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分子诊断行业深度研究及投资策略:精准医疗,看PCR还是NGS

时间: 2020-08-16

2020中国(广州)国际健康管理
及康复医疗博览会

China (Guangzhou) International Health Management &
Rehabilitation Exhibition 2020

2020.12.6-8

广州·广交会展馆

THE GLOBAL PLATFORM FOR PROFESSIONALS IN THE HEALTH INDUSTRY


来源:国元证券,原题:分子诊断行业深度研究及投资策略:精准医疗,看PCR还是NGS

全文100页,以下为报告摘要。如需报告请登录【未来智库】。

分子诊断是发展最快的 IVD 细分领域,国内分子诊断市场广阔、增长迅猛。相比生化诊断、免疫诊断等,分子诊断凭借检测时间短、灵敏度更高、特异性更强等优势,在精准医疗和个性化治疗需求的推动下,成为 IVD 赛道发展最快的细分领域。2013-2019 年,我国分子诊断市场规模由 25.4 亿元增长至约 132.1 亿元,年复合增长率达到 31.63%,呈现快速增长态势,虽然仅占全球市场规模的 16.86%,但是增速约为全球增速的 2.6 倍。

|1.分子诊断:多技术共存,引领体外诊断快速发展

1.1 分子诊断-发展最快的 IVD 细分领域

分子诊断是应用分子生物学方法,通过检测受检个体或其携带病毒、病原体的遗传物质的结构或含量的变化而做出诊断的技术。其检测对象主要为核酸和蛋白质,以核酸分子为主,相比于发展成熟的免疫诊断、生化诊断等技术,分子诊断处于快速成长期,是体外诊断(In Vitro Diagnosis, IVD)领域发展最快的细分领域,具有检测时间短、灵敏度更高、特异性更强等优势,被广泛应用于传染性疾病、血液筛查、遗传性疾病、肿瘤伴随诊断等领域。

国内分子诊断起步较晚,发展速度高于全球。在精准医疗、个性化用药等需求推动下,分子诊断技术在全球得到飞速发展,根据火石创造数据显示,2013-2019 年全球分子诊断市场规模由 57 亿美元增长至 113.6 亿美元,年复合增长率为 12.18%,主要市场玩家包括罗氏、雅培、西门子、强生等。国内分子诊断虽然起步较晚,但在消费升级、政策扶持以及资本青睐等多重因素推动下,已经由产业导入期步入成长期。2013-2019 年,我国分子诊断市场规模由 25.4 亿元增长至约 132.1 亿元,年复合增长率达到 31.63%,虽然仅占全球市场规模的 16.86%,但是增速约为全球增速的 2.6 倍,主要企业包括达安基因、凯普生物、华大基因、贝瑞基因、艾德生物等。

分子诊断领域主要包括 PCR(qPCR 和 dPCR)、二代测序技术(NGS)、荧光原位杂交(FISH)、基因芯片等,其中 PCR 是目前应用最成熟、市场份额最大的技术平台,在国内分子诊断中市占率为 40%,在国内获批的分子诊断产品中,基于 PCR 技术的超过 90%。与杂交技术和测序技术相比,PCR 技术主要优势在于高灵敏度、易于推广,主要局限在于检测位点单一且已知,多重基因联合检测时可涵盖的基因数量受限,目前已经发展到第三代数字 PCR(dPCR),短期内仍将是分子诊断主流技术平台;测序技术发展迅猛,虽然市占率较低但市场增速最快,其中二代测序技术 NGS(高通量测序)是目前测序领域应用最广泛的技术,已经成为许多序列变异分析与科研应用的主要选择,但由于实验操作复杂、成本高等原因,在临床应用中仍处于起步阶段,应用前景广阔。

荧光原位杂交技术(FISH)

FISH 是一种利用非放射性的荧光信号对原位杂交样本进行检测的技术,主要用于指导肿瘤靶向药物使用、肿瘤预后、肿瘤疾病分型诊断等领域,是检测 HER-2 基因状态的金标准,目前在大多数省份和地区已经纳入医保。FISH 全称荧光原位杂交技术,原理是利用已知的 DNA 变异序列,与被检测的样本 DNA 序列杂交、互补配对,从而发现样本 DNA 的异常情况,主要用于了解基因或染色体是否发生扩增、缺失、融合或断裂,检测样本来源广泛(组织、脱落细胞、羊水、血液、骨髓等),且不仅限于新鲜样本,2-3 年的石蜡样本都可以检测;同时,FISH 检测成本较低而且在大多数省份和地区都被纳入医保范畴。FISH 应用最多的场景是 DNA 扩增检测,《2014 年NCCN 乳腺癌临床实践指南》和《乳腺癌 HER2 检测指南 2014 版》均指出 FISH 是检测 HER2 基因状态的“金标准”,目前 Roche、Abbot 等研发的 HER-2 扩增检测试剂盒已获得 FDA 批准。

基因芯片技术

基因芯片技术又称 DNA 微阵列技术,是将大量已知 DNA 序列做成探针,集成在同一芯片上与标记样品分子进行杂交,从而获得样本序列信息,可以实现对大量目标基因同时进行检测,具有成本相对较低(比如微基因的 WeGene检测套件仅 599元)、检测效率较高的优势,主要应用于消费级基因检测、病毒分型、耐药突变位点检测、遗传基因和肿瘤基因检测等领域。相比基因芯片产业在发达国家的高速发展,我国基因芯片行业市场尚处于起步阶段,代表企业包括赛乐奇、博奥生物、百奥科技、达安基因等,目前获批的基因芯片诊断试剂盒主要应用在 HPV 病毒基因分型、乙肝病毒基因分型和耐药突变位点检测、肿瘤基因突变等领域,获批的基因芯片相关仪器较少。在国家相关政策和终端需求不断扩大的推动下,我国基因芯片技术已经进入产业化探索阶段,根据沙利文数据显示,中国基因芯片行业市场规模从 2014 年的 35 亿元增长至 2018 年的 95.1 亿元,年复合增长率为 28.4%。

1.2 PCR:分子诊断主流技术平台,临床诊断“金标准”

PCR(聚合酶链式反应)是指利用 DNA 聚合酶(如 Taq DNA 聚合酶)在体外条件下,催化一对引物间的特异 DNA 片段合成的基因体外扩增技术。PCR 是生物体外的特殊 DNA 复制,最大的特点是能将微量的 DNA 大幅扩增。

PCR 技术最大的特点就是灵敏度高、特异性好、及时方便,在基础研究以及医学诊断、法医学和农业科学等各大领域应用广泛。在临床诊断中,PCR 技术具有诸多优势:灵敏度高,靶细胞检出率可达 1/100 万,病毒检测灵敏度≥3RFU,最小细菌检出率为 3 个,检测样本纯度要低,仅需 DNA 粗提取;扩增反应在 2-4 小时内完成,使用简便、快捷。作为临床诊断的“金标准”技术,PCR 广泛应用于血站核酸检测、疾控核酸检测、临床核酸检测等领域,其中,在传染病诊断和血筛检测中,PCR 技术能缩短诊断的“窗口期”并且可以定量对病原体进行检测,相比于传统的免疫诊断方式,具有不可替代的优势,基于 PCR 技术的分子诊断是医院对传染病诊断的“金标准”。

PCR 经过三代技术更迭,精确度和灵敏度不断提高。PCR 技术最早由穆勒于 1985年发明,经历了第一代定性 PCR、第二代定量 PCR 和数字 PCR 三代技术迭代,其中第二代定量 PCR 包括荧光定量 PCR(qPCR)以及在其基础上分化出来的 ARMS(突变扩增阻滞系统)和 HRM(高分辨溶解曲线)。三代技术的主要差异如下:

第一代定性 PCR 技术:采用琼脂糖凝胶电泳对 PCR 扩增产物进行分析,存在交叉污染、检测耗时长、只能做定性检测等缺点,目前处于衰退期,已基本被淘汰;

第二代荧光定量 PCR(qPCR)技术:qPCR 在一代定量 PCR 的基础上引入荧光探针标记法从而实现定量检测,目前发展最成熟、应用最广泛、临床普及率高,为现阶段主流应用平台,正处于从成长期向成熟期过渡的阶段,市场增速在 20%以上;

第三代数字 PCR(dPCR)技术:dPCR 是在 PCR 原理的基础上利用芯片和荧光检测技术进行核酸绝对定量检测。芯片技术是 dPCR 的核心工艺,利用对样品进行分液处理进而实现“单分子模板 PCR 扩增”,达到定量检测的目的,具有更高的精确度和灵敏度,目前处于导入期,市场增速在 10%-15%。

二代 PCR:主流分子诊断平台,伴随诊断和感染性疾病领域为主

qPCR(荧光定量 PCR)是目前应用最成熟、临床应用最广泛的技术平台。qPCR 在国内外均为分子诊断临床应用最广泛的技术平台,尤其是在感染性疾病(病毒性肝炎、性病和其他病菌/病毒类等)和肿瘤伴随诊断领域,目前仍以 qPCR 技术平台为主。据不完全统计,截至 2020 年 5 月 11 日,国家药监局共批准了 806 个 PCR 类产品,其中荧光定量 PCR(qPCR)产品占比高达 85.11%。在伴随诊断领域,NMPA获批的伴随诊断产品中有 60%都是基于 qPCR 技术,而 FDA 批准的 39 个伴随诊断产品基于 qPCR 技术的产品占比也高达 38.46%(15 个)。

国内 PCR 行业竞争激烈,不同细分领域龙头效应显著。二代 PCR 技术门槛相对较低,国内获批的 PCR 检测产品数量多、竞争激烈,主要企业包括达安基因、艾德生物、凯普生物、之江生物、硕世生物、透景生物、圣湘生物等。从获批的 PCR 检测试剂盒数量维度看,达安基因拥有 38 种基于 qPCR 技术的检测试剂盒取得 NMPA的批文;从不同细分应用领域维度看,各家产品线重合度较高,尤其是优生优育、性传播疾病、HPV 检测等领域竞争激烈,但艾德生物、凯普生物、亚能生物凭借多年在不同细分领域的先发优势、技术积累以及渠道优势等分别在伴随诊断、HPV 检测、地中海贫血检测领域处于绝对领先地位,其中凯普生物在 HPV 检测领域占据 1/3 市场份额,艾德生物在 PCR 伴随诊断领域具有绝对领先优势。

第三代数字 PCR(dPCR):应用前景广阔,未来发展趋势

和 qPCR 相比,dPCR 优势包括:灵敏度高(可以达到单个核酸分子)、无需标准曲线或参照基因进行对比来测量核酸量、适合环境复杂样品的检测、能够有效区分浓度差异微小的样品。dPCR 在国内尚处于起步阶段,目前仅有南京科维思生物的HER2 基因扩增检测试剂盒(数字 PCR 法)获批,在肿瘤伴随诊断、肿瘤早筛、传染病检测、NIPT、药物基因组学等领域具有较大临床应用潜力和优势。根据沙利文数据显示,中国 dPCR 行业市场规模从 2013 年的 14.6 亿元增加至 2017 年的 72 亿元,CAGR=29.2%,到 2022 年市场规模预计将达到 266.6 亿元。

国内政策利好+精准医疗需求双轮驱动数字 PCR 快速发展。数字 PCR 领域未来发展潜力巨大,主要驱动因素包括:

人口增长与老龄化:我国人口老龄化趋势导致肿瘤医药市场增长和体外检测需求增长,而数字PCR在肿瘤检测、传染病检测、遗传病等疾病检测上优势明显,医疗市场的扩容将进一步推动数字PCR的增长。

国内政策利好:根据国家科技部办公厅发布的《“十三五”医疗器械科技创新专项规划》,要求重点开发POCT检测、新型基因测序仪、随检全自动核酸检测系统、定量数字PCR等系统;

精准医疗与肿瘤治疗需求:精准医疗的基础在于个体化医疗,对致病突变检测和定量分析的精确性要求较高,亟需新一代PCR技术的应用,而数字PCR在这方面优势明显。

PCR 技术更迭速度快,从传统的普通 PCR 到新兴的数字 PCR,灵敏度不断提升。作为国内应用最为广泛的分子诊断技术平台,PCR 具有灵敏度高、特异性好、使用方便等优点,广泛应用于感染性疾病病原体检测、肿瘤基因检测、血筛、遗传病检测等领域,占分子诊断市场规模的比例超过 30%。第二代荧光定量 PCR 是目前 PCR技术的主流,第三代数字 PCR 是未来发展方向,应用前景广阔。国内达安基因、艾德生物、凯普生物等是 PCR 技术领域的龙头企业,在传染病、HPV、伴随诊断等不同细分领域拥有绝对的竞争优势。

1.3 高通量测序(NGS):引领分子诊断走向高端,应用前景广阔

测序技术更迭速度快,二代高通量测序(NGS)为市场商用主流。从 1977 年第一代DNA 测序技术(Sanger 法)发展至今,测序技术经历了第二代高通量测序(NGS)、第三代单分子测序技术和第四代纳米孔测序技术的发展变革,各代技术应用领域不尽相同,各有优缺点,目前处于三代技术并存的局面。第一代 Sanger 测序技术具有测序读长较长、准确率高的优点,但由于通量低、成本高等因素没有得到大规模应用;二代测序技术自 2005 年以来快速发展,凭借高通量、低成本、测序时间端等优势,在全球测序市场中仍占据主导地位;第三/四代技术在测序流程、测序时间和读长上进一步优化,在 ctDNA 测序、单细胞测序等也具有明显优势,是未来发展趋势,但目前由于错误率较高、分析软件不够丰富等原因,商用受到一定限制,未来随着技术的改善有望进入成熟应用阶段。

高通量测序技术(NGS)又称为下一代测序技术,是指通过模板 DNA 分子的化学修饰,将其锚定在纳米孔或微载体芯片上,利用碱基互补配对原理,在 DNA 聚合酶链反应或 DNA 连接酶反应过程中,通过采集荧光标记信号或化学反应信号,实现碱基序列的解读,一次性可完成几十万至上百万条序列的测定。NGS 技术可提供满足评估目标靶向基因所需的扩展性、速度和分辨率。可以同时对许多样本中的多个基因进行评估,如此便可运行多个独立的分析,从而节省时间并降低成本。另外,与范围更广的方法(如全基因组测序)相比,靶向基因测序生成的数据量更少,更易管理,因而分析起来更加轻松。

多因素驱动 NGS 市场高速发展。随着 NGS 技术进步和测序成本的降低、肿瘤医生和病人对 NGS 检测认知不断完善、测序服务对象和应用细分领域的拓展、企业间合作的增加,NGS 有望迎来快速发展。根据美国 Markets and Markets 报告显示,预计全球高通量基因测序市场规模将从 2019 年的 78 亿美元增加至 2025 年的 244 亿美元,CAGR 为 20.9%。

NGS 在 NIPT 领域应用最成熟,肿瘤早筛、个体化用药等前景广阔。与其他分子诊断技术相比,NGS 技术具有通量高、准确度高、可以多重检测、所需样本量少等优点,在医学研究及临床检测中得到广泛应用和推广,主要包括无创产前检测(NIPT)、胚胎植入前遗传学诊断/筛查(PGD/PGS)、遗传病诊断、肿瘤诊断和个性化治疗、致病基因检测、病原微生物检测等.

1.4 不同技术平台应用场景重叠度较低,多种方法或长期共存

分子诊断技术应用场景多样化,不同技术各有优势。在实际应用中,针对每种特定的应用场景,往往需要综合考虑患者治疗过程、不同癌症的采样方式和病例组织形态、患者身体状况和经济水平等因素来决定使用哪种诊断手段。

一些特定基因检测往往需要结合多个诊断手段,提高检测准确率。以 ALK 基因检测为例,根据《中国非小细胞肺癌 ALK 检测临床实践专家共识》,Ventana-D5F3 IHC、FISH、RT-PCR、NGS 四种技术均可用于 ALK 基因融合检测,但没有一种方法可以保证 100%准确率,在检测时需要根据具体情况结合多个技术以避免出现漏检、错检的问题。

NGS 近些年发展迅速、异军突起,广阔的市场应用前景吸引大量企业争相入局,叠加资本市场季度青睐,NGS 迎来井喷式发展,市场普遍认为 NGS 终将会取代以 PCR为主导的传统分子诊断技术平台,企业布局 NGS 一定比 PCR 更具有未来。但根据我们的观察和分析,我们认为 PCR 技术和 NGS 技术优势互补,分别满足不同场景的临床检测需求,将在相当长的一段时间内优势互补、共同发展。

1.5 产业链上游仪器端受外资把控,试剂和服务端国产多点开花

分子诊断产业链由上游的设备和试剂、中游的基因测序服务、下游的医院等需求终端组成:

上游诊断试剂和仪器供应商:国内分子诊断试剂发展较为迅速,基本已经实现国产化;诊断仪器领域,国产仪器占比较小,其中核酸提取仪、普通 PCR 仪、基因芯片仪、分子杂交仪等技术相对容易攻破的中端仪器领域基本已经实现国产替代化,而包括数字 PCR仪和基因测序仪在内的高端仪器主要由外资品牌主导,技术壁垒极高,国产品牌正处于起步阶段。数字 PCR 仪目前市场上基本被 BioRad、Thermo Fisher、Stilla Technomogies 国际大品牌所占有。基因测序仪领域基本被 Illumina、Thermo Fisher、Rocher 等外资品牌垄断,目前国内仅有华大基因等个别优秀国产品牌实现了自主研发生产的基因测序仪,大多数企业是通过 OEM(贴牌)和合作研发的形式完善产业链布局。

中游测序服务供应商:国内基因测序服务竞争激烈,企业众多。国内基因测序服务提供商普遍对上游仪器和试剂供应商依赖严重,绝大部分厂商不具备自主研发基因测序仪和和核心试剂的能力,议价能力弱。华大基因从基因测序服务为切入口,目前已经发展成全球最大的基因测序机构,同时还拥有自主研发的基因测序仪,是国内为数不多的布局基因测序上中下游产业链的企业之一。

下游需求市场:分子诊断产业链下游是为患者提供医疗服务的机构,包括医院、第三方医学检验服务机构、科研机构、药企等。与发达国家相比,我国独立实验室发展较晚,市场规模小,占医学诊断市场比例低,其中检测项目以普检为主,高端检测比例低。

NGS 测序仪由外资品牌主导,国产品牌逐渐发力。测序设备生产商是整个 NGS 产业价值链的上游部分,技术壁垒较高,从全球范围看目前被 Illumina、LifeTech、Roche 等少数几家厂商垄断,呈现典型的寡头垄断竞争格局。根据前瞻产业研究院数据显示,2018 年 Illumina 占据全球二代基因测序仪 84%的市场份额,LifeTech(2013 年被赛默飞收购)和 Roche 合计占据 15.2%,其他厂商不到 1%。在国内市场,鉴于成本和技术难度等问题,进行测序研发设备的企业数量较少,近年来,国内以华大智造(和华大基因是兄弟公司,测序仪主要供应商)为首的基因测序仪制造商逐渐兴起,并占据一定的市场份额,但由于发展时间短,国产测序仪在测序读长和测序稳定性方面仍有待提高。

华大基因成国产品牌翘楚,测序仪全球装机量领先。目前获 NMPA 批准上市的测序仪中,国产品牌中一半都是来自华大基因(包括其参股公司华大智造),其他二代测序仪大多数是通过海外产品的 OEM(贴牌)或者基于海外企业的核心技术进行合作研发,产品价格还是受到国外企业的控制,比如达安基因的 DA Proton、贝瑞和康的NextSeqCN500、安诺优达的 NextSeq550AR 等产品走的都是贴牌路线。从市占率看,Illumina(全球装机 1.1 万台)和赛默飞在国内市占率约 67%,华大智造国内市占率约 33%(全球装机 1100 台),其它国产测序仪未量产投放。

国内 NGS 发展受制于检测费用过高,国产化替代是关键。目前 NGS 在在肿瘤检测领域的应用受制于费用过高,根据思略特研究数据,2017 年国内肿瘤 NGS 基因检测平均单次费用为 7500 元,远高于 NIPT 检测的 1000-2000 元/次,这主要是由于上游测序仪仍由进口品牌垄断,进口品牌拥有较高的话语权和定价权。华大智造虽然有潜力实现实现在测序仪领域的“突围”,但仍需要经历一段较长的市场培育期,而对于大多数不具有测序仪自主研发实力的本土企业来说,需要更多来打破进口品牌的寡头垄断。只有当国产品牌在上游仪器端全面实现突破并掌握话语权,NGS 检测成本才能不断降低、可及性才能逐步提升,从而加快在国内医院端的落地。

PCR 和 NGS 优势互补,仪器端国产替代空间大

国内分子诊断行业起步晚但技术起点较高,目前市场规模基数较小,是近几年增速最快的体外诊断领域,在新技术发展迅猛、应用领域持续拓宽、国产替代进程加速等驱动下,未来 3-5 年有望维持 30-50%的高速增长。根据智研咨询报告显示,预测2025 年国内分子诊断市场规模将达到 260 亿元,未来前景可期。

从不同技术平台看,一方面,PCR 仍将是被市场认可、应用成熟的主流分子断技术平台,液体活检、数字 PCR、NGS 等新兴技术的快速发展将进一步丰富分子诊断的应用领域,作为未来进入临床转暖的储备力量,潜力十足;另一方面,鉴于分子诊断复杂的应用场景、各类患者多样化的临床需求,新技术的出现不是为了完全取代传统技术,而是更好的补充和完善现有技术平台,比如 PCR 技术经过几十年的发展也没有完全淘汰 FISH 技术,后者仍是检测 HER-2 基因状态的“金标准”;根据应用场景和检测需求的不同,NGS 和 PCR 上各有优势,PCR 适合基因位点已知、对灵敏度要求较高以及组织样本的检测,NGS 在发现未知基因、血液 ctDNA 检测上则更具优势,二者是优势互补、长期共存的关系。

从国产替代进程看,目前国内在产业链上游的测序仪开发商仍处于弱势竞争地位,虽然华大基因和贝瑞基因拥有自主研发生产的二代测序仪,但大多数企业还是通过贴牌货合作的方式引用进口 PCR 和基因测序仪,议价能力弱。分子诊断尤其是 NGS的发展很大程度上将依赖于上游设备的国产替代进程。预计随着政策鼓励以及更多优秀企业向上游仪器端布局,国产替代进程有望进一步加速。

分子诊断细分技术多,应用前景广泛,包括应用已经相对成熟的无创产前筛查(NIPT)、伴随诊断、传染病检测、血液筛查等,以及目前处于萌芽期或快速发展期的肿瘤早筛、新型微生物检测、药物基因组学等。我们将在下文重点剖析和对比 NIPT、伴随诊断、肿瘤早筛、传染病检测和消费级基因检测 5 个细分应用场景以及特定场景下不同技术的使用现状和发展趋势。

|2.分子诊断应用领域

2.1 无创产前检测(NIPT):市场广阔而成熟,渗透率仍有提升空间

相比传统血清学唐筛,NIPT 扩大检测时间窗口,安全性、特异性、敏感性大幅提高。孕妇产前筛查和产前诊断不同,前者的目的是在健康人群中筛查出高风险孕妇,进而通过羊水穿刺、脐带血穿刺等侵入性诊断方法进行确诊,从而避免 21 三体综合征等胎儿遗传病的发生。目前我国临床上针对染色体非整倍体的筛查手段包括超声检查、血清学唐氏筛查和无创产前 DNA 检测(NIPT),前两种方法存在较高的假阳性率和漏诊率,血清学唐氏筛查作为传统的产前筛查手段,根据孕周大小分为早期筛查(9-13 周)和中期筛查(15-20 周),早孕期联合超声波 NT 的唐筛筛查染色体异常的检出率约为 70%-80%,中孕期筛查的检出率约为 65%-70%,仍存在明显不足。高特异性的 NIPT 很好地弥补了这两种方法的缺陷,已有报道显示,NIPT 应用于染色体非整倍体异常胎儿检测的敏感性为 91.7%-100%,特异性为 97.9%-100%。NIPT 检测时间窗口较宽,适用于孕 12-26 周,早于 12 周孕妇血中胎儿 DNA 含量较低,可能会导致检测存在误差。

NIPT 以高通量测序(NGS)为主,具有无创、检出率高、流产风险低等优势。基于母体外周血胎儿游离 DNA(cfDNA)和高通量测序(NGS)等技术的无创产前检测(NIPT)是基因测序在生育健康领域的重要应用,检测原理是通过采取孕妇静脉血,利用高通量测序技术(NGS)对母体外周血浆中的游离 DNA 片段(包括胎儿游离DNA)进行测序,并将测序结果进行生物信息分析、从中得到胎儿的遗传信息,从而检测胎儿是否有染色体异常的疾病,主要用于 3 种染色体数目异常遗传疾病:21 三体综合征(唐氏综合征)、18 三体综合征(爱德华氏综合征)、13 三体综合征(帕陶综合征)。NIPT 具有无创、检出率高、漏诊率低、检测周期短、流产风险低、操作简便等多方面优势:(1)NIPT 只需抽取 5-10ml 母体静脉血,属于非侵入式检查,从而避免了流产风险和宫内感染的可能性;(2)基于 NGS 的 NIPT 检测准确率较高,其中对于 21 三体综合征的检出率达到 99%以上,且怀孕 12 周即可接受 NIPT,能够尽早发现问题、及早预防。

技术不断升级,NIPT Plus 拓宽检测领域。NIPT 可以分为基础版(NIPT)和升级版(NIPT Plus),基础版 NIPT 只能检测出 13、18 和 21 号染色体非整倍体异常,而NIPT Plus 将检测范围拓展至染色体微缺失/微重复综合征、性染色体异常、其他常染色体异常等。国内华大基因和贝瑞基因均开发出 NIPT Plus 系列产品,其中贝瑞基因的贝比安 Plus将筛查疾病种类由 3 种扩展至百余种,检出率提高 1 倍,预计 2020年内申报注册;华大基因 2018 年 10 月推出的升级版 NIFTY全因 2.0 产品在全部染色体非整倍体、88 种明确的染色体缺失/重复综合征的检测基础上,新增软骨发育不全单基因遗传病检测,弥补了国内 NIPT 在单基因疾病检测应用领域的空白。虽然政策上目前只有 13、18 和 21 三体是临床批准的检测项目,但随着升级产品的研发逐步成熟以及预防遗传病的有效性逐步得到临床认可,NIPT 渗透率有望加速提升。

NIPT 呈寡头垄断格局,产品升级和医保覆盖是核心驱动力

目前 NIPT 应用已经相对成熟,每年新生儿数量保持稳定的趋势下增量空间有限,但存量渗透率仍有较大提升空间。在监管趋于完善、医保支付政策鼓励、孕妇认知度上升等因素推动下,该领域正逐渐走向普及应用阶段,渗透率有望持续上升。市场格局方面,虽然国内 NIPT 检测产品较为同质化,均能检测 21、18、13 号染色体非整倍体筛查,但是华大基因和贝瑞基因凭借先发优势和丰富的临床数据积累,占据一二线城市的主流医院,未来三四线城市将成为各家竞争的焦点,两家头部企业有望在较长时间内继续保持领先优势,后进入者很难再有机会改变竞争格局。随着测序技术的快速发展,NIPT 产品不断升级,检测应用领域持续扩大,尤其是在单基因遗传病检测上显示出强大的潜力,NIPT 在临床上的应用前景十分广阔。

2.2 伴随诊断:精准医疗的入口,靶向用药的最佳拍档

伴随诊断(Companion Diagnostic, CD)原理是通过在分子靶向药使用之前检测病人是否携带药物靶点,实现肿瘤的个体化治疗,提高用药效率,最终达到用药最佳疗效并减少患者治疗费用。从技术层面划分,伴随诊断市场可细分为 PCR(聚合酶链式反应)、FISH(荧光原位杂交)、IHC(免疫组化)、NGS(高通量测序)等,其中 PCR、FISH、NGS 是分子诊断技术的重要组成部分,IHC 属于免疫诊断方法。

伴随诊断能够解决药物研发风险高、治疗应答率低的问题。根 Jorgensen&Hersom在 2016 年的研究数据显示,过去 15 年内批准的靶向药物中,无伴随诊断的靶向药物客观应答率仅为 7%-45%,有伴随诊断的药物客观应答率(ORR)在 41%-80%之间,伴随诊断提升靶向用药客观应答率的效果显著。

伴随诊断赛道景气度高,天花板逐步提升

伴随诊断是分子诊断技术比较成熟的应用领域之一,目前处于 PCR 技术为主、NGS为辅并快速发展的局面,在技术发展、新靶点和新靶向药物的不断发现、更多靶向药物以及伴随诊断产品纳入医保等驱动力下,行业持续发展驱动力强,景气度高。

(1)目前伴随诊断技术以 PCR 为主,随着 NGS 快速发展,未来将呈现相辅相成、优势互补的局面。PCR 凭借原理简单、操作性强、价格较低的优势成为现阶段伴随诊断主流技术;NGS 一次可以检测多个基因,长期来看 NGS 的广泛使用是必然趋势,但中短期来看对现有市场冲击有限,以 PCR 技术为基础的伴随诊断产品是肿瘤一线治疗检测的主要解决方案,不会迅速被 NGS 取代。PCR 技术与 NGS 技术优势互补,分别满足不同场景的临床检测需求,将在相当长的一段时间内共存发展;

(2)未来市场增长主要来自传统癌种的存量市场以及新靶向药物的增量市场。存量市场:主要来自传统癌种(肺癌、结直肠癌、乳腺癌等)检测产品渗透率/人均检测次数/人均客单价提升;增量市场:主要来自新靶向药物上市带来的伴随诊断产品的开发。

国内艾德生物和燃石医学分别是 PCR 和 NGS 伴随诊断领跑者,先发优势明显。艾德生物凭借多年的技术优势和产品布局成为伴随诊断行业领跑者,产品管线丰富,核心竞争力强,渠道和品牌优势明显,PCR 领域基本实现进口替代;从中长期发展来看,公司后续 BRCA 试剂盒、9 基因检测试剂盒等产品有望为公司业绩带来增量,同时公司积极 和强生、阿斯利康等知名企业合作,在伴随诊断产品上市、产品销售渠道下沉方面逐步发力,最大程度享受行业发展红利,叠加国外市场逐步打开,公司业绩未来可期。在 NGS 伴随诊断领域,燃石医学是肿瘤 NGS 伴随诊断领域龙头,凭借核心技术优势于 2018 年拿下国产“肿瘤 NGS 试剂盒第一证”,目前在肿瘤 NGS伴随诊断市占率第一。

2.3 肿瘤早筛:前景广阔,市场容量巨大

相比“拥挤”的肿瘤个体化治疗领域,肿瘤早筛尚处于“蓝海”市场,巨大潜在需求吸引国内外企业加速布局并抢占市场份额。肿瘤早筛赛道仍处于前期研究阶段,其核心技术液体活检仍有诸多瓶颈亟需攻破,但千亿级市场潜在规模吸引国内外企业加速布局肿瘤早筛市场。

未来市场的驱动力主要来自政策、技术和市场需求三个层面:

(1)政策:在一系列政策加持下,国内癌症早筛市场逐步规范化,医保支付和不同癌种早筛指南将逐步扩大肿瘤早筛的覆盖面,市场渗透率有望加速提升;

(2)技术:液体活检的细胞肿瘤(CTC)、肿瘤细胞 DNA(cDNA)等诊断技术发展快速,目前 Grail、贝瑞基因等国内外优质企业已经取得一定的突破并在大规模前瞻性验证阶段表现突出,未来随着技术逐步完善、成本不断降低,肿瘤早筛将成为常态化;

(3)市场:目标人群主要是健康人群,群体基础广阔,且近几年民众体检意识不断增强,体检人次从 2011 年的 3.44 亿人次增长至 2018 年的 5.75 亿人次,同时伴随着重大阳性检出率的提升,让民众越来越意识到肿瘤早筛的重要性。然而,精准定位市场需求和诊疗路径或将成为突破口。

我们看好贝瑞基因 PreCar 肝癌早筛项目,预计有望成为早筛成功标杆:

1)精准定位需求:以潜在高危人群为主,如容易发展成肝癌的已知肝硬化、肝炎患者,相较于普通健康人群,具有更高意愿进行肝癌相关早筛。

2)精准定位诊疗路径:应用场景可拓展至医院院内,不局限于体检机构及一年一次的体检频率。肝癌高危人群通常需要维持每季度/半年一次的肝功能相关检查,PreCar 肝癌早筛项目可进院嫁接在常规随访上。

2.4 传染病检测市场

新冠检测:核酸检测是金标准,疫情下试剂检测需求大增

目前全球新冠疫苗研已经进入 III 期临床试验,在有效的疫苗或特效药出现之前,国内疫情仍存在反弹风险,作为“金标准”的核酸检测试剂仍然是快速筛查出新冠患者、最大程度减少新冠传播的有力手段。从武汉全市 1000 万人的大规模筛查,到北京出现聚集性疫情后累计对 1000 万人进行核酸检测,再到新疆、大连等地接连出现疫情反弹,大规模的筛查使得新冠检测试剂的需求激增,而对密切接触者、境外入境人员、发热门诊患者等八类重点人群的“应检尽检”以及“愿检尽检”的个人检测需求也将拉动新冠检测试剂的放量。在各地政府集采中,价格、产品质量、产能等因素将成为各地集采的重要考量因素,迈克生物、之江生物、达安基因、明德生物等在新冠检测试剂带量采购中入选的企业、产能较丰富的龙头企业的新冠检测业务业绩有望增厚。此外,迪安诊断、金域医学也成为核酸检测的中坚力量,截至 7 月 21 日,迪安诊断新冠核酸检测突破 1000 万例,约占全国检测总量的 1/10。另一方面,同时获得国内认证和海外认证的新冠检测产品出口量也会随着海外疫情的蔓延不断加大,预计2020 年下半年相关企业将持续受益。

血液筛查市场:血筛核酸检测高效灵敏,替代酶联免疫成趋势

血液筛查是疾病预防的重要手段,随着核酸检测技术的快速发展,血筛市场发展较为成熟,以 qPCR 为主的核酸检测技术凭借检测“窗口期”短、成本可控等优势,成为血液筛查的主要检测手段,在鼓励血源核酸检测在全国实现全面覆盖的政策下,核酸检测手段逐渐普及,目前已基本实现全国血站和浆站全覆盖。

考虑到疫情影响以及国内浆站新批难度较大,叠加核酸检测试剂盒成本逐年降低的趋势,未来血液核酸检测市场增速放缓,天花板可见,我们预计 2020-2022 年血液核酸检测市场规模将稳定在 25-27 亿元之间。

从竞争格局看,国内血筛检测试剂销售以政府招标为主,各家产品同质程度高,因此渠道优势、成本优势、仪器投放能力将成为国内厂商中标的主要因素,科华生物、达安生物、上海浩源等老牌国产企业以及罗氏、诺华等进口企业或持续受益。

2.5 消费级基因检测市场

消费级基因检测(Direct-To-Consumer Genetic Test)是相对于临床级基因检测而言,是指在没有医疗人员参与的情况下, 通过广告、电商、线下店直接向普通消费者销售的的基因检测产品,主要以低通量检测为主,技术手段包括 PCR 和基因芯片。在美国,DTC 检测主要围绕祖源(家谱、生物学祖源等)、健康、宠物、亲子鉴定等维度进行检测,检测项目多为娱乐属性;国内消费基因检测起步较晚,目前主要以健康等维度为主。根据《麻省理工科技评论》在 2019 年 2 月给出的评估,目前有超过2600 万消费者接受了针对祖源、健康等的消费级基因检测。

借鉴美国发展经验,推动消费基因检测市场提早进入发展期。消费级基因检测市场的发展得益于基因芯片技术的成熟,1991 年全球第一款基因芯片在美国诞生,此后10 年内,随着 Affymetrix、Illumina、Agilent 等公司不断提升芯片种类、检测通量、准确度与效率,消费基因检测服务价格不断下降,带动更多企业进入消费基因检测领域,市场开始慢慢进入发展期,2019 年美国消费基因检测用户规模达到 2650 万人,渗透率达到 8.1%,成为全球消费级基因检测市场发展最快的国家。国内消费级基因检测起步较晚,虽然早在 2008 年就出现了萌芽,但过高的价格促使产品滞销。直到2015 年微基因、23 魔方等多家基于芯片技术的基因检测公司的产品问世,国内消费级基因检测行业才算起步。

DTC 检测需求不断增长,市场渗透率提升空间大。由于基因检测技术专业化程度较高、国内监管政策不够完善等因素,目前我国消费级基因检测产品的消费者认知度较低。2016 年国内参与消费级基因检测并拥有自身数据的个人用户总量仅约为 10 万人,2017-2018 年高速增长,2018 年已经增长至 104.3 万人,但渗透率也仅约为0.07%,对比美国 8.1%的高渗透率,我国消费级基因检测市场渗透率提升空间较大。随着技术创新推动测序成本不断降低、消费者认知程度和接受度稳步提升,未来 3-5年我国消费级基因检测市场有望迎来“爆发性”增长。根据艾瑞咨询数据显示,2020年国内消费基因检测累计用户规模将达到 2070.3 万人,渗透率将提升至 1.48%。

市场格局尚未成型,市场参与者众多且小而散。虽然目前消费级基因检测市场规模较小,但行业竞争较为激烈,相比临床级基因检测,消费级基因检测在技术、合规性等方面进入壁垒较低,市场玩家较多。据不完全统计,国内涉足消费基因检测业务的企业数量约为 130 家,其中 2014-2016 年成立的就有 90 家,消费者认知度较高的品牌主要有微基因、23 魔方、安我基因三家,占据绝大部分市场份额。此外,体检中心也是国内布局消费级基因检测企业快速渗透的途径之一,比如美因基因利用民营体检机构美年健康的渠道提供大众检测服务,目前总数据量从 2017 年的 50 万份提升至 600 万份。在行业发展初期,企业间用户规模差异不大,竞争格局极易改变,未来用户规模的增加将是消费级基因检测市场参与者重要指标之一。

3.重点企业分析(详见报告原文)

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(报告观点属于原作者,仅供参考。报告来源:国元证券)

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