如何使基因測序更好地服務於我國精準醫療

基因似乎可以超越解剖形態學的框架，在另一個維度上來解釋和揭示疾病發生髮展的變化。但是，由於基因測序相關技術還不夠成熟和豐富，基因異常與疾病發生也不完全是一一對應的關係，因此目前更多還是作為傳統診斷的補充和優化。人類基因組的奧秘尚未完全揭開，如何在診療過程中平衡有用信息和無用信息的邊界，確保這些信息的準確可靠，是目前基因測序在推動精準醫學發展時需要解決的自身問題。

本文轉載自「柴映爽」個人賬號。

基因測序技術是臨床分子診斷中的重要手段，其起源早於PCR技術。1968年華裔科學家吳瑞（Ray Wu）博士獨創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展，Sanger和Gilbert因開發不同的測序方法於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，大規模平行測序（通常稱為高通量測序），單分子測序。

基因測序和精準醫療是近年來討論很熱的兩個概念。這兩個詞之所以能聯繫到一起，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，正在對傳統的醫學模式提出挑戰，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於臨床診療的前景。在美國NIH （國家衛生研究院）2015年頒布的精準醫療白皮書中，將精準醫療定義為「是一種新興的綜合考慮到居民基因，環境，生活方式等變數的疾病預防和治療手段」。關鍵詞為基因測序、腫瘤、個性化。國內的精準醫療儘管被列進了十三五規劃，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。

當代醫學的診斷治療主要以西醫的解剖學為基礎發展而來，而基因似乎可以超越解剖形態學的框架，在另一個維度上來解釋和揭示疾病發生髮展的變化。但是，由於基因測序相關其他技術還不夠成熟和豐富，基因異常與疾病發生也不完全是一一對應的關係，因此目前更多還是作為傳統診斷的補充和優化。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人文、倫理、政策、經濟等因素，平衡有用信息和無用信息的邊界，並確保這些信息的準確可靠，是目前基因測序在推動精準醫學發展時需要解決的自身問題。

01

國內基因測序市場的現狀

從基因測序上游儀器廠商的銷售用戶情況來看，公司採購的增長遠高於醫院採購的增長，側面反映出產業界對於基因測序市場的推進發揮了很大作用。國內的基因測序公司大部分以中下游應用開發為主，以臨床方向居多，如腫瘤、孕前篩查、產前篩查、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業注入了充足的血液。國內的基因測序公司，正可謂群雄並起、天下逐鹿的時代。無創產篩目前已經由幾家拿到CFDA註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於更換平台和增加檢測內容。目前很多公司集中在腫瘤領域，遠較當年做無創產篩的公司為多，市場熱度很高。腫瘤市場有很大的想像空間，然而市場是否能持續增長還受限於上市藥物。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，在無創產篩領域比較有效，但對腫瘤領域則收效不明顯。

產業界推動了基因測序市場，但單靠產業界推動的話是存在問題的。中國臨床醫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院合作的時候，醫院普遍比較歡迎。但是當這些公司想將業務拓展至常規臨床診斷時，面對原客戶的定位轉變、複雜的醫院環節、臨床流程的多樣性、商業代理的關係處理等等，往往不如傳統的醫療行業公司那麼得心應手，對業績的增長缺少可持續的有效策略。基因行業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，造成沒有餘力或是忽視了協助臨床客戶成長這一核心目標，甚至依賴科研業務維持現金流。目前已經出現了一些基因行業公司倒閉、轉讓、併購的情況。市場不能擴大的話，可能會導致這個行業很多公司出現B輪死、C輪死的現象，對國內精準醫療的發展會帶來短期的陣痛。

如果對醫生做一個調查會發現，很多醫生聽說過基因測序，但是對技術原理並不了解，不明白各家測序公司的測序數據質量為何會有差異。大部分醫生對市場上各家基因測序公司的臨床檢測產品，其實很難有辨別力。這裡面反映出的事實是：1.行業缺少能區分產品好壞的官方標準，醫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並不利於對醫生的學術教育。第三方臨檢中心的公司出於成本考慮，一般不會專門建立專業隊伍對臨床處方醫生進行專業推廣，有些委託第三方如傳統醫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度明顯不足。醫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並非一體化儀器，從樣本到最終報告結果涉及到建庫、優化、上機、生信分析、數據判別等，步驟環節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，醫生很難去分析各環節對最終檢測結果的影響程度。

在一個真正的精準醫療市場中，臨床醫生必須是將基因測序應用於臨床的主體。只有臨床醫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一，待這一問題解決之後，下一步討論的內容則可能是如何強化服務體系如患者的諮詢、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療市場，應用主體需要落實在醫院。產業界需要轉換為輔助推動角色，從前期的技術教育臨床轉為後期的臨床引導研發，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展趨勢做適當的引導。

02

技術的發展和政策的變化

技術革新的目標是為了降低現有成本。基因測序這些年能夠發展，主要得益於成本的下降。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，對於醫療這個需要高度穩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於成本的下降，產業界對上游儀器的開發必不可少。Illumina公司推出的大通量測序平台如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，這一點其實並不符合以醫院為主體開展基因測序診斷時的需求。大部分醫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，這一點還有待於更多來自上遊方面的研發。國內近年來研發上游儀器平台的創業公司明顯增多，且華大基因、瀚海基因、華因康等公司也已推出了自己的原創高通量測序儀，雖然還面臨技術細節改進和商業經營能力的壓力，但對於改善未來整個國內的基因產業鏈環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、獨立循環擴增、信號檢測、成像拍照等諸多環節，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，但擁有製造高質量酶的先進技術的的公司並不多。測序前的PCR擴增會引入鹼基錯誤並隨循環數而累積，但流程難以去除或更改。信號採集的速度會影響整體測序的實驗時間，如何提高採集速度和優化圖像文件也需要非生物行業的基礎。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，無疑是產業的強心針。

目前，高通量測序儀還屬於CFDA三類醫療器械的範圍。三類醫療器械一般是「植入人體;用於支持、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，相關試劑盒繼續按三類執行，有助於國內的儀器研發企業減輕前期壓力，激勵更多的儀器創新。

政策的明確有助於整體市場的擴大。2014年CFDA批准了幾家高通量測序的無創產篩試劑盒後，像華大基因、貝瑞和康等廠家的銷售增長都超過了100%。但之後CFDA再未批准過任何試劑盒上市。究其原因，還是因為高通量測序這一技術與現行法規能適合的產品特徵存在不相容之處。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濟有效的醫學全外顯子測序，在註冊報證時找不到合適的法規。生物信息分析軟體更新，或變異判定所使用的參考資料庫本身在更新，按照現行標準產品是否就要重新報證，大家心裡也沒底。

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准。這一類申報的試劑盒均為基因數量較少的檢測面板（panel），因為註冊要求藥效學證據，而對應的藥物種類並不多。但是需要看到，對癌症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被批准，也不可能禁止多基因的大panel存在。這樣的話，企業為註冊小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有一個明確的範圍保護。

美國FDA雖然批准了Foundation Medicine和MSK（凱特琳?斯隆紀念醫院）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），並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，在國內的商業環境下，對廠家的業務恐難以帶來很大提升。

對於政策來說，很多細節的處理也會影響監管效果。比如說細胞遊離DNA（Cell free DNA，cfDNA）是目前的熱點之一，其樣本的處理重點並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管方面實際上是存在困難的。又比如，Q30通常用於測序數據的質控，但不適用於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的鹼基複雜度下降、DNA序列受損以及生成了尿嘧啶等，文庫製備困難，不同測序平台上Q30的表現並不一致，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，遠未結束。未來的發展情況，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，成為每個醫院實驗室的桌面儀器。另一種可能是出現物流平台和雲計算的革命，使得技術流程被分解，前期環節在醫院完成，後期環節更加大規模中心化。這兩種情況都會使得醫生更加容易操作和使用基因測序，成為常用工具。相信監管政策也必然隨之更加進步和靈活，促進精準醫療的到來。

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

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