臨床診斷實驗的發(fā)展歷史--譯文概要

1、臨床診斷實驗的歷史發(fā)展1介紹隨著臨床診斷實驗進入21世紀，它反映的過去影響實驗室地位 的科學、社會問題及預測未來的問題和機遇是有趣的。 將所有影響當 前實驗室功能的重大醫(yī)療和社會事件都在一個簡要的介紹性章節(jié)中 討論或評價是錯誤的。 也有可能錯誤地擴大這些事件的影響僅因為帶 有21世紀的偏見來解釋這些。然而，一些共性的線程卻影響著早期 診斷實驗室的發(fā)展。 以我之見， 本章著重講述在醫(yī)學領域臨床實驗是 如何及為何能達到目前狀態(tài)的重大事件。診斷檢測的歷史是從孤立的程序開始到有組織的診斷實驗演化 過程。起初，診斷檢測就是在病人一旁，用小的、簡單的設備做的檢 測，并且快速評價檢測結果，給出診斷建議。實驗

2、選擇、性能和解釋 都有實驗者說了算。 在完成這個過程中， 沒有任何專業(yè)技術人員協(xié)助。 因為個人的成功直接關系到程序進行， 并以何種方式進行， 實驗者缺 很少交流。獎金補貼不僅要看表演技巧也要看治愈結果?，F(xiàn)代實驗室是一個物理空間， 無論是獨立的還是作為醫(yī)療機構的 一個部分， 而且有很多固定設備， 每天有上百有時甚至有上千的標本 被檢測數十次。通常情況下， 實驗室接受教學和研究責任伴隨這病人 提供的服務的義務。 今天的實驗員都是經過專業(yè)訓練的， 以便在對檢 測結果進行會診。 這種結構強調了當前現(xiàn)代實驗室操作的復雜性。 隨 著專業(yè)機構，會議和出版物的越來越多，使信息交流更便捷，高效。這種交流對保障護

3、理水平也是有必要的。 原本支持實驗技能表現(xiàn)的系 統(tǒng)被僅依科學為基礎的醫(yī)療實踐所替代。今天的實驗室處在不斷變化的狀態(tài)， 面臨一些臨近病人檢測、 擴 展服務、利用率、廣泛的監(jiān)督以及嚴格的財政控制等問題。前三個問 題都讓人想起早期的診斷測試。實驗室組織已經取代單獨的從業(yè)者， 但實驗檢測卻又回到了近病人檢測、擴展服務上來了。過去，很少有 人提到使用診斷檢測， 然而，今天委員會和組織致力于提高的實驗室 診斷 這是分子診斷發(fā)展簡要?；仡櫄v史可以給我們一些關于過去活動和目前實踐之間的相互關系和相似性。 被認為是新問題和機遇的 事情可以追溯到過去?，F(xiàn)代實驗室發(fā)展過程中， 需要一些條件。很明顯，技術是在醫(yī)學 進

4、步的主要力量， 它是一柄雙刃劍。技術的優(yōu)點：只有技術進步才能 產生了解和治療疾病所需的精密儀器。它的缺點：越復雜，護理成本 越高。其它涉及到可用性和倫理的社會問題比過去顯得更加突出。 對 現(xiàn)代醫(yī)生來說，血管造影，計算機輔助斷層掃描（CAT）,器官移植和DNA分析是幾個昂貴但很有用的診斷技術。何時使用、哪些病人 適合使用、結果如何處理等這些問題困擾著21世紀的診斷實驗室。當前技術的另一結果是它省去了醫(yī)生的大量檢測實驗和程序。 執(zhí) 行這些和其它程序所需的技能再加上高昂的設備使主治醫(yī)生不能從 事實驗員這一職位。第二個必須滿足的條件是后勤保障。 實驗室測試方便, 所涉及到 的收集、保存、檢測、報告在病

5、人和醫(yī)生之見必須容易和快捷方便。 隨著需要提供服務的資源越來越多，這一實際結果使實驗室不斷滲 透。起初，這些資源是人還包括把樣品運往基層實驗室，后來變成多 個采集地點、快遞服務、機械加工和電子報告。這些后勤問題直接導致了實驗室發(fā)展的第三個條件： 經濟學。以 經濟上的考慮包括兩個部分。 其一，實驗室服務對訂貨醫(yī)生來說在經 濟上是可行的選擇。 在診斷實驗室相關檢測上， 服務必須以醫(yī)生不得 有成本或收入的重大損失的方式交付。 其二，必須有一個機制來支持 實驗室測試的成本。很快后者問題就得到了解決-第三方報銷系統(tǒng)。 作為20世紀的社會改革計劃之一，廣泛的保險為病人醫(yī)療服務費作 隱形支付。 如果不進行適

6、當控制， 報銷系統(tǒng)會促進該技術更廣泛的應 用，為大部分人服務成為可能。 將最好的技術服務于每一個人對于每 個檢測中心都是一種激勵。這一章節(jié)重點介紹一些歷史事件和實踐， 體現(xiàn)了分子診斷學的發(fā) 展。這里羅列出來的事件不是絕對意義上的實驗室醫(yī)療實踐， 但這些 事件卻顯示出分子診斷從概念到今天的實驗室診斷的演化和發(fā)展， 還 包括一些可能是分子診斷的萌芽發(fā)展事件。2早期的醫(yī)學很久以前就有實驗室， 它作為一種對病人進行評估活的實踐活動 而存在的。早期的衛(wèi)生保健服務者（不是所有的醫(yī)生）試圖通過各種 手段來確定病人的健康狀態(tài)。診斷和處方治療并不總是準確和科學 的。這一過程是出于利他主義、虛榮、貪婪、科學思想、

7、哲學和宗教 法令的組合。 這并不意味著所有的都是騙術和咒語。 有醫(yī)學價值的是 那些為合法化的診斷醫(yī)學奠定基礎及其以后的支持功能的， 其中之一 就是臨床實驗室。醫(yī)生在古代面臨一大障礙是實現(xiàn)創(chuàng)傷性手術是非法的。 可以觀察 觸摸病人， 但可以取走的僅僅是從身體上自然獲得的樣品。 由于這些 限制，在很長的一段時間內，把尿被作為樣品進行評估。一些證據表 明：早在公元前4000年，蘇美爾人和巴比倫人利用尿液進行診斷 （1）。 妊娠的診斷很可能是由古埃及人使用女人尿液使發(fā)芽種子來確定的 （1）。印度醫(yī)學描述帶有甜味的尿液灑在地上會吸引黑蟻（2）。希波 克拉底（公元前460-355年）描述了病人尿液的特征和顏

8、色，并提到 長期腎臟疾病患者尿液中存在泡沫（2,3）。在接下去的600年里，對 尿液的研究進展緩慢。伽林（公元129-200年）寫道，并教誨說尿是 血的過濾液，正因如此，它可以表明疾病的類型和位置（2）。在接下 來的9-10世紀里，這兩個人的教導是進行驗尿的基礎。大約在公元800年，西奧菲勒斯寫了第一個關于尿液方面的論 述。在文章中提到首次用尿液做化學試驗。 對腎臟病患者的尿液用蠟 燭火焰進行加熱會變渾濁（2）。其它醫(yī)生在重復這一過程中，發(fā)現(xiàn)一 些酸可以代替加熱。 過了幾個世紀才鑒定出沉淀物質是蛋白質， 與疾 病的關系才被認識到。有人關于尿液樣本的質量提出了其他意見。 早晨與晚上的尿液在 組成

9、上是不同的，其它因素如：年齡、食物、藥物都會影響尿液的成 分。早在10世紀，這些影響就被Avacinna所發(fā)現(xiàn)。早在11世紀就 發(fā)現(xiàn)首次晨尿是用于實驗分析的最佳尿樣。24小時內的尿液要避光低溫保存才可以使用。尿檢繼續(xù)成為研究的一個重點，吉爾斯德科爾貝發(fā)明一個玻璃容器（叫做尿壺） ，形狀像膀胱，專門為尿液檢查用。他們這樣認 為尿沉雜和污點在容器中出現(xiàn)地方就會在體內病理部位相應地出現(xiàn)。 這些的尿容器是早期的實驗器材之一， 這些容器在當時很普遍， 與墨 丘利的節(jié)杖一樣作為醫(yī)學的象征。其它檢測和程序加入尿檢中，還有各種助劑加入使檢測更加容 易。尿輪就是當時的一個發(fā)明，它上面有色彩圖，與現(xiàn)代油量計目的

10、類似。把尿液與尿輪上的顏色進行匹配， 后閱讀解釋說明的文字以便 作出診斷（3）。尿檢很快獲得了自己的生命。 尿樣送給醫(yī)生是不需要患者的病情 信息，分析醫(yī)生會返回一個檢測結果和治療建議（3）。預計成熟的尿 檢會被濫用，而且確定會發(fā)生。 如果他有能力比其他檢驗師做更多檢 驗，他的重要性將會提升。因此，必須聲明，以防分析師的分析結果 超越觀察極限。尿檢分析師有機會獲得豐厚收入，在那段時間，Joa nnes Actuarius開始寫關于尿常規(guī)檢查的局限性。他是首次提出注 意尿檢的人員之一。 獨立實驗做的再好都不能排除其他臨床檢驗的結 果（3）。那不并能說尿檢總是令人質疑的。 蛋白尿雖然類似的蛋白質未確

11、 定，腎炎，I型糖尿病，血尿，感染，濃度，和有限的評估肝臟疾病 都是通過尿檢來認識的。 鑒定尿液里的特定成分與疾病的關系歷經幾 個世紀的發(fā)展， 在大多數情況下， 尿檢是一種有價值的診斷工具 （3）。這些早期的試圖僅通過研究身體上的部分液體來診斷疾病的方 式給醫(yī)學實驗室的發(fā)展提供了一些見解。 首先，這種通過使用一些基 本的助劑和程序進行純粹的觀察的診斷方法激發(fā)了求知欲。 如果簡單 的觀察是有益的，那么特定的方法會更好。其次，為特定醫(yī)學應用產 生的醫(yī)學設備。具有蒸餾、沉淀、蒸發(fā)功能的設備主要是很小、便攜 但也需要地方放置，這一問題有待解決。需要一個長久的地方可以將 病人的尿液送過來以便做檢測（早期

12、診斷實驗室） 。第三，隨著尿檢 成為一種常規(guī)活動，一些法律界的成員開始討論這些做法的合理性。 這可能是歷史上關于檢測的第一建議。3轉變隨著技術發(fā)展和天才的出現(xiàn)， 檢測技術需要不斷進步。 當科學和 技術達到一定程度， 其他方面就會有所突破。 滿足這一要求的兩個歷 史性事件是在15世紀約翰古登堡發(fā)明活字印刷和改革?；钭钟∷?和印刷媒體具有將信息提供給更多學者這一潛在功能。 實驗和數據可 以由其他專業(yè)人員證實， 毫無根據的結論就會越來越少。 各種各樣的 教育將會是一個恩惠。 教育需要一個合適的環(huán)境， 改革提供了這一環(huán) 境。個人在生活中獲得更多的自由，舊的方式和限制、刻板的思想已 經成為過去。 在這個

13、變革時代， 利用這一環(huán)境優(yōu)勢進行適合的個體化 教育。被譽為現(xiàn)代解剖學之父的安德雷亞斯 維薩里就是這樣一個人。 他是第一個做廣泛的解剖并準確地記錄解剖信息的人 （4）。這一重要 性在于從解剖動物到解剖人。 準確的解剖數據可以被利用， 在其他解 剖科學、組織學和動物學上真正的進步才產生。 這種類型的另一人是 莫爾加尼， 維薩里的后繼者， 他將解剖學和臨床病史何為一體描述為 病理解剖學。這可以說是現(xiàn)代病理學的開始。在17世紀期間，實驗室醫(yī)學科學開始獲得像今天一樣容易被識 別的特征。實驗室被建立在家中，以便使研究和開發(fā)得以實施（4）。 這種家庭工業(yè)的結果是實驗室和診斷設備的發(fā)展。 溫度計和比重計就 是

14、兩種這樣設備（4） 。盡管溫度計是由伽利略在16世紀后期發(fā)明， 但直到17世紀才用于評估患者。液體被認為是變化的最佳指示劑和 校正儀器最好的方法（4）。鑒于這些問題和其他實際問題，一些醫(yī)生 很快就認識到， 定量測量體溫是對過去用手測量的改進。 對其他醫(yī)師 而言，獲得和使用溫度計的問題是太大。 經過這陣的活動， 直到19世 紀人們對溫度計的熱情回到平靜狀態(tài)。19世紀，許多原來的問題被 解決或最小化， 所以測量溫度成為一個更加務實的事情。 有關溫度在 醫(yī)學診斷和預測中價值的文章開始出現(xiàn)在重要的醫(yī)學雜志上（5）。比重計的使用相對沒有溫度計那么容易被人接受。比重計比較小 而可靠，所以可以攜帶它們去病人

15、家里。 比重是一個根深蒂固的驗尿 方法之一。一個可靠和簡單的儀器，滿足了普通從業(yè)者的需要。驗尿 仍然是最重要的。家庭實驗室為實驗設備和方法的完善方面作出了貢獻。應該記 住的是煉丹術緩慢地讓位于有機化學，所謂有機化學是活生物體內 的化學（6）。直到1828年尿素的合成，有機化學變成為了碳化合物 化學。因此，很多醫(yī)藥師的努力方向轉向了體內液體的化學過程 （6）。 帕拉塞爾蘇斯，和后來的威利斯建議對尿素進行化學分析（6）。液 體被分離成很多成分，被認為可以獲得更準確的診斷和預知信息 （6）。真實的情況是一個新的假設總是有一些批評者。調查者堅持 不懈努力和從實踐中產生的積極的可預見的結果被廣泛接受。積

16、極的調查勝過被動的觀察這一理念的延生促使羅伯特波義 耳分析血液。他做了尿化學分析，并繼續(xù)用這種方法對人體血液進 行分析（5,6）。波義耳的不利之處是他不是醫(yī)生，所以沒有機會對病 人的血液進行分析（5）。他敏銳的觀察到知道健康人的分析結果將 對病人的評估變得更加容易（5）。很明顯波義耳是對使用正常參考 值范圍的早期支持者。正常參考值范圍這一概念被法國醫(yī)生Raymo nd Vieusse nS!過化學分析很多人的血液做了進一步研究 （5）。 他的研究中包括正常人、不正常人、男人、女人，還包含他們的不 同氣質。他對這些人群的研究在那個年代是異乎尋常的。診斷檢測已取得公信力，這種公信力使的對血液和尿液

17、進行化 學分析并利用這些信息進行臨床診斷被接受。實驗室的數量開始增 加，關于可以應用于醫(yī)藥的技術也正在開發(fā)中。隨著實驗室檢測技 術和實驗數據的日益完善，實驗室技能的認可。4早期的現(xiàn)代醫(yī)學化學作為一門科學， 在18世紀和19世紀初期迅速發(fā)展。 醫(yī)學化 學家對糖尿病進行了深入的調查。像約翰 羅洛和威廉 克魯克香克醫(yī) 生研究證明糖尿病患者尿中糖的存在與否，取決于患者的疾病狀態(tài) （5）。通過檢查病人尿液中糖的存在與否， 來作為監(jiān)視病人狀態(tài)的為 一類化合物（5）。那時傳統(tǒng)的觀念是大多數執(zhí)業(yè)醫(yī)師不夠完善，不能 經常做這種類型的分析（5）。然而，經過反復實驗而進行監(jiān)視方法被 認可。在1827年，理查德 布賴

18、特出版了他的報告的醫(yī)療案件，他描述 了在體腔或細胞組織的漿液收集而造成水腫的患者尿液中的白蛋白。 布賴特知道與此條件相關的解剖病變， 并且他做了化學結果和解剖結 果之間的聯(lián)系（5,7）。這種情況后來被稱為布賴特病以表彰布賴特所 發(fā)現(xiàn)的這種聯(lián)系 （7）。這無疑大大增加通過分析標本來診斷疾病這種 方法的可信度。 檢測很簡單： 加熱尿并且觀察有的白色沉淀物形成。 檢測的結果可以預測腎臟疾病的存在。 這個測驗不是完美的， 隨著越 來越多的人進行檢測， 獲得了相互矛盾的結果。 一些白蛋白物質并不 形成沉淀， 除非加入一些化學助劑。 一些正常病人尿中卻能形成了沉 淀（5）。這些結果和一些爭論使布賴特白蛋白

19、沉淀方法被認可程度變慢， 而且減慢了它應用與臨床診斷的速度。進展在幾何曲線的前端，到19世紀上半葉末期，醫(yī)學實驗室診斷技術等到廣泛應用和快速發(fā)展。對這個快速發(fā)展主要作出貢獻的是Gabrial Andral。他認識到化 學分析體液的重要性，他強烈建議要加強對其研究（5,6）。他相信對 體液和身體上固體物質進行化學分析和顯微鏡檢查一樣重要（5,6）。 他的杰作血液病理學 記載了他對病人和正常人群的血液進行化學 分析、顯微鏡檢查和直觀觀察（6）。他測算了血液的主要成分并證明 了貧血患者血液中紅細胞數量減少和蛋白尿患者血液中白蛋白減少。Andral研究的成功和他的熱情激勵著其他的工作者進行相似的研究。

20、 對糖尿病患者血液中糖的研究和對關節(jié)炎患者血液中尿酸的研究是 當時這一作用的主要例證（5）。血液學專業(yè)得益于Andral的工作。用于紅細胞定量的計數室發(fā) 明和他們在診斷貧血中的運用在醫(yī)學雜志被討論 （8）。因為放血仍然 是一可接受的治療形式， 它對體液的化學分析和對血液的顯微分析工 作提供了便利。 這是一個兩難的局面。 隨著利用這種新方法獲得了更 多關于疾?。ㄈ缲氀┑男畔ⅲ苊黠@放血并不是一個合適的治療方 法，這種用之不竭的研究材料將變得越來越難以得到。19世紀的后期是實驗方法多產的時代。如此多的方法的出現(xiàn)以 至于醫(yī)生都不知道哪些方法可靠哪些方法不可靠 （8）。時間和設備也 成為日常使用這些

21、新方法的障礙。 醫(yī)生抱怨道： 需要時間來進行分析 和所涉及到的專業(yè)知識超出了他們的能力 （8）。這種狀況在沒好轉之 前會更加惡化?；瘜W成為應用于所有醫(yī)療學科的一種工具。保羅埃 爾利希博士用化學染料對傷寒癥狀患者的尿液進行分析， 通過苯胺染 料來區(qū)分不同類型的白細胞（7,8）。對于胃功能紊亂的研究就是通過 使用胃管取出胃內內容物并對其進行化學分析而完成的（8）。醫(yī)學雜志都是在討論新的方法和老方法的失敗和缺陷。 如果技術 進步是合法性的唯一需求， 那么實驗室醫(yī)學則是一個建立的學科。 然 而，真正的接受只有通過學歷制度。歷經19世紀，實驗室診斷在學 術和政治地位都得到了發(fā)展。 起初，醫(yī)學院校并沒有大

22、學所具有的地 位。直到19世紀，他們才于大學地位平等（9）。大約于此同時，醫(yī) 學化學正在從普通化學或有機化學中分離出來 （9）。后者被認為是更 加純粹的化學， 因此更加久負盛名。 結果是生理化學成為生理學的一 部分并且它沒有自己的學術地位。 有一個很明顯的例外， 在蒂賓根大 學第一個生理化學教授職位成立于1845年（9）。第一個生理化學教 授是Julius Schlossberge，r他負責醫(yī)學院的化學課程（9） 。他的后繼 者是Felix Hoppe-Seyler,他將生理化學教授這一職位轉交給了哲學系。這個職位直到20世紀一直存在，它存在的主要原因是擔任這一 職位的都是有機化學家和生理學家

23、（9）。類似的學科體制在其它學校 并不是那么成功。直到這一職位在美國醫(yī)學院校的建立, 生理化學才 變得更加明朗。1874年，在Russell H. Chittenden的指導下，美國在耶魯大學的 謝菲爾德科學學院成立了首個生理化學實驗室（10）。隨后在其他各 大高校也迅速建立了類似的實驗室。 教員希望獲能獲得教育和開展研 究,通過專業(yè)學歷認證的申請者就會獲得專業(yè)職務（10）。這些生化設施是大學里永遠的組成部分, 后來也成為醫(yī)學院校的組成部分。 預 科和醫(yī)學的醫(yī)生都要進行關于生物和化學相關的實驗培訓。19世紀晚期,另一個發(fā)展表現(xiàn)為醫(yī)院開始出現(xiàn)在美國。到20世 紀中期,醫(yī)院都會設計專門用于尿檢的實

24、驗空間（7）。為實驗室工作 創(chuàng)造了一些條件,實驗室工作的大部分時間都是在做尿液分析（7）。有跡象表明,至少在著名的東區(qū)醫(yī)院尿檢是一件日常事務（7）。到20世紀末期,醫(yī)院的實驗室加入了病房實驗室一個更小的主實驗 室。其合理性在于靠近病人的小實驗室可以減少獲取結果的時間并且雇員可以是醫(yī)生和員工。事實顯示，這兩種類型的實驗室都在增長， 每個實驗室都需要更多的資源以使其運行。兩個醫(yī)生的加入對于配以專業(yè)員工、 以醫(yī)院為基礎的實驗室的可 信度增加了。奧托福林，在1908年的演講，提出醫(yī)院的實驗室應該 以醫(yī)院為基礎和以專業(yè)的生理化學家為員工（11）。威廉奧斯勒認 為對臨床醫(yī)生來說實驗室的價值是不可或缺。 當

25、有影響力和受人尊敬 的醫(yī)生成為實驗室檢測的支持者時，實驗室獲得了永久的地位（8）。隨著實驗室不斷被接受， 而且醫(yī)院認為他們是提供服務的不可或 缺的組成部分，實驗室的地位開始發(fā)生微妙的變化。 一旦實驗室成立， 相應的工作變便產生了。在20世紀早期，幾家醫(yī)院的記錄顯示大多 數病人都進行了尿檢，即使有些病人沒必要進行尿檢（7）。這些尿檢 實驗被一些高級實驗員進行了細化。 增加了對血液和其它體液檢測的 新方法。許多關于臨床實驗相關的名字如福林試劑、 本尼迪克特試劑、 加羅德、Koch、范斯萊克、歐利希等等都來自于這一時期。這是一 個多產的年代，許多發(fā)現(xiàn)都被應用于診斷實驗室。尿液和糖尿病被研究了幾個世紀

26、， 以便提供更好地醫(yī)療護理。 賓 夕法尼亞醫(yī)院的記錄顯示， 通過測量尿糖來監(jiān)視糖尿病婦女的治療效 果（7）。尿液每天都要進行分析，以找到尿糖陰性。這是首次關于用 實驗檢測來監(jiān)視治療效果的記錄之一。 自從胰島素被發(fā)現(xiàn)之后， 這種 監(jiān)視糖的方法對于控制胰島素困難的治療方法變得很重要。 胰島素很 難純化，還有其他影響如運動、 飲食等這些使得胰島素的劑量很難掌 控。 對血糖進行檢測是可行的但是比較困難，因此，定期檢測尿糖成為日常事務。方法不斷被開發(fā)并在臨床上進行驗證。 每個方法或程序都有為臨 床實驗室提供服務的形式。 很明顯至少兩個問題在折磨著實驗室。 一、 工作量的不斷增加，估計這一趨勢會持續(xù)下去。

27、二、實驗室檢測是即 困難又繁瑣的事情，檢測結果又是變化性比較大。Leo nard Skeggs博士解決了其中的一些問題。 他設計的連續(xù)流動分析器是第一個用于實 驗室的實用單元（12）。這些設計在本質上就是復制手工勞動，但是 增加了勞動強度和提高了準確性。 自動化的實驗室檢測技術經過了幾 代人的改進。 今天這些設備應用于實驗室的各個部分， 并涵蓋了廣泛 的方法。5分子生物隨著21世紀開始，臨床診斷實驗室正在進入一個新的階段。各 種形式的生物技術在現(xiàn)代臨床診斷實驗室中是發(fā)展最快的學科。從1865年孟德爾的植物雜交試驗到人類基因組計劃，伴隨著新的挑戰(zhàn)， 分子生物學給實驗室工作帶來新的挑戰(zhàn)。 這些挑戰(zhàn)

28、不僅僅局限于實驗 室職業(yè)和科學問題。 倫理，法律和商業(yè)問題是與科學問題一樣艱巨的。分子生物學是一個相對嶄新的學科， 但它指向遙遠過去的事情被 認為是當今科學的祖先。 在公元前5000年和2000年之間， 亞述人和 巴比倫人認識到棗椰樹存在著性別并開始進行人工受精（13）?？梢酝茰y出這一目的是要提高那些被認為可取的性狀。 在公元前6世紀到4世紀，希臘人開始討論遺傳性狀和關于遺傳與環(huán)境對出生缺陷的相 對影響（13）。進一步提出了關于人類如何發(fā)展和很容易識別父母和子女之間性狀的來源是什么進展一直很緩慢直到1752年，Maupertius通過對一個家庭四代 人的觀察，第一次描述了遺傳?。?3）。約瑟夫

29、 亞當斯發(fā)表了疾病的 遺傳特性，遺傳疾病的延遲表達和由環(huán)境引發(fā)的疾?。?3）。接著， 施萊登和施旺提出有核的細胞是生命的基本單位。 魏爾肖認為細胞只 能是通過現(xiàn)有細胞分裂產生的（13）。在1 859年，達爾文出版了物 種的起源一書，值得注意的是當時缺乏遺傳理論（13）。大多數人認為分子遺傳學開始于1865年，當時孟德爾用豌豆實 驗解釋了遺傳特征（14）。今天看來他的工作很重要，必須記住它在35年以后才被認可。在19世紀剩下的時間里，有許多發(fā)現(xiàn)包括細胞 結構和功能理論。在分子生物學和遺傳學中的一些術語如：核酸、染 色體、有絲分裂等都來自于這一時期。20世紀上半年科學界被孟德爾的實驗推進。植物和動

30、物的性狀 根據孟德爾的遺傳規(guī)律被重新評估。 偉大的科學家進行的偉大的研究 為科學的迅速增長貢獻了大量基礎科學知識。 這樣的貢獻如： 染色體 配對（1902）、X和Y染色體絕定性別（1905）、基因在染色體上（1910）、 第一張基因圖譜、DNA的提取及純化（1935）等都為人類基因組計 劃提供了必要基礎（13、14）。在這一時期發(fā)生的現(xiàn)代分子生物學有關的其他事情。 一、每一個 遺傳學新生的壓力可以追溯到1910年，當時在哥倫比亞大學，摩根 確定了在果蠅中一些性狀的伴性遺傳特征。 一個好模型是在短的時間 內可以研究好幾代個體。這變的很重要，因為赫爾曼穆勒利用果蠅 模型證明電離輻射如何加快基因突變

31、。 幾年后， 這對能源部門是很重 要。二、 利用X-衍射晶體學研究DNA和蛋白質促進分子生物學的 誕生，這意味著在由對生物學的總體研究變?yōu)楦泳毜姆肿铀缴?的研究。三、喬治 比德爾和愛德華 塔圖姆提出一基因一酶的概念 （15）。這一理論整合了之前的零散的信息并統(tǒng)一遺傳學和生物化學（15）。這是分子生物學的首次重要發(fā)現(xiàn)（15） 。直到1950年，生物信息被匯集、統(tǒng)一并整合在一起就是現(xiàn)在所 稱的分子生物學。然而，作為計算機科學家，另一個線程是與現(xiàn)在分 子生物學實踐具有更加密切的關系。在20世紀早期，加洛德發(fā)表了 關于黑尿癥的遺傳本質（15）。重要的是他能夠證明這是一個代謝或 化學紊亂癥（15）

32、。他所研究的案例都是在一級親屬之間作用的產物。 加洛德有理由認為這次特別交配使隱形性狀得以表現(xiàn)， 就如同孟德爾 遺傳分配定律預測的那樣（15）。緊接著，幾年之后他便出版了先 天代謝缺陷病。代謝過程中所涉及到的準確的化學幾年內還沒搞清 楚， 但這是實驗室診斷的第一個實例， 就如同當今的實踐一樣。在1934年發(fā)生了類似的發(fā)現(xiàn)。Asbjorn Folling有理由認為智能 障礙與苯丙酮尿代謝紊亂（一種先天性的苯丙氨酸代謝缺陷）有關。 這一障礙源自于苯丙氨酸羥化酶基因突變（13）。這意味著分子生物學的另一個應用， 遺傳疾病在生命的早期就能檢測發(fā)現(xiàn)， 以便早期治 療以防發(fā)生災難性的后果。在1949年，萊

33、納斯鮑林和他的研究小組在科學雜志上發(fā)表文章 鐮狀細胞性貧血被描述為分子?。?5）。這是第一次在分子觀念上描 述內科疾病并把它歸因于一個突變的基因。隨后，鮑林又描述了蛋白 質的a-螺旋結構（14、15）。這樣描述蛋白質的3D結構是一個豐功 偉績。但鮑林沒有發(fā)現(xiàn)DNA的結構。在20世紀50年代，此類努力繼續(xù)向前推進，確定了類染色體數 目為46條并且發(fā)現(xiàn)了染色體異常疾病如唐氏綜合癥（21三體綜合 癥）、特納綜合征（45,X）、克蘭費爾特綜合癥（47,XXY）（13）。 這是細胞遺傳學令人難忘的開始。 這些進展是醫(yī)學分子生物學如何運 用到實踐的一些最早期的代表, 基礎科學正在以驚人的速度前進。 查 加

34、夫確定了核酸堿基的比例是1:1,為確定DNA的結構作為了一個 很重要的突破（13,14）。加上羅莎琳德富蘭克林和威爾金斯晶體學 研究表明核酸的有序性、多鏈個核酸聚合鏈和螺旋結構,使的詹姆 斯沃森和弗朗西斯 克里克能夠提出DNA的結構（16）.許多零碎的難題被許多具有非凡工作能力的研究組落實到位。DNA總體結構和DNA組成細節(jié)性的問題得以解決。 關于信息組裝體 如何翻譯成蛋白, 仍是一個很重要的問題。尼倫伯格和馬太做了一系 列關于RNAs的試驗,看他們是否會合成蛋白質。 從這一系列的試驗 中通過聚合體U發(fā)現(xiàn)UUU編碼苯丙氨酸（16）。伴隨著一系列的重 大成就一科拉納（多聚核苷酸合成） 、菲利普萊

35、德（tRNA結合在核 糖體上確定編碼）等等,為破譯其余編碼信息開辟了道路。與基礎發(fā)現(xiàn)的重要性一樣, 方法和技術的重大進步也很重要。 在 這一時期見證了逆轉錄酶的提取和特征、DNA連接酶、限制性內切 酶、染色體染色方法、DNA片段的雜交技術、 確定DNA中核酸的方法、噬菌體和質粒的發(fā)展和聚合酶鏈式反應。 聚合酶鏈式反應是過去 所有的一種整合。這個相對簡單的程序為獲得DNA的特征成為可能， 即使材料數量有限。這是一個使所有工具用于克隆的活躍時期?？寺∽鳛橐粋€過程，在這個詞被創(chuàng)造之前已經完成了。在1952年，羅伯特 布里格斯和托馬斯 金利用生物技術克隆了青蛙（17）。 該方法是一種細胞核移植技術。該

36、技術后來被劍橋大學的約翰戈登復制和改進（17）。也有一些研究關于果蠅和細菌的相關實驗。 在1970年代早期，Paul Berg創(chuàng)造了第一個重組DNA，Stan Cohen, Herb Boyer和他們的同事創(chuàng)建了第一個重組DNA生物（16）。他們在大腸桿菌 中成功擴增了蟾蜍的DNA。這是基因工程的開始，并開始討論這一 新的科學對社會的影響。 改變基因并在別的物種上擴增他們是讓人憂 慮的源泉。這些被植入的生物會對人類造成致命性的疾病嗎？這確實 是一個未知領域，在接下來幾年里，如有需要，科學界應該討論如何 控制科研行為。1975年2月在太平洋-格羅夫市舉行一場國際性的會 議（艾斯洛瑪爾會議）會，上

37、產生了一套臨時的建議，后來國家衛(wèi)生 研究所利用這一建議制定了一套強制性的行為準則。 國家衛(wèi)生研究院 資助的所有項目都必須遵守這些準則（16）。很快世界各地的其他機 構對重組DNA研究也采取了類似的的限制措施。一種不同尋常的狀況正在發(fā)展。 克隆的潛能并沒有使大家都很失 望。每個實驗都在大眾媒體和科學期刊得以展示。因此，有事業(yè)心的 人看到了商機，誕生了早期的生物技術公司?；蛱┛恕etus Genex、Biogen和安進是一些早期涉足基因工程領域的公司（16） 。 在1980年，申請基因工程生物專利變成合法化。 這促使醫(yī)藥研發(fā)公司開發(fā)蛋 白激素、藥品和研究基因異常與疾病的關系。 生長抑素是第一個

38、基因 工程激素，第二年出現(xiàn)了胰島素， 不久以后，又出現(xiàn)了紅細胞生成素。 很顯然這是生產藥品的新方法?？寺嶒炗?0世紀50年代和60年代的猜想到80年代變成了現(xiàn) 實。核移植克隆技術分別在哺乳動物老鼠、羊、牛、豬、山羊和兔子 上獲得成功（17）。這些和其它一些實驗為首次由成熟細胞克隆多莉 羊鋪平了道路。多莉出生于1996年7月的蘇格蘭羅斯林研究所 （17）。 由理論變成現(xiàn)實， 制藥業(yè)及生物科學界走向了激動的和令人生畏的未 來。分子生物學最偉大的案例之一就是人類基因組計劃。 第二次世界 大戰(zhàn)后，一段時間，原子能委員會，后來稱為能源部門，對研究電離 輻射對健康的影響很有興趣（18）。原子能委員會曾熱

39、衷于曼哈頓計 劃和制造原子彈， 一個有力的原因是這些事情激發(fā)了他們對電離輻射 研究的興趣。在美國原子能委員會是對基因研究的最大出資者。到20世紀80年代，能源部開始支持非核能源對健康的影響（18）。在 此環(huán)境下，查爾斯-德利思開始沉思繪制人類基因組的事情。任務是 艱巨的。起初，被認為是不可能完成這項偉業(yè)，技術上也切不可行。 主要機構如美國國立衛(wèi)生研究院對此都不感興趣的， 全國許多出名的 科學家對此也不感興趣。 隨著技術的發(fā)展和計算機能力的提高， 人們 對此越來越感興趣。1987年，能源部宣布人類基因組計劃啟動，對 人類基因組進行測序（18）。在科學領域就像生活中所有事情一樣， 沒有什么能比別人

40、感興趣而變得更加有趣。 能源部的宣言激起了國家 衛(wèi)生研究所（NIH）的興趣，更具體地說，是激起了主管James Wingaarden的興趣（18）?？茖W界仍然對其有分歧，因為他們認為用 于此項目研究的費用不利于其他所有項目的研究資金。 這項研究的費 用據估計約數十億美元。美國國家科學院為NIH寫了份支持人類基 因組項目的報告。 在資金問題上的爭執(zhí)仍在繼續(xù)。 美國能源部和美國 國家衛(wèi)生研究院是此項目資金的共同資助者， 但后來資金逐步轉移到 美國國家衛(wèi)生研究院上（18）。官方公布的人類基因組計劃是在1990年，預計需要15年，耗資30億美元。人類基因組計劃的原始目標是產生高分辨率的基因和人 類基因

41、組的物理圖譜，確定人和其它有機體的完整DNA序列，開發(fā) 儲存、分析解釋數據的技術，評價基因組的道德、法律和社會意義。 有意思的是， 對倫理、社會和法律問題的資金資助如同對科研項目資 金資助一樣。在24小時內分享序列數據庫是個顯著的進步和合作， 此是人類基因組計劃的一個特點。 從商業(yè)角度而言， 并不是不存在競 爭。Celera公司的成立是為了與美國國立衛(wèi)生研究院項目競爭，并設 置其為期3年的時間表和顯著降低了成本的目標。2000年6月，美國總統(tǒng)克林頓宣布人類基因組計劃的第一個草 圖完成。這是商業(yè)公司Celera和國際人類基因組聯(lián)盟共同參與的展 示。在宣布之時，該計劃已經耗資約300萬美元，并比計

42、劃提前幾年 （13）。在第一個草圖中人類整個基因組并沒有全部完成，2001年， 人類一半的基因組已經繪制完成而且已經實現(xiàn)了共享 （13）。DNA的 結構公布后五十年后，人類基因組計劃幾乎已經完成了所有的目標從這一簡單的概述， 通過不同學科的合作努力， 分子生物學比其 他科學發(fā)展較快。孟德爾數學方法使用了代數邏輯（19）。RichardAltman的不含蛋白的DNA提取方法和Fred Griffith和Oswald Avery把無毒菌轉化為有毒菌的實驗都是重大的發(fā)展標志（20）。理論化學 原理的應用使得科學家開始使用自然科學原理（19）。詹姆斯沃森 和弗朗西斯 克里克闡明數學上令人滿意的DNA結

43、構（21）。計算機 科學的發(fā)展使使用軟件和硬件貯存和分析數據成為可能。 甚至，獲得 專利都被認為為這一科學的發(fā)展作出了貢獻。在診斷實驗室歷史上第一次， 分子生物學擴大了可用的信息的范 圍。直到現(xiàn)在，實驗室一直是描述本質上的事情。 它是為了評估化學、 血液學、解剖病理學的測量事件。 分子生物學在本質上使實驗室成為 可預見性的。 現(xiàn)在對某些疾病可以做出預測。 這與血糖升高可診斷為 糖尿病不同。這種新技術的檢測結果顯示病人可能患有某疾病的風 險。因為這一技術可以發(fā)現(xiàn)突變攜帶者和對疾病發(fā)展進行預測， 因此 道德考慮和遺傳咨詢成為實驗室發(fā)展不可分割的一部分。 因此，預測 醫(yī)學將受益于該新技術。 在一個家

44、族史顯示有特殊疾病的情況下， 對 于該家族某成員， 實驗檢測可以顯示該成員有無此類疾病的風險。 如 果存在很大的風險， 醫(yī)療機構可以在早期進行干預。 對于控制醫(yī)療費 用而言，此類干預具有重要經濟意義。利用基因工程生產藥物， 甚至單獨為個別病人合成藥物， 醫(yī)藥工 業(yè)將從中收益最大。 這種合成可能以修改動物體內基因的形式， 使動物合成人類產品，極大地減少了有機合成的需求。6其他因素正如以上討論，實驗室經歷一系列的進步和挫折。直到最近， 每年測試量大幅度提升， 超過了預測用于診斷目的的數量。 一個影響 因素是在20世紀中期，健康保險涵蓋了大部分工作者。在這中情況 下，醫(yī)療護理的成本不再是關心的話題。

45、這些費用轉嫁給保險公司， 由保險公司支付費用。 這使得實驗室成為創(chuàng)造收入的行列， 越多的檢 測意味著越多的收入。不存在控制成本的動機。事實上，有做更多檢 測、雇傭更多工人、購買更多儀器的動機。這促使實驗室服務出現(xiàn)相 當大的提升。 雖然檢測費用成本降低， 但是檢測量的增加使總的檢測 費用升高。 隨著這項新技術的日趨成熟， 出現(xiàn)了一個自相矛盾的財務 變化。 那就是目前個人實驗室檢測可能更貴于傳統(tǒng)檢測，但可以從早 期干預和遺傳咨詢中收益，以減少衛(wèi)生保健的長期成本。伴隨著提供患者和醫(yī)療人員的福利和醫(yī)療選擇，以下章節(jié)將介 紹各種實用的診斷技術。這項新技術將攜帶實驗室診斷醫(yī)學進入21世紀。參考文獻1. R

46、ubin, L. P. A Young Woman Taken to the Doctor by Her Family.Mezzotint byJohann Andreas Pfeffel after an original painting by Jan Josef Horemans. J. Hist.Med. Allied Sci. 36:488 -489, 1981.2. Haber, M. H. Pisse prophecy: a brief history of urinalysis. Clin. Lab.Med.8(3):415-430, 1988.3. White, W. I.

47、A new look at the role of urinalysis in the history of diagnostic medicine.Clin. Chem. 37(1):119-125, 1991.4. Camac, C. N. B. Imhotep to Harvey: Backgrounds of Medical History,MilfordHouse, Boston, 1973.5. Flint, A. Remarks on the use of the thermometer in diagnosis and prognosis, inTechnology and A

48、merican Medical Practice 1880-1930, Howell J. D., ed, pp. 1-14.Garland, New York, 1988.6. Caraway, W. The scientific development of clinical chemistry to 1948. Clin. Chem.19(4):373-383, 1973.7. Howell, J. D. Technology in the Hospital , The Johns Hopkins University Press.Baltimore, MD, 1995.8. Reiser, S. J. Medicine and