基因测序肿瘤检测

　　（国家知识产权局专利分析普及推广项目基因测序课题组）

　　临床医生在肿瘤治疗中发现，人体肿瘤千差万别，即使是同一个部位的肿瘤，治疗效果和方法也应因人而异，这种因人、因病而采取的不同疾病治疗方法称为“个体化治疗”。因此在癌症治疗过程中，只有同病异治，因人而异，实施个体化治疗，才能针对不同类型的病人选择合适他们的药物。下图中给出的是在乳腺癌中HER2基因的表达量高低作为乳腺癌诊断以及指导用药的标志物。而随着人类基因组工程的完成以及新一代测序技术的应用，越来越多的肿瘤相关标志物被发现。这对将来实现肿瘤的个性化检测以及用药指导具有重大意义。对肿瘤基因检测领域的专利分析可以得出国际热点的肿瘤标志物的研究、专利布局，国际最新的肿瘤基因检测技术动态，为我国的肿瘤基因检测行业的发展以及肿瘤的个性化检测和治疗提供一定的指导和借鉴。

　　Part 1——行业现状
　　
　　肿瘤标志物的出现以及迭代是与检测技术相关联的，肿瘤标志物发展到从基因组到蛋白质组，从表达谱到非编码序列。随着技术的进步，不同的肿瘤标志物也在随着迭代更新，正如遗传图谱绘制中使用的遗传标记一般，不同技术水平的发展带了相应的肿瘤相关标志物，如限制性酶切片段长度多态性(reaction-restriction fragment length polymorphism，RFLP)、微卫星不稳定(microsatellite instability, MSI)以及单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms, SNP)。当然还有涉及在染色体水平和蛋白表达谱水平的标志物，如拷贝数改变(Copy number variation, CNV)、基因重排(gene rearrangement)以及蛋白表达量高低的改变。

　　目前，全球肿瘤基因检测的专利申请趋势呈现出两个波峰，即分别在人类基因组工程完成之后的几年以及在新的基因测序技术普遍应用之后的近几年。全球数据显示美国依然是肿瘤基因检测技术的主要技术产出国，而我国紧随其后，在专利申请数量上已经有了一定的积累。美国和中国类似的是申请人中高校和科研院所是这个领域的生力军，不同的是，我国相对缺少行业中的领头羊企业。
　　
　　我们对不同癌症的总申请量以及近十年的申请量增长率进行了分析，横轴表示申请总量，纵轴表示近十年增长率（利用2002-2012年数据，每年不同癌症的申请量相对于年代作图，用所得到的趋势线的斜率来表示不同癌症申请量的增长率），气泡的大小表示申请量的多少；可以清晰的看到乳腺癌的总申请量最多，并且乳腺癌近十年申请量的增长率也很高，因此我们选择了乳腺癌进行了相关研究。
　　　
　　我们还可以看到，针对肺癌的申请也越来越多，申请量的增长率甚至超过了乳腺癌，这提示我们也可以针对该适应症进行有关研究。
　　
　　Part 2——行业巨头
　　
　　罗氏在2005年的关注重心在肿瘤的诊断，2005年之后，罗氏的重心更多的倾向于预测治疗响应方面;而针对肿瘤的预后，罗氏的专利申请量较少。在中国的专利申请与全球范围内呈现了相似的趋势，罗氏主要针对肿瘤的诊断以及预测治疗响应进行了较多的专利布局，对于肿瘤的预后申请量相对较少，并且，2005年之后，在预测治疗响应方面进行了更多的专利申请。
　　
　　罗氏在成功收购了基因泰克公司后，一跃成为肿瘤基因检测领域的行业巨头，手中握有大量的与肿瘤相关的标志物，即靶点。上图显示出了对癌症诊断最广谱的靶点，包括SCRN1、FEN1、Seprase、SENP1和DPPIV/Seprase复合体；其中，SCRN1和FEN1对多达12种癌症都可以发挥诊断作用，Seprase可以诊断多达9种癌症，SENP1和DPPIV/Seprase复合体则分别可以诊断7种和5种癌症。
　　
　　由上图还可以发现，不同的靶点所针对的治疗剂种类并不完全一致，其中，bFGF和DLL4针对的是抗VEGF抗体、HER2/HER3&HER2/HER1复合物针对的是抗Her2抗体、GalNac-T14针对的是凋亡诱导剂、EGF针对的是Her二聚体化抑制剂，针对不同的治疗剂以及不同的适应症我们可以有的放矢的选择基因靶点进行检测。
　　
　　Part 3——他山之石
　　
　　高通量测序技术的应用作为他山之石，在近几年被多家初创公司用于肿瘤的个性化检测，即在降低成本的同时关注多个靶点，即在一次实验性检测中实现对于多种肿瘤多种基因靶点的同时检测，即构建基因panel。上图中即给出了本领域中的明星公司Foundation Medicine的专利布局以及技术发展路线，在构筑了基础专利后分别在非常见肿瘤的靶点以及常见肿瘤的非常见靶点中分别进行探索，这也算是一种快速拓展技术以及市场的途径。
　　
　　对全球的重点申请人分析发现，行业巨头——罗氏在肿瘤基因检测领域进行了大量的专利布局，涵盖了包括宫颈癌、乳腺癌、肺癌、前列腺癌和肝癌在内的多达20余种适应症，检测方向包括诊断、预后和预测癌症对治疗剂的治疗响应，靶点类型涉及了单位点检测、多位点检测以及在表达水平、突变水平和甲基化水平上对靶点进行检测。
　　
　　肿瘤基因检测Panel基本上是采取多个肿瘤相关基因进行组合，这种方式可以一次性对于多种肿瘤的多种基因进行检测，而靶点的选择基本上是基于现有技术已知的或者在基础研究中不断发现并证实的基因位点。面对国外申请人已经对肿瘤相关靶点进行了的大量的专利申请的局面，国内申请人可以从以下几点实现突破：
　　
　　（1）不同种族以及不同生活习惯会导致基因突变出现差异性，或者相同的基因在不同的位置发生突变；
　　（2）依托于NGS技术的肿瘤基因检测仍处于刚起步的阶段，进一步开发针对特殊类型样本（微量FFPE，穿刺组织，血浆循环DNA等）的实验处理方法；而在分析方法上，由于测序结果是大数据量的初步结果，需要进行后期加工处理才能给出具有实际意义的序列信息，因此，在具体的分析方法和算法上也需要更加的灵敏准确。