基因诊断-经济百科

什么是基因诊断

基因诊断是指利用DNA重组技术在分子水平上对人类遗传病的基因缺陷进行检测以诊断遗传病的一种方法，又称DNA分析法。

基因诊断的特点

同以疾病表型改变为依据的前三代诊断技术相比，基因诊断具有如下特点：

①特异度高。基因诊断检测的目标是基因，它是原始的致病因素，不同基因的碱基序列是各不相同的。检测基因的分子生物学方法亦是高度特异的，因此可以检测出DNA片段的缺失、插入、重排，甚至单个碱基的突变。

②灵敏度高。单拷贝基因虽然很少，难以检测，但目前已有使基因或其片段高度扩增的PCR技术以及高灵敏度的基因探针可以应用，所以待测标本往往只需微量，目的基因只需Pg水平就已足够。

③稳定性高。基因的化学组成是核酸，它比蛋白质稳定得多，长期保存的蜡块中常能顺利检出。而且被检测的基因不需要一定处于活性状态。

④诊断范围广，适用性强。基因诊断不仅能对某些疾病作出确切的诊断，如确定有遗传病家族史的人或胎儿是否携带致病基因等；也能确定与疾病有关联的状态，如对疾病的易感性、发病类型和阶段、是否具有抗药性等进行检测。

⑤临床应用前景好。随着分子生物学技术的普及，在配备有一定的仪器和试剂盒的情况下，在临床实验室开展基因诊断是完全可能的。

基因诊断的基本类型

1.临症基因诊断

医生根据患者病史、症状，为明确或排除某一疾病而进行的检查。如Vega等对疑为利什曼原虫所致皮肤病的患者采用PCR的方法以明确诊断。

2.症状前基因诊断

主要用于一些遗传病家系或有遗传病倾向的家系中目前未发病、但有高度发病风险人群的诊断，特别适用于一些早期诊断后可进行预防性干预措施，避免出现严重不良后果的疾病。Wu等对51个无关Wilsons病家系78位患者的未发病亲属进行了症状前诊断，对明确为症状前患者的个体给予硫酸锌预防性治疗，随访3～5年，无一出现临床症状和不良反应。

3.产前基因诊断

产前基因诊断又称出生前诊断，主要是针对一些有生育患儿风险夫妇的胎儿进行诊断对明确诊断为某种疾病的胎儿可采取干预措施。对目前尚无治愈可能的疾病的胎儿可实施选择性流产。产前基因诊断采用的标本常为绒毛膜标本和羊水标本，这两种标本的获取对母婴均有一定的创伤。近年来已可用孕妇外周血中的胎儿有核细胞或游离胎儿DNA进行产前基因诊断。例如，Gonzalez等采用荧光半定量PCR检测妊娠早期母亲血清胎儿游离DNA产前诊断Huntingtons病。

4.胚胎植入前遗传学诊断

即PReIMplantation GeneticDiagnosis(PGD)技术，该技术适用于有生育患儿可能又不愿经产前诊断选择性流产的夫妇。常用的方法是待受精卵分裂至6～8个细胞的卵裂球阶段时，取其中1～2个细胞进行基因诊断，挑选正常胚胎植入母体。

基因诊断的基本策略、技术与方法

1.直接诊断

基因测序是诊断基因突变的金标准，但实际工作中不可能对疑有突变的标本逐一做基因测序。杂交技术和PCR技术是直接基因诊断的两大基本技术。对于需对DNA或RNA进行定位检测或为染色体异常的疾病，常采用杂交技术，包括荧光原位杂交(FISH)、Southem杂交、反向点杂交等。如用FISH分析无精子症患者精子的染色体异常。杂交技术中常存在信号不足的问题，Qian等介绍了多种原位杂交中信号放大的方法。若标本中靶DNA含量较低，不易直接检测突变基因，可采用PCR扩增后再检测，常用的方法有：常规PCR、等位基因特异性PCR、甲基化特异性PCR、RQ-PCR、RT-PCR、PCR-SSCP、PCR-DEGE等。对于一些靶DNA含量很低(如胚胎植入前诊断的标本常只含1～2个拷贝的目的DNA)的标本，需采用巢式PCR或全基因组扩增后续PCR。在实际工作中常将多种检测技术结合起来使用，如Wu等采用多重引物延伸与变性高效液相色谱(DHPLC)相结合的方法，检测中国人群中β-球蛋白基因的五种主要基因突变，准确率达100％。

近年来，生物芯片技术在基因诊断中的应用增多如用于骨髓增生不良综合征(MDS)进展机制的研究，肿瘤基因表达及其重要标志物的研究。

2.间接诊断

间接诊断是当基因结构不清或结构复杂或突变过多而无法逐一检测，利用与某种疾病基因紧密连锁的多态性标志来判断待检者是否带有某一致病基因。第一代多态性标志是限制性片段长度多态性(RFLP)，第二代是数目可变的串联重复序列(VNTR)和短串联重复序列(STR)，第三代是单核苷酸多态性(SNP)。Balci等采用RFLP分析了土耳其家族性地中海热的基因突变，建立了该病的基因诊断方法。多态性标记的应用受到多态信息含量和基因重组等因素的影响，但第三代标记SNP的多态信息含量丰富，结合芯片技术在一些复杂疾病的诊断中将发挥重要作用。

基因诊断的应用

基因诊断的应用主要表现在以下几个方面：

1.遗传性疾病的基因诊断

目前已发现的人类遗传性疾病达数千种之多，分为单基因缺陷造成的遗传病(包括显性遗传、隐性遗传、X-染色体连锁遗传病等)、多基因缺陷导致的复杂因素遗传病以及染色体数目异常的遗传病。对于遗传病的早期诊断及防治是医学领域的重要任务。随着对多种遗传病致病基因和突变类型以及许多可用于基因连锁分析的遗传标志的澄清，再加上基因诊断方法学的不断改进和更新，使得基因诊断被广泛地应用于遗传病的诊断中。目前遗传病基因诊断所取得的成绩最为显著和突出。地中海贫血是一种常见的危害严重的遗传性血液病。Drobyshev等用10聚体的寡核苷酸微集芯片，成功检测β-地中海贫血患者红细胞中β-珠蛋白基因中的3个突变位点。血友病B是凝血因子Ⅸ(FⅨ)基因缺陷引起的一种x染色体连锁隐性遗传病，关节腔和肌肉出血是严重病例的特征性表现。刘湘帆等应用PCR和Genescan法分别检测87例正常人和8个血友病B家系(35人)的8个STR位点的多态性，并进行家系遗传连锁分析。所检测的8个STR位点中6个可提供遗传信息。综合运用基因诊断技术，配合包括免疫化学、蛋白质化学及酶活性测定的其他分子检验技术以及传统的病理检查，目前临床上可以成功地检测几百种遗传病，特别是用于胎儿的产前基因诊断和对于携带致病基因者的预防性监测。

2.肿瘤的基因诊断

肿瘤的形成是遗传因素与环境因素相互作用的结果。与肿瘤相关的基因包括癌基因、抑癌基因及DNA错配修复基因等。当癌基因、抑癌基因发生突变时，癌基因活化，抑癌基因失活，以及其他基因异常不断积累，导致肿瘤发生、发展。因此，检测癌基因、抑癌基因中发生的基因突变有助于肿瘤的早期诊断。

1998年HaCIA等用DNA芯片检测了乳腺癌和卵巢癌基因BRCA1第11外显子，全长3．45kb的突变体，检测的15例患者中，准确率高达99％。抑癌基因p53是人类肿瘤中最常见的突变基因，约50％以上的肿瘤都存在该基因的突变。有些组织类型D53基因突变率高，如小细胞肺癌约为75％，大肠癌约70％等。通过将p53基因外显子2～11区域内所有突变位点的突变探针以及对应的正常序列探针集成在一块芯片上，制成D53基因芯片，可为肿瘤的早期诊断、分类提供一条新途径。AhrenDT等应用该芯片检测了100例早期肺癌患者的p53基因序列，并与测序结果相比较，该芯片检测突变的准确率达98％。

3.感染性疾病的基因诊断

采用形态学、生物化学或血清学方法诊断细菌、病毒、寄生虫和真菌等感染性疾病，有时存在灵敏度低、特异性差及速度慢等不足之处，因为有些病原体侵人体内后需潜伏一定时间后才出现抗体，用血清学和常规生化方法很难及时诊断出来。如艾滋病病毒的血清学诊断只能确定是否有这种病毒接触，而不能肯定是否存在现行感染；从细胞中分离病毒又很费时，且有时极为困难。基因诊断技术则可克服这些不足，它既能检出正在生长的病原体，也能检出潜伏的病原体；既能确定既往感染，也能确定现行感染。Lipshutz等应用含有18495个寡核苷酸探针的微集阵列，对HIV-1基因组中逆转录酶基因与蛋白酶基因的多态性进行了分析。这两个基因在疾病过程中容易发生突变，这些突变将导致病毒对多种抗病毒药物如AZT、DDI等产生抗药性，利用基因芯片技术可为爱滋病病毒抗药性的判断提供可靠的依据。PCR技术可直接灵敏地探测病毒基因组或病毒基因转录产物，而不依赖于血清学检验所要求的病毒抗原表达。因此，可在感染的潜伏期内诊断感染源，以利及时采取相应治疗措施。

4.基因诊断在法医学鉴定中的应用

在这一领域的应用主要是针对人类DNA遗传差异进行个体识别和亲子鉴定。其中最常用的基因诊断技术是DNA指纹技术、建立在PCR技术基础之上的扩增片段长度多态性(Amp-FLP)分析技术，以及检测基因组中短串联重复序列(STR)遗传特征的PCR-STR技术和检测线粒体DNA(mt DNA)的PCR．mtDNA技术。

5.疾病易感性的基因诊断

基因诊断在判断个体对某种重大疾病的易感性方面起着重要作用。如人类白细胞抗原human leukocyte antigen，HLA)复合体的多态性与一些疾病的遗传易感性有关。白种人类风湿性关节炎患者HLA．DR4携带者高达70％，而正常人阳性率仅28％。运用HLA基因分型对HLA多态性进行分析，既准确又灵敏，能检出血清学和细胞学分析方法无法检出的型别。根据所检测的结果即可进行疾病易感性判断。

6.基因诊断在器官移植组织配型中的应用

器官移植(包括骨髓移植)的主要难题是如何解决机体对移植物的排斥反应。理想的方法是进行术前组织配型。基因诊断技术能够分析和显示基因型，更好地完成组织配型，从而有利于提高器官移植的成功率。