基因芯片技术在妇科肿瘤

tions , technique , and results [ J ] . Otolaryngol Head Neck Surg ,1999 ,120 :678～682. 收稿日期 :2004204212 作者简介 :吕声锐 (1972 - ) ,男 ,山西省太原市人 ,硕士学位 ,医师 ,主要从事耳鼻喉科临床工作。 基因芯片技术在妇科肿瘤研究中的应用 王永霞1 ,武丽蕊2 (1. 东莞市人民医院 ,广东 东莞 　523000 ;2.天津医科大学总医院 ,天津 　300070) 　　生物芯片技术是随着人类基因组 ( HGP) 的进展而 发展起来的。生物芯片包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片 和组织芯片等 ,而基因芯片 (gene chip) 是生物芯片中应用最 广泛的一种。 基因芯片也称为 DNA 微阵列 (DNA microarray) ,是指采 用原位合成或直接点样的方法 ,将 DNA 片段或寡核苷酸片 段排列在硅片、玻璃等介质上形成微阵列 ,待检样品用荧光 分子标记后与微阵列杂交 ,通过荧光扫描及计算机即可 获得样品中大量的基因序列及表达信息 ,具有快速、高效、高 通量的分析生物信息的特点。根据芯片上探针的不同 ,基因 芯片可分为寡核苷酸芯片和 cDNA 芯片。基因片适用于大规 模的基因检测和基因功能的研究、疾病发生机制的研究及临 床诊断等方面[1 ] 。目前 ,基因芯片技术被大量应用于妇科肿 瘤基因表达的研究。 1 　用于肿瘤相关基因的研究 癌基因的激活和抑癌基因的失活是肿瘤发生过程中的 关键因素。基因芯片不仅能分析大规模基因表达 ,还可以检 测基因的变化。Sawiris 等[2 ]根据基因表达系列的分析 ,建立 了一个专门的 cDNA 微阵列研究卵巢癌 ,命名为 ovachip 具有 高度的可重复性和对标本检测的一致性。这种微阵列对区 别卵巢癌和直肠癌具有高度的敏感性。 1. 1 　基因差异表达的检测 　Aronow 等[3 ]应用 cDNA 表达谱 基因芯片分析人细胞滋养细胞向合体滋养细胞分化中 6918 条基因 mRNA 表达的情况 ,结果 141 条基因被诱导表达 ,256 条基因被下调 1/ 2 以上 ,一些功能有关的关键基因类别的表 达改变与滋养细胞的形态学改变密切相关。Kabbarah 等[4 ] 以基因芯片研究了酒精固定、石蜡包埋的小鼠子宫内膜癌组 织显微解剖的表达轮廓 ,发现了 Amd1 在鼠内膜癌的 RNAs 中的表达升高 ,并发现了其在其他肿瘤中的过度表达 ,说明 它的过度表达与致癌作用有关。 1. 2 　用于肿瘤的筛查 　基因芯片的高通量特点可用于肿瘤 的筛查。HPV 感染在宫颈癌的发病中占重要作用 ,几种 HPV 类型如 HPV16、HPV18 与宫颈癌密切联系 ,利用 HPV 芯片对 其进行筛查有很大的应用价值。Cho 等[5 ]用新的具有 22 探针的 HPV 芯片检测 685 例宫颈阴道拭子的 HPV 基因 型 ,并与巴氏诊断法比较。结果发现对照组有 31. 9 %发现 HPV ,病变组为 78. 6 %。主要的 HPV 基因型为 16 型、58 型、 18 型 (依次递减) ,他们为宫颈癌的主要致病因。认为 HPV 芯片有作为一种高通量的筛查试验的可能。 An 等[6 ]同样用这种 HPV DNA 芯片来探测几种常见的 HPV 类型的病理学行为。用 HPV DNA 芯片检测了 1983 例宫 颈标本的 HPV 类型 , 并与组织学和细胞学诊断比较。 HPV18、HPV58、HPV16 为癌中最常见的类型。低度鳞状上皮 病变 (LSILS) 中为低危 HPV 型 (6、11、34、40、42、43、44) 。 HPV58 对于发现组织学上的高度鳞状上皮病变 ( HSILS) 或癌 有最高的阳性预测值 ,而 HPV16 有最高的阴性预测值 ,作为 高通量的筛查方法芯片优于细胞学。Hwang 等[7 ] 和 Kim 等[8 ]也将 HPV DNA 芯片与传统的筛查方法进行比较 ,均提 示 DNA 芯片优于传统方法。HPV DNA 芯片提供的遗传信息 可为宫颈病变的处理提供新的方法。 1. 3 　检测基因突变 　Wen 等[9 ]用基因芯片检测 108 例卵巢 癌 Tp53 的突变。两种方法共检出 77 例突变 ,71 例由微阵列 检出 ,63 例由 DNA 序列检出。两种方法检出 57 例有同样的 突变 ,31 例有同样的野生型 Tp53 序列 ,检出一致率为 81 %。 14 例被微阵列检出而未被DNA 序列分析法检出 ,6 例被DNA 序列分析法检出而未被微阵列检出。微阵列检测突变的准 确率、敏感性、特异性分别为 94 %、92 %、100 % ,而常规DNA 序列分析法为 87 %、82 %、100 %。他们认为微阵列在 Tp53 的检测上是一个有效的工具。 2 　指导治疗 DNA 芯片技术所提供的遗传信息和基因诊断对于治疗 和监护有很大作用 ,高通量的基因表达分析能优化对特异患 者进行以基因为靶的药物治疗 ,且可以提供与癌症生长方式 和消退有关基因的研究方法。Liu 等[10 ]比较了两种细胞系 ·884· 　Proceeding of Clinical Medicine J ,Jul. 2004 ,Vol 13 No. 7　 SiHa (HPV 感染)和 C233A(含 P53 突变) 放疗前后基因表达方 式不同。放疗后有 33 种基因表达改变。并对其中有反应的 10 个基因中的 3 个进行 RF2PCR 鉴定 ,Bak 和 C2ab1 可能在宫 颈癌细胞的放疗导致的凋亡中发挥重要作用。Kitahara 等[11 ]以含有 23040 人类基因的 cDNA 微阵列比较 9 个放疗 敏感性和 10 个放射抵抗性基因的表达方式 ,发现有 121 个基 因的表达在放射敏感性细胞明显高于放射抵抗性细胞 ,有 50 个基因的表达水平在放射抵抗性细胞高于放射敏感性细胞 , 这些基因中的一部分为已知的与放射反应有关 ,例 ALDH1 和 XRCC5。又在聚类分析的基础上得到 62 条基因 ,这选出 的 62 条基因提供对宫颈癌进行适当的和有效的放疗的可能 性。 3 　用于肿瘤抗药性研究 2000 年 ,NIH 首次报道使用 cDNA 芯片考察氟脲嘧啶和 左旋天冬酰胺对 60 株人类癌细胞的基因作用机制 ,发现基 于基因表达谱相似而归为一类的细胞 ,其药物反应机制却大 不相同。决定细胞系药物敏感性和耐药性的基因在各个细 胞系也各有异同 ,有利于合理开展个体化之治疗[12 ] 。 Lamendola 等[13 ]为进一步阐明紫杉醇抗药的机制 ,以 cDNA 序列来研究 3 个 SKOV23 人类卵巢癌细胞系 (作用于其 的紫杉醇浓度递增)的分子水平表达的改变 ,3 个亚系分别代 表 3 种紫杉醇浓度抗性 :早期 (0. 003 mm) 、中期 (0. 03 mm) 和 晚期 (0. 3 mm) 。筛选出 1000 种正确的表达方式 ,然后把其 分到 20 个 SOM(self2organizing map) 中 ,SOM 基因的不同可以 区别紫杉醇抗药性在早、中、晚细胞系的不同 , 与母体 SKOV23 相比 , 多药抗性 1 基因的转录表达在 SKOV23 (0. 003TR)不升高。SOM分析显示转录改变出现在大量基因 中 ,包括细胞生长/ 维持基因族、细胞结构、信号传导和感染 反应。 4 　用于肿瘤转移相关基因的研究 肿瘤的早期转移不易为组织病理发现 ,组织病理上“正 常”的组织 ,在基因的表达上可能已有所改变 ,利用基因芯片 可以发现这种早期的改变 ,从而可以指导治疗的决策。Casey 等[14 ]以基因序列分析了细胞膜上的几种蛋白聚糖包括 syn2 decan4、decorin、perlecan 的表达。与正常的卵巢相比 ,原发卵 巢癌和继发转移癌中发现了蛋白聚糖基因表达的改变 ,结果 提示卵巢癌细胞蛋白聚糖影响细胞黏附、转移和向细胞外成 分和间质细胞单层浸润的能力 ,一些蛋白聚糖的改变可能介 导卵巢癌结构改变和继发肿瘤播散。 Cheng 等[15 ]研究了宫颈鳞癌多步骤致癌作用。研究了 38 个不同期别的宫颈癌患者和 5 个非宫颈癌患者 ,发现 25 个 cDNA 克隆在宫颈癌标本中过度表达 ,进一步行 Northern 以及和 RNA2RNA 原位杂交确定了其 NADH 脱氢酶的 4 基因 的 2 个克隆 G32C4B 和 G30CC ,他们编码核糖体蛋白 S12 ,这 两种基因在晚期宫颈癌标本的正常组织中表达增加 ,而无恶 变的宫颈鳞状上皮中无这两种基因的上调。提示这两种基 因在宫颈癌患者的组织病理上“正常”宫颈鳞状上皮组织中 可能有表达的改变。核糖体蛋白 S12 和 NADH脱氢酶 4 基因 可能作为人类宫颈癌早期转移前诊断的标志物。 5 　寻找新的分子标记物 血管舒张素 10 ( KLK10) 是血管舒张素家族中的一员 ,它 在肿瘤浸润和转移中发挥重要作用。Shvartsman 等[16 ]研究 了 KLK10 及其相关蛋白 hK10 是否可能作为卵巢癌的一个标 志物。结果提示 KLK10 在卵巢癌的表达远高于正常卵巢上 皮 ,其相关蛋白 hK10 在卵巢癌患者血清中升高 ,提示 KLK10 和其他的血管舒张素可作为卵巢癌患者诊断和预后的标记 物。 Huang等[17 ]研究了 XIST(无活性 X染色体特异抄本) 在 妇科癌细胞系中的表达 ,显示其表达水平与紫杉醇敏感性显 著相关 ,XIST的表达可能是卵巢癌化疗反应的可能标志物。 6 　展 　　望 基因芯片在基因检测中有快速、灵敏、高通量和自动化 的特点 ,但是仍存在许多尚待解决的问 ,如降低技术成本 , 提高芯片的特异性 ;简化样品制备和标记操作 ;增加信号检 测的灵敏度 ;存在一定的假阳性等。随着技术的发展相信会 逐一解决 ,例如 Shmulevich 等[18 ] 设计了一种复合微阵列 (composite oligonucleotide microarrays) 来提高微阵列进行定量 分析的准确性。基因芯片技术用于妇科肿瘤研究的前景广 阔 ,可建立一套准确高效的监测方法 ,应用于临床作为一种 早期诊断、治疗和评估预后的指标和依据。 参考文献 : [1 ] 　Golub TR ,Slonim DK,Tamago P et al . 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