基因診斷技術(shù)及其應(yīng)用

盧俐君

【摘 要】人類疾病都與基因有關(guān)，其中某些疾病對個人、家庭、社會都造成了負(fù)面影響，甚至嚴(yán)重地影響到了患者本身的生存和發(fā)展，同時也給家庭帶來精神和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)?；蚣夹g(shù)可以使人們針對這些疾病做好預(yù)防工作，或在疾病早期進(jìn)行有效控制，還可以協(xié)助解決器官組織移植等醫(yī)學(xué)難題，從而推進(jìn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展和社會的進(jìn)步。本文主要介紹了基因診斷技術(shù)概念及種類，以及該項技術(shù)的一些臨床應(yīng)用，展現(xiàn)了基因診斷技術(shù)的廣闊發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】基因診斷；遺傳病；預(yù)防

【中圖分類號】

R365 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】

B 【文章編號】1005-0019（2018）12-212-01

1 基因診斷技術(shù)概念及種類

基因診斷技術(shù)利用現(xiàn)代生物學(xué)中分子水平相關(guān)的技術(shù)方法（包括DNA分子雜交技術(shù)、分子雜交技術(shù)以及抗原-抗體雜交技術(shù)等），通過DNA水平檢測、mRNA水平檢測和蛋白質(zhì)水平檢測，判斷是否存在異常，從而對相關(guān)疾病進(jìn)行有效診斷。

基因診斷技術(shù)可分為兩類：

基因直接診斷：直接檢查致病基因也就是人類DNA是否存在異常。以一段該基因的脫氧核苷酸序列或PCR擴(kuò)增產(chǎn)物作為探針，探查有無基因突變、染色體變異等異常。它只適用于已知基因水平致病原因的疾病。

基因間接診斷：單鏈構(gòu)象多態(tài)性技術(shù)（SSCP，分子遺傳標(biāo)記中最常用的方法之一）、擴(kuò)增片段長 榷嗵約際酰ˋFLP）等均可用于連鎖分析。

2 技術(shù)原理概述

2.1 DNA探針技術(shù) DNA探針技術(shù)大致可以分為3步：核酸的分離與純化、探針的制備和分子雜交。DNA探針是將一段已知序列的脫氧核苷酸用同位素等標(biāo)記后制成的探針。以已知DNA片段作為探針與待測樣品DNA或其片段進(jìn)行核酸分子雜交，依照堿基互補配對原則將兩片段用氫鍵連接，根據(jù)兩者的雜交狀況，判斷同源性程度。這是基因診斷的傳統(tǒng)手段，可用來快速檢測病原體。

2.2 多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（簡稱PCR）是用于擴(kuò)增特定的DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)，是生物體外的特殊DNA復(fù)制。PCR技術(shù)是利用DNA雙鏈復(fù)制的原理，將基因的核苷酸序列不斷加以復(fù)制，得到大量的目的DNA，更易于相關(guān)性質(zhì)的確定以及更為準(zhǔn)確的基因診斷。

PCR技術(shù)需要的原料有：模版DNA、原料（使用dATP、dTTP、dCTP、dGTP等高能磷酸化合物，既能提供原料脫氧核苷酸，又能為反應(yīng)供能）、引物（按一段模板DNA序列設(shè)計互補的核苷酸鏈）、酶、緩沖溶液等，反應(yīng)所需要的DNA聚合酶則因較高的反應(yīng)溫度應(yīng)具有較好的耐熱性，一般為Taq酶。

擴(kuò)增過程分為三步，①高溫變性（90℃-95℃）：雙鏈DNA模板受熱后，斷開氫鍵，解鏈為單鏈；②中溫復(fù)性，亦可稱為退火（55℃-60℃）：引物與單鏈相應(yīng)互補序列結(jié)合；③低溫延伸（70℃-75℃）：在DNA聚合酶的作用下進(jìn)行延伸。即每一次擴(kuò)增過程后模板DNA的量可以增加一倍，即呈指數(shù)形式擴(kuò)增（約為2n，其中n為擴(kuò)增循環(huán)的個數(shù)）。上述過程可以在PCR擴(kuò)增儀中自動完成，也可在3個恒溫水浴鍋中進(jìn)行。

2.3 基因芯片技術(shù) 基因芯片是采用光導(dǎo)原位合成或顯微印刷等方法將大量特定序列的探針分子密集、有序地固定在經(jīng)過相應(yīng)處理的硅片、玻片等載體上，構(gòu)成的一個二維DNA探針陣列。使基因芯片與標(biāo)記的待測樣品進(jìn)行多元雜交，通過雜交信號的強弱及分布，來分析目的分子的有無、數(shù)量及序列，從而獲得受檢樣品的遺傳信息。

在診斷疾病時，常從正常人的基因組中分離出的DNA與DNA芯片雜交，可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜；再從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交，可以得出病變圖譜，通過比較上述兩種圖譜，來對人類的許多疾?。ㄈ绺腥拘约膊?、遺傳性疾病、惡性腫瘤等）進(jìn)行診斷。

3 基因診斷技術(shù)的臨床應(yīng)用

3.1 遺傳性疾病 遺傳病指遺傳物質(zhì)異常所導(dǎo)致的疾病?？捎没蛟\斷技術(shù)在胎兒出生前對當(dāng)前對遺傳病進(jìn)行預(yù)防（如血紅蛋白病、苯丙酮尿癥等），尤其是那些尚未有理想治療方法的疾病。

許多基因的表達(dá)有時相性和組織特異性（如有些基因在胎兒早期并不表達(dá)、苯丙氨酸羥化酶只在肝組織中表達(dá)）。用常規(guī)的方法采集的胎兒標(biāo)本或其他人體材料，常常不能測出這些基因的產(chǎn)物或代謝產(chǎn)物。如果采用基因分析的方法進(jìn)行監(jiān)測，在個體發(fā)育的任何階段，以任何一種有核細(xì)胞為檢材，基因的缺陷都能被監(jiān)測出來。

血友病

血友病是因基因缺陷引起的出血性疾病，在男性中的發(fā)病率約為1/30000.引起血友病的基因缺陷類型十分繁多，包括缺失、插入等，其中80%左右為單個堿基突變。由于目前還不能根治，進(jìn)行基因診斷非常必要。

苯丙酮尿癥

苯丙酮尿癥（PKU）是苯丙氨酸羥化酶基因突變導(dǎo)致苯丙氨酸羥化酶（PAH）功能極度降低甚至消失，使得體內(nèi)本應(yīng)被苯丙氨酸羥化酶酶解的苯丙氨酸堆積，過量苯丙氨酸的神經(jīng)毒性作用造成患兒嚴(yán)重智能障礙和繼發(fā)性癲癇。因治療難度大，費用高，所以在出生前對胎兒進(jìn)行診斷，能夠有效降低發(fā)病率。

地中海貧血

地中海貧血是我國南方各省最常見、危害最大的遺傳病之一，人群發(fā)生率高達(dá)10%以上。地中海貧血主要分α和β兩種，以α型較為常見。該病由血紅蛋白分子中的珠蛋白肽鏈結(jié)構(gòu)異?；蚝铣伤俾十惓Ｒ?，造成肽鏈不平衡而產(chǎn)生以溶血性貧血為主的癥狀群。目前通過不同的基因診斷方法已能對我國90%以上的地中海貧血類型作出診斷。

基因診斷技術(shù)不僅極大地豐富了我們對人類遺傳病分子病理學(xué)的知識，同時也提供了從DNA水平對遺傳病進(jìn)行診斷的手段。自從1978年發(fā)現(xiàn)第一個限制酶切位點多態(tài)性并應(yīng)用于遺傳病（鐮刀形細(xì)胞貧血癥）的基因診斷以后，能夠進(jìn)行基因診斷的病種不斷增加，方法和途徑越來越多。

3.2 癌癥 人體內(nèi)的原癌基因和抑癌基因在物理、化學(xué)等致癌因子作用下會發(fā)生突變，一定積累后可能使某些細(xì)胞獲得惡性增長能力，導(dǎo)致人體某些組織或器官出現(xiàn)癌癥。現(xiàn)已開展的基因檢測工作能在不同環(huán)節(jié)上幫助和指導(dǎo)抗癌斗爭。此外，病毒與癌癥的關(guān)系一直受到人們注意，如肝癌和乙肝病毒等，基因診斷技術(shù)有可能監(jiān)測病毒的行蹤及其與細(xì)胞癌變的關(guān)系，有助于對癌的病毒病因的了解。

3.3 感染性疾病 感染性疾病通常由病原體感染引起。特定基因的存在或突變使得人體對某些病毒、細(xì)菌等病原體具有更強的易感性，如果對這類攜帶特定易感基因的高危人群及早采取預(yù)防措施和醫(yī)學(xué)干預(yù)，可以降低感染率。目前主要在病毒、細(xì)菌、支原體、衣原體感染等的早期診斷中廣泛應(yīng)用。

3.4 器官組織移植 器官移植技術(shù)面對的首要問題是機體排異反應(yīng)，而理想的方法是進(jìn)行術(shù)前組織配型?；蛟\斷技術(shù)能夠分析和顯示基因型，更好地完成組織配型，從而提高器官移植的成功率。

4 基因診斷技術(shù)的發(fā)展前景

在人類基因組研究過程中，科學(xué)家們鑒定出了一大批致病基因和易感基因，給人們帶來了諸多便利?；蚝Y查能檢測出易感基因讓人們做好心理準(zhǔn)備并做好預(yù)防，也能顯示出導(dǎo)致一部分疾病的深層原因并對癥下藥，這無疑是患者的福音。

但是與此同時，一些問題也逐漸顯露出來。由于不能準(zhǔn)確地評估患病風(fēng)險，又對一些可檢測疾病沒有有效的預(yù)防和治療措施，基因檢測結(jié)果反而成為思想負(fù)擔(dān)。還有人提出基因并不是疾病的唯一決定者，基因測序是向個人隱私權(quán)提出了挑戰(zhàn)，可能會使那些攜帶有缺陷基因的人受到就業(yè)、醫(yī)療等方面的歧視，并由此引發(fā)一系列社會或倫理問題。

盡管基因診斷技術(shù)尚未成熟，而且可能帶來諸多問題，但這一技術(shù)發(fā)展的腳步不會停止。

5 結(jié)論

遺傳性疾病、感染性疾病等不僅影響患者本身的生活和生存，同時也給家庭其他成員帶來許多精神和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，又給社會造成許多負(fù)面影響?；蚣夹g(shù)可以使人們對這些疾病有更深入的了解，做好預(yù)防工作或在疾病早期進(jìn)行有效控制，還可以協(xié)助解決器官組織移植等醫(yī)學(xué)難題，從而推進(jìn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展和社會的進(jìn)步。越來越多的人認(rèn)識到了基因診斷的重要意義，這已成為當(dāng)今醫(yī)療技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

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