生物標志物biomarker檢測技術進展（二）

生物標志物檢測的創始：免疫組織化學

人類最早是在組織樣本中實現了生物標志物的檢測。組織特異性的標志物在現代醫療中被經常用來研究腫瘤等疾病中的病理變化。最經典的被轉化醫學成功應用于組織中標志物檢測的方法是免疫組織化學（Immunohistochemistry），特別是在肺炎中的早期應用。免疫組化技術在1940年代發明時^[1]，初衷是證實病原體的存在部位，例如肺炎球菌II型和III型多糖在鼠中的定位。過氧化物酶標記技術在1979年成熟，免疫組化的靈敏度被顯著提高。帶來的直接益處是福爾馬林固定石蠟包埋（FFPE）組織切片的免疫組化檢測。多數情況下免疫組化使用酶聯抗體來進行顯色反應，并通過顯微鏡鏡檢。盡管在醫學檢驗中使用廣泛，但這項技術仍然存在瓶頸：需要非常專業的操作人員和極為嚴格的標準，還僅能得到半定量的結果。近些年來專家致力于免疫組化的標準化和自動化。但要在全世界各地的實驗室實現非常一致的免疫組化，并且在假陽性或假陰性等區分度方面達到一致的判別標準，還面臨眾多的困難，爭論和挑戰。人們對免疫組化應用于標志物檢測的展望包括提高靈敏度以檢測低豐度蛋白，較好的動態檢測范圍，更高的空間分辨率以判別標志物表達的細胞類型甚至是細胞器類型。另外，免疫組化在多重性，絕對定量以及特異性方面的需求還沒有得到有效滿足。

生物標志物的應用關鍵：體液樣本檢測

生物標志物近年來引起了極大的關注，因為有大量在血漿或血清中的蛋白標志物被鑒定。盡管這些蛋白有較高的轉化醫學價值，但現有技術的檢測靈敏度或檢測能力仍然是主要的制約因素。事實上在過去長達15年時間里，平均每年進入臨床應用的新的生物標志物僅為1-2個。在平臺的選擇方面，靈敏度并不是唯一的考量，準確性，可重復性，動態檢測范圍大小以及樣本通量決定標志物檢測能力。由此也不難理解為什么質譜技術在體液樣本檢測中的應用不廣：質譜最主要的缺陷是不適合復雜樣品的分析，特別是體液樣品，體液的樣本除了成分復雜，更有巨大的動態范圍。

在血清和血漿這樣的生物樣本中檢測蛋白標志物，動態檢測范圍是區分度的關鍵。不僅個體間同一指標可以出現幾十倍甚至上百倍的產別。同一份樣本里的不同標志物更是可以達到10個數量級的差別。例如白蛋白含量大約在30-50mg/mL，而細胞因子可低至pg/mL. 而潛在的大量新型生物標志物甚至會遠低于已知標志物的表達水平（新標志物常表達量較低，因而未被傳統技術檢出）。血清和血漿樣本因其容易獲得性，一直被當做最理想的生物標志物樣本。但由于血液循環系統的稀釋作用，血液樣本中的蛋白標志物通常含量極低，需要高靈敏度的技術才能有效檢測。

總體而言，對于體液樣本的檢測，人們需要較高的靈敏度來檢測表達含量很低的樣本。同時，盡可能擁有較寬的動力學范圍來適應樣本的濃度差異。盡管很多研究者可能認為現有傳統技術已經可以很方便地測定一些常規的生物標志物，但事實上人們還是會經常發現有重要的標志物無法測得，并且根據數據結果較輕易相信樣本中不存在目標分析物。在意識到現有技術其實不能充分檢測樣本中含量較低的分析物之前，重要生物學現象的發現機會就已經錯失了。關于這一點在后文的篇幅中將做簡明扼要的討論。多重生物標志物檢測（Multiplex）技術的興起和發展使得研究者更容易利用有限的樣本和經費做出科研發現，受到廣泛的歡迎。但不論哪種平臺，多重檢測與生俱來的檢測指標間相互干擾的問題很難避免，在涉及超高靈敏度檢測需求時這種干擾經常大到無法被研究者忽視。這也解釋更前沿、對數據要求更高的工作，例如藥物研發，通常不把多重檢測技術當成首選方案。