基因測序的利弊

白楊

在分子生物醫(yī)學(xué)迅速發(fā)展的今天，基因測序是每個人都避不開的話題，因?yàn)槿藗兊慕】岛图膊≡\治需要基因測序。正式啟動于1990年并初步完成于2005年的人類基因組計(jì)劃曾耗資30億美元，今天，隨著測序技術(shù)的發(fā)展，對一個人進(jìn)行全基因組測序只需要1000美元左右，時間只有一周左右。

美國總統(tǒng)奧巴馬在2015年國情咨文演講中宣布進(jìn)行精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃后，個人基因組測序更是迎來了大好的發(fā)展時機(jī)。但是，為什么要進(jìn)行個人基因組測序以及這種測序有哪些利弊，無論是專業(yè)界還是普通公眾都并不完全清楚，最大的原因是，這是一個尚待深入探討的領(lǐng)域。

有利于治療癌癥

基因組測序首先有利于治療癌癥。肺癌不僅是中國，也是世界的第一大癌癥，因?yàn)榉伟┗颊呷藬?shù)最多，而且發(fā)病率和死亡率也最高。研究人員對肺癌的研究發(fā)現(xiàn)，肺癌可以分成4種類型：吸煙患者的腺癌、吸煙患者的鱗癌、不吸煙患者的腺癌和不吸煙患者的鱗癌。這4種類型的肺癌不僅都有各自的驅(qū)動基因（主要致癌基因），也有共同的致癌基因。例如，在不吸煙者的腺癌患者中，表皮生長因子受體基因（EGFR）是一種最常見的驅(qū)動基因，而在吸煙患者的腺癌中，KRAS則是最常見的驅(qū)動基因。

RAS基因是一大類致癌基因，約30%的人類惡性腫瘤與RAS基因突變有關(guān)。人類有3種RAS基因，即HRAS、KRAS和NRAS，它們分別定位于11、12、1號染色體，RAS基因能編碼蛋白質(zhì)P21。HRAS、KRAS和NRAS都是致癌基因，而且KRAS不僅與肺癌有關(guān)，也與胃腸道癌癥有關(guān)。

對于表皮生長因子受體基因?qū)е碌姆蜗侔┗颊?，易瑞沙是一種很有效的化療藥物，但是，這是一個用患者健康和生命換來的認(rèn)知。2003年5月，美國食品與藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)易瑞沙治療非小細(xì)胞肺癌。這是最早的靶向治療藥物，當(dāng)時的醫(yī)生并不知道究竟哪些患者對易瑞沙敏感，所以，幾乎所有的晚期非小細(xì)胞肺癌患者都在嘗試使用易瑞沙進(jìn)行治療。但是，只有少數(shù)病人獲得明顯療效，絕大多數(shù)患者服藥后效果都不太好。

在療效不明的情況下，2005年6月，美國食品與藥物管理局又收回了2年前的批號，不再允許易瑞沙應(yīng)用于臨床。然而，亞洲國家用易瑞沙治療肺癌的效果出現(xiàn)了奇跡。亞洲不吸煙的女性肺癌患者服用易瑞沙后效果最好，原因是她們體內(nèi)有非常高的EGFR的敏感突變存在。易瑞沙針對EGFR基因?qū)е碌姆伟┬Ч詈谩?/p>

對于KRAS為驅(qū)動基因引發(fā)的吸煙者所患的肺腺癌，則是用法尼基轉(zhuǎn)移酶（FTase）抑制劑及RAS/RAF通路下游效應(yīng)分子MEK抑制劑最有效。

因此，對于肺癌患者，在治療前進(jìn)行基因組測序，知道是哪種驅(qū)動基因?qū)е碌陌┌Y，就可以有針對性地用藥，如此，不僅可以提高療效，而且會減少副作用和減輕病人的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

有利于遺傳病治療

人的大部分疾病都與基因有關(guān)，但并非大部分疾病都與遺傳有關(guān)。人類的遺傳病已知的約有5000多種，分為單基因遺傳病、多基因遺傳病和染色體異常遺傳病。如果進(jìn)行基因組檢測就不僅有利于找到病因，也有利于治療。

例如，遺傳性耳聾就是一種遺傳性疾病，而且大多數(shù)遺傳性耳聾屬于單基因病。中國每年通過新生兒聽力篩查可以發(fā)現(xiàn)約3萬聽障新生兒，然而每年實(shí)際新增聾兒（0～6歲）超過6萬，超過半數(shù)的新生兒不能在新生兒聽力篩查中檢測出是否有問題。原因就在于60%的耳聾與遺傳因素有關(guān)，是通過遺傳或者隔代遺傳傳給子女，不論父母中單方或者雙方是耳聾患者還是健康攜帶者，耳聾基因都會遺傳給子女。因?yàn)?0%的聾兒的父母都是聽力正常者，這也造成了難以早期發(fā)現(xiàn)和防治遺傳性耳聾。對于遺傳性耳聾的預(yù)防，通過基因測序進(jìn)行篩查是最有效的手段。

對于耳聾的基因測序，需要簡便快速的測序手段。2009年，生物芯片北京國家工程研究中心研發(fā)出全球第一張耳聾基因篩查芯片，為檢測遺傳性耳聾病人打下了基礎(chǔ)。借助這一技術(shù)，中國已經(jīng)對120萬人進(jìn)行耳聾基因篩查，發(fā)現(xiàn)了1569名先天性聾兒、3556名藥物性耳聾敏感兒。由于每名藥物性耳聾敏感兒的家庭中至少有10名母系家族成員屬于藥物性耳聾高危人群，在他們患病服藥時，避免使用容易導(dǎo)致耳聾的藥物，如鏈霉素、卡那霉素、新霉素、慶大霉素、紫霉素和萬古霉素等，就可以避免這些人發(fā)生藥物性耳聾。

這也意味著耳聾基因檢測可以避免約3.5萬名敏感人群發(fā)生藥物性耳聾。同時，也為早期發(fā)現(xiàn)和治療1569名先天性聾兒和3556名藥物性耳聾敏感兒提供了有利條件。這顯然是基因測序的功勞。耳聾基因檢測尤其對中國意義重大，因?yàn)橹袊鞘澜缟下犃φ系K和言語障礙者最多的國家，在8500萬名殘疾人中，聽力殘疾約占1/4。由于基因測序防治遺傳性耳聾作用巨大，也吸引了美國的關(guān)注。美國于2014年與生物芯片北京國家工程研究中心達(dá)成合作協(xié)議，針對白種人的耳聾基因篩查芯片系統(tǒng)已研制成功。

發(fā)現(xiàn)疾病的起源和歷史軌跡

人類的歷史從某種意義上來講就是人類遭受疾病折磨并與疾病持續(xù)不懈進(jìn)行抗?fàn)幍臍v史。了解疾病的歷史，既有利于疾病的診治，也有助于了解人類的過去和清楚人類該如何與疾病相處，并將如何走向未來。

了解疾病的歷史就需要基因組測序，如對麻風(fēng)病、結(jié)核、鼠疫和霍亂等的認(rèn)識和治療，因?yàn)?，這些疾病直到今天還在侵?jǐn)_人類。

麻風(fēng)病英文名稱起源于拉丁文的lepra，意義為“鱗片”，是由麻風(fēng)桿菌引起的一種慢性傳染病，主要病變在皮膚和周圍神經(jīng)，在神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸道、皮膚與眼部出現(xiàn)肉芽腫，導(dǎo)致病人失去痛覺感知能力，臨床表現(xiàn)為麻木性皮膚損害，神經(jīng)粗大，嚴(yán)重者甚至肢端殘廢。

盡管現(xiàn)在麻風(fēng)病已經(jīng)可以治愈，但人們對這一古老疾病的了解并不深入。公元前1000年古埃及就出現(xiàn)了第一例麻風(fēng)病。不過對麻風(fēng)病的記載最早出現(xiàn)于公元前600年的印度宗教典籍，該典籍描述了病人手指和腳趾喪失感覺的癥狀。當(dāng)時的病人往往受到殘酷對待，被遺棄在荒野中任其自生自滅，甚至被燒死。因此，麻風(fēng)病在古代是絕癥，到了20世紀(jì)40年代，抗生素問世后，麻風(fēng)病才可以治愈。直至今天，世界上一些貧困的地區(qū)依然有麻風(fēng)病在流行。

如果能很好地了解麻風(fēng)病的來龍去脈，將有助于徹底防治這種疾病。現(xiàn)在，德國賓根大學(xué)的古遺傳學(xué)家喬漢尼斯·克魯斯等人從一名死于14世紀(jì)丹麥麻風(fēng)病人隔離區(qū)的年輕女性遺體的牙齒中提取了DNA，通過對麻風(fēng)桿菌的基因組測序，發(fā)現(xiàn)古代的麻風(fēng)桿菌的DNA與現(xiàn)代麻風(fēng)桿菌的DNA有40%相匹配。

研究人員之所以能獲得很久以前的麻風(fēng)病人體內(nèi)的麻風(fēng)桿菌的DNA，是因?yàn)樵?4世紀(jì)前，斯堪的納維亞半島25%甚至更多的成年人死后的骨骼留有麻風(fēng)桿菌的DNA。德國基爾大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)這些DNA并寄給賓根大學(xué)的克魯斯，克魯斯的研究團(tuán)隊(duì)比較了古代麻風(fēng)桿菌基因和11種現(xiàn)代麻風(fēng)桿菌的基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種細(xì)菌進(jìn)化速度很慢。中世紀(jì)麻風(fēng)病患者身上的病原體幾乎與目前印度、泰國等地麻風(fēng)病患者體內(nèi)的病原體相同。

克魯斯等人還發(fā)現(xiàn)，丹麥這名中世紀(jì)年輕女孩身上的麻風(fēng)病菌株與今天在伊朗和土耳其發(fā)現(xiàn)的一個麻風(fēng)桿菌菌株更相似，表明這種原始菌株可能起源于亞洲。其傳播途徑可能是11世紀(jì)的十字軍或其他旅行者將其帶到了歐洲，最終到達(dá)斯堪的納維亞半島。

另外，克魯斯等人通過基因組檢測和其他檢查還發(fā)現(xiàn)，麻風(fēng)桿菌有特別厚的細(xì)胞膜，富含脂肪酸，能夠抗御侵蝕，所以才能在這名丹麥女孩牙齒中保存很長時間。

這些發(fā)現(xiàn)說明基因組檢測是了解某些病原體和古老疾病歷史的較好方法，從而有助于科學(xué)家在今天找到更有效的治療這些疾病的手段。

基因檢測也有缺陷

由于基因檢測是一項(xiàng)正在發(fā)展的醫(yī)學(xué)技術(shù)，當(dāng)然會存在不足，甚至缺陷。現(xiàn)在，美國約翰·霍普金斯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，僅僅是對腫瘤基因組測序而不將其與其他組織細(xì)胞的基因組進(jìn)行對比，就有可能導(dǎo)致對癌癥的誤診和誤治。

正如上文所描述的那樣，對癌癥病人進(jìn)行基因組測序才能發(fā)現(xiàn)即便是同一類癌癥，如肺癌，也有不同的種類，只有了解不同肺癌的特點(diǎn)，才能采取有針對性的個性治療。但是，對癌癥基因組的檢測結(jié)果卻有可能遭到誤解。

約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)和病理學(xué)教授維克多·威爾庫爾斯庫研究團(tuán)隊(duì)分析了由個人基因組診斷公司對815名癌癥患者的基因組測序數(shù)據(jù)，這些患者所患的癌癥包括乳腺癌、腦癌、腎癌、肺癌、胃癌、胰腺癌、血癌和黑色素瘤。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些測序結(jié)果并不能完全反映癌癥患者的真正病因，因?yàn)檠芯咳藛T把這些癌癥基因變化與正常組織基因組相對比時發(fā)現(xiàn)，并不是所有的癌癥患者的基因改變都與腫瘤直接相關(guān)。一些基因發(fā)生改變只是生殖細(xì)胞變化，它們是從正常組織中遺傳的基因變化，在人與人之間有所不同。

在只考慮患者腫瘤中所發(fā)現(xiàn)的基因變化并過濾掉最著名的種系變化后，只有382個基因變異可能與腫瘤相關(guān)。但在比較患者的全種系基因組與他們的腫瘤基因組之后，威爾庫爾斯庫等人發(fā)現(xiàn)，平均起來這些與腫瘤可能有關(guān)的基因變異中有249個是病人正常組織的一部分，是遺傳變異而不是腫瘤特異性變異。

如果只考慮腫瘤基因組測序所發(fā)現(xiàn)的基因變異，則有65%是假陽性，與病人的腫瘤不相關(guān)。另外，當(dāng)把患者腫瘤基因組與生殖細(xì)胞的基因組進(jìn)行比較時發(fā)現(xiàn)，這些基因變化也有33%是假陽性，這些假陽性影響48%的患者。

腫瘤基因組假陽性的出現(xiàn)必然會影響到對腫瘤的診斷和治療。這雖然不是基因組測序的問題，而是解讀基因的問題，但是反映了對基因測序的解讀可能誤導(dǎo)對疾病的診治，因而也是基因測序迫切需要解決的問題。唯一的方法是，通過比較一個人的腫瘤及其正常細(xì)胞的基因組序列，才能知道哪些基因變異與癌癥相關(guān)，哪些變異與癌癥無關(guān)，據(jù)此才能采用合理的治療方式和藥物，從而讓癌癥治療更有效。

但是，要把癌癥基因組測序與正常基因組測序結(jié)合起來診斷看起來容易，實(shí)施起來卻有困難。比如費(fèi)用和工作強(qiáng)度?，F(xiàn)在的癌癥全基因組測序是幾千美元，再加上個人全基因組測序的1000多美元，此后是專業(yè)人員對兩個基因組的比對和鑒定時間。另外，能否辨認(rèn)出正?；蜃兓€是引發(fā)癌癥的基因變化也需要很高的專業(yè)水平。

現(xiàn)在，這些問題都不太容易解決，例如，美國的健康保險不可能完全支付基因組測序費(fèi)用，而且，正常的基因組測序還涉及病人的隱私問題。同時，辨認(rèn)正?；蜃兓桶┌Y的基因變化也需要非常強(qiáng)的專業(yè)能力，弄不好就可能誤診。

基因組測序的準(zhǔn)確性

準(zhǔn)確性是基因組測序必須解決的另一個大問題，如果測序不準(zhǔn)確，或者認(rèn)定的變異基因與特定的疾病沒有關(guān)系，或一些基因與特定疾病有關(guān)系但卻沒有辨別出來，就會造成誤診誤治。

由于基因組檢測現(xiàn)在主要針對癌癥基因組和遺傳疾病的測序，最近美國發(fā)表了一篇調(diào)查美國55家網(wǎng)站進(jìn)行基因測序結(jié)果的質(zhì)量報告?，F(xiàn)在，基因測序價格從99美元到13000美元不等，部分網(wǎng)站提供目錄，網(wǎng)友可以直接在網(wǎng)上下單訂購檢測產(chǎn)品，獲得檢測以及基因咨詢服務(wù)，這就出現(xiàn)了基因測序結(jié)果質(zhì)量良莠不齊的現(xiàn)象。

這55家網(wǎng)站的擁有者包括商業(yè)公司、學(xué)術(shù)中心、科研機(jī)構(gòu)。研究人員格雷等人對這55家網(wǎng)站基因測序結(jié)果的比較研究發(fā)現(xiàn)，32家（58%）提供體細(xì)胞突變檢測或分析服務(wù)，11家（20%）提供生殖細(xì)胞檢測，44%的網(wǎng)站提供個性化癌癥護(hù)理服務(wù)，15%的網(wǎng)站提供檢測結(jié)果解讀服務(wù)。這些網(wǎng)站最常提供的癌癥基因檢測包括乳腺癌、結(jié)腸癌、肺癌等。

對這些提供基因測序的網(wǎng)站進(jìn)行評價主要依據(jù)兩種標(biāo)準(zhǔn)：一是他們提供的服務(wù)是否合格;二是他們提供的基因測序是否有科學(xué)根據(jù)。對第一個標(biāo)準(zhǔn)，研究人員邀請了相關(guān)專家組成專家小組，根據(jù)美國疾控中心基因組應(yīng)用實(shí)踐和評價預(yù)防工作組制定的標(biāo)準(zhǔn)來判斷這些網(wǎng)站提供的檢測服務(wù)是否合格。如果該專家小組90%的成員認(rèn)為某項(xiàng)檢測、診斷服務(wù)不合格，則該項(xiàng)服務(wù)即確定為不合格。結(jié)果，專家組發(fā)現(xiàn)大部分網(wǎng)站提供的個人癌癥診斷或治療項(xiàng)目中至少有一項(xiàng)沒有臨床應(yīng)用價值。

至于檢測的科學(xué)依據(jù)，研究人員認(rèn)為尚難評判，因?yàn)榭茖W(xué)是在不斷發(fā)展的，基因檢測的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)也在發(fā)生變化。就目前而言，這些網(wǎng)站提供的基因檢測整體上有些的確有臨床價值，也應(yīng)該應(yīng)用于患者，而有些檢測則被認(rèn)為沒有臨床價值。

例如，癌癥基因組檢測中KRAS基因和EGFR基因突變就具有明顯的價值，但全外顯子測序和化療敏感性檢測則沒有明確的臨床價值。研究人員認(rèn)為，全外顯子測序是一個很有前景的技術(shù)，但是現(xiàn)在還不能證明全外顯子測序能夠用于癌癥的靶向治療。美國臨床腫瘤協(xié)會也表示，化療敏感性的基因檢測不具有臨床價值。更重要的是，格雷等人的研究表明，現(xiàn)在的絕大多數(shù)基因檢測服務(wù)沒有臨床應(yīng)用的證據(jù)。

所以，基因檢測盡管有重大作用，但目前由于正處于發(fā)展期，需要在科學(xué)證據(jù)上更加深入，同時需要在管理上更嚴(yán)謹(jǐn)，不能因?yàn)樯虡I(yè)利益而毀掉了基因檢測的聲譽(yù)。而且，一旦基因檢測服務(wù)有誤，患者的索賠很困難。因此，基因測序需要規(guī)范和嚴(yán)格的管理，否則對病人的傷害會很大。

【責(zé)任編輯】張?zhí)锟?/p>