如何使基因測序更好地服務于我國精準醫(yī)療

   DNA基因測序技術是臨床分子診斷中的重要手段，其起源早于PCR技術。1968年華裔科學家吳瑞（Ray Wu）博士獨創(chuàng)地提出了引物延伸的測序策略，在這一策略基礎上基因測序方法得到發(fā)展，Sanger和Gilbert因開發(fā)不同的測序方法于1980年獲得諾貝爾獎。目前的基因測序技術可以分為三類：毛細管電泳測序，大規(guī)模平行測序（通常稱為高通量測序），單分子測序。

   DNA基因測序和精準醫(yī)療是近年來討論很熱的兩個概念。這兩個詞之所以能聯(lián)系到一起，主要還是因為越來越多與疾病有關的基因得到確認，而更加個性化診療的需求，正在對傳統(tǒng)的醫(yī)學模式提出挑戰(zhàn)，同時技術進步導致基因測序成本大幅降低，使得人們看到了它應用于臨床診療的前景。在美國NIH （國家衛(wèi)生研究院）2015年頒布的精準醫(yī)療白皮書中，將精準醫(yī)療定義為“是一種新興的綜合考慮到居民基因，環(huán)境，生活方式等變量的疾病預防和治療手段”。關鍵詞為基因測序、腫瘤、個性化。國內的精準醫(yī)療盡管被列進了十三五規(guī)劃，但一直沒有一個官方的解釋，不過看起來也可以參考美國NIH的定義。

   當代醫(yī)學的診斷治療主要以西醫(yī)的解剖學為基礎發(fā)展而來，而基因似乎可以超越解剖形態(tài)學的框架，在另一個維度上來解釋和揭示疾病發(fā)生發(fā)展的變化。但是，由于基因測序相關其他技術還不夠成熟和豐富，基因異常與疾病發(fā)生也不完全是一一對應的關系，因此目前更多還是作為傳統(tǒng)診斷的補充和優(yōu)化。人類基因組的奧秘尚未完全揭開，基因測序的結果常常將明確和不明確的基因信息混合，如何在診療過程中根據(jù)人文、倫理、政策、經(jīng)濟等因素，平衡有用信息和無用信息的邊界，并確保這些信息的準確可靠，是目前基因測序在推動精準醫(yī)學發(fā)展時需要解決的自身問題。

國內DNA基因測序市場的現(xiàn)狀

   從基因測序上游儀器廠商的銷售用戶情況來看，公司采購的增長遠高于醫(yī)院采購的增長，側面反映出產(chǎn)業(yè)界對于基因測序市場的推進發(fā)揮了很大作用。國內的基因測序公司大部分以中下游應用開發(fā)為主，以臨床方向居多，如腫瘤、孕前篩查、產(chǎn)前篩查、PGD/PGS（胚胎移植前診斷/篩查）、新生兒遺傳病、血液病等。其他的臨床領域，還有待推動和基因測序結合。

   近年來國家注重科技創(chuàng)新，大量資金進入一級市場尋找標的，客觀上也為基因測序產(chǎn)業(yè)注入了充足的血液。國內的基因測序公司，正可謂群雄并起、天下逐鹿的時代。無創(chuàng)產(chǎn)篩目前已經(jīng)由幾家拿到CFDA注冊證的公司形成較為清晰的市場格局，接下來打破這一市場格局的機會可能在于更換平臺和增加檢測內容。目前很多公司集中在腫瘤領域，遠較當年做無創(chuàng)產(chǎn)篩的公司為多，市場熱度很高。腫瘤市場有很大的想象空間，然而市場是否能持續(xù)增長還受限于上市藥物。這一市場的患者與其他患者不同，因此政策對市場的制約力也較弱。例如高通量測序曾實行試點單位的限制，在無創(chuàng)產(chǎn)篩領域比較有效，但對腫瘤領域則收效不明顯。

   產(chǎn)業(yè)界推動了基因測序市場，但單靠產(chǎn)業(yè)界推動的話是存在問題的。中國臨床醫(yī)生的科研壓力在特殊國情下是一個強需求，因此，當基因測序公司以科研角度切入醫(yī)院合作的時候，醫(yī)院普遍比較歡迎。但是當這些公司想將業(yè)務拓展至常規(guī)臨床診斷時，面對原客戶的定位轉變、復雜的醫(yī)院環(huán)節(jié)、臨床流程的多樣性、商業(yè)代理的關系處理等等，往往不如傳統(tǒng)的醫(yī)療行業(yè)公司那么得心應手，對業(yè)績的增長缺少可持續(xù)的有效策略?；蛐袠I(yè)公司的一級市場估值普遍比較高，這兩年來有不少公司融資已過B輪，需要有較為清晰的商業(yè)模式和實際銷售額，在投資人壓力之下，公司不得不想盡一切辦法沖銷量，即便沒有利潤也得做下去，造成沒有余力或是忽視了協(xié)助臨床客戶成長這一核心目標，甚至依賴科研業(yè)務維持現(xiàn)金流。目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些基因行業(yè)公司倒閉、轉讓、并購的情況。市場不能擴大的話，可能會導致這個行業(yè)很多公司出現(xiàn)B輪死、C輪死的現(xiàn)象，對國內精準醫(yī)療的發(fā)展會帶來短期的陣痛。

   如果對醫(yī)生做一個調查會發(fā)現(xiàn)，很多醫(yī)生聽說過基因測序，但是對技術原理并不了解，不明白各家測序公司的測序數(shù)據(jù)質量為何會有差異。大部分醫(yī)生對市場上各家基因測序公司的臨床檢測產(chǎn)品，其實很難有辨別力。這里面反映出的事實是：1.行業(yè)缺少能區(qū)分產(chǎn)品好壞的官方標準，醫(yī)生只能依靠自己使用下來的直觀感受如陽性率等，或是對公司的好惡程度來選擇；2. 樣本外送檢測的模式并不利于對醫(yī)生的學術教育。第三方臨檢中心的公司出于成本考慮，一般不會專門建立專業(yè)隊伍對臨床處方醫(yī)生進行專業(yè)推廣，有些委托第三方如傳統(tǒng)醫(yī)藥代表來做這方面的工作，但這類非自建的團隊在基因這個領域的專業(yè)度明顯不足。醫(yī)生一旦碰到檢測結果有疑問時，缺乏及時和合適的技術服務支持。3.目前的高通量測序儀并非一體化儀器，從樣本到最終報告結果涉及到建庫、優(yōu)化、上機、生信分析、數(shù)據(jù)判別等，步驟環(huán)節(jié)過多導致流程質控難以標準化，因此不同檢測機構所做出的檢測結果有可能不完全一致，碰到這種問題時，醫(yī)生很難去分析各環(huán)節(jié)對最終檢測結果的影響程度。

   在一個真正的精準醫(yī)療市場中，臨床醫(yī)生必須是將基因測序應用于臨床的主體。只有臨床醫(yī)生才能最先意識到技術與臨床之間存在著的缺口，前提是他們必須對基因測序的技術認識在不斷提高。令人樂觀的是，圍繞著基因測序在臨床中應用一直有很多討論。早期多數(shù)是討論基因檢測的結果對診斷和治療有何意義，近年來討論的則主要圍繞著標準如何建立和統(tǒng)一，待這一問題解決之后，下一步討論的內容則可能是如何強化服務體系如患者的咨詢、費用的支付、流程的縮短、基因信息的更新等等。這些都越來越需要大量臨床醫(yī)生的參與。

  可以看到，若要使基因測序能進一步推動我國的精準醫(yī)療市場，應用主體需要落實在醫(yī)院。產(chǎn)業(yè)界需要轉換為輔助推動角色，從前期的技術教育臨床轉為后期的臨床引導研發(fā)，基因測序需要從神秘變得簡單。在這個方面的推動，需要有政策對技術的應用與發(fā)展趨勢做適當?shù)囊龑А?/span>

技術的發(fā)展和政策的變化

   技術革新的目標是為了降低現(xiàn)有成本?；驕y序這些年能夠發(fā)展，主要得益于成本的下降。從技術的推進來說，基因測序這一技術的主要推動者仍是Illumina公司，另一家Thermo Fisher（賽默飛世爾）公司則在具體應用落地方面更加有經(jīng)驗。Pac Bio、Nanopore等公司推出的單分子測序技術目前還難以運用到臨床。

   目前高通量測序儀的試劑都不通用，因此儀器廠家可以通過調整試劑價格來影響中下游。未來十年中美間的貿易長期存在不確定性，對于醫(yī)療這個需要高度穩(wěn)定的市場的定價體系也會帶來影響。若要我國患者真正受益于成本的下降，產(chǎn)業(yè)界對上游儀器的開發(fā)必不可少。Illumina公司推出的大通量測序平臺如X10、Novaseq系列，雖然能夠降低單個樣本的測序成本，但這一成本下降卻是以必須同時運行更多樣本為理想前提的，這一點其實并不符合以醫(yī)院為主體開展基因測序診斷時的需求。大部分醫(yī)院需要的是通量靈活可控、操作步驟較少、運行時間較短、報告簡單明了的診斷設備，才能提高整個診療流程的效率，這一點還有待于更多來自上游方面的研發(fā)。國內近年來研發(fā)上游儀器平臺的創(chuàng)業(yè)公司明顯增多，且華大基因、瀚?；颉⑷A因康等公司也已推出了自己的原創(chuàng)高通量測序儀，雖然還面臨技術細節(jié)改進和商業(yè)經(jīng)營能力的壓力，但對于改善未來整個國內的基因產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境是一個正面的促進。

   造機器殊為不易。高通量測序的過程，涉及到將目標基因組打斷、DNA分子與固相結合、獨立循環(huán)擴增、信號檢測、成像拍照等諸多環(huán)節(jié)，有很多技術難點。比如說，測序讀長跟聚合酶的活性保持時間很有關，但擁有制造高質量酶的先進技術的的公司并不多。測序前的PCR擴增會引入堿基錯誤并隨循環(huán)數(shù)而累積，但流程難以去除或更改。信號采集的速度會影響整體測序的實驗時間，如何提高采集速度和優(yōu)化圖像文件也需要非生物行業(yè)的基礎。技術上的難度，多學科人才的缺乏，導致上游儀器開發(fā)的風險高，投入大，周期長，令風險資本常望而生畏。如果政策上有精準調整，無疑是產(chǎn)業(yè)的強心針。

   目前，高通量測序儀還屬于CFDA三類醫(yī)療器械的范圍。三類醫(yī)療器械一般是“植入人體;用于支持、維持生命;對人體具有潛在危險，對其安全性、有效性必須嚴格控制的醫(yī)療器械”，高通量測序儀是否一定符合這一點，頗值得商榷。CFDA已將一代Sanger測序儀其劃為二類，美國FDA將高通量測序儀也作為二類管理。如果能夠將我國自主研發(fā)的高通量測序儀改為二類，減少臨床評價負擔，相關試劑盒繼續(xù)按三類執(zhí)行，有助于國內的儀器研發(fā)企業(yè)減輕前期壓力，激勵更多的儀器創(chuàng)新。

   政策的明確有助于整體市場的擴大。2014年CFDA批準了幾家高通量測序的無創(chuàng)產(chǎn)篩試劑盒后，像華大基因、貝瑞和康等廠家的銷售增長都超過了100%。但之后CFDA再未批準過任何試劑盒上市。究其原因，還是因為高通量測序這一技術與現(xiàn)行法規(guī)能適合的產(chǎn)品特征存在不相容之處。比如說，有些遺傳性的疾病基因明確，但難以確定熱點突變，需要進行全外顯子測序或是更為經(jīng)濟有效的醫(yī)學全外顯子測序，在注冊報證時找不到合適的法規(guī)。生物信息分析軟件更新，或變異判定所使用的參考數(shù)據(jù)庫本身在更新，按照現(xiàn)行標準產(chǎn)品是否就要重新報證，大家心里也沒底。

   一個進展是，國內近期或許會有若干腫瘤應用的基因測序試劑盒得到批準。這一類申報的試劑盒均為基因數(shù)量較少的檢測面板（panel），因為注冊要求藥效學證據(jù)，而對應的藥物種類并不多。但是需要看到，對癌癥治療的革新還是要通過多基因的大panel來進行，因此即便小panel被批準，也不可能禁止多基因的大panel存在。這樣的話，企業(yè)為注冊小panel付出的大量成本可能得不到足夠的回報。因此，政策最好能選某一類細分的適用患者人群，對小panel有一個明確的范圍保護。

 美國FDA雖然批準了Foundation Medicine和MSK（凱特琳?斯隆紀念醫(yī)院）的腫瘤多基因檢測，但仍然限制在廠家自己的實驗室進行，本質上還是一種LDT（Lab Development Test），并非可以供各家使用的試劑盒。國內目前沒有這種方式，但不排除CFDA以FDA作為借鑒。然而即便有這種情況獲批，在國內的商業(yè)環(huán)境下，對廠家的業(yè)務恐難以帶來很大提升。

 對于政策來說，很多細節(jié)的處理也會影響監(jiān)管效果。比如說細胞游離DNA（Cell free DNA，cfDNA）是目前的熱點之一，其樣本的處理重點并不是如何高質量地提取cfDNA，而是如何保證cfDNA不會被基因組DNA所污染，如何以可靠的方式保證運輸過程中血液樣本的新鮮，在對第三方臨檢中心的監(jiān)管方面實際上是存在困難的。又比如，Q30通常用于測序數(shù)據(jù)的質控，但不適用于DNA甲基化。DNA甲基化測序過程中亞硫酸氫鹽的處理，常使得DNA的堿基復雜度下降、DNA序列受損以及生成了尿嘧啶等，文庫制備困難，不同測序平臺上Q30的表現(xiàn)并不一致，測序和分析質量以最終獲得的樣本中CpG百分比含量為評判標準更合適。

 基因測序是朝陽行業(yè)，遠未結束。未來的發(fā)展情況，一種可能是伴隨計算機技術性能的革新性躍進，生物信息學迅速簡單化，使得這一技術去中心化，成為每個醫(yī)院實驗室的桌面儀器。另一種可能是出現(xiàn)物流平臺和云計算的革命，使得技術流程被分解，前期環(huán)節(jié)在醫(yī)院完成，后期環(huán)節(jié)更加大規(guī)模中心化。這兩種情況都會使得醫(yī)生更加容易操作和使用基因測序，成為常用工具。相信監(jiān)管政策也必然隨之更加進步和靈活，促進精準醫(yī)療的到來。

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（原文載于2018年《張江科技評論》第三期精準醫(yī)療專刊，出版時有修改。該刊另有很多精準醫(yī)療精彩內容。）