pcr技术在类风湿性关节炎中的应用及其研究进展

瘤坏死因子拮抗剂皮下注射25mg,2次/周,甲氨蝶呤10mg口服,每周1次[12]。眼科以局部用药为主。其疗效显著,能缩短葡萄膜炎病程,耐受性和安全性良好。不同的方法有各自的优缺点,可以根据患者的病情及经济基础,选择适合患者的方案。4 小  结
HLA‐B27阳性的患者中,以强直性脊柱炎为最常见的脊
柱关节病。作为强直性脊柱炎在关节外症状的一种表现,葡萄膜炎的出现不能忽视。由于有41%的患者以葡萄膜炎为首发症状就诊眼科,为了避免漏诊,眼科医生除了询问患者的骶髂关节病史外,HLA‐B27应作为一项重要的实验室检查,帮助医生更加准确地辨别患者的眼部病变是否为强直性脊柱炎伴发的一种症状,到疾病的根源所在,才能够更好地减轻患者的痛苦。参考文献
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(收稿日期:2015‐11‐12)
作者简介:赵海歌,女,在读研究生,主要从事免疫学与分子生物学研究。 △
 通讯作者,E‐mail:159****9171@163.com。
·综  述·
PCR技术在类风湿性关节炎中的应用及其研究进展
赵海歌1
,丑广程2
,陈占良2
,王建国2
,段 琳2
综述,王淑仙2△
审校
(1.河北大学临床医学院研究生院,河北保定071000;2.河北大学附属医院检验科,河北保定071000)
  关键词:类风湿性关节炎; 聚合酶链式反应; 综述DOI:10.3969/j.issn.1673‐4130.2016.05.027
文献标识码:A
文章编号:1673‐4130(2016)05‐0643‐04
  类风湿性关节炎(RA)是一种常见的自身免疫性疾病,据不完全统计,我国有300万人以上患有RA,其发病率为0.3%~0.6%。RA发病原因尚不清楚,现认为其发病原因有感染因素、遗传因素和免疫因素,以慢性、对称性、多滑膜关节炎和关节外病变为主要临床表现。RA诊断主要依靠临床表现、X射线检查及类风湿因子(RF)检测。随着免疫技术的不断发展,许多自身抗体广泛应用于RA的诊断,主要应用酶联免疫法检测抗核周因子(APF)、抗角蛋白抗体(AKP)、抗环瓜氨酸抗体(抗CCP抗体),以及其RF分型(IgG、IgM、IgA)。这些检查可以提供早期诊断依据,提高患者疾病的治愈率。近年来随着分子生物学技术的发展,可以直接从基因水平检测疾病,提供更可靠的特异性的临床诊断依据。
聚合酶链式反应(PCR)是体外扩增DNA的技术,它的研究已经有很长的发展历史,1985年美国科学家申请了有关PCR的第一个专利,在science杂志上发表了第一篇PCR的学术论文,从此PCR技术得到了生命科学界的普遍认同。但是最初使用的DNA聚合酶是大肠杆菌的DNA聚合酶Ⅰ的Kle‐
now片段,但是Klenow酶不耐热,在DNA模板进行热变形时会导致此酶钝化,每加入一次酶只能完成一个扩增反应周期,这使操作程序更加复杂化。1988年初,有研究者改用T4DNA聚合酶进行扩增,其扩增的产物具有均一性,但是每循环一次也需要重新加入酶。1988年有研究者提取出了TaqDNA酶,此酶耐高温在热变性时不会被钝化,不必在每次扩增反应后再加入新酶,
从而极大地提高了PCR扩增效率。在此之后,PCR方法不断被改进,很多新技术不断发展,比如具有3′→5′修复活性的热稳定DNA聚合酶代替之前不具有3′→5′修复活性的DNA聚合酶。此外,在基础原理上发展了新的技术,比如后来的反转录PCR、定量PCR及芯片PCR等新技术。本文就PCR技术在RA中的应用与发展做一简单综述。
1 PCR‐SSO反向杂交法和PCR‐SSP法在RA中的应用  PCR‐SSO即PCR序列特异性寡核苷酸扩增分析,其基本检测原理是顺序特异性寡核苷酸作为探针,用同位素或者是非放射性核素标记,然后与PCR扩增的目标产物片段杂交,根据阳性斑点判断基因型。此种方法如果在基因型较多时需要数
量较多的探针对每个DNA进行多次杂交,操作繁琐,所以后来在此基础上形成了PCR‐SSO反向杂交技术,即将各种不同的探针固定于同一张陌上,再将PCR产物标记,以PCR产物(待测基因DNA)反过来与探针杂交。这样一次即可完成多个等位基因分析,此种方法灵敏度高、特异度强、需要样本量少。
PCR‐SSP即PCR序列特异性引物,其基本检测原理是设计出特异性引物,借助PCR获得的特异性产物,可通过电泳分析带型决定基因的型别,这极大地简化了实验操作步骤,简单易行。PCR‐SSO和PCR‐SSP主要用于基因分型的研究,下面介绍这两种方法在RA患者中的应用。
人类白细胞分化抗原(HLA)‐DR4为RA的易感因素[1],HLA‐DR4携带者在一些细小病毒等病原体感染时,可在短期内发展成RA,这较HLA‐DR阴性者时间短,朱乃硕等[2]用PCR‐SSO法研究发现RA患者HLA‐DR4表达率要高于健康对照组。后来研究发现CD25和CD28等共刺激分子也可能与RA的发生、发展相关[3‐4]。顾国浩等[5]用PCR‐SSP研究发现HLA‐DR4阳性的活动性RA患者的活动度明显高于HLA‐DR4阴性者,表现为C反应蛋白(CRP)显著增高者高达78.6%,另外HLA‐DR4阳性RA患者以IgG、IgA增高为主,而HLA‐DR4阴性者则以IgM增高为主,提示HLA‐DR4基因与RA发生、发展密切相关,这与朱乃硕等[2]的研究结果相似。活性T细胞,尤其是细胞毒性T细胞在RA的病理损伤中起重要作用,而共刺激分子CD28在T细胞特异性激活中是不可缺少的[6‐7],CD25是白细胞介素2受体α(IL‐2Rα)分子,主要分布于活化T细胞、B细胞和巨噬细胞上,白细胞介素‐2(IL‐2)与之结合后发挥生物学活性。顾国浩等[5]研究发现活动性RA患者CD28+细胞百分比明显低于健康对照组,提示CD28分子在RA的免疫失调和关节炎症中起重要作用,活动性RA患者CD25+淋巴细胞明显增高,表明患者淋巴细胞处于高度活化状态[3],活动性RA患者CD25表达上升而CD28表达下降[4]。
通过以上几种指标可以看出用这两种方法可以从基因水平检测与RA相关的因素但是这两种方法各有优缺点。PCR‐SSP和PCR‐SSO在操作时标本需要量不多,但是需要大量的试剂,PCR‐S
SO在分析时检测成本高,PCR‐SSP在检测时不易自动化,重复实验需要重提DNA且必须使用紫外凝胶成像仪保留原始资料极大地增加了实验成本。并且两者在HLA基因分型时不能识别非经典的HLA,所以这些基因是否与RA有关需要进一步研究。
2 差异显示PCR在RA患者中的应用
  高等动物在生命活动过程中,由于基因的选择性表达、各种物理化学因素导致的突变及生理因素等会导致基因表达图谱的差异。分析比较不同条件下基因表达差异能够帮助了解组织分化发育及疾病的发生机制。
差异显示PCR技术是将随机引物和锚定cDNA的引物结合使用,利用一系列的oligo(dT)引物,逆转录真核生物细胞中全部表达的mRNA,通过PCR扩增的方法,转换成cDNA双链,再利用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳,将有差异的片段分开,筛选出目的基因.
基因在不同组织细胞中的表达有差异,在细胞的不同阶段和状态中的表达也有差异,研究基因表达谱的变化有助于理解细胞分化、增生、细胞周期的调节和细胞衰老凋亡的过程。差异显示PCR(DD‐PCR)是一种以反转录PCR为基础的研究基因表达差异的技术,可用于肿瘤和多种疾病的分子遗传学研究,是筛选差异表达基因的有效方法。DD‐PCR基本原理是取两种从不同组织或细胞中分离出来的细胞质RNA或mRNA做为模板,利用可能的12种不同序列的寡核苷酸作为引物ol‐
igo(dT)进行逆转录,逆转录合成的12种互补DNA(cDNA)几乎代表真核生物某一特定细胞中所有mRNA,通过PCR扩增的方法,转换成cDNA双链,再利用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳,将有差异的片段分开,筛选出目的基因。DD‐PCR是筛选差异表达基因比较有效的方法之一。有研究者设计的第三代DD‐PCR引物中,5′端引物为8种,3′引物仍为3种,它们的组合(共24组)将覆盖所有的mRNA序列[8‐9],利用DD‐PCR对RA患者滑膜细胞基因进行分析。
王吉村等[10]用差示PCR技术检测RA患者滑膜细胞中高表达基因发现,RA患者滑膜细胞高表达HSP70,并且这与Schett等[11]用免疫组化研究的结果一致,他们认为,这是由于在炎性因子或切力作用下,滑膜细胞细胞内热休克蛋白因子‐1的转录活性增高所致。王夏[12]用实时荧光定量PCR在研究内质网基因表达时发现非结构蛋白(UPR)通路基因ATF6,IRE1表达水平与病程呈正相关。之前也有研究表明蛋白热休克蛋白(HSPs)和ER伴侣分子如免疫球蛋白重链结合蛋白(BIP)被证明能激发B和T细胞免疫活性。在RA患者,滑膜组织内过度表达的BIP对滑膜T细胞有高度的选择性[13‐14]。同时研究者还用差示PCR技术检测了RA患者体内的蛋白酶B基因,发现RA患者滑膜细胞高表达组织蛋白酶B的基因[10]。这些研究结果都表明DD‐PCR是筛选差异表达基因比较有效的方法之一。
3 反转录PCR在RA患者中的应用
  反转录PCR(RT‐PCR)是一种以细胞内总RNA或者mR‐NA为材料进行体外扩增的技术。由于PCR中的耐热的DNA酶(Taq酶)不能以RNA或mRNA为模板,所以首先要对RNA或mRNA进行反转录生成与之互补的cDNA,然后以cDNA为模板进行扩增。RNA、DNA印迹杂交技术、原位杂交组化的进行,提取RNA需标本剂量大、细胞数多,一般外周血需50mL分离淋巴细胞方可提取RNA,进行RNA电泳后转膜杂交。有研究者应用经典的RNA印迹杂交和RT‐PCR两种技术进行实验,表明RT‐PCR与RNA印迹方法完全具有可比性、相似性,认为RT‐PCR是研究基因表达高效、敏感的方法,且所需RNA量极少。
林琳[15]用RT‐PCR检测RA患者外周血单个核细胞(PB‐MC)中白细胞介素‐17A(IL‐17A)mRNA的表达水平发现在RA患者PBMC中IL‐17AmRNA的表达水平明显增高并与疾病活动程度呈正相关。有研究者在实验中发现RA患者关节滑液中白细胞介素‐17(IL‐17)水平明显高于骨性关节炎患者滑液中水平[16]。通过一系列细胞因子的作用,IL‐17上调了Cyr61表达,参与慢性炎性反应[17‐18],增强了RA关节的胶原破坏和重新合成、骨质的破坏及关节软骨的破坏[19]。孟明等[20]研究表明RA患者外周血中iNKT细胞频率与干扰素‐γ(IFN‐γ)/白细胞介素‐4(IL‐4)比值呈负相关。裴明等[21]用RT‐PCR研究发现RA患者的滑膜中高度表达白细胞介素1受体拮抗剂(IL‐1Ra)。这表明细胞因子在RA患者发病中起着重要作用,可以用RT‐PCR准确高效地检测出过度表达的异常相关基因,可分析mRNA是否异常及是否由其导致基因表达异常,可直接从基因水平显示与RA的相关因素。
基于RT‐PCR技术的原理,Yamamoto等[22]建立了一种分析T细胞克隆型的方法,即RT‐PCR/单链构象多态性分析
(SSCP)。SSCP可以检测DNA序列之间的不同,进行DNA序列差异分析,在非变性条件下,单链DNA可自身折叠呈现一种由内部分子相互作用形成的三维构象,这种构象由单链
DNA分子内的碱基顺序决定,它影响了DNA在非变性凝胶中的迁移率。相同长度但不同核苷酸序列的DNA由于在凝胶中的不同迁移率而被分离。迁移率不同的条带可被银染或者荧光标记引物检测,然后用DNA自动测序进行分析。RT‐PCR/SSCP法是根据不同T细胞受体(TCR)β链V区中CDR3碱基序列的不同,来分析T细胞克隆型。其不同于常用的在体外建立抗原特异性T细胞克隆后,再分析T细胞克隆型方法的优点是,即使在特异性抗原不明的情况下,也能直接分析体内聚集的T细胞克隆型。赵文明等[23]采用RT‐PCR/SSCP法,比较分析一种自发性RA小鼠模型‐SKG小鼠(发病初期与后期关节内聚集的T细胞克隆型的变化,结果显示SKG小鼠自发性关节炎动物模型与TCRVβ2和Vβ8.2的T细胞克隆型关系密切。此前有研究报道人的RA与TCRVβ3、Vβ4、Vβ17,Ⅱ型胶原蛋白诱导的大鼠RA模型与TCRVβ8.2、Vβ4、Vβ17,Ⅱ型胶原蛋白诱导的小鼠RA模型与TCRVβ2、Vβ5、Vβ8T细胞克隆型关系密切[24‐25]。这些研究结果均显示某些TCRVβ型的T细胞与RA的发展密切相关。RA的自身抗原不明确,而RT‐PCR/SSCP的主要优点就是在特异性抗原不明的情况下,也能直接分析体内聚
集的T细胞克隆型,所以RT‐PCR/SSCP很适合用于对RA患者的T细胞克隆分型分析。
4 定量PCR在RA中的检测应用
  近年来定量PCR广泛用于检测RA患者中基因水平的异常。定量PCR有荧光定量PCR(FQ‐PCR)又称为实时PCR,还包括水解探针(TaqManprobe)技术、杂交探针技术、分子信标技术。
FQ‐PCR的基本原理是指在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号累积实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法,在PCR反应体系中加入SYBRGreenⅠ染料,该染料能选择性地掺入直双连DNA分子中,并且产生强烈的荧光,荧光信号的检测在每一个循环的延伸期完成后进行,其结合的荧光信号与DNA水平成正比。
焦志军等[26]用定量PCR检测RA患者外周血中单个核细胞Notch基因表达,结果显示RA患者外周血中存在一高表达Notch3的活化T细胞。之后焦志军等[27]用流式细胞术和定量PCR技术,分别在蛋白质水平和mRNA表达水平检测FoxP3表达,其研究结果显示RA活动期时CD4+CD25+FoxP3+调节性T细胞明显减少,这调节性T细胞可能参与了RA病理进程。曹新国等[28]用套式实时定量PCR技术检测外周血单核细胞中FOXP3+mRNA基因表达,发现CD4+CD25+T细胞数量与FOXP3+mRNA基因表达水平呈正相关。
与此类似,Zappia等[29]在研究幼年型特发性关节炎(JIA)时也发现,患者外周血中CD4+CD25+数量少于健康人,而病情较轻或有自限倾向的患者外周血CD4+CD25+调节性T细胞数相对较高且表达较多的FoxP3基因,这些结果表明T细胞在RA发病过程中具有重要病理作用,研究其具体作用机制对RA的病因研究和具有重要作用。荀春华等[30]用实时荧光定量PCR技术检测miRNA‐146a在RA患者外周血单个核细胞表达水平,并且同时用免疫法检测血清CRP、RF、IL‐17、肿瘤坏死因子‐α(TNF‐α)水平,分析RA患者外周血单个核细胞miRNA‐146a表达水平与血清CRP、RF、IL‐17、TNF‐α水平的相关性,结果显示RA患者外周血单个核细胞的miR‐
NA‐146a高表达,且与血清CRP、IL‐17、TNF‐α水平呈明显正相关。Kong等[31]的研究发现Sirt1可以抑制核因子κB(NF‐κB)的转录活性,从而抑制炎性细胞因子的产生,如TNF‐α,白细胞介素‐1β(IL‐1β)和白细胞介素‐6(IL‐6)等,丁永利等[32]用FQ‐PCR检测Ⅱ型胶原蛋白诱导的关节炎(CIA)小鼠去乙酰化酶1(Sirt1)、MMP‐13、基质金属蛋白酶组织抑制物1(TIMP‐1)mRNA的表达,同时用ELISA检测小鼠血清中IL‐1β、TNF‐α、IL‐17、IL‐4和白细胞介素‐10(IL‐10)的水平,结果发现在CIA小鼠中Sirt1过表达,并且过表达Sirt1的小鼠中血清细胞因子IL‐1β、TNF‐α、IL‐17水平比对照组明显降低,而IL‐4水平升高,这与之前的研究相似,因此Sirt1可作为
新的点,不过这有待于更多的研究。Lin等[33]也用FQ‐PCR检测RA患者外周血中单个核细胞诱骗受体3(DcR3)mRNA的水平发现RA患者中DcR3mRNA的表达明显高于健康者,DcR3是一种可溶性肿瘤坏死因子受体超家族成员,可与肿瘤坏死因子配体LIGHT、FasL和TLIA竞争结合其相应的受体如HVEM、Fas和DcR3。不过由于DcR3缺乏胞内区,不会传导凋亡信号[34]。DcR3主要表现为抑制细胞凋亡,调节细胞生长、分化及免疫等作用,与多种疾病的发生和发展密切相关[35],结合研究结果表明DcR3在RA发生、发展中具有重要作用,可能通过抑制凋亡途径进行,这有待于进一步研究。FQ‐PCR技术是近年来新发明的定量PCR技术,定量更准确并且具有更高的灵敏度和特异性,除此之外还有其他的优点:(1)通过显示系统实时监测PCR的扩增过程;(2)反应完成后可直接得到实验结果,无需打开反应管对产物进行电泳检测,从而避免了开盖检测环节形成的气溶胶对实验室造成的污染。
5 错配PCR技术在RA患者中的应用
  许多的研究表明IL‐17A在RA的发病中具有重要作用,IL‐17上调了Cyr61的表达,参与慢性炎性反应[15‐18]。田辉等[36]通过错配PCR技术提高人源化抗hIL17A单链抗体(scFv)的亲和力,为进一步开发RA的人源化抗体药物奠定基础。错配PCR技术是抗体体外亲和力提高的一种可行性方法,在保证与抗原结合能力的基础上提高了其亲和力和中和活性。
细菌感染引起RA的原因一直备受关注,近年来检测RA患者体内细菌内毒素的研究也越来越多,有研究发现RA患者体内存在葡萄球菌肠毒素e的基因,检出率为13.25%[37]。
上述是PCR技术在RA中的应用,随着PCR技术的不断发展,精密度、特异度、灵敏度不断提高,尤其是近年来广泛应用的实时荧光定量PCR技术,可对异常表达基因实时定量检测。通过PCR对RA患者基因表达的分析可以为RA的诊断和提供更可靠的依据,减轻RA患者的痛苦,达到早期诊断早期的目的。但是,上述研究只是针对RA患者基因方面的检测,至于其具体临床应用及其针对异常基因的药物的研制还应继续研究,并且其疗效的好坏需要更多的临床试验证明。PCR技术不断发展,每种技术具有各自的优缺点,在具体应用时应结合实际应用条件和目的选择合适的方法。通过更多的研究进一步探讨RA的发病机制和早期诊断方法,为RA的诊断、、预后提供更多、更可靠的依据。
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(收稿日期:2015‐10‐18)

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