第一節 概述
分子生物學用物理學、化學、生物學和免疫學等學科的理論和方法，從分子水平研究生物大分子的結構和功能，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、感染和免疫等發生和發展的本質，為它們的診斷和治療提供新的理論和技術基礎。分子生物學研究的不斷深入和分子生物學技術的廣泛應用使外科醫生能夠從分子水平對外科疾病如腫瘤、器官移植、感染、創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生質的飛躍，同時基于分子生物學理論和基因工程技術發展起來的干細胞研究、組織工程、生物材料以及生物制藥等新興領域也在外科學領域得到廣泛應用。
第二節 分子生物學與外科疾病診斷
外科疾病中一個很重要的內容就是腫瘤，而腫瘤生物學又是細胞分子生物學里發展最為迅速的領域。隨著腫瘤分子生物學的迅速發展，可以檢測腫瘤相關基因的存在、分析腫瘤相關基因的缺陷及表達功能，及其與瘤細胞分化、轉移之間的關系，以達到通過基因早期診斷腫瘤并判斷預后的目的。
一、腫瘤相關基因
（一）癌基因 細胞基因組中能夠使正常細胞發生惡性轉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狀態，或其表達水平不足以引起細胞的惡性轉化，或野生型蛋白的表達不具有惡性轉化作用，稱為原癌基因（proto – oncogene）。正常情況下原癌基因的表達受到嚴密的調控，當這些基因發生變異時可持續異常表達，其產物可使細胞持續增殖。根據其產物作用可分為：生長因子、生長因子受體、蛋白激酶、ras基因產物及核轉錄蛋白等，常見原癌基因有ras、myc、erbB等。
（二）抑癌基因 抑癌基因（antioncogene）是一大類可抑制細胞生長并具有潛在抑癌作用的基因。當它失活時，可能使癌基因充分發揮作用從而導致癌的發生和發展。常見抑癌基因有p53、p16、nm23、APC、Rb等。
（三）腫瘤耐藥相關基因 腫瘤細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，產生了針對這種藥物或相關藥物，甚至是無關藥物的抗藥性，稱為多藥耐藥性（multi drug resistance MDR）。腫瘤多藥耐藥性主要與MDR-1基因表達的P-糖蛋白及MDR-相關蛋白相關。
二、分子生物學與腫瘤診斷
（一）腫瘤分子生物學診斷策略
以DNA和RNA為診斷材料，應用分子生物學技術，通過檢查基因的結構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，當它易位到其他染色體時則表現為致癌活性。原位雜交技術或原位PCR技術結合染色體顯帶技術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用單鏈構象多態性（single strand conformation polymorphism, SSCP）、限制性片段長度多態性（restriction fragment length polymorphism , RFLP）、核酸分子雜交以及最近發展的DNA芯片雜交技術等。
3. 基因擴增檢測 一般癌基因多為單拷貝基因，但在癌細胞中拷貝數常大量增加即癌基因擴增。可以用限制性內切酶對基因DNA進行酶切，然后通過Southern印跡雜交分析該基因拷貝數的變化。
4. 腫瘤相關病毒基因檢測 由于病毒小且難以培養，一般方法檢測效果較差，而PCR和核酸雜交技術檢測病毒則有較高的特異性和敏感性。
5. 腫瘤表達的檢測 腫瘤基因的擴增可表現為轉錄產物mRNA的增加，可通過逆轉錄PCR、Northern blot等技術來檢測。近來發展的免疫組織化學、免疫印跡法、流式細胞儀、蛋白芯片等技術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用前景。
6. 端粒酶檢測 人體正常細胞的端粒酶失活，因而端粒不斷縮短，最后細胞發生凋亡。而惡性腫瘤細胞中端粒酶活化，使染色體端粒穩定的維持在一定長度，從而使癌細胞持續增殖獲得永生化。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個細胞中檢測到一個永生化細胞的端粒酶活性，具有敏感性強、特異度高的特點。
7. 微衛星不穩定性分析 人類基因組的基因內或旁側序列中存在許多1～4bp的串聯微小重復序列，稱為微衛星DNA。重復序列的增加或丟失稱作微衛星不穩定性，在多種腫瘤基因組尤其是有DNA錯配修復系統缺陷的腫瘤基因組中可檢測到微衛星不穩定性。其基本技術為通過微衛星DNA兩側的DNA序列設計PCR引物，通過凝膠電泳來分析PCR產物。
（二）基因診斷在臨床中的應用
1. 腫瘤易感性檢測 腫瘤遺傳學研究發現，部分惡性腫瘤的發生有其遺傳學基礎，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，與其相對應的癌癥綜合征分別為：視網膜母細胞瘤、Wilm’s瘤、Li-Fraumeni綜合征、家族性腺瘤性息肉病（FAP）、遺傳性非腺瘤性結腸癌（HNPCC）、II型多發性內分泌腫瘤（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果為陽性時可考慮作預防性手術，以降低腫瘤的發生率和死亡率。
2. 腫瘤的早期診斷 例如K-ras基因突變是一種人胰腺癌、結腸癌和肺癌中發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生。對大腸癌患者糞便中的K-ras突變檢測，發現檢出率達到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的擴增與表達以及Rb基因的缺損，可以鑒別神經母細胞瘤和神經上皮瘤。神經母細胞瘤的N-myc明顯擴增且表達增強，同時可檢測到Rb基因缺損，而在神經上皮瘤中則檢測到c-myc擴增且表達增強，但檢測不到缺損的Rb基因。
4. 腫瘤的療效及預后判斷 通過檢測腫瘤細胞中的MDR基因和mRNA的表達，有助于對腫瘤化療效果的判斷。許多研究表明腫瘤相關基因的突變和擴增與患者預后相關，如p53突變與肝癌、大腸癌、卵巢癌、乳腺癌等多種腫瘤的預后有關。腫瘤轉移抑制基因nm23與多種腫瘤轉移相關，如檢測到nm23缺損則預后較差。