閭承辰　劉永軍

摘要：

近年來基因測序技術(shù)不斷取得突破性進(jìn)展，基因測序技術(shù)也經(jīng)歷的技術(shù)也更新?lián)Q代，使得測序精度不斷提高，成本和測序時間也大大下降。2014年1月，美國Illumina公司發(fā)布HiSeq X Ten高通量基因測序平臺，標(biāo)志著人類真正進(jìn)入1000美元一個基因組的時代，基因進(jìn)行解讀變得不再遙遠(yuǎn)。隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展，人們對疾病有了更多的認(rèn)識，根據(jù)患者不同基因型，提供更具個性化的治療方案，往往能夠降低治療成本，提高用藥安全性和有效性，對藥物經(jīng)濟(jì)學(xué)研究產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：

基因測序；藥物經(jīng)濟(jì)學(xué)；成本；個性化治療方案

中圖分類號：

F27

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：16723198（2015）08007503

隨著生命科學(xué)的不斷進(jìn)步發(fā)展，人們對自身的認(rèn)識不斷加深，而關(guān)于人類自身基因信息對健康的影響也得到了極大的關(guān)注。自從人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project）完成以來，基因測序技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，原先需要花費(fèi)27億美元巨額資金，由全球最頂級科學(xué)家共同協(xié)作多年才完成的全基因組測序變的不再那么遙不可及，這不僅加快了對人類基因組信息研究，同時也讓人們更多的了解了疾病的原理，給疾病的預(yù)防和治療帶來新的思路。

1基因測序的發(fā)展

基因測序（Gene Sequencing），是指分析特定DNA片段的堿基序列（A、G、C、T）的排列方式?；驕y序技術(shù)最早可以追溯到上世紀(jì)50年代，1954年Whitfeld等科學(xué)家就利用化學(xué)降解法測定了多聚核糖核苷酸的序列，受到技術(shù)發(fā)展的限制，這種方法未被廣泛應(yīng)用。1975年，F(xiàn)rederick Sanger發(fā)明了Sanger雙脫氧鏈終止法（Chain Termination Method，簡稱CTM）。該測序過程通過聚合酶連鎖反應(yīng)（Polymerase Chain Reaction，簡稱PCR）將雙脫氧核糖核酸隨機(jī)地加入到正在合成中的DNA片段里。被加入了雙脫氧核糖核酸的DNA鏈將不能繼續(xù)增加長度，于是便得到了所有可能的不同長度DNA片段。通過將雙脫氧核糖核酸進(jìn)行不同的熒光標(biāo)記，并用毛細(xì)管電泳法分離由PCR反應(yīng)獲得的所有DNA片段，再用激光作用使跑到最末端的DNA發(fā)出熒光，計(jì)算機(jī)便可根據(jù)顏色自動判斷該位置上的堿基。

自上世紀(jì)90年代以來，包括著名的人類基因組計(jì)劃在內(nèi)的所有的DNA測序操作幾乎全部采用了半自動化毛細(xì)管電泳Sanger測序法。但隨著近年來分子生物學(xué)的發(fā)展，人們對基因測序的需求與日俱增，傳統(tǒng)基因測序技術(shù)無論在效率上還是成本上，己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的需要。2005年以后，以高通量基因測序?yàn)橹行牡男乱淮驕y序技術(shù)不斷成熟，與之前相比，新一代測序技術(shù)具有高通量、低成本、需要樣本量小、儀器和分析方法先進(jìn)等特征。目前應(yīng)用最多的新一代基因測序平臺有3種：Roche公司的454測序系統(tǒng)、Illumina公司的Solexa測序系統(tǒng)及ABI公司的SOLiD測序系統(tǒng)。這些新型測序系統(tǒng)都使用了一種新的測序策略循環(huán)芯片測序法（Cyclic-array Sequencing，簡稱CAS），所謂循環(huán)芯片測序法，簡言之就是對布滿DNA樣品的芯片重復(fù)進(jìn)行基于DNA的聚合酶反應(yīng)以及熒光序列讀取反應(yīng)。

2011年，Pacific Biosciences公司推出了以單分子DNA測序?yàn)橹饕卣鞯牡谌鷾y序技術(shù)，即單分子實(shí)時DNA測序（single molecule real time DNA sequencing）技術(shù)。該技術(shù)采用一種新的熒光類似物標(biāo)記脫氧核苷酸，通過顯微鏡實(shí)時記錄單個堿基的熒光強(qiáng)度變化，根據(jù)熒光的波長和峰值判斷堿基類型，從而克服了前兩代測序技術(shù)必須進(jìn)行PCR擴(kuò)增的缺陷。與之前相比，該項(xiàng)技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)就是單分子測序，無需進(jìn)行PCR擴(kuò)增，可直接讀取序列信息，快速簡便。盡管目前具有讀長有限、堿基錯配率高等一些不足，但隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，該技術(shù)通量高、速度快、價格低、起始測序拷貝量低等優(yōu)點(diǎn)在未來將會得到很好的應(yīng)用。

2測序技術(shù)在臨床上開展應(yīng)用的關(guān)鍵因素

基因測序技術(shù)之前主要還是在科學(xué)研究領(lǐng)域開展應(yīng)用，但近年來該項(xiàng)技術(shù)開始從實(shí)驗(yàn)室走向臨床，并得到了廣泛的關(guān)注，這主要是由于以下幾點(diǎn)因素：

2.1測序成本大大降低

1986年開始開展的人類基因組計(jì)劃（HGP）是最早對人類進(jìn)行全基因組測序，該項(xiàng)目由美國（54%）、英國（33%）、日本（7%）、法國（2.8%）、德國（2.2%）和中國（1%）共同完成，耗資達(dá)到27億美金。新一代測序技術(shù)的出現(xiàn)降低了測序的成本，但相對應(yīng)用于個人醫(yī)療領(lǐng)域，還是過于高昂，普通患者難以承擔(dān)。其中最著名的案例為已故蘋果公司CEO斯蒂夫.喬布斯患癌期間，進(jìn)行了全基因組測序，當(dāng)時所花費(fèi)的費(fèi)用約為10萬美金。

2014年1月，美國Illumina公司發(fā)布HiSeq X Ten高通量基因測序平臺，具估算，其主要成本為儀器運(yùn)行所需的試劑成本（797美元/基因組），儀器的折舊成本（137美元/基因組），加上技術(shù)人員準(zhǔn)備樣品進(jìn)行測序的人力成本（55-65美元/基因組），該技術(shù)首次將人類全基因組測序的成本控制在1000美金以內(nèi)，基因測序應(yīng)用于個人醫(yī)療領(lǐng)域變得不再遙遠(yuǎn)。下表對基因測序的成本進(jìn)行了比較，只有當(dāng)測序價格變得合適，這項(xiàng)技術(shù)才有可能會進(jìn)入到日常醫(yī)療中來。

2.2測序的效率大大提升

每個人的基因組約包含30億個堿基對，在測序時，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通常要進(jìn)行多次測序，在這一過程中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，使得測序工作需要耗費(fèi)較長的時間。

同樣以目前普遍認(rèn)為最先進(jìn)的HiSeq X Ten測序平臺為例，每臺測序儀能夠在三天時間內(nèi)生成1.8 terabases的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于16個人類基因組。據(jù)Illumina介紹，每臺HiSeq X Ten每年能夠?qū)?8000人進(jìn)行全基因組測序，并保證每個基因組都能達(dá)到平均30x的測序深度，這意味著每個堿基平均被讀取30次。

2.3疾病和基因組關(guān)系

疾病與基因的關(guān)系主要基于對基因致病點(diǎn)位的分析，特別是對特定致病基因序列挖掘和關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析，這往往需要特定的分析手段來研究和預(yù)測不同疾病，并依靠大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和對比分析。隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展，人們可以獲得大量基因變異位點(diǎn)信息，以及位點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)信息和基因變異的群體特征，從而可以在群體水平上進(jìn)行群體遺傳分析，即全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）。

全基因組關(guān)聯(lián)分析是在全基因組范圍內(nèi)通過選擇遺傳變異的點(diǎn)位進(jìn)行基因分型，比較病例和對照組間每個變異頻率的異差，從而計(jì)算變異與疾病的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，選出最相關(guān)的變異進(jìn)行驗(yàn)證并確認(rèn)變異位點(diǎn)與疾病之間的關(guān)系。只有對基因信息更加全面的解讀，才能有效的將這一技術(shù)運(yùn)用到疾病預(yù)防和治療中去。

3測序技術(shù)的發(fā)展對藥物經(jīng)濟(jì)學(xué)的影響

藥物經(jīng)濟(jì)學(xué)主要是研究各類預(yù)防、診斷、治療和疾病管理等干預(yù)措施的成本效果?；驕y序技術(shù)不僅在上述領(lǐng)域都有所應(yīng)用，而且在藥品研發(fā)，疾病研究，優(yōu)生優(yōu)育等方面也都得到了廣泛的應(yīng)用和關(guān)注。

測序成本的迅速下降和效率的提高使這項(xiàng)技術(shù)在臨床應(yīng)用上變得可能，它可以給人們帶來了更全面的個人信息。通過基因測序可以了解自身遺傳狀況，提前對某些疾病進(jìn)行預(yù)警，并根據(jù)自身情況制定個性化的預(yù)防措施和治療方案。這些具有針對性的舉措，結(jié)合了每個人的特異性及受不同疾病或藥物影響差異性，可以很大提高預(yù)防和治療疾病的安全性和有效，降低藥物副作用，減少不良反應(yīng)，并能有效的控制治療成本，減少過度醫(yī)療。

對基因測序進(jìn)行藥物經(jīng)濟(jì)學(xué)評價可以從兩方面入手。一是疾病成本的評價（cost of illness assessment），也可以稱為疾病的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)（burden of disease，BOD）。二是經(jīng)濟(jì)學(xué)評價，主要是成本效果分析（cost-effectiveness analysis，CEA）和成本效益分析（cost-benefit analysis，CBA）。

3.1疾病負(fù)擔(dān)的研究

疾病負(fù)擔(dān)主要是兩方面，一方面是流行病學(xué)負(fù)擔(dān)，另一方面是疾病的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。前者主要從流行病學(xué)角度，說明通過基因檢測可以提早預(yù)防的疾病的危害程度，包括疾病的發(fā)病概率、患病率、死亡率和因病造成的傷殘率。可以使用增加一個生命年或增加一個質(zhì)量調(diào)整生命年（QALY）的成本。

通過基因檢測可以預(yù)防疾病的成本包含直接成本（直接醫(yī)療費(fèi)用及個人和家庭的投入）、間接成本（因病造成的勞動力經(jīng)濟(jì)損失）和無形成本（因失去生存質(zhì)量、緊張、疼痛及憂慮造成的經(jīng)濟(jì)損失）。

以唐氏綜合癥為例，唐氏綜合癥即21-三體綜合癥，又稱先天愚型或Down綜合癥，是由于21號染色體的異常導(dǎo)致的疾病系。60%患兒在胎內(nèi)早期即流產(chǎn)，存活者有明顯的智能落后、特殊面容、生長發(fā)育障礙和多發(fā)畸形。而只需對孕周12周以上的高危孕婦外周血血漿中的游離基因片段進(jìn)行基因測序，即可對胎兒染色體非整倍體疾病21-三體綜合癥、18-三體綜合癥和13-三體綜合癥進(jìn)行提前診斷，該項(xiàng)檢測避免羊水穿刺的流產(chǎn)風(fēng)險。目前我國已正式批準(zhǔn)該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于臨床檢測。

在考慮疾病成本時，不僅可以從個人角度考慮，也可以從社會角度考慮由于發(fā)病、傷殘（失能）和過早死亡給社會帶來的經(jīng)濟(jì)損失和由于預(yù)防治療疾病所消耗的醫(yī)療資源。

3.2基因測序的成本效果分析

凡是在基因測序后通過采取預(yù)防措施，減少某些疾病發(fā)病率或死亡率都可以采用成本效果分析。

以乳腺癌為例，遺傳性乳腺癌（Breast Cancer）直接與人體細(xì)胞核第17號染色體上的BRCA1和位于13號染色體上的BRCA2有關(guān)，它們具有調(diào)節(jié)人體細(xì)胞復(fù)制、對遺傳物質(zhì)DNA的損傷修復(fù)、抑制惡性腫瘤發(fā)生等作用，如果這兩個基因的結(jié)構(gòu)發(fā)生突變，它所具有的抑制腫瘤發(fā)生的功能就會受到影響。BRCA1基因突變者，患乳腺癌和卵巢癌的風(fēng)險風(fēng)別為50%-85%和15%-45%，BRCA2基因突變者，患乳腺癌和卵巢癌的風(fēng)險分別為50%-85%和10%-20%。2013年5月，好萊塢影星安吉麗娜·朱莉進(jìn)行了預(yù)防性雙側(cè)乳腺切除手術(shù)，正是因?yàn)橹炖虻腂RCA1基因缺陷，而她的母親就是由于乳腺癌而死。

進(jìn)行成本效果分析，在計(jì)算成本時，不能僅僅考慮基因測序的成本。基因測序，尤其是全集因組測序，與傳統(tǒng)的預(yù)防措施不同，在測序過程中帶有無目的性，測序過程并不針對某一疾病，且測序本身并不能產(chǎn)生任何實(shí)質(zhì)性的預(yù)防作用。這一特性類似于健康檢查，但與健康檢查不同，測序結(jié)果更多的是指向患某些疾病的可能性，但這些疾病尚未出現(xiàn)任何相關(guān)的臨床癥狀，而僅僅是預(yù)示了未來可能出現(xiàn)的癥狀，如果通過某些途徑提前預(yù)防，可以降低未來出現(xiàn)該疾病的概率，這一點(diǎn)又與疫苗相類似。所以在估計(jì)成本時需要包括三個方面，一是基因測序的成本，二是采取預(yù)防措施的成本，三是直接治療成本和分?jǐn)偟拈g接成本。

通過基因測序來預(yù)防某些疾病所產(chǎn)生的效果，可以是減少發(fā)病率、死亡率、增加期望壽命（LE）、健康期望壽命（經(jīng)校正后的期望壽命DALE），延長生命年（years of life saved）或增加生存質(zhì)量（quality of life）效用值來表示。

3.3基因測序的成本效益分析

根據(jù)基因測序應(yīng)用的目的不同，可以是在疾病出現(xiàn)前采取相應(yīng)預(yù)防措施，也可以是在疾病出現(xiàn)后根據(jù)個人基因特性制定個性化的治療方案，后者更適合使用成本效益分析。

以非小細(xì)胞肺癌為例，近年來，臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對于發(fā)生EGFR突變和EML4ALK融合的患者，靶向激酶抑制劑的療效要優(yōu)于傳統(tǒng)的化療方案；EGFR酪氨酸激酶區(qū)域的突變與非吸煙的非小細(xì)胞肺癌密切相關(guān)，并且對EGFR的靶向藥物（吉非替尼）很敏感；存在ALK突變的非小細(xì)胞肺癌對ALK抑制劑（克里唑替尼）高度敏感；KRAS的錯義突變會導(dǎo)致對EGFR抑制劑的拮抗。

通過這些案例，在治療疾病時，尤其是治療復(fù)雜疾病，可以先通過基因測序，了解患者的個人基因信息，從而根據(jù)測序結(jié)果提出針對患者的個性化治療方案。這些方案考慮到了患者的個體特異性，可以很大提高疾病的治療的安全性和有效，降低藥物副作用和不良反應(yīng)發(fā)生的幾率。

目前這一方法在多種疾病的治療過程中已經(jīng)得到運(yùn)用，更多靶向藥物的出現(xiàn)也使得對疾病的治療變得更精確。在對這些治療方案進(jìn)行藥物經(jīng)濟(jì)學(xué)研究時，個性化的治療方案在的臨床表現(xiàn)上往往效果更好，且成本能得到更好的控制。

4基因測序技術(shù)發(fā)展中遇到的問題

目前基因測序技術(shù)正處于高速發(fā)展階段，但從應(yīng)用角度上說還為時尚早。主要原因?yàn)椋?/p>

4.1成本和測序效率依然滿足不了市場需求

盡管Illumina的HiSeq X Ten已經(jīng)將測序的成本降至1000美元，但高昂的設(shè)備購買和維護(hù)費(fèi)用以及需要專業(yè)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行操作阻礙了該項(xiàng)技術(shù)向日常應(yīng)用的普及。目前全基因組測序仍以科研使用為主，將其應(yīng)到到日常醫(yī)療中來，還需要降低設(shè)備的成本，提高測序的效率，簡化測序的操作程序。

4.2需要對人類基因組做更多的認(rèn)識

人類目前對基因的認(rèn)識還十分有限，從2001年第一次揭開人類基因組神秘面紗至今，科學(xué)家對基因的認(rèn)識依然不足，目前對人類基因80%—90%的內(nèi)容尚不了解，真正明確其原理的只不過是冰山一角。目前做的很多測試依然只是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)來進(jìn)行分析和預(yù)測，其生理學(xué)角度的相關(guān)性沒有得到充分的論證。

4.3測序精確度不足

現(xiàn)階段基因測序的準(zhǔn)確率依然不高，即使在美國形成產(chǎn)業(yè)的基因測序機(jī)構(gòu)中，其準(zhǔn)確率也不過維持在85%左右，這使得測序結(jié)果中存在假陰性和假陽性的結(jié)果。加之基因測序結(jié)果很多用于表達(dá)和某些疾病的關(guān)聯(lián)性，但這些疾病可能還尚未發(fā)生，又缺少其他驗(yàn)證途徑，使得基因測序的結(jié)果也受到很多人的質(zhì)疑。

4.4測序結(jié)果與疾病的關(guān)聯(lián)性問題

基因是一串遺傳密碼，但其并永久不變，如果環(huán)境發(fā)生改變，基因所表現(xiàn)的功能就有可能發(fā)生改變。事實(shí)上很多疾病的發(fā)病機(jī)制很復(fù)雜，并不僅僅和基因有關(guān)聯(lián)，生活環(huán)境、個人習(xí)慣等等很多誘因都會導(dǎo)致基因突變。即使不發(fā)生突變時，某些可能導(dǎo)致疾病發(fā)生的基因使攜帶者本身患病的概率也不是一定的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，攜帶BRCA1和BRCA2突變基因的人群中，依然有20%的人在不接受干預(yù)的情況下不會患乳腺癌。

此外，基因檢測沒發(fā)現(xiàn)問題的也非一勞永逸，不注意營養(yǎng)和運(yùn)動，生活沒規(guī)律一樣會生病。所以，關(guān)于基因與個人健康的關(guān)系，還需要更多的研究論證。

4.5基因測序的倫理學(xué)問題

基因是每個人最深層次的秘密，揭開這層秘密將帶來不可估量的倫理學(xué)問題。如對未來配偶進(jìn)行測序，確定兩人后代是否會結(jié)合父母的隱性致病基因，從而判斷未來后代可能存在的遺傳性疾病，這關(guān)系到選擇性生育的倫理問題，已上升到社會角度。

再設(shè)想有人通過基因測序得知自己未來可能患有某種疾病，而這種疾病可能再經(jīng)過幾十年甚至一輩子都沒有發(fā)生，但接受測序的人在得知結(jié)果后的生活中可能都被這一結(jié)果影響，造成生理和心理上的影響。

5總結(jié)

基因測序這項(xiàng)技術(shù)在過去幾十年取得了巨大的發(fā)展，但這項(xiàng)技術(shù)的完全應(yīng)用還需要人們對基因有更多的認(rèn)識，也必須依靠其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)的同步發(fā)展，同時，社會需要有一系列法律法規(guī)來規(guī)范和引導(dǎo)該項(xiàng)技術(shù)的合理運(yùn)用。

在目前的階段，對基因測序結(jié)果的分析在臨床上尚缺乏一個理想的預(yù)測模型，這還需要臨床專家與基礎(chǔ)科學(xué)家共同開展研究，建立可以驗(yàn)證預(yù)測重大疾病

風(fēng)險的模型，并通過藥物經(jīng)濟(jì)學(xué)來對其進(jìn)行有效性和經(jīng)濟(jì)性評價，讓這項(xiàng)技術(shù)真正造福廣大人民。

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