诊断遗传变异提高药物疗效

过去三十年期间的研究表明，病原体的遗传变异与人的遗传变异一样已经形成药物疗效产生个体差异的基础，如临床上出现的抗菌与抗病毒药物的耐药表现，以及人类细胞色素P450药物代谢酶基因和编码药物结合酶[如N-乙酰转移酶（NAT2）、硫嘌呤甲基转移酶（TPMT）和谷胱甘肽转移酶（GST）]等多种基因的遗传变异。

遗传变异的多样性

最初的人基因多态性研究表明，少数共同的变异以及绝大部分的不同酶活性与药物疗效有关。但是，最近的研究提示，药物疗效的可变性与复杂疾病的基础遗传学一起可能涉及许多不同的基因和变异，这些基因变异改变了蛋白质的表达或功能。

遗传变异的数量和种类对药物疗效的影响已反映在整个人类基因组研究当中，如研究单核苷酸多态性（ ）、插入或敲除、基因转化、完全的基因敲除、基因复制和扩增等各种已知的变异类型。此外，个别基因或基因簇正日益被看作药物疗效的生物标志物。这种基因组学变异的多样性对开发常规的试管内诊断化验方法具有相当大的挑战性。例如，某些基因分型技术和化学方法广泛应用于一些不同类型变化的探测，而其他的则相当有限，往往需要进行补充化验才能提供完整的基因型。

分子标记物与检测方法联动发展

基于聚合酶链反应（PCR）的化验与各种后PCR检测方法结合后就构成了大多数分子诊断化验的基石，用于核酸分析，也用于药物基因组学开发。每一新发现都为药物疗效的判断增加了复杂性，从而需要不断发展出可预期检测的生物分子标记物。

在必须鉴定单个基因内（或在很少基因中交叉分布）的 情形中，或确定少数基因的不同基因表达时，可以应用实时均相PCR检测化验，以及其他一些复杂程度较低的化验方法：诸如等位基因特异性PCR（AS－PCR）、TaqMan、杂交探针融合分析、Invader探针、单碱基延伸（ E，或微型顺序分析）与寡核苷酸连接PCR反应（OLA-PCR）。这份清单并不意味着是详尽无遗的，在某些情形下，一些不同的标记检测方法（如荧光、化学发光或者电气化学）以及仪器平台也可以应用。例如， E基因分型反应可以通过毛细管电泳荧光、磁珠(Bead-based)结合或微阵列通用Tag阵列、基质辅助激光解吸电离飞行时间（MALDI-TOF）质谱仪等各种方法进行检测分析。

当标记物的复杂性使得上述技术难以进行多样反应分析时，在单次化验中进行多种标记物的检测就需要采用不同形式的阵列技术。应用这些基于等位基因特异杂交或 E的阵列技术可进行高度平行的基因型化验，如反象行墨点(ReverseLineBlots)、寡核苷酸微阵列与磁珠技术等，用于多种单基因或多基因变量的同步基因分型。

例如，十年前的固定式寡核苷酸探针“线性阵列”是用于开发人类白细胞抗原（HLA）－A位点多态性分型的方法，这一方法也用于开发编码其他HLAs基因、囊性纤维化跨膜转运调节物（CFTR）蛋白、人免疫缺陷病毒（HIV）耐药以及人乳头瘤病毒亚型的基因分型化验。而在对高度多态性基因例如细胞色素P450的CYP2D6基因的药物基因组学分析当中，可通过应用固定的寡核苷酸微阵列技术来简化微阵列技术。

当与多元PCR反应结合时，高密度寡核苷酸微阵列技术是惟一能同步检测在单一等位基因特异杂交反应中是否存在 、插入和敲除、基因转换、完整基因删除与基因复制事件的方法，对CYP2D6基因的寡核苷酸微阵列基因分型就是一个例子。迄今为止，这是惟一能同步进行遗传变量的不同基因分型的检测方法。

关注基因的差异表达

最近，研究人员已将注意力转向mRNA转录产物的全面分析，以鉴定出差异表达的基因，这些基因在人类疾病生物学与药物疗效中发挥重要作用。

现在，微阵列技术的应用与成熟的数据分析工具设计已用于评价所有或大多数的已知人类基因，从而比较正常组织与病变组织之间不同的基因表达方式，揭示易于区别前者与后者的模式或“信号”。例如，基因表达模式可以显示特异基因由于遗传变异、转录调节变化或后天影响而在特异的癌症标本中的“过表达”。在某些情形中，过表达或表达不足的蛋白都可以作为药物靶标或药物疗效的调节物。因此，基因表达信号可作为预期对特殊的药物治疗可能产生反应的分子标记物。

癌症的巨大异质性使得高密度微阵列平台尤其适合用于发现癌症潜在的诊断与预兆标记物；而蛋白质组分析技术，包括二维凝胶分析、MALDI-TOF质谱仪与蛋白质阵列，正在提供补充信息，可能产生能指导癌症治疗决策的新诊断方法。

将遗传学、基因组学与蛋白质组学技术用于开发分子诊断学，能为改进治疗选择和提高药物疗效提供许多机会。这种诊断学研究带来了许多挑战，包括生物学与技术复杂程度的挑战，以及与多种分析物有关的新调整问题，如复杂的应用仪器与化验方式以及用于解释检测结果的运算法则与软件等。