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2014-04-02 第005期

陈敏

广州医科大学附属第三医院产前诊断科执行主任,广州医科大学副教授

基因芯片在妇科肿瘤方面的应用

基因芯片技术是20世纪90年代中期发展起来的具有划时代意义的一个新的分子生物学技术,它综合了分子生物学、免疫学、生物物理、生物化学、微电子技术、计算机科学、统计学等众多学科的相关技术。它可以在实验中同时平行分析成千上万个基因,而且还有速度快、集成度高、污染少等特点。被认为是继基因克隆技术、基因测序技术和PCR技术后又一次革命性的技术突破。本文就其在医学妇科领域的应用作一综述。

  随着人类基因组计划的实施和后基因组时代的到来,生命科学逐渐得到了人们的关注。分子生物学的深入发展,使科学家认识到基因调控在生命现象中的重要意义。从基因的平研究疾病,才可能找到致病的根本原因,而且也有助于疾病的预防治疗,基因芯片以其快速、高通量、同步、准确地分析成千上万的基因信息而显示出了广泛的应用前景。在医药领域已经大量的应用于疾病病因的研究、疾病诊断的研究、疾病治疗及基因制药、新药筛选等研究中。

  1.1基因芯片与卵巢癌

  卵巢癌是女性生殖器三大肿瘤之一,因症状不典型发现时多属晚期,预后较差。尽管临床治疗方法不断改进,但仍不能明显的改善其预后,因此如何能够早期发现、早期诊断,确立有效的治疗手段是改善卵巢癌预后的关键。

  目前认为卵巢癌的发生多由细胞内的一系列遗传基因的改变引起,如p53、c-erbβ-2、c-myc、k-ras家族和RHOGDI2等基因的变化,但这些基因的变化和缺失还不能解释卵巢癌组织类型的多样性,如是浆液性癌、黏液性癌、透明细胞型癌还是子宫内膜样癌等,而且也无法解释卵巢癌的生物学行为如转移和对化疗的敏感性等等。

  因此从分子角度,多方面地研究探讨其基因的改变,或许对卵巢的早期诊断、早期治疗及改善预后有重大的突破。识别和检测卵巢癌基因表达谱变化不仅有助于早期的诊断及病理的基因分型和判断预后,同时也有助于临床和化疗药物的筛选,基因芯片作为高密度集成化的分析手段在卵巢癌药物治疗及化疗药物的筛选上提供了许多有价值的信息。

  1.2基因芯片与宫颈癌

  宫颈癌是妇女常见的恶性肿瘤,与其他恶性肿瘤一样,其发生、发展是细胞内外多种基因结构和功能异常改变的结果。既往的研究常常局限于一种或几种基因, 不能对整个癌变过程有一个较为全面的了解。那么基因芯片由于其大通量的同步检测就可能满足这一要求。

  刘开江等应用含有2048条人类全长基因的cDNA表达谱芯片对3例临床切除的维吾尔族妇女子宫颈癌和3例汉族妇女子宫颈癌及其自身正常宫颈组织标本的基因表达谱进行分析,都发现了表达下调和上调的特异基因,应用基因芯片可以快速、高通量的筛查出妇女子宫颈癌的相关基因,有助于早期的诊断,目前已经明确HPV感染是宫颈癌发生的必要条件。新的Bethesda体系建议将HPV检测作为传统巴氏涂片的辅助检查。

    Cho等利用最新设计的HPV DNA芯片进行了HPV基因型的检测,并根据新的Bethesda体系,将结果于巴氏涂片结果比较。芯片包含22个特异的寡核甘酸探针,其中15个为高风险型,7个为低风险型。将HPV DNA芯片与巴氏涂片诊断相结合,比较研究了685个宫颈阴道拭子。结果显示,414例对照中HPV阳性率为31.9%,而271例癌变中阳性率为78.6%。引起宫颈癌的主要是HPV16、18和58亚型,低度鳞状上皮内病变是由多种HPV亚型共同感染引起的一种病变,在年轻女性(﹤40岁)中多见。

  Oh等建立了一个包含15个高危及12个低危型别的HPV DNA芯片,应用3个HPV阳性细胞系(Hela,Caski和SiHa 细胞) 及2个HPV阴性细胞系(C33A 和A549 细胞) 进行效果评估显示,该芯片能很好的检测出这些细胞系中存在的已知的HPV型别,且检测限度比PCR法高出100倍以上,该芯片具有高度的特异性和可重复性。还有学者尝试用HPV检测代替细胞学筛查,研究表明杂交捕获以及HPV芯片作为筛查手段可行,其敏感性与液基细胞学无差异。

  因此,HPV DNA芯片可作为大规模流行病学调查的强有力的筛查工具,可早期检测高危HPV感染并进行针对性治疗,显著降低宫颈癌发生率。彭敏等利用基因芯片技术对原发性宫颈癌标本进行分析,以期探讨宫颈癌基因组中存在癌基因的表达的变异,结果在原发性宫颈癌标本组织中共筛选出存在表达差异的原癌或抑制基因共11条,占候选基因的3.4%,其中表达明显下降的基因7条,上调基因4条。可为研究宫颈癌的致病机理提供依据和线索。

  除此之外,基因芯片也用在了肿瘤病理分型研究上,Fujimoto等采用含1700条癌相关基因的芯片,对来自同一宫颈癌患者两种不同形态细胞SKG-IIIa和SKG-IIIb进行分析,旨在检测出组织类型特异性的癌相关基因,筛选出10个基因(IGFB3,IAP,TM1CEA,EPLG8,IFIG,CAD13,SNO,AMLEV1,TGFB2和PLP),并在9个宫颈癌细胞系中经半定量的RT-PCR证实,其中IGFB3,IAP及CAD13多表达于鳞癌细胞系中,可能与宫颈癌的组织形态学差异有关;而IFIG,SNO和转化生长因子(TGF)β2在鳞癌和腺癌细胞系中均有表达,可能与宫颈癌的发生有关。

  目前大部分区域已确立宫颈癌的TBS 诊断形式,对于报告为非典型鳞状上皮细胞的患者处理还无较好的方法,有学者应用芯片并经免疫印迹证实,同HPV阴性的正常宫颈上皮比较,高危HPV感染的宫颈癌标本中ERBB2,KIT,FLT1,MYCN,RAS,CDKN2A,CCND1,NME1, NME2,MET,FGF7,FGFR2,STAT1及抗凋亡(如Bcl-2)、细胞结构相关基因表达上调,而TGF受体和整合素、IL-1、胰岛素样生长因子结合白这些家族中部分成员表达下调。因此经细胞刷获取宫颈细胞,通过基因表达阵列分析基因表达的特点,以明确区分恶性肿瘤及正常宫颈鳞状上皮是可行的。

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