分類表達(dá)譜基因芯片在醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用

1、分類表達(dá)譜基因芯片在醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用         08-05-08 16:16:00     作者：鄒健    編輯：studa20【關(guān)鍵詞】  基因芯片 分類 應(yīng)用 腫瘤0  引言    隨著基因芯片制備技術(shù)的提高，高密度的探針陣列使得生物體的基因表達(dá)情況只用一塊芯片即可包括。分類表達(dá)譜基因芯片在設(shè)計(jì)時(shí)先對(duì)基因進(jìn)行有目的的篩選與分類，因而更具有針對(duì)性。現(xiàn)在已經(jīng)上市的產(chǎn)品種類涵蓋了生

2、命科學(xué)研究的各個(gè)方面,其中包括:細(xì)胞凋亡基因芯片1，2、細(xì)胞周期基因芯片3，4、腫瘤基因芯片5，6、常見疾病研究芯片、細(xì)胞因子與炎癥反應(yīng)芯片7，8、細(xì)胞外基質(zhì)與粘連分子芯片9，10、神經(jīng)科學(xué)芯片11、信號(hào)傳導(dǎo)芯片12、干細(xì)胞芯片13、毒理和藥理芯片等。現(xiàn)就幾種常用的分類表達(dá)譜基因芯片構(gòu)成和應(yīng)用綜述如下。1  人細(xì)胞凋亡基因芯片    美國(guó)Affymetrix公司研制的人細(xì)胞凋亡芯片含細(xì)胞凋亡相關(guān)基因458個(gè)，這些基因根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)與功能分成TNF配體家族（LTA、LTB、TNF、FasL、TRAIL、Apo3L、APRIL等）、TNF受體家族（LTBR、

3、TNFR1、OX40、CD40、Fas、DR4、HVEM等）、bcl2 家族（BAD、BAK1、BAX、BCL2、bclx、BIK、HRK等）、Caspase家族（CASP114）、IAP 家族（BIRC1、IAP2、XIAP、survivin等）、Calpains以及其他細(xì)胞凋亡相關(guān)的蛋白、老化與衰老相關(guān)蛋白等15。該芯片可以用于細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制、細(xì)胞凋亡與腫瘤的關(guān)系、衰老的機(jī)制與壽命的延長(zhǎng)、相關(guān)藥物的研制與開發(fā)以及其他與細(xì)胞凋亡有關(guān)領(lǐng)域的研究1,2。2  人腫瘤藥物耐受和代謝基因芯片    腫瘤細(xì)胞多藥耐藥性（multidrug resistanc

4、e, MDR）是造成化療失敗的重要原因，耐藥的機(jī)制雖有很多，但總結(jié)起來不外乎是腫瘤細(xì)胞內(nèi)各種耐藥相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和酶類量的改變。而這種量的改變是由編碼這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和酶類的耐藥相關(guān)基因過度表達(dá)或表達(dá)下調(diào)造成的。    人腫瘤藥物耐受和代謝基因芯片是研究MDR的一種強(qiáng)有力的工具，它包含機(jī)體對(duì)化療反應(yīng)的各種基因。這些基因要么編碼耐藥相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和酶類，要么是DNA修復(fù)和耐藥的調(diào)節(jié)基因。主要有：耐藥相關(guān)基因（MDR1、MRP16、BCRP、BAX、BCL2、LRP、RB1、TOP1、TOP2A、TOP2B、TP53等）、藥物代謝基因（ARNT、BLMH、COMT、SOD1、

5、STE等）、DNA修復(fù)基因（APC、BRCA1、MGMT、MLH1、XPA等）、細(xì)胞周期基因（CCND1、CDK2、CDK4、p21Waf1、p27Kip1、p16Ink4等）、生長(zhǎng)因子受體基因（EGFR、ERBB2、FGF2、MET等）、激素受體基因（AR、ESR1、ESR2、PPARD、PPARG等）、轉(zhuǎn)錄因子基因（AHR、AP1S1、ELK1、FOS 、MAFB、MYC、NFKB1、NFKB2等）16等。利用分類表達(dá)譜芯片探討MDR的不同參與機(jī)制，尋找耐藥相關(guān)的靶基因、靶蛋白，設(shè)計(jì)合理的逆轉(zhuǎn)策略，才能減少盲目性，提高預(yù)見性，為腫瘤的化療開創(chuàng)新的前景，提高腫瘤患者的生存期和存活率。3

6、60; 人腫瘤信號(hào)傳導(dǎo)基因芯片    腫瘤的信號(hào)傳導(dǎo)同樣是一種非常復(fù)雜的過程，美國(guó)的SuperArray公司研制的人腫瘤信號(hào)傳導(dǎo)基因芯片可以為這方面的研究提供幫助。芯片包含96個(gè)基因，這些基因是與腫瘤發(fā)生有關(guān)的15條信號(hào)傳導(dǎo)通路的重要參與者。包括雄激素/雌激素通路相關(guān)基因（CDK2、 p21Waf1、EGFR、BCL2、BRCA1、PGR等）、Cox2通路相關(guān)基因（FOS、HSPA4、MCL1、PPARG、PTGS2等）17、DNA 損傷 / p53通路相關(guān)基因（BAX、GADD45A、HIF1A、IGFBP3、MDM2、PIG3、WIG1等）、低氧通路相關(guān)基因（

7、EDN1、EPO、HK1、TFRC等）、炎癥 / NFkB通路相關(guān)基因（ICAM1、IL2、NOS2A、TNF、VCAM1等）、MAP激酶通路相關(guān)基因（COL1A1、EGR1、FOS、JUN等）18、PI3激酶/ AKT通路相關(guān)基因（CCND1、FN1、HIF1A、MYC 等）、STAT通路相關(guān)基因（A2M、CSN2、IL4、IRF1等）、應(yīng)激 / 熱休克通路相關(guān)基因、應(yīng)激/ p38 & JNK通路相關(guān)基因、survival / NFkB通路相關(guān)基因、TGF通路相關(guān)基因和Wnt通路相關(guān)基因12，14。4  人干細(xì)胞基因芯片    人胚胎干細(xì)胞是現(xiàn)

8、在醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)，在這方面的研究中可以應(yīng)用人干細(xì)胞基因芯片。此芯片是由美國(guó)老年研究所干細(xì)胞生物學(xué)部和SuperArray公司聯(lián)合研制開發(fā)的。它包含266個(gè)已知基因，其中有干細(xì)胞在分化各個(gè)時(shí)期表達(dá)的標(biāo)志物基因（86個(gè)）19、調(diào)節(jié)干細(xì)胞生長(zhǎng)的生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子基因（96個(gè)）20、干細(xì)胞在不同時(shí)期表達(dá)的細(xì)胞外分子基因（36個(gè)）、干細(xì)胞分裂過程中的調(diào)節(jié)基因以及陽(yáng)性對(duì)照和管家基因。除應(yīng)用于胚胎干細(xì)胞、中胚層干細(xì)胞和造血干細(xì)胞鑒定與分化研究外，此分類表達(dá)譜基因芯片尤其適用于神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育研究13。    此外對(duì)于各種常見疾病，也有相應(yīng)的分類表達(dá)譜基因芯片。人動(dòng)脈粥狀硬化疾病基

9、因芯片共包含192個(gè)基因，具體包括：粘附相關(guān)基因（ICAM1、ITGA110、ITGAM、ITGB18、SELE、SELL、VCAM1等）21、炎癥相關(guān)基因（CCL2、CCR1、CSF13、DSCR1、IFNG、IL1A、IL28、 LIF、NFKB1、TNF等）、凋亡相關(guān)基因（BAX、BCL2、BCL2A1、BID、FLIP、MKP3、Fas等）、胞外轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相關(guān)基因（APOA15、APOB、APOC13、APOD、LPA等）、膽固醇和脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝相關(guān)基因（ABCA1、ADFP 、CD36、MSR1、OLR1等）、生長(zhǎng)相關(guān)基因（CTGF、EGR1、FGF2、KDR、TGFB13、VEGF等

10、）、應(yīng)激相關(guān)基因（HspB、KLF2、NOS3、Cox1、SOD1、SOD2等）22等。對(duì)動(dòng)脈粥狀硬化發(fā)生過程中基因表達(dá)改變的了解將有助于預(yù)防和早期診斷各種心腦血管疾病。    分類表達(dá)譜基因芯片主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面的研究。4.1  基因表達(dá)分析    分類表達(dá)譜基因芯片主要應(yīng)用于基因表達(dá)的分析，包括差異表達(dá)檢測(cè)、表達(dá)隨時(shí)間的演變分析、發(fā)現(xiàn)未知基因的表達(dá)等。4.2  基因突變分析    基因突變往往與個(gè)體的不同性狀和多種疾病密切相關(guān)，利用分類表達(dá)譜芯片可以對(duì)不同基因的突變情況進(jìn)行檢測(cè)。Takahashi等28利用p53分類表達(dá)譜芯片檢測(cè)了20例結(jié)腸癌手術(shù)標(biāo)本p53基因外顯子211的突變情況，發(fā)現(xiàn)65%的原發(fā)