伴隨診斷的發展與精準醫學的興起同步。精準醫學利用RNA/DNA和蛋白質等生物信息對患者進行分層，以鎖定最有可能對特定治療產生應答的人群。伴隨診斷則作為一種補充工具應運而生，旨在確保準確識別適合特定藥物的患者亞群。大約二十年前，伴隨診斷領域迎來了一個重要里程碑：首個預測性生物標志物HER2蛋白及其相關的免疫組織化學檢測方法HercepTest獲得了美國食品藥品監督管理局的批準。此后，美國食品藥品監督管理局批準的伴隨診斷檢測數量穩步增長，從2017年的34個增至2021年的44個，并在2025年達到了驚人的188個。

伴隨診斷已從單標志物檢測發展為多標志物和高通量平臺。新一代伴隨診斷能夠高通量、同步評估多種生物標志物，將診斷從單一標志物檢測轉變為整合的多生物標志物方法。基因組學和測序技術的進步闡明了許多致癌機制，促進了更準確的預測標志物和靶向療法的發現。

認識到伴隨診斷檢測在患者管理中的關鍵作用，美國、歐盟、中國、韓國和日本等多個國家/地區在其監管框架中采用了同樣嚴格的要求。2014年，美國食品藥品監督管理局首次發布了定義體外伴隨診斷設備的指南，隨后在2016年、2020年和2023年進行了完善。2023年的指南文件《與某些體外診斷檢測聯用的腫瘤藥物產品：試點計劃》宣布并描述了美國食品藥品監督管理局針對某些與特定體外診斷檢測聯用的、由藥品審評與研究中心監管的腫瘤藥物產品的自愿試點計劃。2022年5月，歐盟關于伴隨診斷市場批準的新法規全面生效。在新法規下，伴隨診斷將被歸類為高個體風險或中等公共衛生風險，需要由公告機構進行符合性評估。此外，有建議認為，設備對其預期用途具有臨床效用的證據應是伴隨診斷的先決條件。

監管機構正在實施更嚴格的規定，并正在制定或修訂指南。美國食品藥品監督管理局將伴隨診斷作為醫療器械進行監管，絕大多數被歸類為III類設備。根據風險等級，它們需經過上市前批準、510(k)上市前通知或從頭開始的監管途徑，其中上市前批準最為嚴格。美國食品藥品監督管理局指南強調了伴隨診斷發展的三個主要途徑：共同開發、橋接和后續開發。共同開發將伴隨診斷整合到與治療藥物聯用的臨床試驗中，允許同步批準，例如2011年的克唑替尼和Vysis ALK斷裂探針熒光原位雜交檢測試劑盒。橋接涉及回顧性驗證伴隨診斷與關鍵研究中使用的臨床試驗檢測方法的一致性，例如曲妥珠單抗與HercepTest。后續開發的伴隨診斷是在藥物批準后，當原始試驗樣本不可用時開發的，需證明與現有已批準的伴隨診斷具有分析等效性，例如PathVysion HER2 DNA探針試劑盒和Dako Cytomation HER2 FISH PharmDx。

歐盟和已實施伴隨診斷法規的其他國家在提高患者安全方面邁出了重要一步。2017年，歐盟《體外診斷醫療器械法規》將伴隨診斷歸類為C類高風險設備，需要歐洲藥品管理局和公告機構共同監督。在韓國，伴隨診斷屬于中高風險體外診斷設備（2-3類），并根據其與藥物的關系進行共同監管。在日本，伴隨診斷的監管由藥品和醫療器械局負責。在中國，國家藥品監督管理局引入了一系列法規，為伴隨診斷產品的市場上市提供了清晰的臨床評估路徑，鼓勵藥物和伴隨診斷檢測同步開發和提交。

生物標志物被定義為可客觀測量和評估的特征，可作為正常生物過程、病理過程或治療干預的藥理學反應的指標。在伴隨診斷領域，生物標志物的發現是關鍵步驟，顯著影響臨床結果并加速藥物開發。臨床上，生物標志物可分為診斷性、預后性、預測性或藥效學標志物，在疾病診斷、分期和治療選擇中發揮關鍵作用。潛在的臨床生物標志物應滿足可重復性、特異性和敏感性的標準。分子生物學和實驗室技術的快速發展促進了技術先進生物標志物的識別和強大伴隨診斷的開發。這些分子生物標志物在多個組學水平上被識別，包括基因組、表觀基因組、轉錄組、蛋白質組、代謝組和脂質組。

截至2025年3月5日，共有188個美國食品藥品監督管理局批準的伴隨診斷檢測，涉及45個不同的分子生物標志物。這些伴隨生物標志物有可能帶來更安全、更有效的藥物，降低臨床試驗成本，并提高藥物安全性。

下一代測序技術在探索伴隨診斷的新型生物標志物方面起著至關重要的作用。全基因組突變分析揭示了許多先前未被識別的癌癥相關基因，例如肺癌中的EGFR、ALK、ROS1、KRAS和FGFR1；結直腸癌中的KRAS、BRAF、PIK3CA、PTEN和NRAS；以及乳腺癌中的HER2、PI3K、VEGF和mTOR。越來越多的證據強調，在藥物開發過程的早期建立明確、全面的生物標志物策略的重要性，從而增加新療法獲得批準的可能性。未來，采用全面或多生物標志物方法將變得既理想又具有成本效益，這主要得益于多靶點療法的可用性以及通常涉及癌癥生物學通路中多個基因的復雜耐藥機制。

伴隨診斷的商業應用長期以來一直由腫瘤學、肥胖癥和血液系統惡性腫瘤主導，但近年來，一些公司正在加速擴展到心血管疾病、神經系統疾病和自身免疫性疾病等領域。伴隨診斷檢測在腫瘤治療中的發展和臨床采用增進了臨床醫生對癌癥生物學的理解，并滿足了藥物開發者未滿足的醫療需求。持續的技術進步使得能夠利用更靈敏、更特異且節省組織的方法來有意義地評估腫瘤生物標志物水平和狀態。本部分根據上述關鍵生物標志物類別，總結了在主要癌癥類型中的伴隨診斷應用。此外，還分析了伴隨診斷在其他疾病（如COVID-19、神經精神疾病、主動脈瓣疾病和視網膜靜脈阻塞）中的現狀和未來趨勢。

過去十年中，關鍵驅動基因突變的識別對于提高治療精度從而改善患者生存率變得至關重要。表皮生長因子受體（EGFR）敏感突變是肺癌中最關鍵的驅動基因突變之一。在中國非小細胞肺癌人群中，EGFR突變率為28.2%，而在肺腺癌中，這一比例可高達50.2%。此外，EGFR靶向療法不僅在肺癌中顯示出有效性，在幾種其他癌癥類型中也有效。肺癌腺癌患者中具有臨床意義的EGFR激活突變通常位于其激酶結構域內，涵蓋外顯子18、19、20或21。這些發現為第一代EGFR酪氨酸激酶抑制劑（包括吉非替尼和厄洛替尼）的開發鋪平了道路，隨后是第二代和第三代酪氨酸激酶抑制劑，如阿法替尼和奧希替尼。第一代EGFR酪氨酸激酶抑制劑的出現標志著對攜帶常見敏感EGFR突變的轉移性非小細胞肺癌患者的治療管理發生了范式轉變。這些抑制劑通過與EGFR酪氨酸激酶結構域的ATP結合口袋可逆結合，有效阻止自磷酸化和下游信號的傳遞。第二代酪氨酸激酶抑制劑通過不可逆地與ERBB家族成員結合來增強抗腫瘤活性，并在一線治療中顯著延長生存期。然而，患者通常在10-14個月的中位時間內產生耐藥性，T790M突變的出現帶來了重大的臨床挑戰。盡管第三代EGFR-酪氨酸激酶抑制劑已臨床用于EGFR T790M突變患者，但結果仍然不理想。

已有幾種伴隨診斷檢測被提出，以幫助選擇合適的患者接受這些藥物治療。2004年，Dako EGFR pharmDx Kit（P030044）成為首個美國食品藥品監督管理局批準的用于檢測結直腸癌患者EGFR蛋白表達以識別適合西妥昔單抗治療候選者的診斷檢測。2013年，在批準厄洛替尼作為EGFR突變患者的一線治療的同時，美國食品藥品監督管理局宣布批準Cobas EGFR Mutation Test v1（P120019）作為非小細胞肺癌患者中厄洛替尼的伴隨診斷，使其成為美國食品藥品監督管理局批準的首個能夠檢測EGFR外顯子19缺失或外顯子21 L858R替換突變的伴隨診斷。在美國食品藥品監督管理局批準之前，Cobas EGFR Mutation Test v1（P120019）已在EURTAC試驗中顯示出與實驗室自建檢測的高度一致性（>96%），并且與Sanger測序相比，具有更高的分析敏感性和特異性。針對EGFR外顯子20的T790M突變，美國食品藥品監督管理局批準了Cobas EGFR Mutation Test v2（P20019/S007和P150044）作為基于組織和血漿的伴隨診斷，以識別適合奧希替尼治療的患者。總之，EGFR突變伴隨診斷已實現從單基因到多基因檢測的轉變，將下一代測序與液體活檢整合，實現了無創、動態基因分型。因此，伴隨診斷已從單一技術主導發展成為多平臺高精度系統共存互補的成熟體系，包括免疫組織化學、聚合酶鏈式反應、組織和液體下一代測序，共同為個體化治療提供決策支持。

HER2是一種由ERBB2基因編碼的跨膜受體酪氨酸激酶蛋白，通常參與細胞生長和分化。目前，HER2伴隨診斷主要依賴四類檢測技術，包括用于蛋白表達的免疫組織化學、用于基因擴增的熒光原位雜交和顯色原位雜交，以及用于基因拷貝數、突變和其他結構變異的下一代測序。1997年，美國食品藥品監督管理局批準了INFORM HER-2/neu檢測試劑盒上市，但僅用于預后評估。第二年，Dako HercepTest與曲妥珠單抗同時獲得批準，成為美國食品藥品監督管理局定義的第一個伴隨診斷。HER2狀態評估通常使用免疫組織化學評分系統（0-3+）早期進行。對于免疫組織化學2+的樣本，必須進行ERBB2基因擴增的熒光原位雜交檢測以確認陽性或陰性狀態。HERA試驗證明，一年的曲妥珠單抗輔助治療顯著改善了早期HER2陽性乳腺癌患者的無病生存期和總生存期。盡管關于HER2低表達的評分標準仍在爭論中，但免疫組織化學1+或2+/原位雜交陰性的患者顯示出無進展生存期獲益。

顯色原位雜交是一種用于在福爾馬林固定、石蠟包埋的組織切片上檢測特定DNA序列或染色體異常的分子病理學技術。2008年，SPOT-LIGHT HER2 CISH試劑盒獲得美國食品藥品監督管理局批準，取代了熒光原位雜交檢測中對熒光顯微鏡的需求。然而，顯色原位雜交在靈敏度、標準化、一致性和臨床驗證方面不如熒光原位雜交，限制了其臨床應用。最近，在2025年1月，基于顯色原位雜交和雙色顯色原位雜交的PATHWAY anti-HER2/neu (4B5)檢測不僅在臨床試驗中被用于精確區分HER2低表達和極低表達人群，還正式獲得美國食品藥品監督管理局批準，成為首個用于識別HER2極低表達乳腺癌患者的伴隨診斷。它的應用直接促進了Enhertu適應癥的擴大，使更多HER2表達極低的患者能夠從這種靶向治療中受益。這為HER2靶向治療開辟了一條前所未有的新途徑，使臨床醫生能夠改善患有這種具有挑戰性疾病患者的預后。

HER2靶向療法也是局部晚期或轉移性胃癌和膽道癌患者的標準治療方案。2010年，唯一獲批用于胃癌的伴隨診斷設備是用于HER2過表達的免疫組織化學和用于HER2擴增的熒光原位雜交。另一項研究中，作者在經原位雜交確認HER2擴增的膽道癌患者中使用PATHWAY anti-HER2/neu (4B5)檢測進行定量HER2蛋白分析。這些發現強調了結合原位雜交和免疫組織化學檢測來準確識別最有可能從HER2靶向治療中受益的患者的重要性。因此，在2024年11月20日，美國食品藥品監督管理局批準PATHWAY anti-HER2/neu (4B5)伴隨診斷用于檢測膽道癌。總之，HER2伴隨診斷的發展已經從僅判斷陽性，發展到如今能夠更精確地分層HER2表達強度水平，為更廣泛的患者群體提供準確的分類。

令人鼓舞的是，最近針對程序性死亡-1（PD-1）和PD-L1的免疫檢查點阻斷的出現，為許多癌癥的治療格局帶來了變革性轉變。目前，使用免疫組織化學評估PD-L1仍然是指導抗PD-1/PD-L1治療最廣泛實施和臨床驗證的伴隨診斷，盡管其預測準確性并不完美，并且因腫瘤類型和檢測平臺而異。然而，PD-L1檢測的臨床效用因具體的癌癥類型和治療背景而有很大差異。因此，必須采用針對個體治療藥物的不同伴隨診斷檢測。大多數美國食品藥品監督管理局批準的伴隨診斷是為非小細胞肺癌的預處理使用而設計的。例如，用于非小細胞肺癌治療的抗PD-1/PD-L1抗體包括納武利尤單抗（Opdivo）、帕博利珠單抗（Keytruda）、阿替利珠單抗（Tecentriq）和西米普利單抗（Libtayo）。另一項研究中，研究人員調查了來自39名非小細胞肺癌患者的組織中PD1、PD-L1和CTLA4的表現遺傳修飾。他們觀察到腫瘤組織和匹配對照之間CpG甲基化模式的顯著差異，特別是與來自同一患者的匹配無瘤組織相比，腫瘤組織中CTLA4和PD1基因的甲基化降低。其他研究深入探討了PD-L1 IHC 22C3 pharmDx、PD-L1 IHC 28-8 pharmDx和Ventana PD-L1 (SP142)檢測的臨床性能，包括對臨床截斷值選擇的討論。PD-L1 IHC (SP263)檢測的穩健性和可重復性在臨床背景下得到強調，滿足了所有預定的接受標準。

隨著新診斷患者需要進行越來越多的檢測，檢測的標準化和對候選標志物生物學的更深入理解在研究和臨床實踐中變得越來越重要。除了非小細胞肺癌，PD-L1伴隨診斷還獲得了美國食品藥品監督管理局批準，使用經過臨床驗證的綜合陽性評分（CPS）截斷值，在另外七個腫瘤適應癥中識別適合帕博利珠單抗或阿替利珠單抗治療的患者。有研究表明，綜合陽性評分比腫瘤細胞評估具有更高的靈敏度，尤其是在胃癌/胃食管結合部癌中。他們建議，在預測對PD-1軸免疫療法的反應時，應考慮評估腫瘤微環境。為了確保免疫治療決策的精確性和準確性，Flagship Biosciences的計算組織分析平臺被用于Ventana PD-L1 SP263和Dako PD-L1 22C3檢測。

PD-L1檢測是免疫治療中最活躍的伴隨診斷領域之一。在監管概述的基礎上，有研究提供了支持證據，證明在Dako平臺上使用22C3抗PD-L1鼠單克隆抗體的PD-L1 IHC檢測作為非小細胞肺癌患者帕博利珠單抗的可行伴隨診斷的臨床效用。在實驗層面，使用微管陣列膜的研究表明，靶向PD-1/PD-L1的聯合療法顯著增強了T細胞活性，導致腫瘤細胞活力降低高達70%，細胞毒性作用降低82%。補充這些發現，有研究強調，為單個PD-1/PD-L1藥物單獨開發伴隨診斷檢測，而不進行協調，可能導致臨床實踐中的僵化，即一種藥物驗證的檢測不能應用于同一藥物類別和適應癥中的另一種藥物。雖然免疫檢查點抑制劑的伴隨診斷檢測在腫瘤細胞PD-L1表達方面顯示出可重復性，但在評估免疫細胞PD-L1表達方面仍然不一致。即使采用簡化的評分系統，在評估免疫細胞PD-L1表達時，不同檢測方法和病理學家之間仍存在顯著差異。最后，有研究進一步驗證了合理使用納武利尤單抗（而非其他PD-1抗體）作為酶聯免疫吸附試驗中的捕獲抗體，為定量血清中可溶性PD-1水平提供了更可靠和臨床相關的方法。

BRAF是絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）/ERK信號通路的關鍵調節因子。BRAF基因突變發生在大約70%的皮膚黑色素瘤中，最常見的是V600E替換，它模擬激活環磷酸化并破壞非活性激酶構象。維莫非尼是一種新型小分子，以其對突變B-Raf蛋白的特異性抑制作用而聞名。它在靶向攜帶V600E突變的黑色素瘤和結直腸癌細胞系時表現出顯著的特異性和效力。維莫非尼作為癌癥療法的發展將極大地受益于為檢測BRAF V600E突變而定制的伴隨診斷檢測，該突變可作為患者選擇的關鍵生物標志物。已有研究詳細介紹了首個同類、選擇性的致癌BRAF激酶抑制劑與Cobas 4800 BRAF V600 Mutation Test的成功共同開發。同樣，另一項研究全面描述了Cobas 4800 BRAF V600 Mutation Test的分析性能特征，該檢測專為檢測福爾馬林固定、石蠟包埋組織樣本中的V600E (1799T>A)突變DNA而設計。值得注意的是，與ABI BRAF檢測和雙向直接測序相比，Cobas BRAF Mutation Test顯示出顯著優越的性能特征。目前，BRAF伴隨診斷主要依賴聚合酶鏈式反應和下一代測序技術。聚合酶鏈式反應方法通常用于快速檢測單一常見突變，例如V600E，提供靈敏度和低成本。下一代測序則可以同時檢測多個基因突變或融合，支持復雜腫瘤的個體化治療。每種技術都具有獨特的優勢，在臨床實踐中發揮著至關重要的作用。

黑色素瘤以外的激酶驅動惡性腫瘤也顯著受益于伴隨診斷指導的治療。例如，表皮生長因子和表皮生長因子受體激活分別觸發兩個主要的下游促癌信號通路，包括MAPK級聯（RAS-RAF-MEK-ERK）和PI3K-AKT-mTOR通路。一項研究臨床驗證了使用專門的Guardant360伴隨診斷來識別攜帶KRAS p.G12C突變、適合索托拉西布治療的非小細胞肺癌患者。MET擴增或外顯子14跳躍突變是靶向MET的藥物治療非小細胞肺癌背景下具有足夠預測性的特性。在一項評估EGFR抑制劑奧希替尼與MET抑制劑聯合治療對第一/二代EGFR酪氨酸激酶抑制劑耐藥、T790M陰性和MET擴增的晚期非小細胞肺癌患者的臨床試驗中，賽沃替尼顯示出顯著的抗腫瘤活性，客觀緩解率為64.5%，無進展生存期為9-11個月。該研究使用Foundation Medicine CDx T7 panel對39個腫瘤樣本進行下一代測序檢測，成功識別出攜帶MET外顯子14跳躍突變的非小細胞肺癌患者。這些患者隨后接受了卡馬替尼治療，并取得了顯著的臨床反應，腫瘤縮小范圍在14%至83%之間，驗證了其在識別受益人群方面的功效。ALK是一種受體酪氨酸激酶，其基因重排產生驅動癌癥進展的致癌融合蛋白。在一項ALK抑制劑的臨床比較中，研究表明，在使用基于免疫組織化學的伴隨診斷識別的ALK陽性非小細胞肺癌患者中，阿來替尼與克唑替尼相比，產生了更優的無進展生存期、緩解持續時間和總生存期。補充性前瞻性驗證證實，ALK融合蛋白的表達水平與治療反應無關，支持免疫組織化學伴隨診斷作為一種可靠且有效的篩查方式，無論其定量表達如何。類似地，其他受體酪氨酸激酶（如RET和ROS1）也需要伴隨診斷進行患者選擇。RET基因融合可以通過下一代測序或熒光原位雜交檢測，從而指導選擇性RET抑制劑如塞爾帕替尼的使用。ROS1基因重排通常通過下一代測序識別，為克唑替尼或恩曲替尼的靶向治療提供基礎。此外，NTRK1、NTRK2和NTRK3基因融合廣泛存在于各種腫瘤類型中，是美國食品藥品監督管理局批準的TRK抑制劑的靶點。檢測方法包括用于初步篩查的免疫組織化學，隨后通過下一代測序或熒光原位雜交進行驗證，以確保準確識別融合陽性患者。最后，對于像PIK3CA這樣的脂質激酶靶點，基于下一代測序或等位基因特異性聚合酶鏈式反應的伴隨診斷可以識別激活突變，為乳腺癌等癌癥中PI3K抑制劑的使用提供信息。總之，這些例子凸顯了伴隨診斷在指導廣泛的激酶驅動惡性腫瘤靶向治療中的關鍵作用。

研究人員估計，大約30-50%的卵巢癌與同源重組缺陷相關。兩個關鍵同源重組基因BRCA1和BRCA2的致病性變異是HR缺陷最早且最明確建立的遺傳標志物之一。因此，靶向治療如聚ADP核糖聚合酶抑制劑已成為卵巢癌，特別是攜帶BRCA1/2突變或缺乏功能性同源重組修復通路的女性的極具前景的治療方法。為了更好地了解這些藥物的安全性特征，有研究全面評估了不同PARP抑制劑單獨使用以及與其他藥物創新組合使用時相關的毒性。在臨床實踐中，有幾種美國食品藥品監督管理局批準的伴隨診斷檢測用于指導卵巢癌中的PARP抑制劑治療。2014年，美國食品藥品監督管理局批準了BRACAnalysis CDx，這是首個通過上市前批準途徑批準的實驗室自建檢測伴隨診斷。與許多早期的基于DNA的伴隨診斷檢測不同，BRACAnalysis CDx檢測BRCA1/2基因中的多種突變類型，包括單核苷酸變異、小插入/缺失和大重排，并將其分類為有害或疑似有害，以指導奧拉帕利的治療決策。2016年，FoundationFocus CDxBRCA檢測被開發出來，用于識別可能對盧卡帕利產生反應的患者。BRACAnalysis在幾個方面是獨特的，包括其全面的BRCA基因種系譜分析、對所有卵巢癌女性的可及性以及對家庭成員的影響。

PARP抑制劑伴隨診斷也用于胰腺癌、乳腺癌、轉移性去勢抵抗性前列腺癌和前列腺癌的預處理診斷。在臨床環境中，多基因特征檢測如Oncotype DX、MammaPrint和Prosigna已被整合，以定制關于輔助內分泌和化療治療的決定。例如，有研究在晚期三陰性乳腺癌患者開始使用AR抑制劑恩雜魯胺治療前，通過免疫組織化學評估了雄激素受體表達。奧拉