第五章基因 诊断的临床思 路 基因诊断的起源 基因诊断是用分子生物学 的理论和技术,通过直接探查基 因的存在状态或缺陷,从基因结 构、定位、复制、转录或翻译水 平分析基因的功能,从而对人体 状态与疾病作出诊断的方法。最 早起源于对单基因遗传病的辅 助诊断,而现代的基因诊断范围 已大大扩展,不仅能对某些疾病 做出确切诊断,如确定某些遗传 病,也能确定基因与疾病有关联 的状态,如对疾病的易感性、发 病类型和阶段的确定等。就目前 已经开展的工作而言,外科领域 的遗传性疾病、遗传易感性疾 病、多种恶性肿瘤、感染性疾病 器官移植反应等都可以用基因 诊断的方法加以诊断。 2辅助诊断的疾病类型 基因诊断能够对某些疾病 做出确切诊断,对其它复杂疾 病,有些发病原因不明,有些由 遗传因素和环境因素共同作用 所致,导致分子诊断不能够作为 主要诊断指标,而处于辅助诊断 的地位。如多基因遗传病、染色 体遗传病、线粒体病、传染性疾 病、肿瘤、慢性疾病等
第五章 基因 诊断的临床思 路 1 基因诊断的起源 基因诊断是用分子生物学 的理论和技术，通过直接探查基 因的存在状态或缺陷，从基因结 构、定位、复制、转录或翻译水 平分析基因的功能，从而对人体 状态与疾病作出诊断的方法。最 早起源于对单基因遗传病的辅 助诊断，而现代的基因诊断范围 已大大扩展，不仅能对某些疾病 做出确切诊断，如确定某些遗传 病，也能确定基因与疾病有关联 的状态，如对疾病的易感性、发 病类型和阶段的确定等。就目前 已经开展的工作而言，外科领域 的遗传性疾病、遗传易感性疾 病、多种恶性肿瘤、感染性疾病、 器官移植反应等都可以用基因 诊断的方法加以诊断。 2 辅助诊断的疾病类型 基因诊断能够对某些疾病 做出确切诊断，对其它复杂疾 病，有些发病原因不明，有些由 遗传因素和环境因素共同作用 所致，导致分子诊断不能够作为 主要诊断指标，而处于辅助诊断 的地位。如多基因遗传病、染色 体遗传病、线粒体病、传染性疾 病、肿瘤、慢性疾病等
表:分子遗传学可检测的疾病 检测目 疾病名称 检测基因 位点 的 遗传性脊髓小脑 SCAl、2 患者基因 性共济失调(SCA) 3、6、7 诊断症前断 状 诊 产前 诊断 齿状核-红核-苍 DRPLA 患者基因 白球-路易氏管萎 缩症( DRPLA) 诊断症前断 状诊 弗雷德里希共济 X25 患者基因 失调(FRDA) FRDAI 诊断症前断携者查 状诊 带 筛 亨廷顿舞蹈症 HD(IT15) 患者基因 (HD) 诊断症前断 状诊 进行性肌营养不 患者基因 良症(DMD/BMD) 诊断产诊断携者查 刖 带筛 强直性营养不良 DMPK 患者基因 症(DM) 诊断
表：分子遗传学可检测的疾病 疾病名称 检测基因 位点 检 测 目 的 遗传性脊髓小脑 性共济失调（SCA） SCA1、2、 3、6、7 患者基因 诊 断、 症状 前诊 断、 产前 诊断 齿状核-红核-苍 白球-路易氏管萎 缩症（DRPLA） DRPLA 患者基因 诊 断、 症状 前诊 断 弗雷德里希共济 失调（FRDA） X25/ FRDA1 患者基因 诊 断、 症状 前诊 断、 携带 者筛 查 亨廷顿舞蹈症 （HD） HD（IT15） 患者基因 诊 断、 症状 前诊 断 进行性肌营养不 良症（DMD/BMD） DMD 患者基因 诊 断、 产前 诊 断、 携带 者筛 查 强直性营养不良 症（DM） DMPK 患者基因 诊断
脊肌萎缩症(SMA) 患者基因 诊断症前断产诊断携者查 状诊、前 携带 脊髓延髓性肌萎 患者基因 缩症(SBMA) 诊断症前断产诊断携者查 状诊、前 筛 眼咽型肌营养不 PABPN1 患者基因 良症(OPMD) 诊断症前断产诊断携者查 状 诊 师 遗传性腓骨肌萎 患者基因 缩症(CMT) 诊断症前断产 状诊、前 诊断
脊肌萎缩症（SMA） SMN1 患者基因 诊 断、 症状 前诊 断、 产前 诊 断、 携带 者筛 查 脊髓延髓性肌萎 缩症（SBMA） AR 患者基因 诊 断、 症状 前诊 断、 产前 诊 断、 携带 者筛 查 眼咽型肌营养不 良症（OPMD） PABPN1 患者基因 诊 断、 症状 前诊 断、 产前 诊 断、 携带 者筛 查 遗传性腓骨肌萎 缩症（CMT） PMP22 患者基因 诊 断、 症状 前诊 断、 产前 诊断
Prader- Willi综 SNRPN 患者基因 合征(PWS)、 Angelman综合征 (AS 甲型血友病(HA) FactorⅧ 患者基因 诊断产诊断携者查 前 带 乙型血友病(HB) FactorY「产前诊断 a-地中海贫血 患者基因 诊断产诊断 刖 携带 者筛 查 B-地中海贫血 HBB 患者基因 诊断产诊断携者查 前 带 筛 成人性多囊肾病 产前诊断 (APKD) 男性原发不育Y染 男性原发 色体AZF微缺失诊 断 无精寡症传陷 精 遗缺 性别决定基因SRY 性别发育 诊断
Prader-Willi 综 合征（PWS）、 Angelman 综合征 (AS) SNRPN1 患者基因 诊断 甲型血友病 （HA） FactorⅧ 患者基因 诊 断、 产前 诊 断、 携带 者筛 查 乙型血友病 （HB） FactorⅨ 产前诊断 α-地中海贫血 HAB 患者基因 诊 断、 产前 诊 断、 携带 者筛 查 β-地中海贫血 HBB 患者基因 诊 断、 产前 诊 断、 携带 者筛 查 成人性多囊肾病 （APKD） PKD 产前诊断 男性原发不育Y染 色体AZF微缺失诊 断 AZF 男性原发 无 精、 寡精 症遗 传缺 陷 性别决定基因 SRY 诊断 SRY 性别发育 异
常 性连 锁遗 传病 产前 诊断 等 4疗效观察与药物筛选 药物筛选 如何分离和鉴定药的有效 成份是目前中药产业和传统的 西药开发遇到的重大障碍,基因 芯片技术是解决这一障碍的有 效手段,它能够大规模地筛选、 通用性强,能够从基因水平解释 药物的作用机理,即可以利用基 因芯片分析用药前后机体的不 同组织、器官基因表达的差异 如果再cDNA表达文库得到的 肽库制作肽芯片,则可以从众多 的药物成分中筛选到起作用的 部分物质。还有,利用RNA、 单链DNA有很大的柔性,能形 成复杂的空间结构,更有利与靶 分子相结合,可将核酸库中的 RNA或单链DNA固定在芯片 上,然后与靶蛋白孵育,形成蛋 白质-RNA或蛋白质DNA复合 物,可以筛选特异的药物蛋白或 核酸,因此芯片技术和RNA库 的结合在药物筛选中将得到广 泛应用。在寻找HV药物中 Jellis等用组合化学合成及DNA 芯片技术筛选了654536种硫代 磷酸八聚核苷酸,并从中确定了 具有XXG4XX样结构的抑制 物,实验表明,这种筛选物对 HV感染细胞有明显阻断作用
常、 性连 锁遗 传病 产前 诊断 等 4 疗效观察与药物筛选 药物筛选 如何分离和鉴定药的有效 成份是目前中药产业和传统的 西药开发遇到的重大障碍，基因 芯片技术是解决这一障碍的有 效手段，它能够大规模地筛选、 通用性强，能够从基因水平解释 药物的作用机理，即可以利用基 因芯片分析用药前后机体的不 同组织、器官基因表达的差异。 如果再 cDNA 表达文库得到的 肽库制作肽芯片，则可以从众多 的药物成分中筛选到起作用的 部分物质。还有，利用 RNA、 单链 DNA 有很大的柔性，能形 成复杂的空间结构，更有利与靶 分子相结合，可将核酸库中的 RNA 或单链 DNA 固定在芯片 上，然后与靶蛋白孵育，形成蛋 白质-RNA 或蛋白质-DNA 复合 物，可以筛选特异的药物蛋白或 核酸，因此芯片技术和 RNA 库 的结合在药物筛选中将得到广 泛应用。在寻找 HIV 药物中， Jellis等用组合化学合成及DNA 芯片技术筛选了 654536 种硫代 磷酸八聚核苷酸，并从中确定了 具有 XXG4XX 样结构的抑制 物，实验表明，这种筛选物对 HIV 感染细胞有明显阻断作用
生物芯片技术使得药物筛选,靶 基因鉴别和新药测试的速度大 大提高,成本大大降低。基因芯 片药物筛选技术工作目前刚刚 起步,美国很多制药公司己开始 前期工作,即正在建立表达谱数 据库,从而为药物筛选提供各种 靶基因及分析手段。这一技术具 有很大的潜在应用价值 5产前诊断及症状前诊断 产前诊断: 基因检测在产前诊断中是 十分重要,且正在不断发展与完 善,其实质是在DNA水平或 RNA水平对某一基因进行分 析,从而对特定的疾病进行诊 断 以血友病为例,对高危胎儿 可在妊9-12周通过绒毛膜活 检;妊12-16周进行羊水穿刺, 近来还可在胚胎植入前通过早 期胚胎(8个细胞时)获取胎儿 DNA,通过DNA基因型和遗传 表型确定胎儿性别,以及进一步 判断是否为血友病或携带者。妊 18-20周可在胎儿镜下取脐静脉 血,测定FVIC和 FVIIL: Ag 上述方法都存在流产的危险(约 0.5%-1%),需在妇产科医生的 指导与配合下进行。利用流式细 胞术(FACS)测定母体静脉血 中的胎儿特异性单克隆抗体以 确定胎儿性别,提供了早期,无 创性产前诊断的方法。 症状前诊断 症状前基因诊断主要用于 一些遗传病家系或有遗传病倾
生物芯片技术使得药物筛选，靶 基因鉴别和新药测试的速度大 大提高，成本大大降低。基因芯 片药物筛选技术工作目前刚刚 起步，美国很多制药公司已开始 前期工作，即正在建立表达谱数 据库，从而为药物筛选提供各种 靶基因及分析手段。这一技术具 有很大的潜在应用价值。 5 产前诊断及症状前诊断 产前诊断： 基因检测在产前诊断中是 十分重要，且正在不断发展与完 善，其实质是在 DNA 水平或 RNA 水平对某一基因进行分 析，从而对特定的疾病进行诊 断。 以血友病为例，对高危胎儿 可在妊 9-12 周通过绒毛膜活 检；妊 12-16 周进行羊水穿刺， 近来还可在胚胎植入前通过早 期胚胎（8 个细胞时）获取胎儿 DNA，通过 DNA 基因型和遗传 表型确定胎儿性别，以及进一步 判断是否为血友病或携带者。妊 18-20 周可在胎儿镜下取脐静脉 血，测定 FVIII:C 和 FVIII:Ag。 上述方法都存在流产的危险（约 0.5%-1%）, 需在妇产科医生的 指导与配合下进行。利用流式细 胞术（FACS）测定母体静脉血 中的胎儿特异性单克隆抗体以 确定胎儿性别，提供了早期，无 创性产前诊断的方法。 症状前诊断 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 良后果的病人 以脊髓小脑性共济失调为 例,探讨脊髓小脑性共济失调的 症状前患者分子遗传学诊断及 其面临的有关问题。对临床诊断 为脊髓小脑性共济失调(SCA)患 者进行基因诊断的同时,根据申 请者要求检测其家系“健康”个 体,采用聚合酶链反应(PCR) 对三核苷酸重复(TNR)片段进 行扩增,聚丙烯酰胺凝胶电泳并 计算其长度,推算正常和异常 扩增等位基因内TNR重复拷贝 数。通过基因检测诊断出症状前 患者 6易感状态的预测与用药 指导 基因诊断是属于全新内容、 全新技术和全新概念的实验室 诊断方法,该方法直接探查基因 的存在状态及功能,即基因型的 改变,可对疾病作出可靠的诊 断,又称DNA诊断。基因诊断技 术主要包括核酸分子杂交、聚合 酶链式反应(PCR)、限制酶酶 谱分析、单链构象多态性分析以 及DNA序列测定、差异显示等技 术。上述技术与芯片技术相结 合,可用于易感基因的检测 遗传易感性疾病的基因诊 断包括有:家族性高脂血症的基 因诊断,糖尿病的基因诊断,高 血压的基因诊断,动脉粥样硬化 的基因诊断等
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 良后果的病人。 以脊髓小脑性共济失调为 例，探讨脊髓小脑性共济失调的 症状前患者分子遗传学诊断及 其面临的有关问题。对临床诊断 为脊髓小脑性共济失调(SCA)患 者进行基因诊断的同时，根据申 请者要求检测其家系“健康”个 体，采用聚合酶链反应（PCR） 对三核苷酸重复（TNR）片段进 行扩增，聚丙烯酰胺凝胶电泳并 计算其长度,，推算正常和异常 扩增等位基因内 TNR 重复拷贝 数。通过基因检测诊断出症状前 患者。 6 易感状态的预测与用药 指导 基因诊断是属于全新内容、 全新技术和全新概念的实验室 诊断方法，该方法直接探查基因 的存在状态及功能，即基因型的 改变，可对疾病作出可靠的诊 断，又称 DNA 诊断。基因诊断技 术主要包括核酸分子杂交、聚合 酶链式反应（PCR）、限制酶酶 谱分析、单链构象多态性分析以 及 DNA 序列测定、差异显示等技 术。上述技术与芯片技术相结 合，可用于易感基因的检测。 遗传易感性疾病的基因诊 断包括有：家族性高脂血症的基 因诊断，糖尿病的基因诊断，高 血压的基因诊断，动脉粥样硬化 的基因诊断等
用药指导 随着人类基因组计划 (HGP)的完成,药物基因组学 ( pharmacogenomics)作为新兴 学科在临床药学实践中发挥着 越来越重要的作用。目前,利用 基因诊断技术便可以分析出某 药物主要代谢酶的基因是否 异常,从而客观、准确地了解这 个体在药物反应方面的特异 性。日本学者给263例患者服用 同一剂量的去甲替林,结果发现 血浆中该药浓度的个体差异可 高达100倍以上。药效的个体差 异来源于遗传类型的不同。基因 诊断在药物基因组学中的应用 使得包括药物浓度监测 (TDM)、用药指导(包括个 体医疗)以及新药3期临床的管 理等工作发生巨大变化,日本学 者对此进行了大胆尝试。随着基 因诊断技术(特别是基因芯片) 准确性的提高、成本的降低、结 果判定的加速,相信在不远的将 来会用于日常药物治疗中 研究表明,除了年龄、性别 体重、健康状况、肝功能等临床 因素对药物疗效有影响外,遗传 因素尤为重要。遗传背景的微小 差别被称为多态性,它决定了同 样的药物对不同的人会有不同 的治疗效果。由于大多数药物疗 效是通过基因产物(酶或蛋白) 的相互作用所致,基因多态性直 接影响到药物的代谢酶活性、药 物转运蛋白以及药靶的基因变 异,从而使药物的吸收、分布 排泄以及代谢发生变化,出现个 体药物反应的差异
用药指导 随着人类基因组计划 （HGP）的完成，药物基因组学 （pharmacogenomics）作为新兴 学科在临床药学实践中发挥着 越来越重要的作用。目前，利用 基因诊断技术便可以分析出某 一药物主要代谢酶的基因是否 异常，从而客观、准确地了解这 一个体在药物反应方面的特异 性。日本学者给 263 例患者服用 同一剂量的去甲替林，结果发现 血浆中该药浓度的个体差异可 高达 100 倍以上。药效的个体差 异来源于遗传类型的不同。基因 诊断在药物基因组学中的应用 使得包括药物浓度监测 （TDM）、用药指导（包括个 体医疗）以及新药 3 期临床的管 理等工作发生巨大变化，日本学 者对此进行了大胆尝试。随着基 因诊断技术（特别是基因芯片） 准确性的提高、成本的降低、结 果判定的加速，相信在不远的将 来会用于日常药物治疗中。 研究表明，除了年龄、性别、 体重、健康状况、肝功能等临床 因素对药物疗效有影响外，遗传 因素尤为重要。遗传背景的微小 差别被称为多态性，它决定了同 样的药物对不同的人会有不同 的治疗效果。由于大多数药物疗 效是通过基因产物（酶或蛋白） 的相互作用所致，基因多态性直 接影响到药物的代谢酶活性、药 物转运蛋白以及药靶的基因变 异，从而使药物的吸收、分布、 排泄以及代谢发生变化，出现个 体药物反应的差异
用基因检测的手段,结合 个人以前的用药情况和效果,评 估个体对某些药物的代谢能力、 药物的转运率以及药靶的作用 效果,给出个性化用药指导,以 便合理选择药物的种类、剂量和 剂型 包括这些药物: 通用名 英文名 商品名、别名 硫唑嘌呤 Ine 依木兰 6-巯基嘌 6-Mercaptopurine 乐疾宁 呤 埃罗替尼 Erlotinib 他西卫 晚期非小细 吉非替尼 Gefitinib 易瑞沙 晚期非小细 伊立替康 Irinotecan 开普拓 晚 5-氟尿嘧 5-Fu 7基因结构与基因功能的 分析 基因诊断是用分子生物学 的理论和技术,通过直接探查基 因的存在状态或缺陷,从基因结 构、定位、复制、转录或翻译水 平分析基因的功能,从而对人体 状态与疾病作出诊断的方法。基 因诊断检测的目标分子是DNA 或RNA,反映基因的结构和功 能。自身基因结构异常导致基因 功能异常而致病,或使其表达产 物蛋白质的结构与功能异常而 致病,或使基因调控异常而致 病,如遗传性疾病、肿瘤等。 基因变异致病的类型:
运用基因检测的手段，结合 个人以前的用药情况和效果，评 估个体对某些药物的代谢能力、 药物的转运率以及药靶的作用 效果，给出个性化用药指导，以 便合理选择药物的种类、剂量和 剂型。 包括这些药物： 通用名 英文名 商品名、别名 适应症 硫唑嘌呤 Azathioprine 依木兰 6-巯基嘌 呤 6-Mercaptopurine 乐疾宁 急性白血病 埃罗替尼 Erlotinib 他西卫 晚期非小细胞肺癌（NSCLC） 吉非替尼 Gefitinib 易瑞沙 晚期非小细胞肺癌（NSCLC） 伊立替康 Irinotecan 开普拓 晚期结直肠癌 5-氟尿嘧 啶 5-Fu 7 基因结构与基因功能的 分析 基因诊断是用分子生物学 的理论和技术，通过直接探查基 因的存在状态或缺陷，从基因结 构、定位、复制、转录或翻译水 平分析基因的功能，从而对人体 状态与疾病作出诊断的方法。基 因诊断检测的目标分子是 DNA 或 RNA，反映基因的结构和功 能。自身基因结构异常导致基因 功能异常而致病，或使其表达产 物蛋白质的结构与功能异常而 致病，或使基因调控异常而致 病，如遗传性疾病、肿瘤等。 基因变异致病的类型：
1内源基因的变异 基因结构的 突变 点突变、插 入、缺失、重排、异位 基因表达异 常 mRNA剪接 异常 2.外源基因的插入 8基因突变的诊断 点突变的诊断 ①诊断已知的点突变 (PCR/ASO) 对探针,突 变碱基置探针中央,控制杂交条 件 结果分析:反 向杂交技术 基因芯片技 术:可检测出新的突变类型 ②诊断未知的突变 PCR/SSCP测 序 DNA芯片技 术 针对不同的点突变可 采用的方法
1.内源基因的变异 基因结构的 突变 点突变、插 入、缺失、重排、异位 基因表达异 常 mRNA 剪接 异常 2.外源基因的插入 8 基因突变的诊断 点突变的诊断 ①诊断已知的点突变 （PCR/ASO） 一对探针，突 变碱基置探针中央，控制杂交条 件 结果分析：反 向杂交技术 基因芯片技 术：可检测出新的突变类型 ②诊断未知的突变 PCR/SSCP/测 序 DNA 芯片技 术 针对不同的点突变可 采用的方法：