生物芯片技術(shù)在臨床診斷中的應(yīng)用

生物芯片技術(shù)是近年來生命科學(xué)與微電子學(xué)相互交叉滲透發(fā)展起來的一門新技術(shù)。隨著人類基因組計(jì)劃（HGP）研究的不斷突破，這門技術(shù)已廣泛應(yīng)用于基因診斷、功能基因研究、基因組文庫圖型分析、新藥的研究與開發(fā)、法醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。生物芯片技術(shù)主要通過平面微細(xì)加工技術(shù)構(gòu)建的微流體分析單元和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸及其它生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量檢測，具有高度平行性、多樣性、微型化和自動(dòng)化的特點(diǎn)。常用的芯片有基因芯片和蛋白質(zhì)芯片兩大類，多數(shù)為前者（DNA芯片）的寡核苷酸微陣列。它以分析核酸中的堿基序列特征為基礎(chǔ)，通過對(duì)受檢者的某一特定基因和其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)行分析測定而對(duì)某種疾病進(jìn)行診斷，使醫(yī)學(xué)診斷方法從當(dāng)今的生化、免疫、病原學(xué)診斷躍升到一個(gè)新的臺(tái)階。它特異性強(qiáng)、靈敏度高，可對(duì)疾病進(jìn)行早期診斷，更利于疾病防治?，F(xiàn)將近年的應(yīng)用情況介紹如下。

用于遺傳性疾病的監(jiān)測

隨著HGP的逐步完成，許多遺傳性疾病的相關(guān)基因被相繼定位，為從基因水平上認(rèn)識(shí)本類疾病并為早期診斷奠定了基礎(chǔ)。如血友病、苯丙酮尿癥、地中海貧血、老年癡呆癥、亨廷頓舞蹈癥、某些精神病等的致病基因已定位，因此可將對(duì)應(yīng)于突變熱點(diǎn)區(qū)的寡核苷酸探針合成或點(diǎn)加于DNA芯片上，通過一次雜交完成對(duì)待測樣品多種突變可能性的篩查，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種遺傳病的高效快速診斷。國外現(xiàn)已成功地將這一技術(shù)用于β－珠蛋白基因的突變檢測以診斷地中海貧血，其高準(zhǔn)確性及高自動(dòng)化特性有望成為診斷這一疾病的常規(guī)技術(shù)。

用于腫瘤診斷

基于癌基因的激活和抑癌基因的失活參與多種腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，因此對(duì)此類基因的突變進(jìn)行檢測已成為腫瘤診斷的重要手段。目前，生物芯片當(dāng)之無愧已成為最方便的檢測工具。對(duì)遺傳性乳腺癌和卵巢癌的相關(guān)基因的外顯子檢測已可證實(shí)93％以上的病人存在基因的點(diǎn)突變、插入與缺失突變等，且可快速準(zhǔn)確掃描大量基因，適于大量患者的標(biāo)本檢測，對(duì)臨床基因診斷至關(guān)重要。國外運(yùn)用寡核苷酸微陣列技術(shù)檢測卵巢癌者的TP53突變，準(zhǔn)確率達(dá)94％，敏感度達(dá)92％，特異性達(dá)100％，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的DNA測序分析。有人以cDNA消減文庫結(jié)合交通量微陣列檢測前列腺癌和前列腺組織特異基因發(fā)現(xiàn)，P504S是一種前列腺癌的特異基因，檢測其含量消長可指導(dǎo)臨床診斷與治療。目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人類所患癌癥50％以上為P53基因突變所致，研究人員將此基因全長序列和已知突變的探針制成了P53基因芯片，并制備出能同時(shí)檢測250種腫瘤相關(guān)基因的芯片，將在癌癥的早期診斷中發(fā)揮重要作用。

用于病毒性疾病的診斷

將各種病毒的特異性序列制成探針，有序地點(diǎn)陣到芯片上再與處理后的樣本進(jìn)行雜交，一次就可檢測出多種病毒并能鑒定出亞型。對(duì)HIV－1β亞型中的逆轉(zhuǎn)錄酶和蛋白酶基因的多態(tài)性分析揭示，這一亞型的病毒基因序列存在極大差異，其中蛋白酶的基因片段差異最大，在編碼的99個(gè)氨基酸序列中，竟有47.5％存在明顯突變，直接導(dǎo)致了病毒抗藥性的不同。國外現(xiàn)已有用于HIV－1的測序分型及多態(tài)性分析的試劑盒問世。國內(nèi)也已研制出了檢測丙肝病毒（HCV）的基因芯片，敏感性高、分辨率好，準(zhǔn)確性接近100％。用芯片對(duì)人巨細(xì)胞病毒（HCIV）感染后引起的細(xì)胞基因表達(dá)改變情況的分析已發(fā)現(xiàn)，感染前后有258種mRNA水平改變大于4倍，其中一些mRNA編碼的基因產(chǎn)物在病毒致病性中起關(guān)鍵作用。

在其它疾病診斷中的應(yīng)用

這一技術(shù)已成功用于幽門螺旋桿菌（HP）的基因診斷、基因結(jié)構(gòu)分析和基因分型，已成為HP研究及臨床研究的有力武器。國外將等溫的基因擴(kuò)增與微陣列分析結(jié)合，用于細(xì)菌病原體間的鑒別。細(xì)菌的rRNA在長期的進(jìn)化過程中變化不大，在堿基組成、堿基序列、高級(jí)結(jié)構(gòu)及功能等不同層次均有保守性，因此此類生物芯片可快速準(zhǔn)確地鑒定細(xì)菌，用于檢測特異性病原微生物、毒性標(biāo)記物及抗藥微生物的抗藥性基因，比培養(yǎng)及傳統(tǒng)檢測方法更快、更敏感、更特異。芯片技術(shù)還用于分枝桿菌對(duì)利福平等藥物的耐藥性研究、檢測類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、腸炎等疾病的相關(guān)基因等等，為許多疾病的診斷和治療提供了新的思路。

生物芯片盡管有諸多其它檢測方法難以比擬的優(yōu)越性，但因問世與使用時(shí)間較短，目前仍有一定的局限性影響到其應(yīng)用。這些局限性表現(xiàn)在：技術(shù)成本高，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求嚴(yán)，不利于普及推廣；探針制備、合成過程要求嚴(yán)格，若摻入錯(cuò)誤核苷酸或混入雜質(zhì)，使雜交背景增高，其特異性將大大降低；對(duì)雜交條件的選擇要求很高，一個(gè)芯片上多種探針的最適條件頗不一致，增大了芯片的制作難度及測定誤差等等。但是這一技術(shù)具有巨大理論價(jià)值和實(shí)用性能，其發(fā)展前景十分廣闊。人們預(yù)計(jì)，在未來的幾年內(nèi)上述不足將能很快得以解決，芯片上探針位點(diǎn)的空間分辨率將達(dá)到1微米水平，人類所有的約3萬個(gè)基因有望集成在一塊1平方厘米的芯片之上。