第一節(jié) 概述
分子生物學(xué)用物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)和免疫學(xué)等學(xué)科的理論和方法，從分子水平研究生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，并通過基因和生長因子的變異來研究疾病如腫瘤、遺傳病、心血管疾病、感染和免疫等發(fā)生和發(fā)展的本質(zhì)，為它們的診斷和治療提供新的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。分子生物學(xué)研究的不斷深入和分子生物學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用使外科醫(yī)生能夠從分子水平對外科疾病如腫瘤、器官移植、感染、創(chuàng)傷以及先天畸形等進行研究，從而使外科疾病的診斷和治療產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，同時基于分子生物學(xué)理論和基因工程技術(shù)發(fā)展起來的干細(xì)胞研究、組織工程、生物材料以及生物制藥等新興領(lǐng)域也在外科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
第二節(jié) 分子生物學(xué)與外科疾病診斷
外科疾病中一個很重要的內(nèi)容就是腫瘤，而腫瘤生物學(xué)又是細(xì)胞分子生物學(xué)里發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域。隨著腫瘤分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，可以檢測腫瘤相關(guān)基因的存在、分析腫瘤相關(guān)基因的缺陷及表達(dá)功能，及其與瘤細(xì)胞分化、轉(zhuǎn)移之間的關(guān)系，以達(dá)到通過基因早期診斷腫瘤并判斷預(yù)后的目的。
一、腫瘤相關(guān)基因
（一）癌基因 細(xì)胞基因組中能夠使正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的基因稱為癌基因（oncogene）。在絕大部分的情況下，這類潛在的基因處于不表達(dá)狀態(tài)，或其表達(dá)水平不足以引起細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化，或野生型蛋白的表達(dá)不具有惡性轉(zhuǎn)化作用，稱為原癌基因（proto – oncogene）。正常情況下原癌基因的表達(dá)受到嚴(yán)密的調(diào)控，當(dāng)這些基因發(fā)生變異時可持續(xù)異常表達(dá)，其產(chǎn)物可使細(xì)胞持續(xù)增殖。根據(jù)其產(chǎn)物作用可分為：生長因子、生長因子受體、蛋白激酶、ras基因產(chǎn)物及核轉(zhuǎn)錄蛋白等，常見原癌基因有ras、myc、erbB等。
（二）抑癌基因 抑癌基因（antioncogene）是一大類可抑制細(xì)胞生長并具有潛在抑癌作用的基因。當(dāng)它失活時，可能使癌基因充分發(fā)揮作用從而導(dǎo)致癌的發(fā)生和發(fā)展。常見抑癌基因有p53、p16、nm23、APC、Rb等。
（三）腫瘤耐藥相關(guān)基因 腫瘤細(xì)胞在受到抗腫瘤藥物的作用之后，甚至在抗腫瘤藥物作用之前，產(chǎn)生了針對這種藥物或相關(guān)藥物，甚至是無關(guān)藥物的抗藥性，稱為多藥耐藥性（multi drug resistance MDR）。腫瘤多藥耐藥性主要與MDR-1基因表達(dá)的P-糖蛋白及MDR-相關(guān)蛋白相關(guān)。
二、分子生物學(xué)與腫瘤診斷
（一）腫瘤分子生物學(xué)診斷策略
以DNA和RNA為診斷材料，應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)，通過檢查基因的結(jié)構(gòu)或表型來診斷疾病的方法稱為基因診斷。
1. 染色體異常的檢測 某些原癌基因在原位染色體時無致癌活性，當(dāng)它易位到其他染色體時則表現(xiàn)為致癌活性。原位雜交技術(shù)或原位PCR技術(shù)結(jié)合染色體顯帶技術(shù)可進行癌基因的染色體定位以及特定順序的斷裂點檢測等。
2. 基因突變檢測 基因突變是原癌基因激活的最為常見的方式之一，對于基因突變的分析可應(yīng)用單鏈構(gòu)象多態(tài)性（single strand conformation polymorphism, SSCP）、限制性片段長度多態(tài)性（restriction fragment length polymorphism , RFLP）、核酸分子雜交以及最近發(fā)展的DNA芯片雜交技術(shù)等。
3. 基因擴增檢測 一般癌基因多為單拷貝基因，但在癌細(xì)胞中拷貝數(shù)常大量增加即癌基因擴增。可以用限制性內(nèi)切酶對基因DNA進行酶切，然后通過Southern印跡雜交分析該基因拷貝數(shù)的變化。
4. 腫瘤相關(guān)病毒基因檢測 由于病毒小且難以培養(yǎng)，一般方法檢測效果較差，而PCR和核酸雜交技術(shù)檢測病毒則有較高的特異性和敏感性。
5. 腫瘤表達(dá)的檢測 腫瘤基因的擴增可表現(xiàn)為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA的增加，可通過逆轉(zhuǎn)錄PCR、Northern blot等技術(shù)來檢測。近來發(fā)展的免疫組織化學(xué)、免疫印跡法、流式細(xì)胞儀、蛋白芯片等技術(shù)可檢測腫瘤組織或血清中異常的癌基因蛋白,有著較為廣闊的臨床應(yīng)用前景。
6. 端粒酶檢測 人體正常細(xì)胞的端粒酶失活，因而端粒不斷縮短，最后細(xì)胞發(fā)生凋亡。而惡性腫瘤細(xì)胞中端粒酶活化，使染色體端粒穩(wěn)定的維持在一定長度，從而使癌細(xì)胞持續(xù)增殖獲得永生化。端粒酶活化在惡性腫瘤中陽性率為85% ～95%。TRAP法（telomeric repeat amplification protocol）可在104個細(xì)胞中檢測到一個永生化細(xì)胞的端粒酶活性，具有敏感性強、特異度高的特點。
7. 微衛(wèi)星不穩(wěn)定性分析 人類基因組的基因內(nèi)或旁側(cè)序列中存在許多1～4bp的串聯(lián)微小重復(fù)序列，稱為微衛(wèi)星DNA。重復(fù)序列的增加或丟失稱作微衛(wèi)星不穩(wěn)定性，在多種腫瘤基因組尤其是有DNA錯配修復(fù)系統(tǒng)缺陷的腫瘤基因組中可檢測到微衛(wèi)星不穩(wěn)定性。其基本技術(shù)為通過微衛(wèi)星DNA兩側(cè)的DNA序列設(shè)計PCR引物，通過凝膠電泳來分析PCR產(chǎn)物。
（二）基因診斷在臨床中的應(yīng)用
1. 腫瘤易感性檢測 腫瘤遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，部分惡性腫瘤的發(fā)生有其遺傳學(xué)基礎(chǔ)，因而腫瘤易感性的檢測對于高危人群的篩檢及確定具有較大實用價值。已知的腫瘤易感基因有Rbl、WTl、p53、APC、hMSH2、hMLH1、Ret、BRCA1等，與其相對應(yīng)的癌癥綜合征分別為：視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤、Wilm’s瘤、Li-Fraumeni綜合征、家族性腺瘤性息肉病（FAP）、遺傳性非腺瘤性結(jié)腸癌（HNPCC）、II型多發(fā)性內(nèi)分泌腫瘤（MEN-II）以及乳腺癌和卵巢癌。對有家族史的無癥狀人群進行腫瘤易感基因的篩查結(jié)果為陽性時可考慮作預(yù)防性手術(shù)，以降低腫瘤的發(fā)生率和死亡率。
2. 腫瘤的早期診斷 例如K-ras基因突變是一種人胰腺癌、結(jié)腸癌和肺癌中發(fā)生率較高的分子病變，其突變點固定于12、13和61位密碼子，其中以12位密碼子突變最為常見。國外有研究報道，對胰腺癌細(xì)針穿刺活檢組織作K-ras第l2密碼子突變檢測，其檢出率為100%（12/12），而慢性胰腺炎患者均無突變發(fā)生。對大腸癌患者糞便中的K-ras突變檢測，發(fā)現(xiàn)檢出率達(dá)到33.3 ％，對臨床檢測和大腸癌高危人群的篩檢有意義。
3. 腫瘤分類 例如通過檢測N-myc與c-myc的擴增與表達(dá)以及Rb基因的缺損，可以鑒別神經(jīng)母細(xì)胞瘤和神經(jīng)上皮瘤。神經(jīng)母細(xì)胞瘤的N-myc明顯擴增且表達(dá)增強，同時可檢測到Rb基因缺損，而在神經(jīng)上皮瘤中則檢測到c-myc擴增且表達(dá)增強，但檢測不到缺損的Rb基因。
4. 腫瘤的療效及預(yù)后判斷 通過檢測腫瘤細(xì)胞中的MDR基因和mRNA的表達(dá)，有助于對腫瘤化療效果的判斷。許多研究表明腫瘤相關(guān)基因的突變和擴增與患者預(yù)后相關(guān)，如p53突變與肝癌、大腸癌、卵巢癌、乳腺癌等多種腫瘤的預(yù)后有關(guān)。腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因nm23與多種腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)，如檢測到nm23缺損則預(yù)后較差。