联合应用但没有产生协同作用。,化疗药和TKI不能联合应用,EGFR基因突变比例研究,技术手段：ARMS real time PCR体系 Sequenom MassARRAY体系,ARMS体系扩增曲线：从左到右依次为100%、80%、40%、20%、10%、5%、0%的L858R突变,质谱对模拟样本分析峰图：从左到右依次为100%、80%、40%、20%、10%、5%、0%、阴性对照,59,(unpublished data),EGFR基因L858R突变比例检测结果,(unpublished data),L858R mutation（21/151）、19 DEL mutation（35/151）,60,EGFR基因T790M耐药突变比例检测结果,61,(unpublished data),3.8基因突变类标准物质,62,室间质量评价质控品包含常见突变满足大多数检测方法要求尽可能模拟全部检测过程可以使用突变细胞系、组织切片等国家基因突变类标准物质尽可能覆盖大多数突变满足绝大多数检测方法要求尽可能考核试剂盒的全部性能指标，包含准确性、分析特异性、检测限/选择性等可以使用重组质粒、突变细胞系，如组织切片具有可行性是最好选择,EGFR基因突变候选国家参考品,63,突变细胞株：如EGFR突变细胞系SW48、H1975、H1650包含的突变位点有19号外显子缺失、18外显子G719S 和20外显子T790M、 21外显子L858R四个突变位点质粒：各种突变型和野生型质粒，如EGFR突变国家参考品组成：29种EGFR突变体参考品、5份野生型参考品、1份重复性EGFR突变体参考品。人类基因组背景：不同浓度野生型背景对检测结果影响明显,EGFR基因突变候选国家参考品的应用,10ng野生型基因组背景的29种突变体参考品检测结果准确；在高浓度野生型基因组（300ng）背景下，出现假阳性,64,四 、个体化检测试剂管理和审批,管理办法技术指导原则质量评价,65,4.1个体化检测相关体外诊断试剂注册审批管理,涉及个体化检测体外诊断试剂的注册审批按照体外诊断试剂注册管理办法（试行）进行管理 美国体外诊断产品（含体外诊断试剂）按医疗器械管理。 分为I类、类、类。 I类、类、类产品的生产均应符合GMP规范（除豁免GMP的I类产品外）。上市前的监管还包括要求进行符合要求的临床研究。欧盟欧盟根据体外诊断产品危险性不同，将其分为A类、B类和不需经审评委员会审评的产品三类，实行分类管理。欧盟对体外诊断产品的生产过程按ISO9001和EN46001的要求进行管理。中国 体外诊断试剂注册管理办法（试行）， 分为I类、类、类， 类、类按要求进行临床试验。,Http:/,个体化检测方法的建立、确证和临床应用,在临床试验法规方面，由于新技术、新产品的不断出现，在临床设计方面有着其特殊性，现有的体外诊断试剂临床研究技术指导原则法规对临床例数的规定与产品临床试验方案设计的科学性有时存在很大的矛盾，如检测的不同样本类型、阳性率低的罕见分型等的纳入例数要求并不明确，这些问题都是有待新法规或药监部门的技术指导原则出台来解决。由于个体化医学检测项目涉及范围较广、发展较快，绝大部分的相关检测还没有经过国家药监部门批准的商品试剂盒，可考虑借鉴发达国家在这方面的经验，建立类似美国实验室认证的监管机制。即实验室自主研发的检测符合特定实验室质量管理体系要求即可作为该项技术进入临床应用的许可，但不允许外售给其他实验室或医疗机构并在有同类项目获得批准后即撤销该项目在实验室的应用认证。从而满足临床需求，促进我国个体化诊断和治疗科学高效产业化。同时完善监管技术，加强标准物质和标准研究，更好的为产业和临床服务。,68,临床试验,1000例阳性大于300例罕见型具有统计学意义对照试剂金标准 测序20%； 20%, 对照试剂或临床疗效验证,4.2技术指导原则,FDA发布的与生物标志物诊断试剂相关的指导原则：心脏移植基因表达分析测试系统Guidance for Industry and FDA Staff - Class II Special Controls Guidance Document: Cardiac Allograft Gene Expression Profiling Test Systems 2009药理学试验及遗传标记的基因测试指南Guidance on Pharmacogenetic Tests and Genetic Tests for Heritable Markers 2007乳腺癌预后的基因表达分析Guidance for Industry and FDA Staff - Class II Special Controls Guidance Document: Gene Expression Profiling Test System for Breast Cancer Prognosis；2007CFTR基因突变检测系统Class II Special Controls Guidance Document: CFTR Gene Mutation Detection Systems 2005与宫颈癌关联的HPV检测相关Guidance for Industry and Food and Drug Administration Staff - Establishing the Performance Characteristics of In Vitro Diagnostic Devices for the Detection or Detection and Differentiation of Human Papillomaviruses ;2011免疫组化检测 Guidance for Submission ofImmunohistochemistry Applications to the FDA;1998http:/www.fda.go