生物芯片技术在药理学研究中的应用.pdf

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临床医药实践2010年2月第19卷第2B期249生物芯片技术在药理学研究中的应用陈，陶曙（浙江省杭州市萧山区中医院药剂科，浙江杭州311201）中图分类号：

R96文献标识码：

A文章编号：

1671-8631（2010）02-0249-03生物芯片技术是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，是20世纪90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一。

生物芯片可以在面积不大的基片表面（玻璃、硅片等）上有序地排列上可寻址的识别分子，在特定条件下与目的分子进行结合或反应，其反应结果用同位素法、化学荧光法、化学发光法或酶标法显示，然后用精密扫描仪记录，最后通过计算机计算软件分析，综合成可读的IC信息1。

从而解决了传统方法技术复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量等不足。

这种生物新技术在药理学有着广泛的应用前景，适用于高通量的药物及药物靶标的筛选、药物分子作用机理及药物毒性评价的研究等等，给药理学的研究和发展提供了广阔的空间。

1在药物靶标筛选中的应用人类基因组图谱的绘制成功，使人们可以对所有基因加以研究，以确定其功能，所有的基因都有可能作为药物靶。

基因芯片最具吸引力的应用是疾病中的差异基因表达研究。

比较患病组织及正常组织或细胞中数以千计的基因表达谱有可能得到许多潜在的药物作用靶标。

基因活性的上调或下调都会引起病理生理学的变化并导致疾病。

张豪2等发现小鼠受到HBVX基因和AFB1双重攻击后，其体内的GST、EPHX和UDPGT等药物代谢酶基因表达水平明显低于HBVx组和AFB1组。

HBV与AFB1协同致癌的分子机制很可能与两者引起药物代谢酶基因表达水平下凋有关。

Kapp等3用包含950个点阵的微阵列分析比较霍奇金病细胞系1A28及KMH2与EB病毒永生化的B淋巴细胞系IGL-GK的基因表达谱，发现霍奇金病的细胞系中IL-13及IL-5表达异常增高，而用IL-13抗体处理霍奇金病的细胞系可显著抑制其增殖，此提示IL-13及其信号传导途径可能成为霍奇金病治疗及药物筛选的新靶点。

Scherf等4用含10000个基因的微阵列对9种肿瘤组织来源的60个肿瘤细胞系的基因表达谱进行分析，发现大部分细胞系保留了其原代分离组织的特征基因表达，又进一步评价122种药物对这些细胞系基因表达的影响，从中筛选出抗肿瘤药物侯选化合物，并对其作临床药效评价。

比较药物处理前后组织或细胞内基因表达的变化情况同样能提供许多有价值的信息。

通过用药前后基因表达谱的变化找出靶基因及受靶基因调控的基因是否恢复到正常状态，并研究是否影响其他基因的表达从而带来毒副作用。

首先，经药物处理后表达明显改变的基因往往与发病过程及药物作用途径密切相关，很可能是药物作用的靶点或继发事件，可作为进一步药物筛选的靶标或对已有的靶标进行验证；药物处理后基因表达的改变对药物作用机制的研究有一定的提示作用；最后，观察药物处理后细胞基因表达谱的改变可大致估计药物的毒性及代谢特点等，有利于下一步工作的进行。

应用基因芯片还可以直接筛选特定的基因文库以寻找药物作用的靶点。

国外研究组构建了一个酵母基因文库。

每一株酵母都有一个特定的基因呈单倍体状态，对应的位置上设置了一个遗传标记，该标记可被基因芯片所识别，通过比较药物作用前后芯片检测整个文库的结果，可获得药物作用的靶基因5。

另一种应用广泛的技术蛋白质芯片能同时分析上千种蛋白质与生物分子的作用情况（酶-底物、抗体-抗原、配体-受体、蛋白质-核酸或小分子）。

在药物和蛋白质之间架起了一座桥梁。

与DNA芯片相比，蛋白质芯片是对生命活动的执行者蛋白质进行研究，不仅能为药物的应用奠定坚实的理论基础，还能为药物的进一步开发和设计提供理论指导。

目前，国外几乎所有规模较大的制药公司都不同程度的采用了蛋白质芯片技术，减少了动物实验，以促进创新药物的研究与开发。

主要研究途径包括：

直接筛选特定的蛋白质组以寻找药物作用靶点，检测用药前后蛋白质的变化找出靶蛋白，比较患病及正常组织或细胞中蛋白质改变得到潜在的药物靶点。

酶作为一类重要的药物靶点，对新的酶和它们的特异底物的研究一直受到重视。

不同活性的酶如磷酸化酶，过氧化物酶，半乳糖酶，限制性酶及蛋白激酶已经被用于芯片分析。

Cha等6的研究证明了溶液中的硫酸化反应能够在硫酸转移ProceedingofClinicalMedicine,Feb.2010,Vol19No.2B250酶芯片上重现，为芯片上酶活性的研究提供了依据。

Chen等7引则研究了酶抑制剂对于固定于芯片上的多种磷酸化酶，半胱氨酸蛋白酶，丝氨酸蛋白酶的抑制作用，为酶抑制剂的药物筛选奠定了基础。

蛋白激酶引起的蛋白磷酸化是细胞调节过程中的核心环节，能够调节磷脂代谢、钙固定、相关蛋白质磷酸化和转录调控，在多种生理过程中发挥着重要的作用。

Armin等8将768个纯化的蛋白质作为底物固定在芯片上，使用蛋白激酶CK2a进行检测，最终发现CK2a的21个潜在的底物。

另外一个类似试验制备了9mer多肽底物阵列对酪氨酸激酶C-Src底物特异性进行了检测9。

这样一些研究，加快了对酶生化特性的全方位了解，为药物靶点的发现和信号转导研究提供了帮助。

蛋白质芯片除了在发现药物靶点方面有突出作用外，在药物开发过程中也有重要作用。

应用蛋白质芯片与待筛选的样品相互作用，寻找能够与特异靶点结合的化合物，为开发新药奠定基础。

基于蛋白质芯片的研究成果，已有人将蛋白质芯片应用于高通量药物筛选，获取有益信息，降低药物开发的风险，提高成功率。

2在分子药理学与毒理学研究中的应用生物芯片是一种潜在的研究药物作用机制的有效工具。

药物代谢环节中P450酶是十分重要的，辛华雯等10已经使用基因芯片研究了药物对P450及肝脏其他代谢酶类的基因表达的调节。

另一方面，从P450酶对药物的作用来看，P450对药物修饰后能够产生有效分子或有毒分子，对于药物的这方面预测显得比较重要。

Lee等11将P450的两种同工酶CYP3A4和CYP2B6固定于芯片上，分别与药物环磷酰胺，替加氟及乙酰氨基酚作用后，在芯片顶层培养单层细胞，然后通过检测细胞状态判断药物代谢产物的毒性。

这一高通量的方法可以用于小分子药物的ADMETOX研究，在药物研究早期发现一些毒性作用。

在化疗药物应用方面，由于长期大量使用化疗药，机体耐药性不断出现。

人类要解决耐药性难题，首先需找到耐药菌和耐药基因，根据这些耐药基因，设计新型抗生素，或将耐药菌分型，然后在临床上针对不同的亚型，使用相应的抗生素来改善治疗效果。

国外目前已开始使用生物芯片技术来检测耐药菌基因的变异情况，检测的方法一是利用表达谱芯片检测药物诱导的基因表达变化来分析其耐药性；二是利用寡核苷酸芯片检测基因组序列的亚型或突变位点，从而分析其耐药性。

如MichaelWilson等采用基因芯片技术检测到肺结核杆菌中脂肪酸合成酶II等基因发生了改变，而这些基因改变与其耐药性有关。

另外，用生物芯片技术可以同时检测耐药菌的多个耐药基因，也可同时对多个耐药菌的多个耐药基因进行检测，这样就能高效率提供新药作用的靶分子，指导抑制靶分子的新药合成，对临床用药有指导意义。

生物芯片有助于分析代谢途径外，还可用于预测不良反应如毒性的研究。

慢性毒性和副作用往往涉及基因或基因表达的改变。

基因芯片技术应用于药物毒副作用的研究也将改变传统的毒理学研究方式，减少大量的动物实验，提高用药的安全性。

生物芯片技术使得药物筛选、靶基因鉴别和新药测试的速度大大提高，甚至可能在几天内确诊某种药物是否会导致遗传突变或造成其他危险。

Waring等12研究了15种不同机制的肝毒性药物在小鼠肝中呈现出不同的基因表达图谱，并且与它们所引起的病理症状、临床症状具有很强的相似性。

说明不同机制的药物能体现其独特的基因表达图谱，表明基因芯片技术在鉴定毒理机制中具有一定的应用价值。

Harries等13利用基因芯片技术在HepG2细胞系上验证了四氯化碳和乙醇作用24h所产生的基因表型，结果表明不同肝毒性作用机制的药物将产生与其相关的特定的基因图谱，这些研究表明毒理芯片技术可以用于药物毒理机制的研究。

对于所研究的药物来讲，受体介导途径的药物像非基因毒性或内源紊乱类药物一样，利用毒理芯片技术则能更充分地了解其作用机制，因为在受体介导的途径中最初的反映直接影响着基因的表达，随后才表现出毒性。

将毒理芯片技术与某些动物模型研究相结合是深入研究毒性反应关联基因的一种主要途径。

例如，通过基因敲除技术，可以构建CYP2E1基因敲除小鼠或CYP2E1基因无效小鼠，这些小鼠接触苯后均表现毒性反应消失或减弱。

分析比较有反应的野生型小鼠和无反应的基因敲除小鼠的基因表达图谱，可准确地识别与毒性反应紧密相关的基因。

在此基础上可以对药物毒性作用机制做出新的假设，并从中筛选相关性更强的生物学暴露标志物14。

但若要详细地了解一些新药物毒理机制，还需要在RNA水平充分了解有关基因的功能和建立大量的数据库和基因表达图谱。

目前，毒理学家正试图建立和应用数据库及表达图谱来推断未知药物的作用机制15。

3在中草药研究中的应用中药的有效成分十分复杂，传统的药理研究方法周期长，耗时多，所需财力大，而采用基团芯片研究，将数千种不同中药或中药不同成分作用于一定的培养细胞后，甚至是人体的克隆细胞，观察它们对基团表达的影响，从而便能从基固组水平了解它们的作用机制与作用范围，大大加快有效中药和中药有效成分的大规模筛选过程。

周联等16以黄连解毒汤及其成分黄芩苷和盐酸小檗碱灌胃LPS造型的Balbc小鼠，采用上海联合基因公司小鼠基因表达谱芯片（2048个基因），检测中药对小鼠脾细胞基因表达临床医药实践2010年2月第19卷第2B期251的影响。

结果发现复方的作用明显优于有效成分的作用，但对具体基因表达影响的分析存在一定难度。

另外，传统的中药物种通过外观来鉴定，随着人们对中药基因了解的增多，近年来分子生物学的一些方法开始用于中药分类学研究，其原理是基于任何一个生物个体，不受发育阶段影响，其不同组织器官部位以至细胞都具备相同的遗传信息。

这些方法中以基因芯片技术最具有潜力。

目前已有学者开始对道地与非道地药材如贝母、金银花等的DNA序列进行研究，分离特异核苷酸序列作为探针并制备了DNA芯片。

目前国内外许多大型研究单位正加紧进行这方面研究，并取得了可喜的成果。

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383-384.收稿日期;2010-01-16救护车的规范化管理林晶（福建医科大学教学医院宁德市医院急诊科，福建宁德352100）摘要目的：

探讨救护车管理方法。

方法：

完善三级质量控制，制定救护车驾驶员值班制度、建立急救物品登记本、建立救护车的消毒管理制度。

结果：

提高我科院前急救的整体水平和有效出诊率。

结论：

防止院前急救工作文章编号：

1671-8631（2010）02-0251-02