基因检测在癌症精准诊疗中的作用

更新时间：2023-10-11 22:16:10发布时间：24小时内人气：1作者：会员上传

癌症泛指恶性肿瘤，包括来源于上皮组织的癌、来源于骨和软组织及间质纤维结缔组织的肉瘤、来源于淋巴造血系统的淋巴瘤和白血病、来源于神经系统的胶质瘤和来源于生殖细胞的肿瘤(如畸胎瘤、精原细胞瘤等)等，为细胞恶性增生所致，具有侵袭，可转移，病理检查是诊断癌症的“金标准”。

2022年发布的全国癌症统计数据显示，2016年中国新发癌症病例数为406.4万，癌症死亡病例数为241.4万。世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)发布的全球最新癌症负担数据显示，2020年全球新发癌症病例1929万例，其中中国新发癌症457万人，占全球新发癌症患者的23.7%。2022年9月23日，首个针对中国儿童和青少年癌症发病率和卫生服务可及性现状的研究在《柳叶刀》期刊发表，研究发现2018年～2020年，在儿童中，排名前三位的癌症依次为白血病(42.33/百万)、中枢神经系统肿瘤(19.59/百万)和淋巴瘤(11.54/百万);而在青少年中，恶性上皮癌症和黑色素瘤位居第一(30.39/百万)，其次是白血病(30.08/百万)和中枢神经系统肿瘤(16.75/百万)。

人体每个细胞都有其特定的功能和位置，每个细胞的产生和死亡都受到基因严格且精准的调控，一旦基因发生突变，细胞的生长、成熟和死亡就会失去控制，细胞无限生长，细胞死亡受阻，就可能发生癌变。

引起基因突变的原因很多，如遗传、环境、放射性源、日常饮食和生活习惯等，而且个体差异很大，每个人引起基因突变的原因都可能存在差异。当癌细胞扩散和转移到不同位置时，表现为不同种类的癌症，对应的症状表现也不一样。

由此可见，癌症是一种具有高度异质性的疾病，由于病因和发展机制的复杂性，对其的诊断、治疗效果和预后评估一直是临床医生和研究者们的难题。传统的肿瘤诊疗方法如放疗和化疗在一定程度上受限于癌症的复杂性和异质性，且存在着显著的副作用和安全性问题。此外，同一类型癌症对不同患者的反应也存在很大的差异，使得治疗难以统一和精准。因此，开发更加个体化和精准的癌症诊疗方法是当前亟待解决的问题。基因检测技术作为一种检测个体基因序列变异、蛋白表达量和代谢酶活性等信息的技术，已经成为癌症精准诊疗的一个重要研究方向，包括基因表达产物的检测，基因扩增检测和基因突变检测等，可确定是否有肿瘤或癌变的特定基因存在，从而对癌症患者进行精准诊断和治疗。

PART.1

一、基因检测在癌症精准诊疗中的意义

基因检测在癌症精准诊疗中的意义主要是预防癌症、指导治疗和判断预后。

(一)预防癌症

有些癌症早期很难被发现，即使通过影像学检查也不易被发现。基因检测可以筛查人体内是否有某些癌症的致病基因，进行综合分析评估判断，甚至可以推测某些癌症的发病概率。

(二)指导治疗

随着分子生物学技术的快速发展和基因检测技术的临床应用，靶向治疗已经成为很多癌症的重要治疗方式，靶向治疗可以针对癌细胞发挥作用，对人体损伤小，副作用少，基因检测可以确定癌细胞的分子生物学类型，从而指导癌症精准治疗。

(三)判断预后

对于不同分子生物学类型的癌症，预后通常也不同，通过基因检测发现致病基因，可以判断该癌症预后，从而使得治疗方案更加个体化、精准化。

PART.2

二、基因检测技术概述

癌症的基因检测是指通过先进的科学技术对基因序列进行检测，找到与癌症发生、发展相关的突变基因及突变位点，从分子层面帮助我们认识癌症，指导我们进行癌症的精准治疗。

基因检测样本主要有组织、血液、唾液、脑脊液、胸腔积液、腹腔积液、盆腔积液等，基因检测是通过血液、其他体液、或细胞对DNA进行检测的技术，是取被检测者外周静脉血或其他组织细胞，扩增其基因信息后，通过特定设备对被检测者细胞中的DNA分子信息进行检测，分析所具有的基因突变等信息，明确病因或预知身体患某种疾病的风险。基因检测技术主要有染色体核型分析技术、荧光原位杂交技术、染色体微阵列分析技术、聚合酶链式反应(PCR)技术、数字微滴PCR技术、一代测序技术、二代测序技术、三代测序技术等。

(一)染色体核型分析技术

染色体核型分析是以分裂中期染色体为研究对象，根据染色体的长度、着丝点位置、长短臂比例、随体的有无等特征，并借助显带技术对染色体进行分析、比较、排序和编号，根据染色体结构和数目的变异情况来进行诊断。该技术可以检测到染色体结构变异、多倍体。分辨率小于5-10MB。

(二)荧光原位杂交技术

荧光原位杂交技术(FISH)是利用荧光标记的特异核酸探针与细胞内相应的靶DNA分子或RNA分子杂交，通过在荧光显微镜或共聚焦激光扫描仪下观察荧光信号，来确定与特异探针杂交后被染色的细胞或细胞器的形态和分布，或者是结合了荧光探针的DNA区域或RNA分子在染色体或其他细胞器中的定位。

与传统的放射性标记原位杂交相比，荧光原位杂交具有快速、检测信号强、杂交特异性高和可以多重染色等特点。目前，这项技术已经广泛应用于动植物基因组结构研究、染色体精细结构变异分析、病毒感染分析、人类产前诊断、肿瘤遗传学(基因扩增、融合等)、基因组进化研究、环境菌样分析等许多领域。

(三)染色体微阵列分析技术

染色体微阵列技术(CMA)是一种高分辨率、全基因组范围的检测技术，不仅可以检测传统染色体分析技术可以检测的绝大多数染色体不平衡，而且能检出亚显微水平的拷贝数变异(CNV)，即通常所说的染色体微小片段缺失或重复等。CNV普遍存在于基因组中，在人类遗传性疾病中发挥重要作用。

(四)聚合酶链式反应技术

聚合酶链式反应(PCR)技术是在PCR反应体系中，加入过量SYBR荧光染料，SYBR荧光染料特异性地掺入DNA双链后，发射荧光信号，而不掺入链中的SYBR染料分子不会发射任何荧光信号，从而保证荧光信号的增加与PCR产物的增加完全同步。探针完整时，报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;PCR扩增时，Taq酶的5'-3'外切酶活性将探针酶切降解，使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离，从而荧光监测系统可接收到荧光信号，即每扩增一条DNA链，就有一个荧光分子形成，实现了荧光信号的累积与PCR产物的形成完全同步。

qPCR(荧光定量PCR)是指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。

利用指数期Cq值与起始模板量对数值间的线性相关性，对DNA进行定量。

(五)数字微滴PCR技术

数字微滴PCR(ddPCR)是将含有DNA模板的反应溶液分配到大量独立的反应室中并发生扩增反应，并根据泊松分布和阳性微滴比例来实现核酸分子的绝对定量。ddPCR可用于低频突变检测，比如MRD监测等。

目前有两种主流形式：一种是油包水的ddPCR(用油把PCR反应液分隔成等体积的小液滴，再进行PCR反应);芯片微孔的ddPCR(在芯片上预制了2万个小孔，把PCR反应液，物理地注入到芯片上的小孔中，密封后，进行PCR反应)。

(六)一代测序技术

一代测序技术又称为Sanger法测序或双脱氧末端终止法测序，1975年由Sanger提出，并于1977年发表第一个完整的生物体基因组序列，至今仍是DNA测序技术的金标准。

(七)二代测序技术

二代测序(NGS)又称大规模平行测序，能够同时对上百万甚至数十亿个DNA分子进行测序，实现了大规模、高通量测序的目标，是继Sanger测序之后的革命性进步。近年来，NGS技术发展迅速，其应用已进展至临床检测，如无创产前、遗传性疾病，肿瘤(实体/血液)等。

临床新一代测序(NGS)类型(PMID:30628428)。全外显子组、全基因组和Panel NGS检测具有不同的基因组覆盖特征。NGS基因组检测涵盖了一组由临床诊断实验室定义的基因。

Panel通常将涵盖与一系列相关疾病、肿瘤靶向用药或预后等相关的基因(如遗传性癫痫、特定癌种等)。外显子组测序涵盖了大多数已知基因，包括尚未与人类疾病相关的基因。基因组测序涵盖了大部分基因和基因间区域。

(八)三代测序技术

包括Oxford纳米孔技术(ONT)和PacBio单分子实时测序技术(SMRT)。第三代测序技术是指单分子实时测序技术，也称为从头测序技术。与前两代测序技术相比，其最大的特点就是单分子测序，测序过程无需进行PCR扩增，实现了对每一条DNA分子的单独测序。单分子测序可以更准确地检测串联重复扩增等。

(九)单细胞测序技术

单细胞测序技术是在单个细胞水平上，对基因组、转录组及表观基因组水平进行测序分析的技术。传统测序是在多细胞基础上进行的，实际上得到的是一堆细胞中信号的均值，丢失了细胞异质性(细胞之间的差异)的信息。而单细胞测序技术能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态，反映细胞间的异质性，在肿瘤、发育生物学、微生物学、神经科学等领域发挥重要作用，正成为生命科学研究的焦点。

PART.3

三、基因检测在癌症诊断中的应用

(一)基因检测在癌症分型及诊断中的应用实例

基因检测技术在癌症分型和诊断中具有重要的应用价值。以肺癌为例，基因检测技术可以根据不同基因变异或基因融合的情况将肺癌分为不同的亚型，如ALK+、EGFR+、KRAS+等。其中，ALK融合基因是一种常见的靶向治疗标志物，在肺癌患者中的检测和识别具有重要的临床意义。此外，基因检测还可以为癌症的早期诊断提供有力的依据。通过检测肿瘤组织或血液中的循环肿瘤DNA，可以提高癌症的早期发现率和诊断准确率。

(二)基因检测技术在早期癌症筛查中的应用

基因检测技术在早期癌症筛查中的应用也备受关注。随着技术的不断发展，循环肿瘤DNA检测已成为一种有效的肿瘤早期筛查方法。循环肿瘤DNA是肿瘤细胞死亡后释放到血液中的DNA片段，其含量与肿瘤的负荷和进展程度相关。通过检测循环肿瘤DNA的变异情况，可以更加敏感地发现早期癌症，提高筛查的准确率。

除了循环肿瘤DNA的检测，基因检测技术在早期癌症筛查中还可以通过检测其他肿瘤标志物的水平来进行。这些标志物通常是一些蛋白质、酶和其他分子，它们在肿瘤组织中高表达，同时在血液中也能检测到其水平的变化。常用的肿瘤标志物包括PSA、CA125、CEA等。然而，这些标志物的敏感性和特异性较低，存在误诊和漏诊的风险。

除此之外，基因检测技术还可以通过家族史调查和基因突变筛查等方法来实现早期癌症的筛查。如BRCA1/2基因的突变与乳腺癌、卵巢癌等的发病密切相关。家族中有BRCA基因突变的人群，患癌风险会明显增加。通过基因检测技术，可以及早发现这些潜在的高风险人群，并实施更加积极的癌症预防策略。

总之，基因检测技术在早期癌症筛查中具有很大的应用潜力。尽管当前的技术还存在一些局限性，如费用较高、样本处理较为复杂等问题，但随着技术的不断发展，这些问题将得到解决，基因检测技术将在未来为癌症的早期筛查和诊断提供更加精准的依据，为患者带来更好的治疗效果和生存质量。

PART.4

四、基因检测在癌症治疗中的应用

(一)个体化治疗的理念及实践

个体化医疗是根据每个患者的基因组信息、疾病状态以及生活方式等多种因素来制定的个体化治疗方案。这种治疗方法与传统的“一刀切”的治疗方式不同，可以更好地满足患者的个体化需求。在癌症治疗中，个体化治疗可以更好地针对患者的个体差异，使治疗更加精准和有效。

(二)基因检测在靶向治疗中的应用实例

靶向治疗是指利用针对特定靶点的药物来抑制癌细胞的生长和扩散。在靶向治疗中，基因检测技术可以发挥重要作用。基因突变是许多癌症发生和发展的关键机制，而且不同癌症细胞的基因突变类型和频率也存在差异。通过对患者的基因组信息进行分析，可以确定患者是否存在与癌症相关的基因突变，并据此制定相应的靶向治疗方案。

例如，EGFR基因的突变是非小细胞肺癌(NSCLC)中最常见的突变之一。EGFR-TKI(酪氨酸激酶抑制剂)是一种靶向治疗药物，可以用于治疗EGFR突变阳性的NSCLC患者。在这种情况下，基因检测可以帮助确定患者是否存在EGFR突变，从而制定更加个体化的治疗方案，提高治疗效果。

PART.5

五、基因检测在癌症预后评估中的应用

(一)基因检测在癌症预后评估中的意义

癌症的预后评估是指通过对患者的疾病特征和治疗反应进行评估，以确定患者的预后情况。基因检测可以帮助医生更好地评估癌症患者的预后情况，从而更好地为患者制定个体化的治疗方案。基因检测可以帮助医生确定癌症的分子亚型、突变负荷、基因表达谱等信息，这些信息与癌症的预后有着密切的关系。基因检测还可以帮助医生预测癌症对不同治疗方案的敏感性，从而更好地选择最适合患者的治疗方案。

(二)基因检测在癌症预后评估中的应用实例

一些研究表明，癌细胞中某些基因的突变或表达异常与癌症的预后密切相关。例如，乳腺癌患者中HER2基因的过度表达与癌症的预后有关。HER2阳性的乳腺癌患者往往比HER2阴性患者预后更差，但是如果针对HER2进行个体化治疗，则HER2阳性患者的预后会得到显著改善。

另外，基因检测还可以预测癌症对化疗、放疗和靶向治疗的敏感性，从而帮助医生更好地制定治疗方案。例如，在肺癌治疗中，EGFR基因的突变状态是影响肿瘤对靶向治疗敏感性的一个重要因素。如果肺癌患者的肿瘤中存在EGFR突变，则针对EGFR的靶向治疗可能是最佳的治疗选择。

(三)基因检测技术在癌症治疗监测中的应用

基因检测技术还可以用于监测癌症治疗的效果。通过监测癌症细胞中的某些基因的表达水平或者突变情况，医生可以判断癌症对治疗的反应情况。例如，在乳腺癌患者中，基因检测可以帮助医生确定是否需要进一步手术切除乳房，以及是否需要进行化疗等治疗方案的调整。此外，基因检测技术还可以帮助医生预测癌症的复发风险和转移风险，从而更加精准地制定治疗方案。

(四)基因检测技术在癌症复发监测中的应用

在癌症治疗过程中，医生通常会使用影像学检查和肿瘤标志物检测等方法来监测癌症的治疗效果和复发情况。然而，这些方法有时并不够准确，而且需要很长时间才能获得结果。相比之下，基因检测技术可以提供更准确和实时的监测结果。通过检测癌症细胞的基因变异和表达水平，可以及时评估癌症的治疗效果，并且能够预测癌症的复发概率。此外，基因检测还可以帮助医生识别高风险复发的患者，以便对其进行更加紧密的随访和监测。

PART.6

六、基因检测在癌症诊疗中存在的问题及展望

随着基因检测技术的不断发展，其在癌症诊疗中的应用越来越广泛。但是，基因检测技术在癌症诊疗中仍然存在一些局限性和问题，需要我们关注和解决。

(一)基因检测技术的局限性及未来的发展方向

尽管基因检测技术已经取得了长足的进展，但仍然存在许多限制和缺陷。例如，不同基因检测方法之间的结果可能存在差异，基因检测的灵敏度和特异性也需要不断提高。此外，目前的基因检测技术主要局限于单个基因或基因组区域的检测，而癌症的发生和发展是多基因参与的复杂过程，因此需要综合分析多个基因的变化。为了解决这些问题，我们需要不断改进基因检测技术，并结合其他技术手段，如基因编辑和细胞治疗等，来更好地应对癌症的治疗挑战。

(二)基因检测在癌症诊疗中的伦理及社会问题

随着基因检测技术的广泛应用，一些伦理和社会问题也逐渐浮现。例如，个人基因信息的安全问题、基因检测结果的误解和滥用问题、基因检测的公平性问题等。同时，基因检测结果可能对患者和家庭产生严重的心理和社会影响，例如自责、担心和歧视等。因此，我们需要建立健全的伦理和社会政策来保障患者的隐私权、公平权和知情权，并加强对患者的心理和社会支持。

(三)基因检测在癌症诊疗中的未来展望及发展趋势

尽管基因检测技术在癌症诊疗中还存在一些问题，但其未来的发展前景依然十分广阔。随着基因检测技术的不断改进，我们可以更好地了解癌症的分子机制、预测癌症的发生和发展趋势，并个体化地选择和优化治疗方案。未来，基因检测技术将与其他前沿技术相结合，如人工智能和大数据分析等。

PART.7

七、结论

(一)基因检测技术在癌症诊疗中的应用总结

基因检测技术在癌症诊疗中具有广泛的应用前景，可以用于癌症的早期筛查、诊断、治疗及预后评估等多个方面。在癌症的早期筛查和诊断中，基因检测技术可以帮助医生更加准确地诊断癌症类型，并且提高了早期癌症的诊断率。在个体化治疗中，基因检测技术可以帮助医生根据患者的基因信息，制定更加合适的治疗方案。在癌症预后评估方面，基因检测技术可以帮助医生更准确地预测癌症的预后情况，并为患者提供更好的治疗方案。

(二)基因检测技术的未来发展前景及应用价值

随着基因检测技术的不断发展和普及，基因检测在癌症诊疗中的应用前景将会更加广阔。未来，基因检测技术将更加注重个体化治疗的实现，可以根据每个患者的基因信息，制定出更为精准的治疗方案。此外，基因编辑技术的发展也将为基因检测技术在癌症治疗中的应用提供更多可能性。