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1、基因芯片技术在中医药诊治糖尿病及其并发症研究中的应用_糖尿病的并发症 摘要：基因芯片技术是近年来兴起的一种分子生物学技术。该技术在医学界引起了广泛的关注，在中医药诊治糖尿病及其并发症的探讨中应用也较多，具有广泛的应用前景。 关键词：基因芯片技术；糖尿病；中医药 中图分类号：B255，4；B2-03文献标识码：A文章编号：1673-7717(2007)11-2218-03 糖尿病(Diabetes mellltus，DM)是一种常见的内分泌代谢疾病，随着社会经济的发展、人们生活方式的变更及人口老龄化，糖尿病的发病率在全球范围内呈逐年增高趋势，已成为继心血管和肿瘤之后，严峻威逼人们健康和生命的疾病
2、。糖尿病的病因和发病机制困难，多年来从分子水平探究糖尿病的发病机制及治疗靶点始终是人们探讨的热点。传统的探讨方法大多费时、费劲且收效微。近年来出现的基因芯片技术，对医学界产生了具有深远意义的影响。中医药防治糖尿病及并发症，运用辨证论治，指导临床用药，有肯定的优势和疗效。本文对基因芯片技术在中医药诊治糖尿病探讨中的应用作一探讨。 1基因芯片技术 1.1基因芯片产生的背景及原理近年来，随着人类基因组安排(human genomic projects，HGP)探讨的逐步深化，数以万计的基因序列和表达序列标签(expreessed sequencetags，ESTs)得到测定，GeneBank数据库中
3、已含有300万个序列。探讨重点将由发觉新的基因转向探讨基因的功能和探究疾病与基因表达问的关系，即由基因组时代转入后基因组时代。传统的探讨方法诸如Northern杂交、斑点杂交、RNA酶爱护试验、sI核酸酶分析等明显无法胜任如此浩繁的工作，迫切须要一种新的探讨方法能以大规模、高通量的方式进行成千上万个基因在各种生理和病理状态下表达状况的探讨以及分析大量的生物信息。基因芯片技术就是在这种背景下诞生的。基因芯片(gene chip)，又称DNA微矩阵(DNA mlcroarray)，是指将很多特定的寡核苷酸片段或基因片段有序地、高密度地排列固定于支持物上，待测的样品核酸分子经过标记，与固定在载体上的
4、DNA阵列中的点按碱基配对原理同时进行杂交。杂交形式属于固一液杂交，与膜杂交相像。通过激光共聚焦荧光检测系统等对芯片进行扫描，检测杂交信号强度而获得样品分子的数量和序列信息，用计算机软件进行数据的比较和分析，从而对基因序列及功能进行大规模、高通量的探讨。 1.2基因芯片分类和优点 由于基因芯片的制备方法和应用范围的不同，可以将基因芯片依据不同的标准分为不同的种类。以载体材料区分，可以分为玻璃芯片、膜芯片、硅芯片和陶瓷芯片等。以制作方法区分，可分为原位合成芯片、干脆点样芯片等。最根本的是依据载体上的基因种类区分，分为寡核苷酸芯片(oligonucleotide microarray)、cD-NA
5、芯片(complementary DNA mlcroarray)。cDNA芯片的探针来源于cDNA文库、采集到的克隆或PCR产物，采纳喷印法或点样法固定到玻璃或尼龙膜上。探针斑一般为直径100300m大小，等间距排列，一个标准尺寸的芯片表面目前最多可点3105个cDNA克隆；寡核苷酸芯片采纳原位合成的方法将不同的序列干脆合成固定于玻璃表面，可实现高密度集成。基因芯片具有无可比拟的优点：信息量高。一张1cm2左右大小的芯片一次可同时探讨12万不同的已知或未知的靶基因片段，通过对比两种不同样品的杂交信号，可获得几十甚至上百个被诱导出现或消逝的基因及被上调或下调的差异表达基因，而Southern、N
6、orthern或斑点杂交等均只能对某一个或几个已知的感爱好基因分别进行探讨。mRNA差异显示技术虽然也有很大的改进，可同时有多个差异条带显示。但与基因芯片相比要少得多。透亮性强。由于靶基因在载体上的分布是事先由操作者设计好的，故可干脆得到不同的基因序列或序列片段，而不像mRNA差异显示技术等须要对表达差异的片段进一步克隆、测序等分析后才能知道其准确序列。精确性高。基于碱基互补的原理，芯片技术不仅特异性强，而且没有差异显示技术假阳性率高的缺点。自动化程度高。运用程序化操作只需1-2天就可以完成全部过程。 2基因芯片技术在中医药诊治糖尿病及其并发症中的应用 中医学的整体观念认为人是一个有机的整体，
7、构成人体的各个部分之间，结构上是相互联系的，功能上是相互协调和相互为用的，在病理上又是相互影响的，人体与自然环境有着亲密的关系。中医药治疗糖尿病是从整体观动身，实施辨证论治，强调整体阴阳平衡，实行综合调整的措施。基因芯片技术探讨是从整个基因组的层次来阐明全部基因在染色体上的位置、结构、基因产物的功能以及基因与基因之间的关系，具有显明的整体性。揭示糖尿病疾病困难的分子机制是一项极为繁琐浩大的工程，已知糖尿病存在多种多样的基因表达变更，它们单独作用或是与转录调整因子或信号转导分子、收缩蛋白等共同作用，交织成困难的网络，利用传统的方法和手段探讨受到极大的限制，而利用基因芯片技术可以大规模进行糖尿病相
8、关基因表达谱的分析，这将推动糖尿病的探讨。中医药治疗糖尿病历史悠久，无论是在减轻临床症状、体征或提高患者的生存质量，或改善某些试验室的指标，都有明显的疗效和优势。 基因芯片技术问世后不久，在糖尿病中的探讨就受到广泛的关注。糖尿病的致病机制困难，涉及多个方面，包括遗传和环境因素。以往的探讨工作大多从一个或几个基因蛋白质人手，分散、孤立地分析其与糖尿病病变的关系，难以从基因的整体表达谱全面地视察糖尿病发病时基因的反应模式，因而探讨工作费时、费劲。但收敛甚微，基因芯片技术，以其快速、高效、高通量及平行性等特点为糖尿病的探讨供应了先进的探讨手段。李彭灏等用基因芯片技术探讨糖肾平胶囊作用于糖尿病小鼠后基
9、因表达的改变，建立了糖肾平的药理基因表达差异谱。基因芯片技术将中医药与现代基因组学的疾病相关基因表达和现代药物学的化学物质作用在功能上统一起来，为中医药和基因表达之间架起一座桥梁，在基因表达水平上说明中药理论和中药的作用机制。高黝等用基因芯片技术探讨1个糖尿病家系中的与肾虚(阴阳两虚)一血瘀相关联的基因表达谱，对糖尿病家系中的3例肾阴阳两虚一血瘀证一糖尿病患者与同一家系中的2例正常人进行检测。发觉差异基因446条，其中上调基因8条，下调基因438条，说明糖尿病虚证与基因下调有亲密联系。利用基因芯片技术的证候一基因组学将宏观的中医证候与微观的基因功能相联系，在中医药诊治糖尿病的的现代化探讨上提出
10、了新的探究途径。 3基因芯片技术在中医药诊治糖尿病及其并发症探讨中的应用前景 3.1从微观上探讨糖尿病及其并发症的体质本质 中医体质学说是以中医理论为主导，探讨各种体质与体质类型的生理病理特点，并以此分析疾病的探讨状况、病变性质及发展趋势。体质是由先天遗传和后天获得所形成的形态结构、机能活动方面固有的、相对稳定的个体特性。基因芯片技术可以检测出不同体质类型相关的基因及其表达，探讨基因组与糖尿病及其并发症的的相关性。糖尿病病因困难，具有遗传异质性，是在遗传易感基础上加环境因素诱发而发病。由于遗传的因素，机体存在对某些疾病易感的基因异样，利用芯片技术的测序功能可高效、精确地检测基因突变和进行基因多
11、态性分析。另一方面在环境因素的作用下，这些具有疾病易感性的基因可不表达或高表达，从而发生或不发生疾病，从基因水平探讨糖尿病及其并发症的体质本质。中医药治疗糖尿病及其并发症，重点在发扬机体的抗病实力，调整机体的功能状态，影响基因的调控表达，特殊是表达产物的标识方面从整体上调整体质。运用基因芯片技术可以从微观上揭示糖尿病及其并发症体质本质。 3.2基因芯片技术应用于糖尿病及其并发症的证候客观化的探讨在糖尿病及其并发症的诊治中，中医药体现了肯定的优势，辨证论治是中医药的一大特征，中医“证”的探讨是中医药临床治疗糖尿病及其并发症的核心，但是“证”的本质探讨始终难以有重大进展。传统探讨基因功能一般从基因
12、的差异表达着手，一次是对一个基因或几个基因进行探讨，这种探讨手段效率低下，无法满意功能基因组探讨的须要，更无法全面弄清晰“证”的实质。糖尿病具有很强的异质性，利用基因芯片技术可以从微观分子水平来揭示中医证候的本质。 3.3基因芯片技术用于筛选有效药物和治疗效果的评价 糖尿病目前尚无根治方法，故选择合适的药物来限制疾病的发展是至关重要的。通过长期临床实践证明，中医药治疗糖尿病的疗效是确定的。中药的药理作用具有多途径、多靶点的特点，所以利用基因芯片技术建立中药探讨的技术平台，进行中药治疗糖尿病的疗效评价、筛选中药新药及代谢与毒副作用的评价方面具有重要的意义。 4基因芯片技术在中医药探讨糖尿病及其并
13、发症中应用的进展与展望 随着人类基因组安排的不断完善，孤立的探讨单个基因在糖尿病及其并发症中的作用已经远远不够。利用基因芯片技术，可以对糖尿病及其并发症患者的基因表达谱进行分析，在多基因基础上对糖尿病的发生、发展机制作进一步的相识。它高密度地显微排阵，大批量的基因筛选和巨大的功能信息处理实力，为中医药治疗糖尿病及其并发症的探讨供应了一个强有力的武器。基因芯片技术在中医药对糖尿病及其并发症诊断、治疗中的探讨发挥了重要的作用，但目前国内应用基因芯片技术在中医药诊治糖尿病方面的探讨文献报道还不多见。中医药利用基因芯片技术诊治疾病正处于不断发展中，仍存在下列问题：利用基因芯片技术对证候客观化探讨还处于初步的、散在的阶段，缺乏系统性、规范性和客观性；须要大量的已知的精确的DNA、eDNA片段的序列信息；须要高密度芯片制作的精密机械系统和操作工艺及杂交的微弱信号的检出装置；须要具有对杂交信号及相关信息数据的大规模处理和分析的实力。基因芯片技术虽然还存在这样或那样的问题，但是其在糖尿病及其并发症的基因诊断、序列分析等诸多领域已呈现出广袤的应用前景，随着探讨的不断深化和技术的更加完善，基因芯片肯定会在中医药诊治糖尿病及其并发症的发病机制、诊断治疗和药物开发等方面发挥巨大的推动作用。