检验医学新技术助力遏制细菌耐药与肺癌精准防治

文图/《中国医药科学》 潘 锋

由中华医学会、中华医学会检验分会主办，湖南省医学会承办的“中华医学会第十七次全国检验医学学术会议”于2023 年3 月30 日至4 月1 日在长沙举行，本次会议涵盖了临床检验和实验室管理各领域的最新研究成果和发展趋势，与会学者分享了遏制细菌耐药和肺癌精准防治领域的检验医学新技术新成果。

检验医学服务临床诊疗精准化

中国工程院院士、中国医科大学附属第一医院院长尚红教授在题为“我国检验医学发展与挑战”的大会报告中，对检验医学在临床各学科疾病诊治、疗效监测、预后评估和应对突发重大公共卫生事件中的重要支撑作用等进行了深入阐述，对检验医学创新发展能力、多元化人才培养体系等进行了剖析总结。

尚红院士指出，检验医学服务于临床，是临床各学科疾病诊治的支撑，其质量和发展水平直接影响到诊疗能力。近年来，检验医学学科发展迅速，呈现从检测标本为中心向以疾病和患者为中心的发展规律的转变，需要根据学科发展自身需求和经济社会发展的需求，进一步探索新的标志物和新技术新方法，并最终实现更准、更早、更快、更省的检验诊断。当前检验医学的发展仍面临挑战，仍有许多亟须解决的问题，如精准化、智能化及本土化技术发展不足，检验标准化及同质化仍有待提高，人才培养及梯队建设仍需加强等。检验医学发展需要进一步提升新技术、新项目的开展及规范化程度，推进“中国制造”，协同创新，探索并完善两翼人才培养及梯队建设。

尚红院士认为，经过多年的发展我国检验医学取得了非常显著的成绩，在重大公共卫生事件中发挥了重要支撑作用，为疫情防控提供了重要的实验支撑，构建了新发突发传染病病原体鉴定与检测的体系。我国检验医学发展要根据临床疾病诊治的要求和国家全民健康战略需求，全面推动检验高质量发展，提升中国检验的影响力和辐射力，为实现全民大健康战略目标保驾护航。

人体蛋白质组导航计划启动在即

中国科学院院士、中国人民解放军军事科学院贺福初教授在题为“人体蛋白质组导航计划”的大会报告中，对肿瘤蛋白质组分子分型研究进行了深入阐述，对蛋白质组学应用于早期肿瘤治疗性靶标发现与验证进行了详细介绍，展望了蛋白质组学驱动精准医学的前景。

贺福初院士介绍，蛋白质是生命的物质基础，与各种各样的疾病息息相关，系统全面地了解人体蛋白质不仅能帮助理解生命，还可以帮助攻克许多疑难疾病。人体蛋白质组导航计划（Proteomic Navigator of the Human Body，简称π-HuB 计划）是中国科学家主导发起的一项重大科学计划，旨在解码人类蛋白质组，寻找新的蛋白质型，探索全新的理论，从而利用蛋白质组学技术、大数据分析、互联网云计算、数据挖掘、机器学习和人工智能等建立“人类生命健康共同体”。

2022 年12 月30 日，π-HuB计划启动前期工作座谈会在广东召开，科技部副部长张广军，广东省委常委、副省长王曦，以及钟南山、贺福初、王辰、徐涛、张玉奎、陈香美、鄂维南、高福、乔杰、樊嘉、宋尔卫、李明等15 位院士及相关专家出席会议。张广军表示，要把人体蛋白质组导航国际大科学计划建成开拓生命科学知识前沿、揭示生命本质、探索未知生命世界和解决全球性重大健康问题的有力工具，此次会议的召开意味着π-HuB 计划将在不久的将来正式启动。

2018 年，国务院印发《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》，方案指出要聚焦国际科技界普遍关注、对人类社会发展和科技进步影响深远的研究领域，集聚国内外优势力量，积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程，着力提升我国战略前沿领域创新能力和国际影响力。π-HuB 计划将成为我国科学家积极牵头组织的国际大科学计划之一，贺福初院士为该计划首席科学家。目前，π-HuB 计划组建了一支由生命组学、临床医学、数据科学、人工智能等领域的20 余位两院院士领衔的顶尖人才团队，并得到了国内外科学界广泛响应和支持，该计划已获得100 多位顶尖科学家的支持，其中包括来自20 个不同国家的多位诺贝尔奖获得者，已有数十个机构、大学签署了谅解备忘录，有意愿参与这一国际大科学计划。π-HuB 计划将是一个宏伟的大科学计划，为了有效地推进和落实π-HuB 计划的各项工作，目前已成立了战略指导委员会、管理委员会、科学委员会、执行委员会和国际计划实施总部。

贺福初院士介绍，π-HuB计划期为30 年（2023—2052 年），项目将分三个阶段推进，每10 年为一个阶段。第一阶段是平台建设与数据积累（2023—2032 年），第二阶段是知识发现与理论整合（2033—2042 年），第三阶段是范式建立与应用推广（2043—2052 年）。π-HuB 计划设定了四大目标：一、将人体解剖成蛋白质组数字参考空间的层次结构（从组织/器官到单个细胞）；二、追踪以蛋白质为中心的谱系轨迹，包括发育、健康老龄化、复杂疾病进展、共生体适应、营养和环境等；三、建立一个计算模拟元智人的框架，这是一个虚拟的状态空间，由虚拟增强的生理表型和细胞、体液、组织和器官上的数字现实融合而成；四、研究癌症、神经退行性疾病等重大疾病在进展和发展过程中的蛋白质组学变化，作为“参考空间”导航，引导人体远离疾病、亚健康，保持健康状态。

贺福初院士介绍，对蛋白质组学的系统研究缘起于20 世纪90 年代初期，当时研究人员已经意识到虽然人类基因组计划即将完成，但基因组相对来说比较稳定，而蛋白质组在与基因组相互作用过程中会不断发生改变，生命体在其机体的不同部分以及生命周期的不同阶段，蛋白表达可能存在巨大差异，因而能更好地反映一个人的健康或疾病状态。2003 年人类基因组计划正式完成之际，国际人类蛋白质组计划（HPP）也随之启动，该计划旨在对蛋白质组进行系统深入的研究，和基因组计划研究成果协同合作，真正实现疾病的精准诊断和治疗。HPP 计划旨在进一步揭开生命的神秘面纱，并计划于2020 年完成涵盖超过90%的人类蛋白质。但即使这样，人类对蛋白质的了解依然只是触碰到了冰山一角，还有许多未被充分研究的蛋白质，2022 年年初包括中国在内的六国科学家联合发起了“未充分研究蛋白质计划”。我国科学家领衔发起并主导π-HuB计划，将进一步改变由基因组学驱动的生物医学发展态势，为我国引领全球生物医学研究奠定基础，所取得的研究成果将造福全人类健康。

探索遏制细菌耐药新机制

大会共同主席、中华医学会检验医学分会前任主任委员、解放军总医院第一医学中心王成彬教授等报告了“肺炎克雷伯菌头孢地尔耐药性的研究”。近年来，临床碳青霉烯耐药的肺炎克雷伯菌的检出率不断升高，有限的治疗药物给临床带来了极大的困难。头孢地尔是一种新型五代头孢菌素，对碳青霉烯耐药的肺炎克雷伯菌有良好的抗菌活性，该研究旨在探讨肺炎克雷伯菌对头孢地尔的耐药机制，寻找头孢地尔的耐药靶点，为开发新的药物及遏制耐药性的发生提供依据。

研究发现，肺炎克雷伯菌对头孢地尔耐药后生长速率降低，生物膜形成能力减弱；发生上调蛋白 507 个，下调蛋白428 个。研究人员认为，肺炎克雷伯菌对头孢地尔耐药后生物膜形成能力减弱，碳氮及腺苷三磷酸（ATP）代谢能力降低，铁转运相关蛋白下调，ABC 转运体通路及两组分通路共同调节了肺炎克雷伯菌对头孢地尔的耐药性。

王成彬教授还报告了“NDM-5 肺炎克雷伯菌美罗培南和多黏菌素体外诱导株的分子特性及其相关性研究”。该研究旨在探讨体外诱导美罗培南和多黏菌素耐药NDM-5 肺炎克雷伯菌的适合度代价，分析诱导株的分子特性，为开发新的有效抗菌药物提供理论依据。研究人员成功诱导了两株菌，其对多黏菌素由敏感到耐药，对美罗培南耐药性进一步增加。诱导株与原始株相比，对临床其他常用抗菌药物的药敏未发生明显变化；24 h 生长速率降低；体外竞争能力降低；NDM 基因表达量增加；与生物膜形成相关的三个基因（bsmA、fimI、yjfN）在两种抗菌药物诱导后均发生突变。研究结论认为，肺炎克雷伯菌经美罗培南及多黏菌素诱导后会出现一定的适合度改变，碳青霉烯耐药表型与NDM基因表达量呈正相关性，抗菌药物条件会影响细菌生物膜形成相关基因（bsmA、fimI、yjfN）的表达，进而改变细菌的耐药性。

实现抗菌药物敏感性快速检测

抗菌药物的敏感性是由抗菌药物暴露的表型反应所决定的，是临床决策治疗多种尿路致病菌和鉴定耐药标志物的关键。传统的金标准培养法检测药敏均要依赖于耗时的细菌分裂增殖过程，只能反映细菌的生长；而基于群体耐药的基因检测等分子诊断技术也仅能推断耐药可能性，无法准确反映耐药表型。南方医科大学珠江医院检验医学部主任周宏伟教授等报告了“基于单细胞拉曼的尿路致病菌耐药表型与基因型测定方法”。

周宏伟教授介绍，单细胞拉曼光谱以免标记和非侵入性的方式，根据细胞特征的“生化指纹”图谱来快速识别病原体。同时，因重水标记呈现的拉曼光谱中氘峰替换率与细胞代谢活性线性相关，可实现细菌耐药性快速检测及其细胞间异质性分析。但由于微生物多样性、临床样本基质的复杂性以及低细菌负荷，直接从临床样本检测药敏仍然存在巨大挑战。此外，单细胞异质性耐药也一直未在临床样本中被证实，因此建立单细胞精度的耐药表型与基因型耦合的研究方法，对于探究原位临床样品中耐药产生原因及其传播机制至关重要。

研究人员以全球首台“临床单细胞拉曼药敏快检仪”（CAST-R）在尿路感染致病菌中的应用为切入点，结合卷积神经网络建立了13 种常见模式菌分类模型及方法，平均分类准确率为 94.7%。基于重水标记拉曼技术结合重水延迟效应及相对代谢活性指标，建立了大肠杆菌针对左氧氟沙星的快速药敏快检方案及评价阈值，实现了在3 h 内临床尿液样本原位药敏快检，这种快速、精确和完整的解决方案为个性化制订制抗菌药物治疗方案和改进抗菌管理奠定了基础。

生物信息学分析为肺癌精准治疗提供指引

厦门大学附属第一医院检验科洪国粦等报告了“基于微流控技术的肺癌循环肿瘤细胞检测及其在诊疗中的应用研究”。原发性肺癌是常见的恶性肿瘤之一，发病率和病死率居恶性肿瘤之首。肺癌的主要亚型为非小细胞型肺癌（NSCLC），约占80% ～85%，且大多数患者确诊时已经处于中晚期。随着人们对肺癌驱动基因的发现和相应靶向药物的研究与应用，肺癌治疗模式已进入分子靶向治疗时代。以表皮生长因子受体 （EGFR）和间变淋巴瘤激酶（ALK）为靶点的药物的临床应用，对于NSCLC 患者个体化治疗具有重大意义。

洪国粦介绍，液体活检（liquid biopsy）是指从体液中获得来源于组织的生物标志物，并通过对所采集到的标志物的分析来获取来源组织的相关信息。相比于传统的活检技术，液体活检的优势在于快速、方便、侵袭性小、可重复操作并能够密切监测肿瘤对治疗的反应以及预测肿瘤的复发。循环肿瘤 DNA（ctDNA）是死亡肿瘤细胞释放出的核酸物质，在肿瘤早期释放量少，所包含信息有限；外泌体是肿瘤细胞释放的小囊泡，包含肿瘤细胞的DNA、RNA 和蛋白组，现有基础研究少，临床意义有限。循环肿瘤细胞（CTCs）可以提供肿瘤病灶的基因组变异、mRNA 表达异常、细胞形态与功能等信息，是一个能够更加全面、系统地反映整个肿瘤发展进程的液体活检指标，也是一个极具潜力的检测靶标。研究人员拟采用的方法是发展基于微流控技术的肺癌循环肿瘤细胞液体活检技术，利用该技术对循环肿瘤细胞进行捕获、计数及分析，用于肺癌患者靶向治疗的用药指导，预测靶向治疗疗效和监测复发。

随着临床实验室自动化、信息化的迅速发展，自动审核已成为提升实验室检测质量与效率的重要手段，是实验室从信息化、自动化走向智能化的关键之一。四川大学华西医院实验医学科副主任江虹教授等在“利用生物信息学技术初步筛选肺癌诊疗的潜在生物标志物”的研究中介绍，利用生物信息学方法分析肺癌组织与正常组织之间差异基因的表达，可有助筛选并评价肺癌相关分子标志物，挖掘潜在的肺癌诊疗靶标。