基因芯片技術(shù)在中醫(yī)實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用

王 軍，劉震坤

(1.長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué) 傷寒教研室，吉林 長(zhǎng)春 130117;2.吉林省中醫(yī)藥科學(xué)院 婦科，吉林 長(zhǎng)春 130021)

基因芯片(gene chip)又稱DNA微陣列(DNA microarray)，1991年美國(guó)加州舊金山Affymetrix公司的Fodors等創(chuàng)造了世界上第一塊DNA芯片。1995年Stanford大學(xué)醫(yī)學(xué)中心生化系Brown教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組發(fā)表了第一篇基因表達(dá)芯片文章[1]。由于其高通量、并行性、微量化和自動(dòng)化等特點(diǎn)，成為近些年來(lái)發(fā)展非常迅速、應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的生物技術(shù)之一[2]。

1 基因芯片技術(shù)的原理

基因芯片技術(shù)是建立在基因探針和雜交測(cè)序技術(shù)上的一種高效快速的核酸序列分析手段。它將大量的基因探針以點(diǎn)陣的方式有序地、高密度地排列在面積較小的載體表面，在一定的條件下與樣品中待測(cè)的靶基因片段雜交，反應(yīng)結(jié)果用同位素法、化學(xué)發(fā)光法或酶標(biāo)法等顯示，通過檢測(cè)雜交后信號(hào)的強(qiáng)度及分布實(shí)現(xiàn)對(duì)靶基因信息的存在、含量及變異等信息的快速檢測(cè)。它就好象是眾多Northern blot的集成，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，對(duì)一大群相關(guān)基因的表達(dá)進(jìn)行綜合研究，同時(shí)也能反映出基因和基因之間表達(dá)變化的聯(lián)動(dòng)性[3]。目前,基因芯片技術(shù)在中醫(yī)藥研究中得到廣泛應(yīng)用。

2 基因芯片技術(shù)在中醫(yī)實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用

楊裕華等[4]用鼠腦芯片檢測(cè)腎陽(yáng)虛鼠腦基因。結(jié)果篩選出186條差異表達(dá)基因，其中上調(diào)基因主要為炎癥/免疫、促細(xì)胞凋亡相關(guān)基因等150條，下調(diào)基因主要為泌乳素、生長(zhǎng)激素等36條。沈自尹等[5]利用基因芯片技術(shù)檢測(cè)自然衰老的大鼠，得到了基因表達(dá)譜數(shù)據(jù),并建立量化腎虛證程度的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果篩選到199條基因表達(dá)具有年齡依賴特征,其中相當(dāng)一部分為神經(jīng)內(nèi)分泌免疫相關(guān)基因。管冬元等[6]應(yīng)用基因芯片檢測(cè)了健脾益氣、清熱解毒、活血化瘀等常用中醫(yī)治法對(duì)金屬硫蛋白1E(MT1E)基因在肝癌細(xì)胞中表達(dá)的影響。結(jié)果不同中醫(yī)治法對(duì)MT1E在肝癌細(xì)胞中的表達(dá)均具有不同程度的調(diào)控作用，其中健脾益氣法的下調(diào)作用最明顯。梁超等[7]應(yīng)用了同樣的方法檢測(cè)了UBE2D2基因在肝癌細(xì)胞中的表達(dá),結(jié)果與MT1E相似。張輝等[8]應(yīng)用了同樣的方法觀察了細(xì)胞周期相關(guān)蛋白(Cyclins)及周期蛋白依賴激酶4(CDK4)在二乙基亞硝胺(DEN)誘發(fā)大鼠肝癌組織中的表達(dá)及不同中醫(yī)治法對(duì)其表達(dá)的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果與正常肝組織比較，有6個(gè)Cyclins及CDK4在肝癌組織中過表達(dá)，不同中醫(yī)治法對(duì)其有一定的下調(diào)作用。趙寧寧等[9]利用基因芯片觀察理氣活血法對(duì)萎縮性胃炎癌前病變大鼠胃黏膜組織基因表達(dá)譜的影響。結(jié)果共篩選出差異表達(dá)基因14條, 其中上調(diào)基因8條，下調(diào)基因6條。其中蛋白酪氨酸激酶2(ptk2)在自然恢復(fù)組中明顯下調(diào),經(jīng)理氣活血法干預(yù)后明顯上調(diào)。說明ptk2可能是理氣活血法治療萎縮性胃炎癌前病變的靶標(biāo)之一。張宏方等[10]利用基因芯片研究小鼠胸膜間皮細(xì)胞免疫相關(guān)基因表達(dá)譜的狀況。結(jié)果共篩選出小鼠胸膜間皮細(xì)胞免疫相關(guān)表達(dá)基因204條,其中主要有免疫應(yīng)答及調(diào)節(jié)基因56條；炎性反應(yīng)基因32條；非特異性免疫基因14條;T細(xì)胞增殖、活化、調(diào)節(jié)等相關(guān)基因23條等。說明胸膜間皮細(xì)胞既表達(dá)免疫相關(guān)的正向調(diào)節(jié)基因，亦表達(dá)負(fù)向免疫相關(guān)的調(diào)節(jié)基因，這提示胸膜可能為免疫協(xié)調(diào)器官。

魏蓓蓓等[11]利用基因芯片技術(shù)篩選出寒體與熱體的特征性基因。結(jié)果與熱體組比較，寒體組中基因H+-ATPsgtu(A tp6n 1)、胰島素2(Ins2)、乙酰膽堿酯酶(AchE)表達(dá)上調(diào)，硫氧還蛋白還原酶1(Txnrd1)基因表達(dá)下調(diào)，推斷A tp6n 1、Ins2以及AChE可能是寒體與熱體的特征性基因，與寒體與熱體的形成機(jī)制存在密切的關(guān)系。

3 結(jié)語(yǔ)

基因芯片技術(shù)發(fā)展到今天僅十幾年時(shí)間，但已在諸多領(lǐng)域呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的完善，基因芯片將是中醫(yī)藥研究領(lǐng)域重要技術(shù)之一，也必將推動(dòng)中醫(yī)藥研究的現(xiàn)代化進(jìn)程。

[1]Schena M,Shalon D,Dais RW,et al.Quantitative Monitoring of Gene Expression Patters with a complementary DNA Microarray[J].Science,1995,270(20):467-470.

[2]Rogler CE,Tchaikovskaya T,Norel R,et al.RNA expression microarrays (REMs),a high-throughput method to measure differences in gene expression in diverse biological samples[J].Nucleic Acids Res,2004,32(15):120.

[3]Mockler TC,Chan S,Sundaresan A,et al.Applications of DNA tiling arrays for whole-genome analysis[J].Genomics,2005,85(1):1-15.

[4]楊裕華,李震.“勞倦過度、房室不節(jié)”腎陽(yáng)虛小鼠模型腦基因芯片研究[J].中華中醫(yī)藥雜志,2008,23(5):396-401.

[5]沈自尹,張新民,林偉,等.基于基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)建立腎虛證量化數(shù)學(xué)模型[J].中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合雜志,2008,28(2):131-134.

[6]管冬元,方肇勤,代小平,等.金屬硫蛋白1E(MT1E)在肝癌細(xì)胞中的作用及不同中醫(yī)治法對(duì)其表達(dá)調(diào)控的差異研究[J].中國(guó)中醫(yī)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)雜志,2009,15(11):828-831.

[7]梁超,方肇勤,管冬元,等.UBE2D2基因在肝癌細(xì)胞中的作用及不同中醫(yī)治法對(duì)其調(diào)控作用的影響[J].上海中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2011,25(2):47-50.

[8]張輝,方肇勤,管冬元,等.中醫(yī)不同治法對(duì)相關(guān)Cyclins及CDK4在大鼠肝癌中表達(dá)的影響[J].上海中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2009,23(3):60-63.

[9]趙寧寧,李軍樣,張玉祿,等.理氣活血法對(duì)萎縮性胃炎癌前病變大鼠基因表達(dá)譜的影響[J].北京中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2009,32(12):830-833.

[10]張宏方,金志甲,李軍,等.小鼠胸膜間皮細(xì)胞免疫相關(guān)基因表達(dá)譜與中醫(yī)藏象理論相關(guān)性研究[J].遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2009,11(3):183-185.

[11]魏蓓蓓,張偉妃,張瑞義,等.中醫(yī)寒體與熱體基因差異性表達(dá)的RT-PCR分析[J].上海中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,25(3):68-70.