《MedComm》：Companion Diagnostics in Clinical Therapy: Current Applications and Future Directions
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这篇系统性的综述全面解析了伴随诊断(CDx)在精准医学中的核心作用及其发展全景。文章深入探讨了其从HER2/ERBB2等单一标志物检测到基于下一代测序(NGS)和液体活检等多组学、多技术平台的演变历程，梳理了美国食品药品监督管理局(US FDA)等全球监管体系的演变与挑战，并聚焦于EGFR、HER2、PD-1/PD-L1、BRAF、HRR基因等关键生物标志物及其在非小细胞肺癌(NSCLC)、乳腺癌、卵巢癌等多种实体瘤和血液系统恶性肿瘤中的临床应用。同时，文章前瞻性地展望了伴随诊断在人工智能(AI)增强、即时检测(POCT)和经济复杂性等驱动下的未来发展趋势，为研究者、监管者和临床医生提供了整合药物与诊断协同发展的关键洞见。
伴随诊断的演变与监管版图
伴随诊断的发展与精准医学的兴起同步。精准医学利用RNA/DNA和蛋白质等生物信息对患者进行分层，以锁定最有可能对特定治疗产生应答的人群。伴随诊断则作为一种补充工具应运而生，旨在确保准确识别适合特定药物的患者亚群。大约二十年前，伴随诊断领域迎来了一个重要里程碑：首个预测性生物标志物HER2蛋白及其相关的免疫组织化学检测方法HercepTest获得了美国食品药品监督管理局的批准。此后，美国食品药品监督管理局批准的伴随诊断检测数量稳步增长，从2017年的34个增至2021年的44个，并在2025年达到了惊人的188个。
伴随诊断已从单标志物检测发展为多标志物和高通量平台。新一代伴随诊断能够高通量、同步评估多种生物标志物，将诊断从单一标志物检测转变为整合的多生物标志物方法。基因组学和测序技术的进步阐明了许多致癌机制，促进了更准确的预测标志物和靶向疗法的发现。
认识到伴随诊断检测在患者管理中的关键作用，美国、欧盟、中国、韩国和日本等多个国家/地区在其监管框架中采用了同样严格的要求。2014年，美国食品药品监督管理局首次发布了定义体外伴随诊断设备的指南，随后在2016年、2020年和2023年进行了完善。2023年的指南文件《与某些体外诊断检测联用的肿瘤药物产品：试点计划》宣布并描述了美国食品药品监督管理局针对某些与特定体外诊断检测联用的、由药品审评与研究中心监管的肿瘤药物产品的自愿试点计划。2022年5月，欧盟关于伴随诊断市场批准的新法规全面生效。在新法规下，伴随诊断将被归类为高个体风险或中等公共卫生风险，需要由公告机构进行符合性评估。此外，有建议认为，设备对其预期用途具有临床效用的证据应是伴随诊断的先决条件。
监管机构正在实施更严格的规定，并正在制定或修订指南。美国食品药品监督管理局将伴随诊断作为医疗器械进行监管，绝大多数被归类为III类设备。根据风险等级，它们需经过上市前批准、510(k)上市前通知或从头开始的监管途径，其中上市前批准最为严格。美国食品药品监督管理局指南强调了伴随诊断发展的三个主要途径：共同开发、桥接和后续开发。共同开发将伴随诊断整合到与治疗药物联用的临床试验中，允许同步批准，例如2011年的克唑替尼和Vysis ALK断裂探针荧光原位杂交检测试剂盒。桥接涉及回顾性验证伴随诊断与关键研究中使用的临床试验检测方法的一致性，例如曲妥珠单抗与HercepTest。后续开发的伴随诊断是在药物批准后，当原始试验样本不可用时开发的，需证明与现有已批准的伴随诊断具有分析等效性，例如PathVysion HER2 DNA探针试剂盒和Dako Cytomation HER2 FISH PharmDx。
欧盟和已实施伴随诊断法规的其他国家在提高患者安全方面迈出了重要一步。2017年，欧盟《体外诊断医疗器械法规》将伴随诊断归类为C类高风险设备，需要欧洲药品管理局和公告机构共同监督。在韩国，伴随诊断属于中高风险体外诊断设备（2-3类），并根据其与药物的关系进行共同监管。在日本，伴随诊断的监管由药品和医疗器械局负责。在中国，国家药品监督管理局引入了一系列法规，为伴随诊断产品的市场上市提供了清晰的临床评估路径，鼓励药物和伴随诊断检测同步开发和提交。
生物标志物在伴随诊断中的意义
生物标志物被定义为可客观测量和评估的特征，可作为正常生物过程、病理过程或治疗干预的药理学反应的指标。在伴随诊断领域，生物标志物的发现是关键步骤，显著影响临床结果并加速药物开发。临床上，生物标志物可分为诊断性、预后性、预测性或药效学标志物，在疾病诊断、分期和治疗选择中发挥关键作用。潜在的临床生物标志物应满足可重复性、特异性和敏感性的标准。分子生物学和实验室技术的快速发展促进了技术先进生物标志物的识别和强大伴随诊断的开发。这些分子生物标志物在多个组学水平上被识别，包括基因组、表观基因组、转录组、蛋白质组、代谢组和脂质组。
截至2025年3月5日，共有188个美国食品药品监督管理局批准的伴随诊断检测，涉及45个不同的分子生物标志物。这些伴随生物标志物有可能带来更安全、更有效的药物，降低临床试验成本，并提高药物安全性。
下一代测序技术在探索伴随诊断的新型生物标志物方面起着至关重要的作用。全基因组突变分析揭示了许多先前未被识别的癌症相关基因，例如肺癌中的EGFR、ALK、ROS1、KRAS和FGFR1；结直肠癌中的KRAS、BRAF、PIK3CA、PTEN和NRAS；以及乳腺癌中的HER2、PI3K、VEGF和mTOR。越来越多的证据强调，在药物开发过程的早期建立明确、全面的生物标志物策略的重要性，从而增加新疗法获得批准的可能性。未来，采用全面或多生物标志物方法将变得既理想又具有成本效益，这主要得益于多靶点疗法的可用性以及通常涉及癌症生物学通路中多个基因的复杂耐药机制。
当前伴随诊断的临床应用
伴随诊断的商业应用长期以来一直由肿瘤学、肥胖症和血液系统恶性肿瘤主导，但近年来，一些公司正在加速扩展到心血管疾病、神经系统疾病和自身免疫性疾病等领域。伴随诊断检测在肿瘤治疗中的发展和临床采用增进了临床医生对癌症生物学的理解，并满足了药物开发者未满足的医疗需求。持续的技术进步使得能够利用更灵敏、更特异且节省组织的方法来有意义地评估肿瘤生物标志物水平和状态。本部分根据上述关键生物标志物类别，总结了在主要癌症类型中的伴随诊断应用。此外，还分析了伴随诊断在其他疾病（如COVID-19、神经精神疾病、主动脉瓣疾病和视网膜静脉阻塞）中的现状和未来趋势。
靶向EGFR突变
过去十年中，关键驱动基因突变的识别对于提高治疗精度从而改善患者生存率变得至关重要。表皮生长因子受体（EGFR）敏感突变是肺癌中最关键的驱动基因突变之一。在中国非小细胞肺癌人群中，EGFR突变率为28.2%，而在肺腺癌中，这一比例可高达50.2%。此外，EGFR靶向疗法不仅在肺癌中显示出有效性，在几种其他癌症类型中也有效。肺癌腺癌患者中具有临床意义的EGFR激活突变通常位于其激酶结构域内，涵盖外显子18、19、20或21。这些发现为第一代EGFR酪氨酸激酶抑制剂（包括吉非替尼和厄洛替尼）的开发铺平了道路，随后是第二代和第三代酪氨酸激酶抑制剂，如阿法替尼和奥希替尼。第一代EGFR酪氨酸激酶抑制剂的出现标志着对携带常见敏感EGFR突变的转移性非小细胞肺癌患者的治疗管理发生了范式转变。这些抑制剂通过与EGFR酪氨酸激酶结构域的ATP结合口袋可逆结合，有效阻止自磷酸化和下游信号的传递。第二代酪氨酸激酶抑制剂通过不可逆地与ERBB家族成员结合来增强抗肿瘤活性，并在一线治疗中显著延长生存期。然而，患者通常在10-14个月的中位时间内产生耐药性，T790M突变的出现带来了重大的临床挑战。尽管第三代EGFR-酪氨酸激酶抑制剂已临床用于EGFR T790M突变患者，但结果仍然不理想。
已有几种伴随诊断检测被提出，以帮助选择合适的患者接受这些药物治疗。2004年，Dako EGFR pharmDx Kit（P030044）成为首个美国食品药品监督管理局批准的用于检测结直肠癌患者EGFR蛋白表达以识别适合西妥昔单抗治疗候选者的诊断检测。2013年，在批准厄洛替尼作为EGFR突变患者的一线治疗的同时，美国食品药品监督管理局宣布批准Cobas EGFR Mutation Test v1（P120019）作为非小细胞肺癌患者中厄洛替尼的伴随诊断，使其成为美国食品药品监督管理局批准的首个能够检测EGFR外显子19缺失或外显子21 L858R替换突变的伴随诊断。在美国食品药品监督管理局批准之前，Cobas EGFR Mutation Test v1（P120019）已在EURTAC试验中显示出与实验室自建检测的高度一致性（>96%），并且与Sanger测序相比，具有更高的分析敏感性和特异性。针对EGFR外显子20的T790M突变，美国食品药品监督管理局批准了Cobas EGFR Mutation Test v2（P20019/S007和P150044）作为基于组织和血浆的伴随诊断，以识别适合奥希替尼治疗的患者。总之，EGFR突变伴随诊断已实现从单基因到多基因检测的转变，将下一代测序与液体活检整合，实现了无创、动态基因分型。因此，伴随诊断已从单一技术主导发展成为多平台高精度系统共存互补的成熟体系，包括免疫组织化学、聚合酶链式反应、组织和液体下一代测序，共同为个体化治疗提供决策支持。
HER2扩增
HER2是一种由ERBB2基因编码的跨膜受体酪氨酸激酶蛋白，通常参与细胞生长和分化。目前，HER2伴随诊断主要依赖四类检测技术，包括用于蛋白表达的免疫组织化学、用于基因扩增的荧光原位杂交和显色原位杂交，以及用于基因拷贝数、突变和其他结构变异的下一代测序。1997年，美国食品药品监督管理局批准了INFORM HER-2/neu检测试剂盒上市，但仅用于预后评估。第二年，Dako HercepTest与曲妥珠单抗同时获得批准，成为美国食品药品监督管理局定义的第一个伴随诊断。HER2状态评估通常使用免疫组织化学评分系统（0-3+）早期进行。对于免疫组织化学2+的样本，必须进行ERBB2基因扩增的荧光原位杂交检测以确认阳性或阴性状态。HERA试验证明，一年的曲妥珠单抗辅助治疗显著改善了早期HER2阳性乳腺癌患者的无病生存期和总生存期。尽管关于HER2低表达的评分标准仍在争论中，但免疫组织化学1+或2+/原位杂交阴性的患者显示出无进展生存期获益。
显色原位杂交是一种用于在福尔马林固定、石蜡包埋的组织切片上检测特定DNA序列或染色体异常的分子病理学技术。2008年，SPOT-LIGHT HER2 CISH试剂盒获得美国食品药品监督管理局批准，取代了荧光原位杂交检测中对荧光显微镜的需求。然而，显色原位杂交在灵敏度、标准化、一致性和临床验证方面不如荧光原位杂交，限制了其临床应用。最近，在2025年1月，基于显色原位杂交和双色显色原位杂交的PATHWAY anti-HER2/neu (4B5)检测不仅在临床试验中被用于精确区分HER2低表达和极低表达人群，还正式获得美国食品药品监督管理局批准，成为首个用于识别HER2极低表达乳腺癌患者的伴随诊断。它的应用直接促进了Enhertu适应症的扩大，使更多HER2表达极低的患者能够从这种靶向治疗中受益。这为HER2靶向治疗开辟了一条前所未有的新途径，使临床医生能够改善患有这种具有挑战性疾病患者的预后。
HER2靶向疗法也是局部晚期或转移性胃癌和胆道癌患者的标准治疗方案。2010年，唯一获批用于胃癌的伴随诊断设备是用于HER2过表达的免疫组织化学和用于HER2扩增的荧光原位杂交。另一项研究中，作者在经原位杂交确认HER2扩增的胆道癌患者中使用PATHWAY anti-HER2/neu (4B5)检测进行定量HER2蛋白分析。这些发现强调了结合原位杂交和免疫组织化学检测来准确识别最有可能从HER2靶向治疗中受益的患者的重要性。因此，在2024年11月20日，美国食品药品监督管理局批准PATHWAY anti-HER2/neu (4B5)伴随诊断用于检测胆道癌。总之，HER2伴随诊断的发展已经从仅判断阳性，发展到如今能够更精确地分层HER2表达强度水平，为更广泛的患者群体提供准确的分类。
PD-1/PD-L1免疫检查点抑制剂
令人鼓舞的是，最近针对程序性死亡-1（PD-1）和PD-L1的免疫检查点阻断的出现，为许多癌症的治疗格局带来了变革性转变。目前，使用免疫组织化学评估PD-L1仍然是指导抗PD-1/PD-L1治疗最广泛实施和临床验证的伴随诊断，尽管其预测准确性并不完美，并且因肿瘤类型和检测平台而异。然而，PD-L1检测的临床效用因具体的癌症类型和治疗背景而有很大差异。因此，必须采用针对个体治疗药物的不同伴随诊断检测。大多数美国食品药品监督管理局批准的伴随诊断是为非小细胞肺癌的预处理使用而设计的。例如，用于非小细胞肺癌治疗的抗PD-1/PD-L1抗体包括纳武利尤单抗（Opdivo）、帕博利珠单抗（Keytruda）、阿替利珠单抗（Tecentriq）和西米普利单抗（Libtayo）。另一项研究中，研究人员调查了来自39名非小细胞肺癌患者的组织中PD1、PD-L1和CTLA4的表现遗传修饰。他们观察到肿瘤组织和匹配对照之间CpG甲基化模式的显著差异，特别是与来自同一患者的匹配无瘤组织相比，肿瘤组织中CTLA4和PD1基因的甲基化降低。其他研究深入探讨了PD-L1 IHC 22C3 pharmDx、PD-L1 IHC 28-8 pharmDx和Ventana PD-L1 (SP142)检测的临床性能，包括对临床截断值选择的讨论。PD-L1 IHC (SP263)检测的稳健性和可重复性在临床背景下得到强调，满足了所有预定的接受标准。
随着新诊断患者需要进行越来越多的检测，检测的标准化和对候选标志物生物学的更深入理解在研究和临床实践中变得越来越重要。除了非小细胞肺癌，PD-L1伴随诊断还获得了美国食品药品监督管理局批准，使用经过临床验证的综合阳性评分（CPS）截断值，在另外七个肿瘤适应症中识别适合帕博利珠单抗或阿替利珠单抗治疗的患者。有研究表明，综合阳性评分比肿瘤细胞评估具有更高的灵敏度，尤其是在胃癌/胃食管结合部癌中。他们建议，在预测对PD-1轴免疫疗法的反应时，应考虑评估肿瘤微环境。为了确保免疫治疗决策的精确性和准确性，Flagship Biosciences的计算组织分析平台被用于Ventana PD-L1 SP263和Dako PD-L1 22C3检测。
PD-L1检测是免疫治疗中最活跃的伴随诊断领域之一。在监管概述的基础上，有研究提供了支持证据，证明在Dako平台上使用22C3抗PD-L1鼠单克隆抗体的PD-L1 IHC检测作为非小细胞肺癌患者帕博利珠单抗的可行伴随诊断的临床效用。在实验层面，使用微管阵列膜的研究表明，靶向PD-1/PD-L1的联合疗法显著增强了T细胞活性，导致肿瘤细胞活力降低高达70%，细胞毒性作用降低82%。补充这些发现，有研究强调，为单个PD-1/PD-L1药物单独开发伴随诊断检测，而不进行协调，可能导致临床实践中的僵化，即一种药物验证的检测不能应用于同一药物类别和适应症中的另一种药物。虽然免疫检查点抑制剂的伴随诊断检测在肿瘤细胞PD-L1表达方面显示出可重复性，但在评估免疫细胞PD-L1表达方面仍然不一致。即使采用简化的评分系统，在评估免疫细胞PD-L1表达时，不同检测方法和病理学家之间仍存在显著差异。最后，有研究进一步验证了合理使用纳武利尤单抗（而非其他PD-1抗体）作为酶联免疫吸附试验中的捕获抗体，为定量血清中可溶性PD-1水平提供了更可靠和临床相关的方法。
BRAF和其他激酶突变
BRAF是丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）/ERK信号通路的关键调节因子。BRAF基因突变发生在大约70%的皮肤黑色素瘤中，最常见的是V600E替换，它模拟激活环磷酸化并破坏非活性激酶构象。维莫非尼是一种新型小分子，以其对突变B-Raf蛋白的特异性抑制作用而闻名。它在靶向携带V600E突变的黑色素瘤和结直肠癌细胞系时表现出显著的特异性和效力。维莫非尼作为癌症疗法的发展将极大地受益于为检测BRAF V600E突变而定制的伴随诊断检测，该突变可作为患者选择的关键生物标志物。已有研究详细介绍了首个同类、选择性的致癌BRAF激酶抑制剂与Cobas 4800 BRAF V600 Mutation Test的成功共同开发。同样，另一项研究全面描述了Cobas 4800 BRAF V600 Mutation Test的分析性能特征，该检测专为检测福尔马林固定、石蜡包埋组织样本中的V600E (1799T>A)突变DNA而设计。值得注意的是，与ABI BRAF检测和双向直接测序相比，Cobas BRAF Mutation Test显示出显著优越的性能特征。目前，BRAF伴随诊断主要依赖聚合酶链式反应和下一代测序技术。聚合酶链式反应方法通常用于快速检测单一常见突变，例如V600E，提供灵敏度和低成本。下一代测序则可以同时检测多个基因突变或融合，支持复杂肿瘤的个体化治疗。每种技术都具有独特的优势，在临床实践中发挥着至关重要的作用。
黑色素瘤以外的激酶驱动恶性肿瘤也显著受益于伴随诊断指导的治疗。例如，表皮生长因子和表皮生长因子受体激活分别触发两个主要的下游促癌信号通路，包括MAPK级联（RAS-RAF-MEK-ERK）和PI3K-AKT-mTOR通路。一项研究临床验证了使用专门的Guardant360伴随诊断来识别携带KRAS p.G12C突变、适合索托拉西布治疗的非小细胞肺癌患者。MET扩增或外显子14跳跃突变是靶向MET的药物治疗非小细胞肺癌背景下具有足够预测性的特性。在一项评估EGFR抑制剂奥希替尼与MET抑制剂联合治疗对第一/二代EGFR酪氨酸激酶抑制剂耐药、T790M阴性和MET扩增的晚期非小细胞肺癌患者的临床试验中，赛沃替尼显示出显著的抗肿瘤活性，客观缓解率为64.5%，无进展生存期为9-11个月。该研究使用Foundation Medicine CDx T7 panel对39个肿瘤样本进行下一代测序检测，成功识别出携带MET外显子14跳跃突变的非小细胞肺癌患者。这些患者随后接受了卡马替尼治疗，并取得了显著的临床反应，肿瘤缩小范围在14%至83%之间，验证了其在识别受益人群方面的功效。ALK是一种受体酪氨酸激酶，其基因重排产生驱动癌症进展的致癌融合蛋白。在一项ALK抑制剂的临床比较中，研究表明，在使用基于免疫组织化学的伴随诊断识别的ALK阳性非小细胞肺癌患者中，阿来替尼与克唑替尼相比，产生了更优的无进展生存期、缓解持续时间和总生存期。补充性前瞻性验证证实，ALK融合蛋白的表达水平与治疗反应无关，支持免疫组织化学伴随诊断作为一种可靠且有效的筛查方式，无论其定量表达如何。类似地，其他受体酪氨酸激酶（如RET和ROS1）也需要伴随诊断进行患者选择。RET基因融合可以通过下一代测序或荧光原位杂交检测，从而指导选择性RET抑制剂如塞尔帕替尼的使用。ROS1基因重排通常通过下一代测序识别，为克唑替尼或恩曲替尼的靶向治疗提供基础。此外，NTRK1、NTRK2和NTRK3基因融合广泛存在于各种肿瘤类型中，是美国食品药品监督管理局批准的TRK抑制剂的靶点。检测方法包括用于初步筛查的免疫组织化学，随后通过下一代测序或荧光原位杂交进行验证，以确保准确识别融合阳性患者。最后，对于像PIK3CA这样的脂质激酶靶点，基于下一代测序或等位基因特异性聚合酶链式反应的伴随诊断可以识别激活突变，为乳腺癌等癌症中PI3K抑制剂的使用提供信息。总之，这些例子凸显了伴随诊断在指导广泛的激酶驱动恶性肿瘤靶向治疗中的关键作用。
HRR基因和PARP抑制剂
研究人员估计，大约30-50%的卵巢癌与同源重组缺陷相关。两个关键同源重组基因BRCA1和BRCA2的致病性变异是HR缺陷最早且最明确建立的遗传标志物之一。因此，靶向治疗如聚ADP核糖聚合酶抑制剂已成为卵巢癌，特别是携带BRCA1/2突变或缺乏功能性同源重组修复通路的女性的极具前景的治疗方法。为了更好地了解这些药物的安全性特征，有研究全面评估了不同PARP抑制剂单独使用以及与其他药物创新组合使用时相关的毒性。在临床实践中，有几种美国食品药品监督管理局批准的伴随诊断检测用于指导卵巢癌中的PARP抑制剂治疗。2014年，美国食品药品监督管理局批准了BRACAnalysis CDx，这是首个通过上市前批准途径批准的实验室自建检测伴随诊断。与许多早期的基于DNA的伴随诊断检测不同，BRACAnalysis CDx检测BRCA1/2基因中的多种突变类型，包括单核苷酸变异、小插入/缺失和大重排，并将其分类为有害或疑似有害，以指导奥拉帕利的治疗决策。2016年，FoundationFocus CDxBRCA检测被开发出来，用于识别可能对卢卡帕利产生反应的患者。BRACAnalysis在几个方面是独特的，包括其全面的BRCA基因种系谱分析、对所有卵巢癌女性的可及性以及对家庭成员的影响。
PARP抑制剂伴随诊断也用于胰腺癌、乳腺癌、转移性去势抵抗性前列腺癌和前列腺癌的预处理诊断。在临床环境中，多基因特征检测如Oncotype DX、MammaPrint和Prosigna已被整合，以定制关于辅助内分泌和化疗治疗的决定。例如，有研究在晚期三阴性乳腺癌患者开始使用AR抑制剂恩杂鲁胺治疗前，通过免疫组织化学评估了雄激素受体表达。奥拉
