我國分子診斷行業現狀及發展趨勢

發布日期：2021-11-11 閱讀次數：11359 來源：中國食品藥品網

摘要：

  分子診斷能夠通過一系列的分子生物學方法,對機體及外來病原體的核酸物質或其相應的表達水平進行檢測,可應用于傳染病、遺傳病、腫瘤等疾病的診斷或輔助治療。在這些應用領域，分子診斷技術彌補了傳統診斷方法的不足，為疾病預防、診斷、治療監測及預后評估提供了重要證據。本文就分子診斷發展歷程及其在傳染性疾病、腫瘤及無創產前檢測領域的應用現狀及發展趨勢進行分析。

  分子診斷行業發展歷程

  分子診斷行業的發展歷程大體可以劃分為四個階段。

  （一）第一階段：DNA分子雜交技術在遺傳病基因診斷上的應用

  1953年，由科學家Watson和Crick所構建的脫氧核糖核酸雙螺旋結構模型開啟了分子生物學形成和發展的篇章。此后，分子生物學研究不斷取得進展，1978年，液相DNA分子雜交技術在鐮形細胞貧血癥診斷上的成功應用，極大推動了疾病診斷領域的發展，也為分子診斷拉開了蓬勃發展的序幕。

  在分子診斷的初期階段，基因診斷被應用于對遺傳病的判定，即通過對胚胎期嬰兒的產前診斷，更早期地預知一些遺傳病的發生和后續的發展、預后。

  （二）第二階段：PCR技術在疾病診斷領域的廣泛應用

  1985年，由化學家KaryMullis發明的PCR技術的出現，給分子診斷領域帶來了新的概念，推動傳統基因診斷向更為全面的分子診斷發展，同時也標示著分子診斷進入新的發展階段。

  隨后，基于PCR技術平臺，越來越多的PCR應用技術被專家學者開發出來，如巢式PCR（nestedPCR）、反轉錄PCR（reversetranscriptionPCR）和實時熒光定量PCR與數字PCR（digitalPCR）等。其中，實時熒光定量PCR是目前應用最為廣泛的PCR技術，其在基因工程、分子生物學以及其他DNA鑒定相關領域中應用廣泛，尤其是在疾病檢測與診斷方面。另外，在臨床應用和商品檢疫環節，以及新藥開發和法醫鑒定方面也被普遍應用。

  （三）第三階段：生物芯片技術引領密集型高通量檢測技術的發展

  從1992年世界上第一張基因芯片在美國Affymetrix公司問世到現在，芯片技術已經得到長足的發展。芯片按結構分類，可分為基于微陣列（microarray）的雜交芯片與基于微流控（microfluidic）的反應芯片。

  傳統的核酸印跡雜交技術在自動化程度和檢測通量上都相對落后，同時也更為復雜，檢測的目標分子數量也相對更少。生物芯片技術很好地解決了這些不足，其能夠通過特定的分析方法和探針陣列，實現眾多不同方面的應用，從針對基因突變和多態性的分析檢測，到基因表達譜的測定，再到基因組文庫作圖和雜交測序等。這些都有力地助推了基因功能研究、現代醫學科學和醫學診斷學的快速發展；相關應用也已在基因診斷和藥物篩選、個性化給藥等方面有了極高的價值體現。

  （四）第四階段：高通量測序技術成為臨床分子診斷的重要工具

  1977年，第一代DNA測序技術在雙脫氧末端終止法（由SangerF等發明）和化學降解法（由MaxamAM、GilbertW等發明）相繼確立的背景下誕生。并在之后的20余年里，助力科學家完成了大量的測序工作，實現從噬菌體到人類基因組圖譜的繪制。但第一代DNA測序技術在成本、速度以及實驗復雜程度等方面都存在著很多的不足，這些都極大限制了其應用的范圍。

  自2000年初開始，第二代測序技術的出現推動了測序技術的快速發展。第二代測序技術又稱高通量測序（NGS）技術，相比第一代測序技術，具有所需樣本量小、總體成本低的特點，能夠通過一次實驗對多個基因完成檢測。NGS技術可應用于病原微生物的快速鑒定、藥物的靶向治療以及產前篩查等領域。

  我國分子診斷行業發展概況

  我國分子診斷技術最早出現在20世紀六七十年代，80年代主要是以點雜交、Southern印跡雜交等為代表的技術。PCR技術在90年代開始逐步得到推廣和應用，隨之也帶動分子診斷技術在國內快速發展，并開始進入臨床實驗室。目前我國分子診斷行業正處于分子診斷發展的第三個階段，生物芯片技術正協同PCR技術共同發展，助推分子診斷行業快速發展。

  我國分子診斷技術雖起步較晚，但發展速度高于全球。近幾年分子診斷市場更是迎來前所未有的發展機遇。市場規模總值從2013年的25.4億元增長至2019年的132.1億元，年復合增長率達到31.63%，增長態勢迅猛。雖然僅占全球市場規模的16.86%，但增速約為全球增速的2.6倍。

  目前，我國在PCR技術方面發展成熟，已基本達到國際先進水平。截至2020年底，我國共有1320項分子診斷產品獲批，其中70%是基于PCR技術的分子診斷產品。因此，目前PCR技術仍是國內主流的分子檢測平臺。

  分子診斷應用廣泛，應用領域主要包括：（1）感染性疾病及耐藥的快速、靈敏診斷；（2）生殖健康的遺傳病檢測；（3）腫瘤的早期診斷、分子分型及靶向治療；（4）藥物基因組學。

  （一）國內感染性疾病檢測市場

  感染性疾病的檢測在國內分子診斷領域發展最早，也是市場占比最大的領域。乙型肝炎病毒核酸檢測、丙型肝炎病毒核酸檢測、新型冠狀病毒核酸檢測等領域占據國內感染性疾病分子診斷領域的主要份額。近五年，國內分子診斷市場發展最為迅猛的是血源病原體核酸篩查和新型冠狀病毒核酸檢測兩大領域。

  血源病原體核酸篩查（檢測HBVDNA、HCVRNA和HIVRNA）是在政府政策推動下而得到迅速發展的一個分子診斷領域。分子診斷的優勢和作用也在該領域得到了充分的顯現，相比于僅采用酶聯免疫吸附法（ELISA）檢測HBsAg、抗HCV以及抗HIV（1+2型）+P24抗原，核酸篩查HBVDNA、HCVRNA和HIVRNA可以進一步縮短病原體感染機體后的檢測“窗口期”，規避病原體突變等因素造成的ELISA漏檢，并增加對隱匿性感染者的篩查覆蓋。血源病原體核酸篩查極大地提高了臨床用血及血液制品的安全性。

  我國自2010年開始在15家血液中心進行了臨床用血的病原體核酸篩查試點工作。2013年，原國家衛生計生委印發了關于推進血站核酸檢測的實施方案，血站核酸檢測工作開始在全國范圍內推廣實施。到2015年底，國內臨床用血基本實現了病原體核酸篩查全覆蓋。基于此工作的實施，臨床用血的病原體核酸篩查市場也在2013年開始得到快速擴張（見圖1）。2016年，原國家衛生計生委會同原國家食品藥品監督管理總局進一步印發了《關于促進單采血漿站健康發展的意見》，要求至2019年底實現單采血漿站核酸檢測全覆蓋，血源病原體核酸篩查市場進一步快速擴展。可預見的是，隨著全國無償獻血人次的逐年增長（2019年達到1563萬人次，2020年受新冠疫情影響，預估獻血人次將首次出現下滑；與發達國家相比及臨床用血需求來看，獻血人次后續仍將保持增長態勢）和單采血漿站采漿規模（2019年近8820噸，較2015年增加47%，2020年采漿規模同樣受新冠疫情影響，預估規模與2019年持平或略微下滑，從我國人均年采漿次數和未來可增設漿站的空間來看，采漿規模的增幅空間仍較大）的逐年擴大，血源核酸篩查市場也將呈現穩步增長的態勢。

圖1 ?臨床用血病原體核酸篩查檢測量

  相對應，我國血源核酸篩查試劑也得到了突飛猛進的發展。自2013年華益美生物率先推出國內第一家能夠覆蓋HIV-2型的高靈敏度血液病原體核酸篩查HBVDNA、HCVRNA、HIVRNA檢測系統以來，截至目前，國內已有7個廠家推出相關產品，與進口廠家羅氏（Roche）、蓋立復(Grifols)共同參與我國血源核酸篩查市場。在臨床用血病原體核酸篩查市場，2015年各地完成集中招標采購后，市場整體相對穩定，2017年國內廠家的檢測量占比約45%，2019年國產檢測系統裝機量占比約59%。在單采血漿病原體核酸篩查市場，國內廠家檢測系統的裝機量及檢測量較臨床用血病原體核酸篩查市場占比更大。但同時可知，相對羅氏（Roche）、蓋立復(Grifols)檢測系統，國內廠家的檢測系統在包括設備在內的系統整體自動化上仍存在較大的差距，需要更多的改進和換代。

  另外，除目前進行的HBV、HCV和HIV篩查以外，還存在諸如戊型肝炎病毒、微小病毒B19、登革熱病毒等可經血液傳播的病原體，未來可能隨著政策的推進，血源病原體核酸篩查市場將迎來更大的發展空間。

  2019年底至今，新型冠狀病毒暴發并席卷全球，給全世界范圍帶來了廣泛的影響。得益于國家相關部門及我國分子診斷企業的快速響應，我國新型冠狀病毒核酸檢測試劑的研發、應用及生產規模均領先于全球。為有效防控疫情，我國采用局部疫情暴發下的“應檢盡檢”和特殊情形下的常態化檢測，使得新型冠狀病毒核酸檢測的需求急劇膨脹，2020年上半年全國新型冠狀病毒核酸檢測量就達到了9041萬人份。

  2020，國務院印發《關于加快推進新型冠狀病毒核酸檢測的實施意見》，推進二級以上醫院的新型冠狀病毒核酸檢測能力建設，促使新型冠狀病毒核酸檢測市場進一步擴大。截至2021年1月，全國可開展核酸檢測的醫療衛生機構達到8437個，數量較2020年3月底增加4倍。

  整體來看，新型冠狀病毒核酸檢測推動了我國分子診斷行業的進一步發展和疫情防控經驗的積累，也加強了公眾對分子診斷的認知和資本市場對分子診斷行業的關注，為分子診斷行業的發展發揮了積極的作用。但同時也能看到，隨著新型冠狀病毒核酸檢測試劑生產企業數量及產能的不斷擴大，企業間的市場競爭也在迅速加劇。在全球新冠肺炎疫情得到有效控制后，如何推動國內迅猛增加的核酸檢測能力檢測類別的轉化，加強國內分子診斷行業的良性發展和推動包括技術、試劑和設備在內的高質量、高水平提升，需要引起我們更多的關注。

  （二）國內其他分子診斷行業發展

  生育健康檢測、腫瘤全周期檢測、婦幼健康檢測也是分子診斷技術應用的重要領域。無創產前診斷（NIPT）是NGS技術發展應用的典范，預計2025年市場規模將達到約100億元。依托PCR和NGS技術的伴隨診斷在新靶點和新靶向藥物發現、伴隨診斷產品納入醫保等驅動力下，也有很大的市場提升空間。作為“藍海”的腫瘤早篩市場空間大，國內企業尚處于起步階段，早篩的臨床驗證需要較高的研發投入。

  婦幼健康分子檢測主要為人類乳頭瘤病毒（HPV）、STD核酸檢測、耳聾基因和地中海貧血基因檢測。其中人類乳頭瘤病毒（HPV）檢測占全部婦幼健康分子診斷市場的一半以上，并且市場需求仍呈快速增長趨勢。

  宮頸癌是全球女性最常見的惡性腫瘤之一，發病率和病死率僅次于乳腺癌。HPV是引起宮頸癌的重要因素，宮頸癌HPV病毒核酸篩查能夠促進宮頸癌的早查早治。中國宮頸癌篩查的高端市場主要被Qiagen和Roche等跨國公司產品壟斷，國產HPV分子診斷試劑目前多采用分子雜交技術，存在自動化程度低、結果假陽性高的缺點。熒光定量PCR技術是HPV診斷領域的高端技術，國產品牌華益美生物較早推出了基于熒光定量PCR技術的人乳頭瘤病毒HPV核酸分型檢測產品，并應用于HPV核酸篩查市場。近幾年，隨著國家出臺兩癌篩查政策，進口四價、九價和國產二價HPV疫苗陸續上市，以及女性對宮頸癌預防意識的增強，HPV檢測需求量會有較大增長，HPV檢測市場有望進一步迎來蓬勃發展。

  我國分子診斷行業技術前沿

  （一）高通量測序：引領分子診斷走向高端

  自從2001年第一個人類基因組測序開展以來，基因組學的研究成果呈現出爆發式增長的態勢，而近幾十年隨著第二代高通量測序技術的出現，DNA測序技術使用變得快捷，成本也大幅降低，這使得高通量基因表達數據在醫療實踐中得以廣泛應用，尤其是在傳統診斷技術表現不盡如人意的罕見病治療中；加上醫療信息化的高速發展，催生了全新的醫療概念—精準醫療。

  傳統的診療方式都為“一刀切”式的，對于多數患者而言診療結果能夠讓人滿意，但對一部分特殊患者而言可能是無效的。區別于傳統的診療方式，精準醫療要求在面對患者時，充分考慮到生活環境、生活方式和基因表達的個體差異，在個性化醫療的基礎上以基因組等組學技術對不同狀態或過程的同一種疾病進行精準分類，為患者制定個性化治療方案或預防策略，以區別治療。這樣可以在最大程度上減小針對相似癥狀的特定治療方案對基因層面相異病變的患者所造成的傷害或者避免貽誤最佳治療時機。

  （二）NGS于腫瘤精準醫療領域中的應用

  現行的腫瘤篩查診斷技術存在著難以把握住癌癥診治過程中黃金階段（早發現、早診斷以及早治療）的問題，一般在三期甚至更晚期的癌癥階段才能做出診斷和相應的治療，造成診斷和治療的不徹底，同時難以完成原位癌位置的追溯。并且，在治療階段也無法通過靶向藥物的運用實現精準用藥，更無法在藥物治療產生耐藥性以后，完成藥物的及時更換，以實現更有效的治療和患者壽命的延長。

  自精準醫療概念出現后，經過十幾年的臨床實踐，精準醫療已經展現它在腫瘤治療上的巨大優勢，即針對患者的分子水平上的腫瘤特性，醫療人員能夠選擇特定的靶向治療方案提升患者生存概率并減少不良反應的發生。

  （三）NGS于無創產前檢測（NIPT）領域中的應用

  無創性產前檢測和有創性產前檢測是產前診斷胎兒染色體疾病的兩大類方法。其中有創性產前檢測仍是目前該診斷領域的金標準，但伴有流產風險，同時也會伴有羊水滲漏、宮內感染等風險。因此，目前僅對高風險、高齡妊娠或有遺傳病家庭史等情況考慮采用有創性產前篩查診斷。而主要基于對孕婦進行血清學檢測和超聲檢測等檢測方法的傳統無創性產前篩查診斷，雖可以規避對孕婦、胎兒造成危害的風險，但無法解決其靈敏度和特異性均有限的問題。

  二代測序技術（NGS）用于產前篩查與診斷，具有無創傷性、靈敏度和特異性好、操作簡單易行等優點。隨著NGS二代測序技術甚至納米孔三代測序技術的發展，基于測序技術的高通量分子診斷技術將在產前篩查與診斷領域得以廣泛應用。