分子诊断技术及市场发展浅析

1、分子诊断技术及市场发展浅析一、 科技发展催生全新的医疗理念 当今医疗的发展趋势是，生命与健康规律的认识趋向整体，疾病的控制策略趋 向系统，正逐步走向“ 4P医学模式,即预防性(Preve ntive)、预测性(Predictive)、个体化(Personalizec)和参与性(participatory )。 “4P医学随着 人类基因组的完成应允而生。其后 “组学”的发展，如转录组学、蛋白组学、表观遗 传组学以及近几年出镜率颇高的外显子组、免疫组学等 “组学”的研究则作为开辟新 领域的基础，进一步推动新医学模式的实现。在技术层面上，高通量检测及生物信 息学分析技术的进步是其不可缺少的保证，其中

2、以测序技术、生物芯片技术和 PCR 技术等为代表的技术革新为实现疾病的预测、预防和疾病的个性化诊断和治 疗提供了重要的技术支持。二、分子诊断技术和市场上的争夺战目前，公众对个性化分子诊断的认知度程度还很有限，但随着高通量检测及 生物信息学分析技术的发展，在全世界范围内的的投资者已经嗅到了未来的市场发 展前景。以芯片起家的 Illumina 近年来以测序技术、生物芯片技术和 PCR 技术三 足鼎力的方式全面占领分子诊断市场。其新一代测序仪及其相应的产品研发上在业 界享有很高的知名度，如Illumina的明星产品HiSeq系列测序仪器及其今年第二季 度推出的基于Moleculo技术的长读取测序服务

3、和新的定相分析(Phasing Analysis)服务。与此同时，Life Technologies公司的Sanger测序产品曾为 人类基 因组计划”提供了强大的技术支持，其 3500Dx 基因分析仪已于 2011年通过国家食 品药品监督管理局(SFDA)的批准，在中国应用于临床诊断。Life Technologies在基因测序和分析方面，长期占有优势地位，由Life Technologies 旗下的 IonTorrent? 系统，可以在一天内完成全部基因组测序，将花费降到 1000 美元以下， 成为了 Illumina 在诊断测序市场强有力的竞争对手。而在生物芯片市场的上， Illumina

4、 和 Affymetrix 在表达谱芯片和功能型芯片的较量也纵横交错，演绎的如火 如荼。此外，新技术交叉应用在催生测序、生物芯片和 PCR 等领域的新技术革命 以及现有技术的衍生中起着决定性的作用。以测序领域为例， Ion Proton 应用创新 的半导体芯片，通过密布于半导体芯片上的微反应孔和专有的大规模并行芯片感应 器，达到快速实时地完成测序。 Pacific Biosciences 则推出了结合了单分子实时测 序和纳米孔技术的第三代测序平台 PacBioRS 单分子实时测序系统。为了占据基因 检测市场的有利点，各企业积极的吸纳任何可以降低成本、提高效率和特异性的新 技术。以上仅是有限的几

5、个例子，想在分子诊断市场中大展拳脚的投资者不胜枚 举，各大企业都希望在将优势技术发扬光大的同时也兼顾各个技术领域的全面性， 由此带来了收购和兼并市场上的大动作。例如，今年初赛默飞世尔科技( Thermo Fisher)宣布以136亿美元收购Life Tech no logie& Life Tech no logies公司的本身也 是2008年由Invitrogen和Applied Biosystems两家公司组成，之后为与 Illumina争 夺对高通量测序市场的控制权， Life Technologies 于 201 0年收购了新一代测序仪 制造商Ion Torre nt。Life Tech

6、 no logies从未停止自身收购的脚步，同时它也大力发 展自身的明星产品，支持创新，这也是为和它成为众家抢夺目标的重要原因。曾参 与这场收购大战的罗氏公司在 PCR 技术和芯片技术市场上同样占有重要的一席之 地，该公司为提升其在生物制药方面的研发能力， 2012年也曾试图以 57亿美元的 现金收购 Illumina ，最终未能如愿。 ThermoFisher 在此次行动中获得成功，使其同 时拥有了测序技术、生物芯片技术和 PCR 技术的革新力量，为预期它将大大提升 在科研、遗传分析及应用科学中的地位，建立一个医疗保健技术的巨头，预计年收 入或超过 160亿美元。三 分子诊断发展的中流砥柱

7、测序技术目前，分子诊断市场的并购趋势整合了数种高通量检测及生物信息学分析为 基础的先进技术。究其根本，还是以人类基因组测序的完成所带来的 “组学”发展为 基础。整个人类基因组所包含的约 30 亿对碱基蕴含了海量可供解读的信息，是人 类的生命之源。在众多技术的革新浪潮中，是测序的革新开启了未来个性化治疗的大门。基因测序技术的飞速发展使得全基因组测序(Whole-ge nome seque ncing,WGS)在技术上和成本上都趋向成熟了。而这项技术在针对与家族遗传相关疾病 的分子诊断方面具有非常巨大的应用价值，还能够给临床治疗提供一些非常有价值 的参考信息。最近安吉丽娜？茱莉的报道，再次使针对癌

8、症家族史的筛查检测或治疗的基因 检测成为热门话题。据统计超过10%的癌症有遗传性背景，这意味着有些遗传突变可诱发数种癌症，且可从亲代遗传给子代。鉴别这些基因对于预防有家族遗传背 景者的癌症发生具有重要的意义。目前，高通量测序已经寻找到大量疾病的候选基 因，这些疾病特异性的基因及其组合开始广泛应用于前期筛查检测以及进行个性化 治疗。在目前的癌症研究中，基因组测序、外显子组测序、基因表达谱分析、RNA测序、甲基化组分析等方法被广泛使用，以找到致病突变及其他线索。然而，与大 多数组成型基因组不同，癌症是异质性、生物多样性的，且具有复杂的遗传变异。 癌症的早期基因诊断和个体化治疗目前仍面临挑战。许多癌

9、症基因组是高度重排 的，存在大量、大规模的突变，如易位、倒位、融合和拷贝数的变化，染色体规模(结构)变化很频繁，而表观基因组的变化也很常见。此外，非人类的基因组序列 也可能存在于肿瘤内，如致癌病毒或感染。因此，要全面的了解有家族遗传史的癌 症患者信息，作到早期诊断，有针对性治疗，选择基因组测序可以充分发挥其技术 优势。以结直肠癌为例，它是最常见的胃肠道恶性肿瘤之一，全世界 每年约 有100 万新发病例，大量患者死于术后转移和复发。25%的患者在首次确诊时就已存 在肝转移，另有25%的患者在随后的病程中发生肝转移。导致结肠直肠癌的遗传 学因素通常包括基因组不稳定性及微卫星不稳定性，前期大规模结肠

10、直肠癌全基因 组测序和外显子组测序的结果表明，该疾病中点突变的发生概率远大于大片段拷贝 数的变异。近期 Macrogen千年基因的研究发现了结肠直肠癌相关基因，其中113个基因中发生突变最多的基因为 APC TP53 KRAS TTN及FBXW7结合拷贝数改 变，Macrogen定制了包含183条疾病相关基因的芯片，分别对 60例患者的癌组织 及癌旁组织基因组DNA捕获后进行测序。作为具高度转移能力的恶性肿瘤，选择正确的分析目标对早期诊断至关重 要。循环肿瘤细胞(CTC)存在于肿瘤患者的外周血中在肿瘤的转移过程中居于重 要地位。因此，检测 CTC被认为是早期检测结直肠癌的有效手段之一。由于外周

11、 血中CTC数量稀少，采用常规的细胞学方法难以检测。目前，经过富集的结直肠 癌CTC检测手段中基于核酸水平技术 的检测方法，多采用RT-PCR技术 检测血液中的肿瘤特异性DNA，以及采用基因芯片技术检测 C T C基因表达 谱检测。应用基因芯片的优势是能在同一时间研究大批CTC基因的表达情况。但是芯片技术并不是探索未知领域的理想工具。此外，芯片检测的动态范围较窄， 罕见转录本的检测并不容易。而结直肠癌患者CTC在不同病程中存在状态差异较大，仅关注于筛选出来的特异基因有可能会忽略掉潜在的其它特异性CTC基因。而采用外周血富集CTC的全基因组测序或相关基因区域测序在这方面则显露出明 显优势。除此之

12、外，目前 CTC的检测能在约10 mL血液中寻找其中的肿瘤细 胞，这意味着要在约1亿个白细胞和500亿个红细胞中寻找仅有的几个 肿瘤细胞。新一代测序技术检测的敏感度和特异度也是其在结直肠癌CTC检测中的另一个重要优势，能有效提高此类疾病的临床诊断效率。目前的测序技术与其它技术相比，引领未来个性化医疗(person alized medici ne)真正走进临床，实现成为一项临床常规诊疗项目的道路希望不会让患者 等的太久。四、国内分子诊断企业的发展对于中国的分子检测市场，潜在的发展空间可谓有目共睹，众多外资企业积极的以各种方式进入并拓展中国市场。面对外资企业的进入中国的分子诊断行业又 何去何从？

13、很多企业选择 合作”的方式，将领先科技产品引入到中国的体外诊断市 场，同时，也把自身配套的产品推向国际市场。例如，2012年达安基因公司与Life Technologies合作，应用其3500Dx基因分析仪及 Cycle Sequencing技术，发展癌症、传染性疾病和遗传疾病的体外诊断分子诊断试剂的研发。事实上在 20 年 前，达安就在与Life Tech no logies的前身ABI公司的合作中将PCR技术引入中国 分子诊断领域。问题在于外资企业在这类 “合作”中是最大的赢家，通过这种方式将 自己的科技理念和产品快速占领中国市场，并将”Made in China的产品打上自己的标牌再售往

14、国际市场。中国的企业在未来的发展中到底需要什么？从长远的角度分析，借鉴学习之 后开发具有原创性的新技术才是中国企业持续发展的关键。本着从临床诊断市场 “分得一杯羹 ”的理念运作企业，无法使一个企业成为行业的领军者，而至多是一个 成功的追随者。令人欣慰的是，中国有华大基因此类敢于争第一的企业。华大基因 作为全球最大的基因组学研究机构之一，先后完成了国际人类基因组计划 “中国部 分”（ 1%）、国际人类单体型图计划（10%）、首个亚洲人基因组 “炎黄一号 ”（100）等测序计划，从而把中国基因组科学带入了国际领先地位。其基于领先 的测序能力及分析能力的分子诊断产业也在快速而全面的发展。综合中国分子诊断企业目前的发展，本人对于中国分子诊断企业的发展策略 有如下一些粗浅的观点：（一）提出创新性的分子检测方式。如华大基因推出的无创产前检测技术，直接针对孕妇外周血中游离的胎儿 DNA 进行测序。又如前文提到的结直肠癌外周血 CTC 测序的思路也很有可能有助 于有癌症家族遗传史患者的早期诊断。（二）拥有自主知识产权的新技术，包括自主研发的检测仪器和配套的产品。中科院与浪潮集团共同研制的国产第三代基因测序仪高通量测序仪 BIGIS-4 系 统已于 20