半部体外诊断史：两次革命探寻新突破，第三次革命是否正在赶来的路上？

美国血液检测企业“西拉诺斯”创始人——伊丽莎白·霍姆斯，开创指尖取血便能轻松检测癌症和高胆固醇血症等多种疾病的颠覆性血检专利技术，可谓“体外诊断”技术之光，该技术一面世即获大批资本追逐，一度炙手可热。伊丽莎白·霍姆斯也凭此封神“女乔布斯”。

然未见神话落地，已先闻牢狱之信。

2016年，西拉诺斯血检执照被吊销，其本人身价也从《福布斯》45亿美元之巨直接到0底线，霍姆斯本人也被指控技术言论造假，误导投资者，合谋诈骗，接下来可能面临最长20年有期徒刑。

一时间神话破灭，身家跌破，牢狱之灾尚在眼前。

体外诊断的先锋被推上风口浪尖，技术界与资本圈突然束手，体外诊断前景突暗，一直被看好的体外诊断风口就此转入迷局。

但是，与之同期的泛生子联合创始人兼首席科学家阎海教授却深耕癌症精准医疗/诊断领域，并在2021年8月因其对恶性胶质瘤中代谢酶IDH1和IDH2突变的研究贡献荣膺Max Planck学会授予的国际转化神经科学奖。该奖项为转化神经科学领域最具盛誉的国际奖项之一；消息一出，整个圈子再次为之一振。

一明一暗的对比不禁让人心生疑惑，体外诊断携手精准医疗的路“在何方”？该领域的“掘金”之凿又该如何落下？

那就要从体外诊断的发展史来说起。

体外诊断（In Vitro Diagnostics，IVD）技术新兴，大有家喻户晓之势。据国家食品药品监督管理局(CFDA)以及美国食品药品监督管理局（FDA）给出的定义，体外诊断是在人体之外，通过对人体样本（血液、体液、组织等）进行检测而获取临床诊断信息，进而判断疾病或机体功能的产品和服务[1]。

虽然真正能给予临床诊断重要帮助的实验室检查的兴起不过数百年，但公元前430年，希波克拉底提倡以尿检诊断疾病以来，体外诊断已然走过2000多年的时光[2]，其中情节蜿蜒曲折，着实值得再回溯。

早期的体外诊断始于希波克拉底的尿检被不断发扬光大。到公元1300年左右，尿检变得如此广泛，以至于它在欧洲医学中几乎达到了普及的地步[3]。

但受限于检查方法，这期间体外诊断的发展并不一帆风顺，人们对于实验生理学创始人--盖伦的崇拜使得欧洲医学的创新和发展停滞良久。

之后显微镜的发明真正推开了通往无形世界大门。

1590年，荷兰显微镜学家列文虎克利用自己制作的显微镜第一次观察到了微生物，并出版了第一本显微细菌绘图。70年后，意大利显微镜专家马塞洛·马尔皮吉通过显微镜观察到了血液中的红细胞[4]，至此开辟了细胞形态学检查先河，奠定了医学实验的基础。

然而，体外诊断技术的第一次革命性进步，并非来自于微观世界，依旧和尿检脱不开关系。

英国医生Thomas Willis第一个注意到了糖尿病病人的尿液具有特殊甜味，为糖尿病的鉴别和诊断确立了原则；而后荷兰人Frederik Dekkers在1694年观察到含有蛋白质的尿液在用醋酸煮沸后会形成沉淀，尿液与肾脏功能的羁绊就此形成，尿液分析变得更加科学和有价值[5]。

化学技术的发展为推动了体外诊断技术革命性改变。至此，体外诊断不再局限于对样品的单纯观察和描述，人们开始使用化学方法去识别和诊断疾病，实验室检验的内涵得到真正意义上的丰富，拥有更直观的临床价值。

酶学的肇始，意味着从观察、描述的定性分析到运用化学方法的定量分析，缓慢发展了2000年的体外诊断技术，终于迈上了快车道。

18世纪，体外诊断的发展迎来了二次革命--酶学技术的发展。

18世纪后期，科学家们预测了血凝酶、胃蛋白酶的存在[6]。

在不久后的1833年，法国学者培安和培洛里发现淀粉酶，德国科学家施旺在1836年发现了胃蛋白酶；20世纪后，科学家们陆续提取出多种酶的结晶，并发明了多种酶的检验方法，如淀粉酶、酸性磷酸酶、血清肌酸磷酸激酶、血清乳酸脱氢酶，以及天冬氨酸转氨酶等等。

“酶”的发现，以及酶学检验技术的发展对体外诊断技术发展的贡献无疑的巨大的，科研家们通过这类直接参与生物催化作用的物质，可以更好地对人体的健康状况进行判断。

可以说阎海教授的卓越成就，正是得益于“酶及酶学”的发展。

与此同时，20世纪免疫学的发展和免疫技术的应用再次为体外诊断技术注入了新的活力。

免疫扩散原理的发现，使得科学家们可以基于抗原-抗体结合的原理开发多种检验技术，对机体的免疫功能、自身抗体、肿瘤标记物以及感染性疾病标志物进行检测。

1950年，美国化学家耶洛和贝尔森发明了放射免疫分析法（radioimmunoassay, RIA），并于1959年发表了内源性血浆胰岛素的测定方法[8]，耶洛也因此获得了1977年的诺贝尔医学与生理学奖。

放射性污染对于不可避免人体的伤害最终决定它只能走向衰落。取而代之的是酶联免疫技术(Enzyme-linked immunosorbent assays, ELISA)，由于该方法的通用性和无污染，至今都在广泛应用[9]。

值得一提的是，在20世纪中到后期，多种肿瘤标志物，如甲胎球蛋白，血清肿瘤标志物CA-72、CA199、CA125被陆续发现，进一步丰富了体外诊断技术的武器库[10]，早癌筛查的面纱逐渐被掀开。

但体外诊断真正进入新纪元，却是得益于分子诊断技术的迅猛发展。

20世纪中期，沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型, 为分子生物学的发展和分子诊断技术的进步奠定了坚实的理论基础。

此后，测序技术的发明使得人类基因组测序成为可能，之后基因技术的发展势头迅猛，科学家仅用短短的十年时间就敲开了人类基因组的大门，分子诊断和精准医疗的崛起，势不可挡。

作为体外诊断最重要的领域之一，分子诊断技术基于分子生物学的技术和方法，通过对检测患者体内表达水平的变化或遗传物质的结构进行检测，从而做出诊断，其发展大致可以分为四个部分[2]：

1.1980年前后，对遗传类疾病病的DNA检验；

2.1990年，基于PCR技术，特别是荧光定量PCR技术的分子诊断；

3.基于生物芯片技术的高通量、多指标的分子检测技术；

4.基于二代高通量测序技术的分子诊断技术。

随着分子诊断技术发展成熟，当前分子诊断技术在遗传病和肿瘤的早期筛查和诊断中发挥了重要的作用。

通过检测人体特定液体（如血液、唾液、尿液或脊髓液等）中游离的癌变细胞或其生物标志物的液体活检技术已经成为了医疗机构广泛使用的癌症早筛技术[11]。

当前癌症的液体活检技术主要包括循环肿瘤细胞(circulating tumor cells，CTCs)、循环 DNA（circulating free DNA, cfDNA）/循环肿瘤 DNA(circulating tumor DNA，ctDNA)、外泌体(exosomes)等等，前两者当前的应用较多，外泌体则仍处于临床早期。

其中，循环肿瘤细胞检测是通过检测外周血中循环肿瘤细胞数量，来预知肿瘤的风险，预测癌症预后，表征治疗结果，甚至还可以用于了解继发性肿瘤部位形成的机制等。

ctDNA技术相较于CTC技术，应用更加广泛。顾名思义，ctDNA来源于CTC细胞，是破裂的CTC的DNA片段，通过对ctDNA进行检测，可以有效检测非小细胞肺癌、乳腺癌、结直肠癌、皮肤癌等常见肿瘤，总体上看ctDNA分离难度较低，易富集，适合于癌症等疾病的早筛。

外泌体是活细胞分泌的携带蛋白、核酸、代谢物等组分的囊泡，相较于前两者，外泌体作为液体活检的新型标志物，相关产品相对较少，还未被广泛应用，但外泌体具有信息全面、含量高等优点。

除癌症早筛，相关研究还表明基于二代测序的分子诊断技术可提高新生儿罕见病诊断效率。一项发表于《加拿大医学协会期刊》的研究表明， 20名患有复杂疾病的新生儿中，二代测序的诊断率为40%，其中分子诊断直接影响了2名婴儿的医疗管理[12]。

分子诊断的应用不限于上述案例，基于二代测序的宏基因组测序也开始在分子诊断领域大放异彩，特别是肠道微生物组的研究。

随着研究的推进，通过高通量测序科学家们发现长寿与肠道微生物存在一定的关系，人肠道微生物组的独特性与这些微生物产生的循环到血液中的氨基酸衍生物强烈相关，这一结果为长寿、健康的管理引入了新理念[13]。

上述研究中，研究人员分析了来自三个独立队列，9000多人的肠道微生物组、表型和临床数据。

结果表明，从中年阶段（40-50岁）起，年纪越大一个人的肠道微生物组越独特，这或许预示着我们可以根据肠道微生物的组成来评估个体的健康状况。

事实上，随着分子诊断的发展和应用，当前体外诊断越来越倾向于简易化和个人定制化。其中个人定制化的延伸，也就是当前十分火热的“精准医疗”。通过分子诊断结合生物信息大数据的分析，精准医疗完美的致力于不同患者定制最“个性化”的治疗方案。

精准医疗作为一项新的医疗模式和概念，其发展早已大势所趋。

2015年初，美国前总统奥巴马在国情咨文演讲中提出了“精准医疗计划”，拟投入2.16亿美元推动其发展。

2015年3月11日, 我国科技部召开国家首次精准医学战略专家会议，决定到2030年将在精准医疗的发展上投入600亿元人民币。

所以，精准医疗的发展与爆发只是时间问题。

当前形势下，分子诊断的最新进展和应用如何？精准治疗又可能如何破局？

2021新原力论坛Session B “体外诊断技术在精准医疗中的应用”，将对上述问题进行深入的讨论，期待您的关注。