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专家带您探访神秘的"芯片王国"
生物芯片是一类快速、高效、高通量的生物分析器件或集成化分析系统,包括微阵列芯片、微流控芯片、芯片实验室以及相关的仪器设备、试剂耗材和软件数据库.生物芯片通过微加工和微制备技术在固体表面构建微型生物单元,实现对生命体系中组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类、代谢产物以及相关生物大分子化学修饰信息进行准确、快速和大信息量的检测.生物芯片被认为是当今十分重要且具有战略意义的前沿高新技术.
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纳米SiO2暴露对人支气管上皮细胞microRNA表达水平的影响
目的：探讨纳米SiO2短期及长期暴露对人支气管上皮细胞（16HBE）microRNA （miRNA）表达水平的影响。方法分别以5、10、15、20、25、30、40μg/ml纳米SiO2溶液处理16HBE细胞24 h，采用CCK-8法检测细胞活性，并计算细胞增殖活性抑制率及半抑制浓度（IC50）。以10μg/ml纳米SiO2溶液处理16HBE细胞至第10代（P10）和30代（P30），作为长期染毒组，并设立对照组（P0）；以1/4 IC50、1/2 IC50、IC50浓度的纳米SiO2溶液和IC50浓度的微米SiO2溶液处理16HBE细胞24 h，作为短期染毒组，并设立无血清培养液组为对照组。用安捷伦miRNA微阵列芯片筛选P0、P10、P30组细胞差异表达的miRNA，并用逆转录荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）方法验证短期及长期染毒组与对照组miRNA的表达差异。结果纳米SiO2溶液染剂量为5、10、15、20、25、30、40μg/ml的16HBE细胞增殖活性抑制率分别为：（-3.33±3.80）%、（20.40±11.73）%、（39.08±5.53）%、（55.10±5.78）%、（66.42±9.60）%、（71.67±7.34）%、(81.43±5.37)%（F=129.11，P<0.001）；IC50（95%CI）为18.35（15.82~20.72）μg/ml。长期染毒组中，P10、P30及P0细胞的miRNA-494-3p表达水平分别为0.45±0.08、0.28±0.07和1.00（F=60.77，P<0.001）；miRNA-19a-3p表达水平分别为2.27±0.45、1.06±0.19和1.00（F=30.05，P<0.001）；miRNA-148b-3p的表达水平分别为1.78±0.29、0.88±0.19和1.00（F=30.23，P<0.001）。短期染毒组中，5、10、20μg/ml纳米SiO2溶液及20μg/ml微米SiO2溶液染毒组的miRNA-494-3p表达水平分别为0.99±0.04、1.38±0.19、2.13±0.14、0.81±0.25（F=57.03，P<0.001）；miRNA-19a-3p的表达水平分别为0.91±0.03、1.12±0.03、0.53±0.01、0.86±0.01（F=408.78，P<0.001）；miRNA-148b-3p的表达水平分别为0.95±0.02、1.22±0.00、0.54±0.02、1.15±0.04（F=264.14，P<0.001）。结论纳米SiO2短期及长期染毒可诱导16HBE细胞miRNA表达水平的变化,其中，长期和短期染毒对miRNA-494-3p的表达水平影响不同。
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人类S-亚硝基化蛋白组微阵列芯片检测研究进展
NO通过对蛋白质的S-亚硝基化修饰广泛参与细胞生理活动的调节，然而S-亚硝基化底物尚不完全清楚。来自约翰霍普金斯医学院细胞工程院的研究团队近期利用自发研制的人类高密度蛋白微阵列芯片对16，368种人类蛋白进行了亚硝基化检测，并确定了834种潜在可被亚硝基化修饰的蛋白质，其中95种蛋白质中131条肽链上的138个半胱氨酸残基被证实为亚硝基化位点。
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生物芯片技术与产品发展趋势以及面临的机遇
生物芯片是一类快速、高效、高通量的生物分析器件或集成化分析系统,包括微阵列芯片、微流控芯片、芯片实验室以及相关的仪器和设备.它集合计算机、微电子、微机械、生物化学、分子生物学和生物信息学等技术,在一个微小的芯片表面或芯片内部的微流体系统研究生物大分子之间或者生物大分子与其他化学小分子之间的反应.生物芯片能整合样品制备、分子识别和反应、信号检测和信号放大等独立的分析过程,使之连续化、平行化、集成化和微型化.生物芯片被认为是当今十分重要且具有战略意义的前沿高新技术.它们不仅在功能基因组学、蛋白质组学、代谢组学和毒理组学等领域研究中发挥了重要的作用,而且在疾病诊断和治疗、新药研究和开发、农业、环境、食品安全、国防等领域中已经显示出了非常广阔的应用前景和巨大的商业市场.截至目前,共有13 000多篇生物芯片相关论文发表,其中1000多篇发表在Cell、Nature、Science等国际顶级学术刊物上.经过了十多年的发展,生物芯片技术日趋成熟.其中技术较为成熟的微阵列芯片已经大量进入实用[1-4].微流体芯片等技术正在逐渐成熟并开始被各领域应用[5].同时,新世纪是大生命科学的世纪,功能基因组、蛋白质组、代谢组等大科学研究计划强力地推动了基于生物芯片的高通量生物分析技术和研究平台的市场需求.
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大容量抗体库高通量筛选方法的研究进展
随着蛋白质组学研究的发展,抗体在疾病的诊断、治疗和基础研究上的作用越来越大,迫切要求发展高通量的抗体筛选方法.本文研究整理了近几年在噬菌体抗体高通量筛选方法上的研究进展,对磁珠法、基于自动化工作站的普通ELISA法、膜法、微阵列芯片法和液相悬浮芯片法等高通量筛选方法进行了综述.
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基因芯片技术研究类风湿关节炎患者关节软骨细胞信号转导通路
类风湿关节炎( rheumatoid arthritis,RA)是一种以慢性多关节炎为特征的自身免疫性疾病.关节软骨具有不可再生性,RA关节软骨损伤不容忽视.本研究采用博奥生物公司的人类全基因组寡核苷酸微阵列芯片V1.0技术,分析RA关节软骨细胞差异性表达基因相关的细胞信号转导通路,初步探讨RA关节软骨破坏机制.
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固定的人白细胞分化抗原45单克隆抗体在人白细胞捕获效率研究中的佳试验因素分析
固定化抗体与相应细胞表面抗原结合常用于造血干细胞分选,白血病免疫分型,及磁性微球在血液病中的应用等.但均不能满足高通量分析与研究的要求.我们已用蛋白质微阵列技术研究多克隆抗体检测RBC的价值[1],但鲜见固定单克隆抗体检测WBC的研究报道.人白细胞分化抗原(CD)45为WBC表面共同抗原,我们通过观察固定CD45单克隆抗体与WBC结合效果,找出佳试验条件,为WBC检测及分型的蛋白质微阵列芯片研制和应用奠定基础.
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草酸钙结石模型大鼠肾脏miRNA差异表达谱的分析研究
目的 比较草酸钙结石模型大鼠与正常大鼠肾组织小分子RNA(microRNA,miRNA)表达谱的差异,初步分析筛选出的差异miRNA的功能.方法 2015年9-12月,将16只6～8周龄雄性SD大鼠随机分为两组,每组8只.正常组每天自由饮水.造模组使用乙二醇和氯化铵诱导法建立大鼠肾草酸钙结石模型.28 d后应用微阵列芯片筛选正常组和造模组肾组织标本中差异表达(表达量＞2倍)的miRNA,对差异表达的miRNA进行靶基因预测,并运用Gene Ontology数据库和KEGG信号通路数据库富集靶基因以初步分析其功能.结果 偏光显微镜下观察肾组织切片,正常组未见草酸钙晶体,造模组可见大量草酸钙晶体.与正常组相比,造模组38个miRNA表达有显著差异,其中上调18个,下调20个;基因本体分析筛选出有显著差异的信使RNA(mRNA)共2728个,其中上调1350个,下调1378个,差异均有统计学意义(P＜0.05).Gene Ontology分析结果显示差异性表达的miRNA与钙离子转运、炎症、损伤、氧化应激、黏附等生物学过程相关.KEGG信号通路分析结果显示这些miRNA参与趋化因子信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用等与炎症反应相关的信号通路.结论 草酸钙结石大鼠与正常大鼠肾组织的miRNA表达谱存在明显差异,这些差异表达的miRNA可能与草酸钙结石形成过程中的钙离子转运、炎症反应、细胞损伤及细胞黏附等相关.
关键词： 草酸钙结石 微阵列芯片 microRNA表达谱 -
全基因组芯片与目的基因芯片在产前诊断中的应用价值及比较
根据今年9月30日发表在Prenat Diagn杂志上的文章报道认为,运用全基因组微阵列芯片(whole-genome microarray)比目的序列微阵列芯片(targeted microarray)更易检测出孕妇样本中具有临床意义的染色体异常.
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微小RNA-101在子宫颈鳞癌组织中的表达及其意义
宫颈癌是一种发病率高、能早期预防的常见妇科肿瘤。但在新疆尤其是南疆经济条件较差的地区，由于卫生条件和医疗意识较差，宫颈癌仍然威胁着女性的健康和生命。微小RNA(miRNA)作为肿瘤调节微环境中的重要一员，在多种肿瘤的生长中起到重要的调控作用[1]。本课题组的前期研究应用miRNA微阵列芯片技术筛选出宫颈癌组织中12种存在差异表达的miRNA，其中微小RNA-101( miR-101)的差异表达明显[2]。本研究应用实时荧光定量PCR和锁定核苷酸原位杂交( LNA-ISH)技术检测miR-101在宫颈鳞癌中的表达，探讨其在宫颈鳞癌发生、发展中的作用及意义，以期为宫颈鳞癌的早期诊断提供理论基础和实验依据。
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酒精性肝硬化相关原发性肝癌患者外周血环状RNA差异表达研究
目的 由酒精性肝硬化(alcoholic liver cirrhosis,ALC)引发原发性肝癌(primary liver cancer,PLC)的发展和形成极其复杂,这给PLC的诊断和治疗带来了的难题.本研究采用环状RNA(circular RNA,circRNA)微阵列芯片技术筛选酒精性肝硬化相关PLC患者外周血中差异表达的circRNA,为酒精性肝硬化相关PLC的诊断和治疗提供研究基础.方法 选择2014-12-01-2015-08-31中国人民解放军第一八一医院确诊为酒精性肝硬化引发PLC的4例患者(PLC组)和4例健康志愿者(对照组)作为研究对象,采用circRNA芯片检测PLC组和健康对照组外周血的circRNA表达谱,同时进行组间差异分析,筛选出组间差异表达的circRNA.并对circRNA吸附相关的微小RNA(microRNA,miRNA)进行预测.结果 与健康对照组比较,PLC患者外周血中差异表达的circRNA共有302个(fold change绝对值≥2.0),其中表达上调的有182个(fold change≥2.0),下调的有120个(fold change≤-2.0),12个circRNA对与肝癌相关的miR-483-3p、miR-483-Sp、miR-203和miR-29b/c可能有miRNA海绵作用(microRNA sponge).结论 酒精性肝硬化相关PLC患者外周血与正常外周血之间存在差异表达的circRNA,这些差异表达以及和miRNA有结合位点的circRNA可能成为一种诊断和治疗PLC的候选生物标志物.
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专题综述：卒中后抑郁
卒中是导致死亡的第三大病因，也是导致成年人长期残疾的主要原因，并有年轻化的趋势。抑郁是卒中患者较常见的神经精神症状之一，约有1/3以上的卒中患者在不同阶段罹患卒中后抑郁（post-stroke depression，PSD）。然而到目前为止，PSD的发病机制、诊断分类和诊断标准、卒中患者是否需要预防性使用抗抑郁药均没有明确的定论，因此本刊编辑部邀请张志教授等对上述问题作一评述，希望对大家有所启发。
关于PSD的发病机制，早期提出的“卒中部位决定论”与“心理应激决定论”现在看来均有失偏颇，近年来有关细胞因子调节失衡假说、谷氨酸能障碍假说在PSD中的作用日益突出。耿磊钰等利用人类细胞因子蛋白表达微阵列芯片对PSD和非PSD患者血浆细胞因子蛋白组学进行了检测，结果发现4种细胞因子存在异常。岳莹莹等对谷氨酸循环的生理特点及其在PSD中的病理生理作用、抗抑郁药的新靶标等作了详细的综述。而牟晓冬等运用整合治疗策略成功治疗一例PSD患者，给临床医生提供了可借鉴的诊疗经验。
对PSD进行全面系统的研究，建立统一并能获得国际公认的PSD可操作性诊断标准，提高PSD的识别率和治疗率，采取综合防治措施是当前防治PSD的重要手段。 -
生物芯片技术在药物研究与开发中的应用
近年来,以DNA芯片为代表的生物芯片技术,得到了迅猛发展,已有多种不同功用的生物芯片问世.目前生物芯片技术已应用于分子生物学、疾病的预防、诊断和治疗、新药开发、司法鉴定和食品卫生监督等诸多领域,已成为各国学术界和工业界所瞩目并研究的一个热点.生物芯片技术的飞速发展,引起了制药业的极大兴趣,使得生物芯片技术在药物研究与开发领域得到越来越广泛的应用,已逐渐渗入到药物研发过程中的各个步骤.目前,生物芯片技术已经应用于药物靶点发现与药物作用机制研究、超高通量药物筛选、毒理学研究、药物基因组学研究以及药物分析等药物研发环节.可以预见,随着生物芯片技术的不断发展,生物芯片技术将在药物研究与开发领域,尤其是在中药现代化研究中得到更广泛更深入的应用.
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应用微阵列芯片分析草酸钙结晶肾损伤中LncRNA表达谱的差异
目的:利用微阵列芯片对结晶组小鼠和正常组小鼠的基因表达谱进行比对分析,筛选出差异基因,探讨lncRNA与肾结石的关系.方法:将6只C57BL/6雄性小鼠随机分为结晶组和正常组,两组腹腔分别注射50 mg/kg生理盐水和100 mg/kg乙醛酸盐.7d处死全部小鼠,对两组小鼠的肾组织,提取总RNA后进行差异lncRNA的筛选、聚类分析以及小鼠lncRNA与人同源性分析,采用实时定量RT-PCR验证人鼠同源性lncRNA.结果:芯片结果显示差异表达lncRNA共376个,其中结晶组表达上调154个,下调222个;差异表达mRNA共3 062条,上调1 914条,下调1 148条.结论:Sprr2c、CHCHD4P4可能参与肾结石发生的调控.
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活血化瘀方抗糖尿病心肌病的药理调控机制研究
目的:从基因表达谱的角度探究活血化瘀方抗糖尿病心肌病的药理调控机制.方法:采用链脲霉素建立糖尿病心肌病大鼠模型后,随机分组并对其中一组给予活血化瘀方灌胃,检测生理数据,并取样进行基因表达水平检测.针对芯片数据,初处理后依次进行:基因表达差异分析、基因表达与性状相关性分析、基因连接性差异分析和加权的基因共表达网络分析,后整合上述多种分析结果,寻找关键基因.结果:成功建立糖尿病心肌病大鼠模型,并得到一系列从不同角度分析的结果:一千多个差异表达基因,五千多个差异连接性基因,鉴定出三个共表达网络中的关键模块以及三个关键基因.结论:活血化瘀方通过调节与糖尿病心肌病或者糖尿病密切相关的生物分子及其活动,同时综合作用于多种基础的细胞生理活动,从而影响糖尿病心肌病的发展.
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ADAM3A基因拷贝数差异与先天性膈疝相关性分析
目的 通过对先天性膈疝胎儿多基因位点的检测,评价基因拷贝数变化与胎儿先天性膈疝之间的关系.方法 采用Affymetrix Cytoscan 750 k平台微阵列分析11例先天性膈疝新生儿的多基因位点(其中1例为双胎,其异卵双胞胎兄弟被诊断为胎儿肠扩张).结果 在1例先天性膈疝新生儿中发现一个纯合子缺失,8 p11.22 arr[hg19],并终证实为解聚素和金属蛋白酶(ADAM)3A基因的1～15外显子发生纯合缺失.结论 ADAM3A拷贝数的改变可能是先天性膈疝的发病原因.
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应用16S rDNA结合膜芯片检测3种产黑色素牙周可疑致病菌
目的:探讨采用16SrDNA结合膜芯片检测牙龈卟啉菌Pg、中间普氏菌Pi和变黑普氏菌Pn的价值.方法:利用Genebank中细菌16S rDNA保守区序列,设计一对通用引物,通过已知Pg、Pi和Pn的16S rDNA序列,设计合成对应的特异性寡核苷酸探针.先用通用引物PCR扩增所有标准菌株的DNA,PCR产物和已点样有Pg、Pi和Pn的3种探针的膜芯片杂交,进行分析.结果:膜芯片上的Pg、Pi和Pn3种探针只能与相对应的Pg、Pi和Pn的PCR产物反应,而与其他标准菌株的PCR产物无反应.结论:用16SrDNA结合膜芯片,可准确检测Pg、Pi和Pn,有很高的特异性,有望成为一种有效的临床检测方法.
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无锡地区耐异烟肼和耐利福平结核分枝杆菌的基因检测
为探讨无锡地区异烟肼和利福平耐药基因的区域特点，我们对2015年5－12月临床分离的耐异烟肼和耐利福平结核分枝杆菌菌株，采用 PCR －DNA微阵列芯片法进行耐药基因的检测，报告如下。
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泪腺良性淋巴上皮病变与眼眶海绵状血管瘤患者病变标本中差异表达基因的检测
背景 泪腺良性淋巴上皮病变是临床较少见的眼眶病,主要表现为双侧泪腺的对称性、无痛性肿大,其病因和发病机制至今尚未阐明. 目的 筛选泪腺良性淋巴上皮病变组织与眼眶海绵状血管瘤患者病变组织中的差异表达基因,从分子水平探讨泪腺良性淋巴上皮病变的发病机制.方法 收集2010年9月至2013年4月在首都医科大学附属北京同仁医院经病理学检查证实的泪腺良性淋巴上皮病变患者9例的病变标本,并收集同期眼眶海绵状血管瘤患者9例的组织标本作为对照.利用全基因组表达谱芯片技术和limma算法检测2个组患者组织标本中的差异表达基因,并采用实时荧光定量PCR法验证差异基因的表达,采用Fisher法和基因本体(GO)功能富集分析法对差异表达基因进行功能分析和信号通路分析,找到主要差异表达基因的功能群和信号通路. 结果 泪腺良性淋巴上皮病变患者与眼眶海绵状血管瘤患者中共筛选出5 260个差异基因,Fisher差异表达基因的功能显著性分析和信号通路分析显示,109个GO条目中的差异表达基因显著上调,101个GO条目中的差异表达基因显著下调,其中32个功能基因相关的信号通路显著上调,25个信号通路显著下调.GO分析显示,差异表达基因中补体受体介导的信号通路表达丰度高,其次为T细胞信号通路和B细胞信号通路上调以及丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)信号通路和转化生长因子-β(TGF-β)信号通路下调.实时荧光定量PCR结果显示,泪腺良性淋巴上皮病变组患者标本中TIPRL、TLR7和TLR10基因的相对表达量明显高于眼眶海绵状血管病组,差异均有统计学意义(Z=-2.03、-2.32、-2.32,均P＜0.05),与基因芯片检测结果一致.结论 人泪腺良性淋巴上皮病变组织与眼眶海绵状血管瘤病变组织中基因表达谱明显不同,这些差异表达基因除参与T细胞和B细胞信号通路的上调以及MAPK信号通路和TGF-β信号通路的下调外,还涉及补体系统的变化.泪腺良性淋巴上皮病变的发生和发展是多种基因和通路共同作用的结果.
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芯片技术研究lncRNA在非IgA系膜增生性肾小球肾炎中的表达
目的 通过微阵列芯片技术研究非IgA系膜增生肾小球肾炎(non-IgA mesangial proliferative glomerulonephritis,non-IgA MsPGN)组(观察组)及对照组中信使RNA (Message RNA,mRNA)和长链非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)的差异性表达,从而探索lncRNA在non-IgA MsPGN发病机制中潜在的作用.方法 通过单纯随机抽样分别选取4例non-IgA MsPGN患者和2例未患肾病者作为观察组和对照组,分别收集2组的肾皮质组织,提取并鉴定总RNA,然后制备双链cDNA,单色荧光标记后用于芯片杂交.通过Gene Ontology,Pathway分析及mRNA与ln-cRNA基因座位置关联分析,找出与non-IgA MsPGN密切相关的lncRNA.后,采用半定量逆转录聚合酶链反应(reverse transcription-polymerase chain reaction,RT-PCR)对部分基因的芯片检测结果进行检测,验证基因芯片结果的可靠性.结果 经过折叠倍率过滤(fold-change filtering),筛选出有统计学差异(P＜0.05)表达的mRNA转录本4 317个与lncRNA转录本3 502个.经分析,发现了5个在non-IgA MsPGN发病机制中有着重要潜在作用的lncRNA:AF1180924(相邻编码基因FGG),AK092233(相邻编码基因COL18A1),AK130579(相邻编码基因CREBBP),AK023598(相邻编码基因LEPR),AK055915(相邻编码基因CDC42EP3),为全面揭示non-IgA MsPGN发病机制提供了重要依据.结论 某些lneRNA可潜在调控相关基因,在non-IgA MsPGN的发病机制及发展过程中起重要作用.
关键词： 长链非编码RNA 非IgA系膜增生肾小球肾炎 差异性表达 微阵列芯片
