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基因诊断（gene diagnosis）是以探测基因的存在，分析基因的类型和缺陷及其表达功能是否正常，从而达到诊断疾病的一种方法。它是继形态学、生物化学和免疫学诊断之后的第四代诊断技术，它的诞生与发展得益于分子生物学理论和技术的迅速发展。
1 传统诊断方法的缺陷
传统的疾病诊断方法大多为“表型诊断”，以疾病或病原体的表型为依据。而表型的改变在多数情况下是非特异的，出现的时间也较晚，易错过治疗的最佳时期。某些疾病本身不呈现显著的表型改变，用传统的检测方法易出现“假阴性”。另外，传统诊断方法费时，精确度低。
2 基因诊断的优点
基因诊断以基因作为检测对象，因而具有以下优点:（1）针对性强，特异性高。（2）标本用量少，来源广，灵敏度高。病人的血液、尿液和羊水脱落细胞以及头发等均可用以检测，由于基因体外扩增技术的发展，待分析的标本只需微量，目的基因只需pg水平。（3）适应性强，检测范围广。由于基因探针的来源种类较广，其探针序列可为已知亦可为一类特定的基因组，可为内源性基因亦可为外源性基因，在感染性疾病的基因诊断中，不仅可检出正在生长的病原体，也能检出潜伏的病原体，能确定以往感染，也能确定现行感染。对那些不容易体外培养和不能在实验室安全培养的病原体，也可用基因诊断检测，辅以DNA片段长度多态性分析，还可以对病原体进行基因分型。另外，基因诊断可用于研究基因差异表达，对有组织和分化阶段特异性表达的基因进行检测;还能对疾病的易感性、发病类型和阶段以及疾病的抗药性作出判断 ［1］ 。
3 基因诊断的技术方法
3.1 基因诊断中常用的分子生物学技术
3.1.1 核酸分子杂交 核酸分子杂交是指有互补序列的两条核酸单链在一定条件下按碱基配对原则形成双链的过程。包括Southern印迹法、Northern印迹法、斑点杂交和原位杂交等方法。
3.1.2 聚合酶链式反应（PCR） PCR技术是根据生物体内DNA复制的原理，在体外进行反复的DNA复制，使极微量的DNA扩增至常规方法就能检测到的量以便于检测，配合引物的巧妙设计，或对扩增产物进行限制性酶切，或作特殊的电泳处理，就能判断被分析的基因有无点突变、缺失或插入突变、被分析的DNA中有无某个基因的存在等。
3.1.3 单链构象多态性检测（SSCP） 单链构象多态性检测是一种基于单链DNA构象差别来检测点突变的方法。DNA经变性形成单链后，在中性条件下单链DNA会因其分子内碱基之间的相互作用，形成一定的立体构象。相同长度的单链DNA，如果碱基序列不同，形成的构象就不同，这样就形成了单链构象多态性。长度相同而构象不同的单链DNA在非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳中表现出不同的迁移率。
3.1.4 限制酶酶谱分析 基因突变可能导致基因上某一限制酶识别位点的丢失或其相对位置发生改变，以此酶消化待测DNA和野生型对照DNA，通过比较二者的酶切片段的长度、数量上的差异就可判断待测DNA的突变情况。
3.1.5 DNA序列测定 DNA序列测定是进行基因突变检测的最直接、最准确的方法。不仅可确定突变的部位，而且可确定突变的性质。
3.1.6 DNA芯片技术 DNA芯片技术是近年来兴起的基因分析与检测的新技术，以其快速、敏感、高效、平行化、自动化等特点，将发展成为新一代基因诊断技术。它是采用光刻合成或高速打印技术在硅片、玻璃或尼龙膜上制造的DNA微阵列。样品DNA/RNA通过PCR扩增、体外转录等技术掺入荧光标记分子，同DNA微阵列杂交后通过荧光扫描仪扫描和计算机分析，从而获得样品中大量基因序列及表达的信息。
3.2 基因诊断的策略
3.2.1 从基因产物入手 这是一种比较早期的诊断策略。首先分析异常基因的产物（蛋白质），并弄清是如何引起临床症状的。在纯化了该蛋白质以后，进行氨基酸序列测定，据此合成寡核苷酸探针，从互补DNA（cDNA）文库或基因组文库中筛选克隆，然后通过DNA序列分析确定导致疾病的分子缺陷。这种策略是由蛋白质至DNA，由表型至基因型。迄今分离的绝大部分分子病和遗传性代谢缺陷病如白化病、苯丙酮尿症（PKU）和镰状细胞贫血等的相关基因都是根据这一策略分离的。
3.2.2 从基因定位入手 根据遗传连锁图将致病基因定位在染色体的某一具体位置上，这种基因定位和克隆的策略称为定位克隆。比较正常和异常基因的差别，就可找出导致遗传病的分子缺陷，进而阐明正常和异常基因产物（蛋白质）的生理功能和病理效应。常用于染色体上基因定位的遗传标记有限制片段长度多态性（RFLP）、可变数目串联重复序列（VTR）、短串联重复序列（STR）及近年来发展起来的单核苷酸多态性（SNPs）等。
3.2.3 从比较正常和异常基因的差异入手 临床上较常见的一些遗传病如糖尿病、重度肥胖、哮喘、精神病等都是由多个疾病基因与有害环境因素相互作用的结果。比如，已定位的2型糖尿病易感基因有10多个，其中单个基因的作用是微小的，但存在累加效应。对于这些复杂遗传病，目前主要采用表型克隆方法进行诊断。表型克隆是将表型与基因结构或基因表达的特性结合起来，直接分离该表型的相关基因。这种策略既不用事先知道基因的生化功能或图谱定位，也不受基因数及其相互作用方式的影响。
4 基因诊断的临床应用
人类疾病都直接或间接地与基因有关。也就是说，基因变化是大多数疾病的主要病因。根据这一概念，人类疾病可大致分为3类:经典的单基因病（由一个基因位点上突变引起）、多基因病（如高血压、糖尿病和肿瘤等）和获得性基因病（即由病原微生物感染引起的感染性疾病）。因此，人们可以在基因水平上对大多数疾病作出诊断。利用基因诊断技术，不仅可以在DNA水平上检测与疾病相关的内源基因和外源基因的存在、结构变异及基因多态性，而且可以在RNA水平上检测致病基因的表达异常。
4.1 遗传性疾病的诊断 1976年美国加州大学旧金山分校的华裔科学家简悦威（Y W Kan）采用液相DNA分子杂交技术诊断α-地中海贫血 ［2］ ，从而揭开了分子生物学技术用于临床诊断的序幕。此后，基因诊断被广泛应用于包括地中海贫血在内的许多遗传病。
黎青等用裂口PCR（gap PCR）对227例经血红蛋白电泳、红细胞脆性等筛查后疑为α-地中海贫血患者进行检测，结果发现东南亚双缺失型突变杂合子106例，纯合子（Bart’s）12例，CS和血红蛋白H病分别1例和2例;同时又用反向斑点杂交（reverse dot blot，RDB）在129例疑为β-地中海贫血患者中检出了β-地中海贫血的16种突变的12种 ［3］ 。刘敬忠等用长距离PCR（LD PCR）结合基因多态性分析诊断了血友病A中高度异质性的Ⅷ因子（FVⅢ）基因突变 ［4］ 。苯丙酮尿症（PKU）是一种常染色体隐性遗传病，国内目前还不能普遍实行PKU的早期诊断和治疗。王修海等利用聚合酶链反应-短串联重复序列（PCR-STR）和聚合酶链反应-单链构象多态性（PCR-SSCP）技术对5个PKU家系进行了产前和症状前的基因诊断，其中4个家系得到明确诊断，诊断率达80% ［5］ 。
4.2 感染性疾病的诊断 我国是病毒性肝炎的高流行区。自1965年Blumberg在澳大利亚土著人血清中发现与乙型肝炎病毒（HBV）相关的抗原（澳大利亚抗原）以来，实验室检查，特别是基因诊断为肝炎患者或病毒携带者的检出作出了巨大贡献。Choo采用分子生物学方法获得了至今尚未培养成功的丙型肝炎病毒全基因序列，据此研制了检测试剂盒，并成功应用于临床，近年又提出亚型分析并用于指导治疗和流行病调查。在人类免疫缺陷病毒的研究 ［6］ 以及传染性非典型肺炎（SARS）研究 ［7］ 中，基因诊断技术又及时提供了大量重要信息，基因诊断技术对人类防治病毒性疾病提供了有力的武器。细菌和真菌的感染在临床上最棘手的问题是耐药，从分子水平上阐明耐药发生的原因，病原微生物在抗菌药物诱导下，如何通过基因突变而出现耐药表型是耐药研究的深层次问题，基因突变与其他耐药机理（如靶位、蛋白修饰、质粒传递、泵机制等）如何相互作用，这些方面的研究正方兴未艾 ［8］ 。
4.3 肿瘤的诊断 人体由于各种内在因素或外在因素启动了某些癌基因或使抑癌基因发生抑制，打破了正常的免疫监视和免疫识别，使某些细胞获得恶性增长能力，导致人体某些组织或器官出现肿瘤。目前对人体发生的肿瘤几乎全部进行过分子水平的研究，其中对血液系统和实体瘤的研究最为突出 ［9，10］ 。有学者认为，血液病特别是白血病的分型，必须依赖分子生物学技术，已成为常规诊疗手段 ［11］ 。
癌基因、抑癌基因及其产物（ras家族、C-myc、C-erbB2、 EGF、TGF-α、P53、MTS1等）作为肿瘤标志物在肿瘤诊断，检测肿瘤复发与转移，判断疗效和预后以及人群普查等方面都有较大的实用价值，而且在肿瘤发生和发展机理研究中也具有重要作用。同时也为临床肿瘤治疗提供依据及以其为靶，进行肿瘤的靶向治疗及免疫治疗 ［12～15］ 。
4.4 临床药学的应用 随着人类基因组计划（HGP）的完成，药物基因组学（pharmacogenomics）作为新兴学科在临床药学实践中发挥着越来越重要的作用。目前，利用基因诊断技术便可以分析出某一药物主要代谢酶的基因是否异常，从而客观、准确地了解这一个体在药物反应方面的特异性。日本学者给263例患者服用同一剂量的去甲替林，结果发现血浆中该药浓度的个体差异可高达100倍以上 ［6］ 。药效的个体差异来源于遗传类型的不同。基因诊断在药物基因组学中的应用使得包括药物浓度监测（TDM）、用药指导（包括个体医疗）以及新药3期临床的管理等工作发生巨大变化，日本学者对此进行了大胆尝试 ［17～19］ 。随着基因诊断技术（特别是基因芯片）准确性的提高、成本的降低、结果判定的加速，相信在不远的将来会用于日常药物治疗中。
4.5 其他应用 人体的多样性和个性取决于基因组DNA核苷酸序列的差异，即DNA的多态性。运用基因诊断技术可以搜录和分析DNA多态性，极大地推动法医生物学的发展。特别是第三代遗传标记———单核苷酸多态性的发现，使得人类的遗传变异研究更加精细。人的体型、长相约与500多个基因相关，应用基因诊断技术理论上可以揭示人的外貌特征、脸型、长相等。
利用基因诊断技术还可以对胎儿进行遗传病相关基因的监测及产前诊断，为优生优育提供有力保证;而且可以全面监测200多个与环境影响相关的基因，这对生态、环境控制及人口健康有着重要意义。
5 结语
基因诊断作为一种诊断手段具有划时代意义，把对疾病的研究引入到分子水平，极大地推动了医学的发展。但基因诊断并非完美无缺。
首先，基因检查是否一定为金标准。基因检查存在技术上的假阳性和假阴性，而且，基因异常与临床疾病并非一一对应。其次，基因诊断尚存在一些伦理学问题，如对身患绝症的患者做基因诊断是否符合医学伦理学要求，被诊断为基因缺陷患者如何得到法律保障，避免受社会歧视等问题。
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（收稿日期:2004-04-13）
（编辑李 木）
作者单位:518026广东省深圳市儿童医院检验科