摘要：基因芯片技术是近几年发展起来的一项新技术，能够对细胞或生物体中核苷酸序列信息进行快速、高通量和低成本的检测和分析。它广泛应用于遗传作图、 DNA测序、基因表达和基因诊断等领域，尤其在药物研究中有着重要的应用。如在药物前体化合物的筛选和评价、新的药物作甩靶分子的确定、药物的代谢和毒性分析及其个体差异检测、药物作用机理等方面得到了应用，并为在分子水平上建立现代中药理论方面发挥重要的作用，在生命科学研究中有着广泛的应用前景与价值。本文就基因芯片技术在药物研究中的应用作一综述。 关键词：基因芯片技术；药物研究；中药现代化；药物筛选；个体化用药
基因芯片是90年代紧随人类基因组计划，由美国率先发展起来的一项在疾病诊断、药物开发、环境检测等多方面具有广泛用途的高新技术。其把生化分析系统中的样品制备、生化反应和结果检测三个部分有机的结合起来连续完成，与传统的检测方法相比，具有高通量、高信息量、快速、微型化、自动化、成本低、污染少、用途广等特点。基因芯片技术被认为是21世纪最有发展前途的20项高新技术之一。基因芯片具有同时检测成百上千个基因表达的能力，现在正广泛应用于基因表达分析、基因型和多态性分析、疾病诊断与和药物开发等
研究中，特别是在药物研究中的应用，大大提高了筛选的效率，使药物研究技术有了极大的提高。
药物的研究和开发已经进入到基因信息时代，药物基因组学是国际药学界的重要热点研究方向，它将给目前的药物研究和应用模式带来一场革命。基因芯片已经成为药物基因组学研究和应用的一种不可代替的工具，在药物前体化合物的筛选和评价、新的药物作甩靶分子的确定、药物的代谢和毒性分析及其个体差异检测、药物作用机理等方面得到了应用，并将在新药发现和开发中药分子作用机制的研究等方面发挥越来越重要的作用[1] . 基因芯片在药物研究中具有广阔的应用前景，通过基因芯片筛选药物和新药开发具有的巨大优势决定它将成为本世纪药物研究的趋势。
1基因芯片技术
基因芯片又称DNA芯片，DNA微矩阵。是指在固相载体（玻璃，硅等）上有序地，高密度地（1cm 2左右，点间距＜500um）排列固定了大量的靶基因或寡核苷酸，也叫探针。这些被固定的分子探针在基质上形成高密度的DNA微矩阵，因此DNA芯片又叫DNA微矩阵。基
因芯片技术是建立在Southern blot基础上的，是Southern blot的改进和发展。基因芯片技术原理是变性DNA加入探针后在一定温度下退火，同源片段之间通过碱基互补配对形成双链杂交分子，据此可重组出靶核酸的序列。也可判断靶DNA或m RNA中与芯片相应基因的突变或表达等情况，具有一次检测的样本量大、快速、高效、准确、灵敏度高、被检测目标DNA密度高、样本用量极少、自动化程度高等优点。
2基因芯片在药物研究中的应用
2.1基因芯片用于确定药物作用的靶基因
细胞芯片现代药理学研究已明确药物作用都有其靶基因，靶基因是药物作用最本质的指标。目前，国内外许多制药公司或相关研究机构已建立或正在建立基因芯片表达谱数据库，为药物筛选提供各种靶基因及分析手段。张硕，宋衍芹[2]等应用基因芯片技术研究白花蛇舌草豆甾醇抑制人肝癌细胞生长的靶基因调控，结果发现白花蛇舌草豆甾醇使癌基因 fos、myc、ras、pim-1、met、rel 下调至正常水平，使抑癌基因NF-2 和磷酸激酶 MAP2K6 的表达上调至正常水平。结论是白花蛇舌草豆甾醇抑制 SMMC-7721 细胞的作用由多条靶基因协同，并通过胞内外信号转导途径协调完成。张晓辉
[3]等在用基因芯片研究对急性早幼粒细胞白血病 (APL)细胞凋亡相关基因表达时发现对细胞周期的调控基因 ( cdc2等) 、细胞凋亡的相关基因 ( p21 等)表达有影响，从而抑制肿瘤细胞的增殖 ，这为APL的新型药物的筛选提供靶标，同时为扩展砷剂的药理作用谱，提供了有价值的线索及实验依据。除了研究已知药物作用机制从而明确已知靶外，基因芯片技术同样可以用来寻未知作用机制物的靶点。将未知机制药物处理前后全细胞 mRNA的RT— PCR产物与该微生物全基因组芯片杂交比对寻发生改变的基因序列，通过研究这些基因的功能可以初步判断药物作用机制并可能发现新的靶点[4]。
2.2药物筛选
高速、低成本的高通量筛选已成为当今药物筛选的主流，药物筛选要求平行、快速，生物芯片这种高通量、多参数而又几乎实时的筛选方式无疑具有巨大的优越性。对于以将化合物处理细胞后特定一基因表达为靶标的筛选方式，应用表达谱芯片自然是较为合适的。张晓东、叶丽虹等应用乳腺癌转移相关基因基因芯片建立筛选抗乳腺癌转移药物的方法已获得专利。该方法为首先在抗乳腺癌转移药物作用下,通过流式细胞仪观察候选抗癌药物抑
制高转移倾向的乳腺癌LM-MCF-7细胞增殖的有效浓度;通过“伤口愈合”实验初步筛选出该药物是否具有抑制肿瘤细胞迁移的作用;然后,应用建立的“乳腺癌转移相关基因基因芯片”,在基因水平上观察乳腺癌转移相关基因表达谱的变化,反向推测抗乳腺癌转移药物的作用和作用的靶基因。最后,在动物水平上进一步验证药物对肿瘤转移是否具有抑制作用。上述方法一方面从基因表达谱水平观察抗癌药物对乳腺癌转移相关基因的影响;另一方面从细胞水平和动物水平观察抗癌药物是否具有抑制乳腺癌细胞迁移和转移的作用。进而,在筛选出具有抗乳腺癌转移作用药物的同时,也阐明了药物作用的基因靶点,有利于揭示其分子机制。
2.3药物的作用机制及毒性作用研究
药物的毒性检测和安全性评价是新药研究开发的重要前提，也是药物质量的可控性、安全性、有效性的主要标志。基因芯片技术可以在很宽的剂量范围内分析基因表达的改变，出与药物毒性最相关和最敏感的基因，与适当的危险性评价模型相结合就可用于确定药物的最小有效剂量、最大中毒剂量、安全给药范围等重要药理学参数，使药物的毒理研究更简单、更方便。目前，明确药物的毒性作用机制已经成为新药风险评估的一个主要部分。由于外源化合物对生物体的作用主要反应在对生物基因的表达上，因此通过检测细胞或组
织中基因表达的改变，可以更好的了解毒物的潜在作用机制 [5]。目前，国际上已经有一些研究部门在研制适合于毒理学研究的基因芯片，并使之商品化 [6]。基因芯片是一种潜在的研究药物作用机制的有效工具，它通过检测药物作用对生物体内基因表达水平的影响，从整个生物体系的层次上，研究药物对基因调控和表达网络的影响，从而获得药物的分子机制和药物对不同生物途径的作用。
2.4指导临床合理用药
药物品在随着医药科学的发展而迅速增加很显然药物仍然是现在乃至将来很长段时间内医疗工作中的重要手段。了使药物在临床中好的发挥作用，提高药物使用的有效率，减少不良反应的发生，给患者提出最佳的药物使用方案，根据患者的体基因型的差异，开发出了个体化用药基因检测芯片。种基因芯片是将与药物作用相关的代谢酶、转运蛋白、受体等的基因植入芯片中，为适应不同的检测需求，制成相应的检测芯片。根据基因芯片检测的结果，对患者的相关基因型进行分析，得出患者的基因型特征。据此，医生可以调整患者用药的种类或者用药剂量，也可以预知患者可能发生严重不良反应的风险。这类基因检测芯片在临床上的应用，是实现现行医疗模式转变的有效手段。同时必将大促进临床合理用药的发展进度。Wang [7]等对2.3Mb人类基因的SNP进行筛查，确定了3241SNP位点，并且发展了一种可以用于同时检测500个人类SNP的基因片，这种SNP芯片可以对病人的基因进行检测，再开出基因合适的药方，即基因处方，这种最恰当的药方，可使病人得到最佳的效果，从而达到真正用药个体化的目的。个体化药物势在必行，个体化用药基因芯片检测是必要手段，随着时代的发展，传统的医疗模式亟须改变。
2.5基因芯片用于分析药物敏感性
药物的敏感性问题越来越受到关注。Shimizu D [8]等用包含21168个基因的基因芯片检测结肠癌细胞的基因表型与该细胞对5-FU的敏感性的关系。先用基因芯片检测对5-FU的敏感性的3个结肠癌细胞系，再用该芯片检测已知对5-FU有抗药性的5个结肠癌细胞系，结果显示两次有81个基因表达是不同的。该研究者认为通过鉴定结肠癌细胞的基因表达情况可以确定该细胞对5-FU是否敏感，此结果有助于临床上选择合适的药物结肠癌，同时对今后进一步开发5-FU或筛选其他新药在进行抗药性研究时提供了一定的理论基础。
2.6基因芯片在中药研究中的应用
中药的组成成分复杂，药理作用一般认为是多靶点和多种机理协调共同作用的结果，很难从分子水平上弄清其作用机理及其代谢过程。基因芯片可以将中药复方多组分、多靶点、多途径作用特点与基因表达联系起来，对细胞的整体基因组的情况进行分析，寻多基因作用位点及其对生物体中基因网络的调控作用． 比较各自不同的表达差异谱，确定不同的配伍组方对应基因表达靶点，同时根据不同配伍组方对应基因靶点的相互作用，分析各组成复方单药之间的密切关系，阐明药物作用的物质基础及内在的配伍规律。中药基因芯片可以从分子水平上寻出调节体内阴阳平衡的分子机制，为验证传统的中药理论提供可能
的途径。并且．其对中药成分的真伪鉴定及有效成分的筛选、化学药物的合成等方面也具有重要的作用，也为寻出调节体内阴阳平衡的分子传统的中药理论提供可能的途径。
3基因芯片存在的问题和应用前景
基因芯片技术的产生与发展与人类基因组计划的研究密不可分。人类基因组的大量信息需要有一种快速、敏感、平行检测的技术,随着越来越多的基因被解码, 基因的功能研究成为迫切需要解决的课题。在这一背景下, 以基因芯片技术为主体的生物芯片诞生了, 它被誉为是20世纪90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之。随着该技术的不断发展及其在研究中的广泛应用，基因芯片技术成为了当今生命科学领域一项新兴的尖端应用型技术。基因芯片技术虽然仅有几年的发展历史 ,但在生命科学诸多领域中已显示出巨大的潜力和诱人的前景。目前，国外几乎所有的主要制药公司都不同程度地采用了基因芯片技术来寻药物靶标， 查检药物的毒性或副作用，进行药物的筛选等，但其当前也存在一些问题。例如技术成本昂贵、复杂、检测灵敏度较低、重复性差、分析泛围较狭窄等问题。这些问题主要表现在样品的制备、探针合成与固定、分子的标记、数据的读取与分析等几个方面。在信号的获取与分析上，当前多数方法使用荧光法进行检测和分析，重复性较好，但灵敏仍
然不高；目标分子的标记也是一个重要的限速步骤，如何简化或绕过这一步现在仍然是个问题；探针的合成与固定比较复杂，特别是对于制作高密度的探针阵列。尽管存在的问题较多，但是基因芯片在药物研究中具有广阔的应用前景，通过基因芯片筛选药物和新药开发具有的巨大优势决定它将成为本世纪药物研究的趋势。
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