临床诊断实验的发展历史--译文概要

1、临床诊断实验的历史发展1介绍随着临床诊断实验进入21世纪，它反映的过去影响实验室地位 的科学、社会问题及预测未来的问题和机遇是有趣的。 将所有影响当 前实验室功能的重大医疗和社会事件都在一个简要的介绍性章节中 讨论或评价是错误的。 也有可能错误地扩大这些事件的影响仅因为带 有21世纪的偏见来解释这些。然而，一些共性的线程却影响着早期 诊断实验室的发展。 以我之见， 本章着重讲述在医学领域临床实验是 如何及为何能达到目前状态的重大事件。诊断检测的历史是从孤立的程序开始到有组织的诊断实验演化 过程。起初，诊断检测就是在病人一旁，用小的、简单的设备做的检 测，并且快速评价检测结果，给出诊断建议。实验

2、选择、性能和解释 都有实验者说了算。 在完成这个过程中， 没有任何专业技术人员协助。 因为个人的成功直接关系到程序进行， 并以何种方式进行， 实验者缺 很少交流。奖金补贴不仅要看表演技巧也要看治愈结果。现代实验室是一个物理空间， 无论是独立的还是作为医疗机构的 一个部分， 而且有很多固定设备， 每天有上百有时甚至有上千的标本 被检测数十次。通常情况下， 实验室接受教学和研究责任伴随这病人 提供的服务的义务。 今天的实验员都是经过专业训练的， 以便在对检 测结果进行会诊。 这种结构强调了当前现代实验室操作的复杂性。 随 着专业机构，会议和出版物的越来越多，使信息交流更便捷，高效。这种交流对保障护

3、理水平也是有必要的。 原本支持实验技能表现的系 统被仅依科学为基础的医疗实践所替代。今天的实验室处在不断变化的状态， 面临一些临近病人检测、 扩 展服务、利用率、广泛的监督以及严格的财政控制等问题。前三个问 题都让人想起早期的诊断测试。实验室组织已经取代单独的从业者， 但实验检测却又回到了近病人检测、扩展服务上来了。过去，很少有 人提到使用诊断检测， 然而，今天委员会和组织致力于提高的实验室 诊断 这是分子诊断发展简要。回顾历史可以给我们一些关于过去活动和目前实践之间的相互关系和相似性。 被认为是新问题和机遇的 事情可以追溯到过去。现代实验室发展过程中， 需要一些条件。很明显，技术是在医学 进

4、步的主要力量， 它是一柄双刃剑。技术的优点：只有技术进步才能 产生了解和治疗疾病所需的精密仪器。它的缺点：越复杂，护理成本 越高。其它涉及到可用性和伦理的社会问题比过去显得更加突出。 对 现代医生来说，血管造影，计算机辅助断层扫描（CAT）,器官移植和DNA分析是几个昂贵但很有用的诊断技术。何时使用、哪些病人 适合使用、结果如何处理等这些问题困扰着21世纪的诊断实验室。当前技术的另一结果是它省去了医生的大量检测实验和程序。 执 行这些和其它程序所需的技能再加上高昂的设备使主治医生不能从 事实验员这一职位。第二个必须满足的条件是后勤保障。 实验室测试方便, 所涉及到 的收集、保存、检测、报告在病

5、人和医生之见必须容易和快捷方便。 随着需要提供服务的资源越来越多，这一实际结果使实验室不断渗 透。起初，这些资源是人还包括把样品运往基层实验室，后来变成多 个采集地点、快递服务、机械加工和电子报告。这些后勤问题直接导致了实验室发展的第三个条件： 经济学。以 经济上的考虑包括两个部分。 其一，实验室服务对订货医生来说在经 济上是可行的选择。 在诊断实验室相关检测上， 服务必须以医生不得 有成本或收入的重大损失的方式交付。 其二，必须有一个机制来支持 实验室测试的成本。很快后者问题就得到了解决-第三方报销系统。 作为20世纪的社会改革计划之一，广泛的保险为病人医疗服务费作 隐形支付。 如果不进行适

6、当控制， 报销系统会促进该技术更广泛的应 用，为大部分人服务成为可能。 将最好的技术服务于每一个人对于每 个检测中心都是一种激励。这一章节重点介绍一些历史事件和实践， 体现了分子诊断学的发 展。这里罗列出来的事件不是绝对意义上的实验室医疗实践， 但这些 事件却显示出分子诊断从概念到今天的实验室诊断的演化和发展， 还 包括一些可能是分子诊断的萌芽发展事件。2早期的医学很久以前就有实验室， 它作为一种对病人进行评估活的实践活动 而存在的。早期的卫生保健服务者（不是所有的医生）试图通过各种 手段来确定病人的健康状态。诊断和处方治疗并不总是准确和科学 的。这一过程是出于利他主义、虚荣、贪婪、科学思想、

7、哲学和宗教 法令的组合。 这并不意味着所有的都是骗术和咒语。 有医学价值的是 那些为合法化的诊断医学奠定基础及其以后的支持功能的， 其中之一 就是临床实验室。医生在古代面临一大障碍是实现创伤性手术是非法的。 可以观察 触摸病人， 但可以取走的仅仅是从身体上自然获得的样品。 由于这些 限制，在很长的一段时间内，把尿被作为样品进行评估。一些证据表 明：早在公元前4000年，苏美尔人和巴比伦人利用尿液进行诊断 （1）。 妊娠的诊断很可能是由古埃及人使用女人尿液使发芽种子来确定的 （1）。印度医学描述带有甜味的尿液洒在地上会吸引黑蚁（2）。希波 克拉底（公元前460-355年）描述了病人尿液的特征和颜

8、色，并提到 长期肾脏疾病患者尿液中存在泡沫（2,3）。在接下去的600年里，对 尿液的研究进展缓慢。伽林（公元129-200年）写道，并教诲说尿是 血的过滤液，正因如此，它可以表明疾病的类型和位置（2）。在接下 来的9-10世纪里，这两个人的教导是进行验尿的基础。大约在公元800年，西奥菲勒斯写了第一个关于尿液方面的论 述。在文章中提到首次用尿液做化学试验。 对肾脏病患者的尿液用蜡 烛火焰进行加热会变浑浊（2）。其它医生在重复这一过程中，发现一 些酸可以代替加热。 过了几个世纪才鉴定出沉淀物质是蛋白质， 与疾 病的关系才被认识到。有人关于尿液样本的质量提出了其他意见。 早晨与晚上的尿液在 组成

9、上是不同的，其它因素如：年龄、食物、药物都会影响尿液的成 分。早在10世纪，这些影响就被Avacinna所发现。早在11世纪就 发现首次晨尿是用于实验分析的最佳尿样。24小时内的尿液要避光低温保存才可以使用。尿检继续成为研究的一个重点，吉尔斯德科尔贝发明一个玻璃容器（叫做尿壶） ，形状像膀胱，专门为尿液检查用。他们这样认 为尿沉杂和污点在容器中出现地方就会在体内病理部位相应地出现。 这些的尿容器是早期的实验器材之一， 这些容器在当时很普遍， 与墨 丘利的节杖一样作为医学的象征。其它检测和程序加入尿检中，还有各种助剂加入使检测更加容 易。尿轮就是当时的一个发明，它上面有色彩图，与现代油量计目的

10、类似。把尿液与尿轮上的颜色进行匹配， 后阅读解释说明的文字以便 作出诊断（3）。尿检很快获得了自己的生命。 尿样送给医生是不需要患者的病情 信息，分析医生会返回一个检测结果和治疗建议（3）。预计成熟的尿 检会被滥用，而且确定会发生。 如果他有能力比其他检验师做更多检 验，他的重要性将会提升。因此，必须声明，以防分析师的分析结果 超越观察极限。尿检分析师有机会获得丰厚收入，在那段时间，Joa nnes Actuarius开始写关于尿常规检查的局限性。他是首次提出注 意尿检的人员之一。 独立实验做的再好都不能排除其他临床检验的结 果（3）。那不并能说尿检总是令人质疑的。 蛋白尿虽然类似的蛋白质未确

11、 定，肾炎，I型糖尿病，血尿，感染，浓度，和有限的评估肝脏疾病 都是通过尿检来认识的。 鉴定尿液里的特定成分与疾病的关系历经几 个世纪的发展， 在大多数情况下， 尿检是一种有价值的诊断工具 （3）。这些早期的试图仅通过研究身体上的部分液体来诊断疾病的方 式给医学实验室的发展提供了一些见解。 首先，这种通过使用一些基 本的助剂和程序进行纯粹的观察的诊断方法激发了求知欲。 如果简单 的观察是有益的，那么特定的方法会更好。其次，为特定医学应用产 生的医学设备。具有蒸馏、沉淀、蒸发功能的设备主要是很小、便携 但也需要地方放置，这一问题有待解决。需要一个长久的地方可以将 病人的尿液送过来以便做检测（早期

12、诊断实验室） 。第三，随着尿检 成为一种常规活动，一些法律界的成员开始讨论这些做法的合理性。 这可能是历史上关于检测的第一建议。3转变随着技术发展和天才的出现， 检测技术需要不断进步。 当科学和 技术达到一定程度， 其他方面就会有所突破。 满足这一要求的两个历 史性事件是在15世纪约翰古登堡发明活字印刷和改革。活字印刷 和印刷媒体具有将信息提供给更多学者这一潜在功能。 实验和数据可 以由其他专业人员证实， 毫无根据的结论就会越来越少。 各种各样的 教育将会是一个恩惠。 教育需要一个合适的环境， 改革提供了这一环 境。个人在生活中获得更多的自由，旧的方式和限制、刻板的思想已 经成为过去。 在这个

13、变革时代， 利用这一环境优势进行适合的个体化 教育。被誉为现代解剖学之父的安德雷亚斯 维萨里就是这样一个人。 他是第一个做广泛的解剖并准确地记录解剖信息的人 （4）。这一重要 性在于从解剖动物到解剖人。 准确的解剖数据可以被利用， 在其他解 剖科学、组织学和动物学上真正的进步才产生。 这种类型的另一人是 莫尔加尼， 维萨里的后继者， 他将解剖学和临床病史何为一体描述为 病理解剖学。这可以说是现代病理学的开始。在17世纪期间，实验室医学科学开始获得像今天一样容易被识 别的特征。实验室被建立在家中，以便使研究和开发得以实施（4）。 这种家庭工业的结果是实验室和诊断设备的发展。 温度计和比重计就 是

14、两种这样设备（4） 。尽管温度计是由伽利略在16世纪后期发明， 但直到17世纪才用于评估患者。液体被认为是变化的最佳指示剂和 校正仪器最好的方法（4）。鉴于这些问题和其他实际问题，一些医生 很快就认识到， 定量测量体温是对过去用手测量的改进。 对其他医师 而言，获得和使用温度计的问题是太大。 经过这阵的活动， 直到19世 纪人们对温度计的热情回到平静状态。19世纪，许多原来的问题被 解决或最小化， 所以测量温度成为一个更加务实的事情。 有关温度在 医学诊断和预测中价值的文章开始出现在重要的医学杂志上（5）。比重计的使用相对没有温度计那么容易被人接受。比重计比较小 而可靠，所以可以携带它们去病人

15、家里。 比重是一个根深蒂固的验尿 方法之一。一个可靠和简单的仪器，满足了普通从业者的需要。验尿 仍然是最重要的。家庭实验室为实验设备和方法的完善方面作出了贡献。应该记 住的是炼丹术缓慢地让位于有机化学，所谓有机化学是活生物体内 的化学（6）。直到1828年尿素的合成，有机化学变成为了碳化合物 化学。因此，很多医药师的努力方向转向了体内液体的化学过程 （6）。 帕拉塞尔苏斯，和后来的威利斯建议对尿素进行化学分析（6）。液 体被分离成很多成分，被认为可以获得更准确的诊断和预知信息 （6）。真实的情况是一个新的假设总是有一些批评者。调查者坚持 不懈努力和从实践中产生的积极的可预见的结果被广泛接受。积

16、极的调查胜过被动的观察这一理念的延生促使罗伯特波义 耳分析血液。他做了尿化学分析，并继续用这种方法对人体血液进 行分析（5,6）。波义耳的不利之处是他不是医生，所以没有机会对病 人的血液进行分析（5）。他敏锐的观察到知道健康人的分析结果将 对病人的评估变得更加容易（5）。很明显波义耳是对使用正常参考 值范围的早期支持者。正常参考值范围这一概念被法国医生Raymo nd Vieusse nS!过化学分析很多人的血液做了进一步研究 （5）。 他的研究中包括正常人、不正常人、男人、女人，还包含他们的不 同气质。他对这些人群的研究在那个年代是异乎寻常的。诊断检测已取得公信力，这种公信力使的对血液和尿液

17、进行化 学分析并利用这些信息进行临床诊断被接受。实验室的数量开始增 加，关于可以应用于医药的技术也正在开发中。随着实验室检测技 术和实验数据的日益完善，实验室技能的认可。4早期的现代医学化学作为一门科学， 在18世纪和19世纪初期迅速发展。 医学化 学家对糖尿病进行了深入的调查。像约翰 罗洛和威廉 克鲁克香克医 生研究证明糖尿病患者尿中糖的存在与否，取决于患者的疾病状态 （5）。通过检查病人尿液中糖的存在与否， 来作为监视病人状态的为 一类化合物（5）。那时传统的观念是大多数执业医师不够完善，不能 经常做这种类型的分析（5）。然而，经过反复实验而进行监视方法被 认可。在1827年，理查德 布赖

18、特出版了他的报告的医疗案件，他描述 了在体腔或细胞组织的浆液收集而造成水肿的患者尿液中的白蛋白。 布赖特知道与此条件相关的解剖病变， 并且他做了化学结果和解剖结 果之间的联系（5,7）。这种情况后来被称为布赖特病以表彰布赖特所 发现的这种联系 （7）。这无疑大大增加通过分析标本来诊断疾病这种 方法的可信度。 检测很简单： 加热尿并且观察有的白色沉淀物形成。 检测的结果可以预测肾脏疾病的存在。 这个测验不是完美的， 随着越 来越多的人进行检测， 获得了相互矛盾的结果。 一些白蛋白物质并不 形成沉淀， 除非加入一些化学助剂。 一些正常病人尿中却能形成了沉 淀（5）。这些结果和一些争论使布赖特白蛋白

19、沉淀方法被认可程度变慢， 而且减慢了它应用与临床诊断的速度。进展在几何曲线的前端，到19世纪上半叶末期，医学实验室诊断技术等到广泛应用和快速发展。对这个快速发展主要作出贡献的是Gabrial Andral。他认识到化 学分析体液的重要性，他强烈建议要加强对其研究（5,6）。他相信对 体液和身体上固体物质进行化学分析和显微镜检查一样重要（5,6）。 他的杰作血液病理学 记载了他对病人和正常人群的血液进行化学 分析、显微镜检查和直观观察（6）。他测算了血液的主要成分并证明 了贫血患者血液中红细胞数量减少和蛋白尿患者血液中白蛋白减少。Andral研究的成功和他的热情激励着其他的工作者进行相似的研究。

20、 对糖尿病患者血液中糖的研究和对关节炎患者血液中尿酸的研究是 当时这一作用的主要例证（5）。血液学专业得益于Andral的工作。用于红细胞定量的计数室发 明和他们在诊断贫血中的运用在医学杂志被讨论 （8）。因为放血仍然 是一可接受的治疗形式， 它对体液的化学分析和对血液的显微分析工 作提供了便利。 这是一个两难的局面。 随着利用这种新方法获得了更 多关于疾病（如贫血）的信息，很明显放血并不是一个合适的治疗方 法，这种用之不竭的研究材料将变得越来越难以得到。19世纪的后期是实验方法多产的时代。如此多的方法的出现以 至于医生都不知道哪些方法可靠哪些方法不可靠 （8）。时间和设备也 成为日常使用这些

21、新方法的障碍。 医生抱怨道： 需要时间来进行分析 和所涉及到的专业知识超出了他们的能力 （8）。这种状况在没好转之 前会更加恶化。化学成为应用于所有医疗学科的一种工具。保罗埃 尔利希博士用化学染料对伤寒症状患者的尿液进行分析， 通过苯胺染 料来区分不同类型的白细胞（7,8）。对于胃功能紊乱的研究就是通过 使用胃管取出胃内内容物并对其进行化学分析而完成的（8）。医学杂志都是在讨论新的方法和老方法的失败和缺陷。 如果技术 进步是合法性的唯一需求， 那么实验室医学则是一个建立的学科。 然 而，真正的接受只有通过学历制度。历经19世纪，实验室诊断在学 术和政治地位都得到了发展。 起初，医学院校并没有大

22、学所具有的地 位。直到19世纪，他们才于大学地位平等（9）。大约于此同时，医 学化学正在从普通化学或有机化学中分离出来 （9）。后者被认为是更 加纯粹的化学， 因此更加久负盛名。 结果是生理化学成为生理学的一 部分并且它没有自己的学术地位。 有一个很明显的例外， 在蒂宾根大 学第一个生理化学教授职位成立于1845年（9）。第一个生理化学教 授是Julius Schlossberge，r他负责医学院的化学课程（9） 。他的后继 者是Felix Hoppe-Seyler,他将生理化学教授这一职位转交给了哲学系。这个职位直到20世纪一直存在，它存在的主要原因是担任这一 职位的都是有机化学家和生理学家

23、（9）。类似的学科体制在其它学校 并不是那么成功。直到这一职位在美国医学院校的建立, 生理化学才 变得更加明朗。1874年，在Russell H. Chittenden的指导下，美国在耶鲁大学的 谢菲尔德科学学院成立了首个生理化学实验室（10）。随后在其他各 大高校也迅速建立了类似的实验室。 教员希望获能获得教育和开展研 究,通过专业学历认证的申请者就会获得专业职务（10）。这些生化设施是大学里永远的组成部分, 后来也成为医学院校的组成部分。 预 科和医学的医生都要进行关于生物和化学相关的实验培训。19世纪晚期,另一个发展表现为医院开始出现在美国。到20世 纪中期,医院都会设计专门用于尿检的实

24、验空间（7）。为实验室工作 创造了一些条件,实验室工作的大部分时间都是在做尿液分析（7）。有迹象表明,至少在著名的东区医院尿检是一件日常事务（7）。到20世纪末期,医院的实验室加入了病房实验室一个更小的主实验 室。其合理性在于靠近病人的小实验室可以减少获取结果的时间并且雇员可以是医生和员工。事实显示，这两种类型的实验室都在增长， 每个实验室都需要更多的资源以使其运行。两个医生的加入对于配以专业员工、 以医院为基础的实验室的可 信度增加了。奥托福林，在1908年的演讲，提出医院的实验室应该 以医院为基础和以专业的生理化学家为员工（11）。威廉奥斯勒认 为对临床医生来说实验室的价值是不可或缺。 当

25、有影响力和受人尊敬 的医生成为实验室检测的支持者时，实验室获得了永久的地位（8）。随着实验室不断被接受， 而且医院认为他们是提供服务的不可或 缺的组成部分，实验室的地位开始发生微妙的变化。 一旦实验室成立， 相应的工作变便产生了。在20世纪早期，几家医院的记录显示大多 数病人都进行了尿检，即使有些病人没必要进行尿检（7）。这些尿检 实验被一些高级实验员进行了细化。 增加了对血液和其它体液检测的 新方法。许多关于临床实验相关的名字如福林试剂、 本尼迪克特试剂、 加罗德、Koch、范斯莱克、欧利希等等都来自于这一时期。这是一 个多产的年代，许多发现都被应用于诊断实验室。尿液和糖尿病被研究了几个世纪

26、， 以便提供更好地医疗护理。 宾 夕法尼亚医院的记录显示， 通过测量尿糖来监视糖尿病妇女的治疗效 果（7）。尿液每天都要进行分析，以找到尿糖阴性。这是首次关于用 实验检测来监视治疗效果的记录之一。 自从胰岛素被发现之后， 这种 监视糖的方法对于控制胰岛素困难的治疗方法变得很重要。 胰岛素很 难纯化，还有其他影响如运动、 饮食等这些使得胰岛素的剂量很难掌 控。 对血糖进行检测是可行的但是比较困难，因此，定期检测尿糖成为日常事务。方法不断被开发并在临床上进行验证。 每个方法或程序都有为临 床实验室提供服务的形式。 很明显至少两个问题在折磨着实验室。 一、 工作量的不断增加，估计这一趋势会持续下去。

27、二、实验室检测是即 困难又繁琐的事情，检测结果又是变化性比较大。Leo nard Skeggs博士解决了其中的一些问题。 他设计的连续流动分析器是第一个用于实 验室的实用单元（12）。这些设计在本质上就是复制手工劳动，但是 增加了劳动强度和提高了准确性。 自动化的实验室检测技术经过了几 代人的改进。 今天这些设备应用于实验室的各个部分， 并涵盖了广泛 的方法。5分子生物随着21世纪开始，临床诊断实验室正在进入一个新的阶段。各 种形式的生物技术在现代临床诊断实验室中是发展最快的学科。从1865年孟德尔的植物杂交试验到人类基因组计划，伴随着新的挑战， 分子生物学给实验室工作带来新的挑战。 这些挑战

28、不仅仅局限于实验 室职业和科学问题。 伦理，法律和商业问题是与科学问题一样艰巨的。分子生物学是一个相对崭新的学科， 但它指向遥远过去的事情被 认为是当今科学的祖先。 在公元前5000年和2000年之间， 亚述人和 巴比伦人认识到枣椰树存在着性别并开始进行人工受精（13）。可以推测出这一目的是要提高那些被认为可取的性状。 在公元前6世纪到4世纪，希腊人开始讨论遗传性状和关于遗传与环境对出生缺陷的相 对影响（13）。进一步提出了关于人类如何发展和很容易识别父母和子女之间性状的来源是什么进展一直很缓慢直到1752年，Maupertius通过对一个家庭四代 人的观察，第一次描述了遗传病（13）。约瑟夫

29、 亚当斯发表了疾病的 遗传特性，遗传疾病的延迟表达和由环境引发的疾病（13）。接着， 施莱登和施旺提出有核的细胞是生命的基本单位。 魏尔肖认为细胞只 能是通过现有细胞分裂产生的（13）。在1 859年，达尔文出版了物 种的起源一书，值得注意的是当时缺乏遗传理论（13）。大多数人认为分子遗传学开始于1865年，当时孟德尔用豌豆实 验解释了遗传特征（14）。今天看来他的工作很重要，必须记住它在35年以后才被认可。在19世纪剩下的时间里，有许多发现包括细胞 结构和功能理论。在分子生物学和遗传学中的一些术语如：核酸、染 色体、有丝分裂等都来自于这一时期。20世纪上半年科学界被孟德尔的实验推进。植物和动

30、物的性状 根据孟德尔的遗传规律被重新评估。 伟大的科学家进行的伟大的研究 为科学的迅速增长贡献了大量基础科学知识。 这样的贡献如： 染色体 配对（1902）、X和Y染色体绝定性别（1905）、基因在染色体上（1910）、 第一张基因图谱、DNA的提取及纯化（1935）等都为人类基因组计 划提供了必要基础（13、14）。在这一时期发生的现代分子生物学有关的其他事情。 一、每一个 遗传学新生的压力可以追溯到1910年，当时在哥伦比亚大学，摩根 确定了在果蝇中一些性状的伴性遗传特征。 一个好模型是在短的时间 内可以研究好几代个体。这变的很重要，因为赫尔曼穆勒利用果蝇 模型证明电离辐射如何加快基因突变

31、。 几年后， 这对能源部门是很重 要。二、 利用X-衍射晶体学研究DNA和蛋白质促进分子生物学的 诞生，这意味着在由对生物学的总体研究变为更加精细的分子水平上 的研究。三、乔治 比德尔和爱德华 塔图姆提出一基因一酶的概念 （15）。这一理论整合了之前的零散的信息并统一遗传学和生物化学（15）。这是分子生物学的首次重要发现（15） 。直到1950年，生物信息被汇集、统一并整合在一起就是现在所 称的分子生物学。然而，作为计算机科学家，另一个线程是与现在分 子生物学实践具有更加密切的关系。在20世纪早期，加洛德发表了 关于黑尿症的遗传本质（15）。重要的是他能够证明这是一个代谢或 化学紊乱症（15）

32、。他所研究的案例都是在一级亲属之间作用的产物。 加洛德有理由认为这次特别交配使隐形性状得以表现， 就如同孟德尔 遗传分配定律预测的那样（15）。紧接着，几年之后他便出版了先 天代谢缺陷病。代谢过程中所涉及到的准确的化学几年内还没搞清 楚， 但这是实验室诊断的第一个实例， 就如同当今的实践一样。在1934年发生了类似的发现。Asbjorn Folling有理由认为智能 障碍与苯丙酮尿代谢紊乱（一种先天性的苯丙氨酸代谢缺陷）有关。 这一障碍源自于苯丙氨酸羟化酶基因突变（13）。这意味着分子生物学的另一个应用， 遗传疾病在生命的早期就能检测发现， 以便早期治 疗以防发生灾难性的后果。在1949年，莱

33、纳斯鲍林和他的研究小组在科学杂志上发表文章 镰状细胞性贫血被描述为分子病（15）。这是第一次在分子观念上描 述内科疾病并把它归因于一个突变的基因。随后，鲍林又描述了蛋白 质的a-螺旋结构（14、15）。这样描述蛋白质的3D结构是一个丰功 伟绩。但鲍林没有发现DNA的结构。在20世纪50年代，此类努力继续向前推进，确定了类染色体数 目为46条并且发现了染色体异常疾病如唐氏综合症（21三体综合 症）、特纳综合征（45,X）、克兰费尔特综合症（47,XXY）（13）。 这是细胞遗传学令人难忘的开始。 这些进展是医学分子生物学如何运 用到实践的一些最早期的代表, 基础科学正在以惊人的速度前进。 查 加

34、夫确定了核酸碱基的比例是1:1,为确定DNA的结构作为了一个 很重要的突破（13,14）。加上罗莎琳德富兰克林和威尔金斯晶体学 研究表明核酸的有序性、多链个核酸聚合链和螺旋结构,使的詹姆 斯沃森和弗朗西斯 克里克能够提出DNA的结构（16）.许多零碎的难题被许多具有非凡工作能力的研究组落实到位。DNA总体结构和DNA组成细节性的问题得以解决。 关于信息组装体 如何翻译成蛋白, 仍是一个很重要的问题。尼伦伯格和马太做了一系 列关于RNAs的试验,看他们是否会合成蛋白质。 从这一系列的试验 中通过聚合体U发现UUU编码苯丙氨酸（16）。伴随着一系列的重 大成就一科拉纳（多聚核苷酸合成） 、菲利普莱

35、德（tRNA结合在核 糖体上确定编码）等等,为破译其余编码信息开辟了道路。与基础发现的重要性一样, 方法和技术的重大进步也很重要。 在 这一时期见证了逆转录酶的提取和特征、DNA连接酶、限制性内切 酶、染色体染色方法、DNA片段的杂交技术、 确定DNA中核酸的方法、噬菌体和质粒的发展和聚合酶链式反应。 聚合酶链式反应是过去 所有的一种整合。这个相对简单的程序为获得DNA的特征成为可能， 即使材料数量有限。这是一个使所有工具用于克隆的活跃时期。克隆作为一个过程，在这个词被创造之前已经完成了。在1952年，罗伯特 布里格斯和托马斯 金利用生物技术克隆了青蛙（17）。 该方法是一种细胞核移植技术。该

36、技术后来被剑桥大学的约翰戈登复制和改进（17）。也有一些研究关于果蝇和细菌的相关实验。 在1970年代早期，Paul Berg创造了第一个重组DNA，Stan Cohen, Herb Boyer和他们的同事创建了第一个重组DNA生物（16）。他们在大肠杆菌 中成功扩增了蟾蜍的DNA。这是基因工程的开始，并开始讨论这一 新的科学对社会的影响。 改变基因并在别的物种上扩增他们是让人忧 虑的源泉。这些被植入的生物会对人类造成致命性的疾病吗？这确实 是一个未知领域，在接下来几年里，如有需要，科学界应该讨论如何 控制科研行为。1975年2月在太平洋-格罗夫市举行一场国际性的会 议（艾斯洛玛尔会议）会，上

37、产生了一套临时的建议，后来国家卫生 研究所利用这一建议制定了一套强制性的行为准则。 国家卫生研究院 资助的所有项目都必须遵守这些准则（16）。很快世界各地的其他机 构对重组DNA研究也采取了类似的的限制措施。一种不同寻常的状况正在发展。 克隆的潜能并没有使大家都很失 望。每个实验都在大众媒体和科学期刊得以展示。因此，有事业心的 人看到了商机，诞生了早期的生物技术公司。基因泰克、Cetus Genex、Biogen和安进是一些早期涉足基因工程领域的公司（16） 。 在1980年，申请基因工程生物专利变成合法化。 这促使医药研发公司开发蛋 白激素、药品和研究基因异常与疾病的关系。 生长抑素是第一个

38、基因 工程激素，第二年出现了胰岛素， 不久以后，又出现了红细胞生成素。 很显然这是生产药品的新方法。克隆实验由20世纪50年代和60年代的猜想到80年代变成了现 实。核移植克隆技术分别在哺乳动物老鼠、羊、牛、猪、山羊和兔子 上获得成功（17）。这些和其它一些实验为首次由成熟细胞克隆多莉 羊铺平了道路。多莉出生于1996年7月的苏格兰罗斯林研究所 （17）。 由理论变成现实， 制药业及生物科学界走向了激动的和令人生畏的未 来。分子生物学最伟大的案例之一就是人类基因组计划。 第二次世界 大战后，一段时间，原子能委员会，后来称为能源部门，对研究电离 辐射对健康的影响很有兴趣（18）。原子能委员会曾热

39、衷于曼哈顿计 划和制造原子弹， 一个有力的原因是这些事情激发了他们对电离辐射 研究的兴趣。在美国原子能委员会是对基因研究的最大出资者。到20世纪80年代，能源部开始支持非核能源对健康的影响（18）。在 此环境下，查尔斯-德利思开始沉思绘制人类基因组的事情。任务是 艰巨的。起初，被认为是不可能完成这项伟业，技术上也切不可行。 主要机构如美国国立卫生研究院对此都不感兴趣的， 全国许多出名的 科学家对此也不感兴趣。 随着技术的发展和计算机能力的提高， 人们 对此越来越感兴趣。1987年，能源部宣布人类基因组计划启动，对 人类基因组进行测序（18）。在科学领域就像生活中所有事情一样， 没有什么能比别人

40、感兴趣而变得更加有趣。 能源部的宣言激起了国家 卫生研究所（NIH）的兴趣，更具体地说，是激起了主管James Wingaarden的兴趣（18）。科学界仍然对其有分歧，因为他们认为用 于此项目研究的费用不利于其他所有项目的研究资金。 这项研究的费 用据估计约数十亿美元。美国国家科学院为NIH写了份支持人类基 因组项目的报告。 在资金问题上的争执仍在继续。 美国能源部和美国 国家卫生研究院是此项目资金的共同资助者， 但后来资金逐步转移到 美国国家卫生研究院上（18）。官方公布的人类基因组计划是在1990年，预计需要15年，耗资30亿美元。人类基因组计划的原始目标是产生高分辨率的基因和人 类基因

41、组的物理图谱，确定人和其它有机体的完整DNA序列，开发 储存、分析解释数据的技术，评价基因组的道德、法律和社会意义。 有意思的是， 对伦理、社会和法律问题的资金资助如同对科研项目资 金资助一样。在24小时内分享序列数据库是个显著的进步和合作， 此是人类基因组计划的一个特点。 从商业角度而言， 并不是不存在竞 争。Celera公司的成立是为了与美国国立卫生研究院项目竞争，并设 置其为期3年的时间表和显着降低了成本的目标。2000年6月，美国总统克林顿宣布人类基因组计划的第一个草 图完成。这是商业公司Celera和国际人类基因组联盟共同参与的展 示。在宣布之时，该计划已经耗资约300万美元，并比计

42、划提前几年 （13）。在第一个草图中人类整个基因组并没有全部完成，2001年， 人类一半的基因组已经绘制完成而且已经实现了共享 （13）。DNA的 结构公布后五十年后，人类基因组计划几乎已经完成了所有的目标从这一简单的概述， 通过不同学科的合作努力， 分子生物学比其 他科学发展较快。孟德尔数学方法使用了代数逻辑（19）。RichardAltman的不含蛋白的DNA提取方法和Fred Griffith和Oswald Avery把无毒菌转化为有毒菌的实验都是重大的发展标志（20）。理论化学 原理的应用使得科学家开始使用自然科学原理（19）。詹姆斯沃森 和弗朗西斯 克里克阐明数学上令人满意的DNA结

43、构（21）。计算机 科学的发展使使用软件和硬件贮存和分析数据成为可能。 甚至，获得 专利都被认为为这一科学的发展作出了贡献。在诊断实验室历史上第一次， 分子生物学扩大了可用的信息的范 围。直到现在，实验室一直是描述本质上的事情。 它是为了评估化学、 血液学、解剖病理学的测量事件。 分子生物学在本质上使实验室成为 可预见性的。 现在对某些疾病可以做出预测。 这与血糖升高可诊断为 糖尿病不同。这种新技术的检测结果显示病人可能患有某疾病的风 险。因为这一技术可以发现突变携带者和对疾病发展进行预测， 因此 道德考虑和遗传咨询成为实验室发展不可分割的一部分。 因此，预测 医学将受益于该新技术。 在一个家

44、族史显示有特殊疾病的情况下， 对 于该家族某成员， 实验检测可以显示该成员有无此类疾病的风险。 如 果存在很大的风险， 医疗机构可以在早期进行干预。 对于控制医疗费 用而言，此类干预具有重要经济意义。利用基因工程生产药物， 甚至单独为个别病人合成药物， 医药工 业将从中收益最大。 这种合成可能以修改动物体内基因的形式， 使动物合成人类产品，极大地减少了有机合成的需求。6其他因素正如以上讨论，实验室经历一系列的进步和挫折。直到最近， 每年测试量大幅度提升， 超过了预测用于诊断目的的数量。 一个影响 因素是在20世纪中期，健康保险涵盖了大部分工作者。在这中情况 下，医疗护理的成本不再是关心的话题。

45、这些费用转嫁给保险公司， 由保险公司支付费用。 这使得实验室成为创造收入的行列， 越多的检 测意味着越多的收入。不存在控制成本的动机。事实上，有做更多检 测、雇佣更多工人、购买更多仪器的动机。这促使实验室服务出现相 当大的提升。 虽然检测费用成本降低， 但是检测量的增加使总的检测 费用升高。 随着这项新技术的日趋成熟， 出现了一个自相矛盾的财务 变化。 那就是目前个人实验室检测可能更贵于传统检测，但可以从早 期干预和遗传咨询中收益，以减少卫生保健的长期成本。伴随着提供患者和医疗人员的福利和医疗选择，以下章节将介 绍各种实用的诊断技术。这项新技术将携带实验室诊断医学进入21世纪。参考文献1. R

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