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从全基因组规模的基因表达水平来评估个体的健康状态
按照分子生物学"中心法则"的基本内容,生物信息从DNA到RNA再到蛋白质;蛋白质是生命现象的终体现形式.因此研究生命现象,特别是寻找疾病相关的分子标记物,理论上利用蛋白组学的理论和方法来寻找的分子标记物是能贴近解释生命现象的理想标记物.由于目前基于蛋白组学的研究相对于基因组学的研究在技术方法上还明显滞后.例如蛋白组学中常用的二维电泳法,在高分辨率的时候也只能有效分离2000到3000种蛋白质,而在此基础上开展寻找蛋白表达差异的分辨率就比较低.人类基因组计划完成后,依据人类基因组序列特征已经预测到人类基因组有约3万个基因,一张基因芯片能够全部承载所有的基因序列信息,从而能够实现通过一次基因芯片实验检测人的全部基因mRNA的表达情况.
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相关性miRNAs在骨肉瘤中作用的研究进展
骨肉瘤(OS)是骨组织中常见的恶性肿瘤,其恶性程度高,易发生于儿童和青少年.微小RNA(microRNAs,miRNAs)是指1类长度约为18~25 nt的非编码RNA.miRNAs在转录后水平通过促进靶mRNAs降解或抑制翻译过程而发挥负性调控作用.miRNAs与骨肉瘤的发生发展、侵袭转移以及预后息息相关,并在其中发挥着重要作用.miRNAs在骨肉瘤组织细胞中的差异性表达为骨肉瘤早期诊断及治疗提供新的作用靶点.
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无谷蛋白饮食可降低子代糖尿病的发病率
正常的肠道菌群与糖尿病的发生存在一定关系,因此早期对肠道环境进行干预可影响糖尿病的发病率。谷蛋白是小麦面粉的主要蛋白成分,作为肠道疾病的诱发剂在1型糖尿病中起着重要作用。已有研究报道,无谷蛋白( gluten-free diet,GF)饮食可以降低1型糖尿病的发病率,因此作者猜想在妊娠期和哺乳期给予患糖尿病的母亲GF饮食是否可以减缓子代患糖尿病的进程。为此,作者以非肥胖型糖尿病( non-obese diabetic ,NOD)小鼠为研究模型,在妊娠期和哺乳期(产后4周内)给予标准饲料( standard gluten-containing diet,STD)以及GF饲料喂养,而子代幼鼠在哺乳期断奶后给予正常STD喂养,结果发现GF喂养组的幼鼠其糖尿病和胰腺炎的发生率均明显低于STD喂养组后代。肠道菌群分析结果发现,GF饮食的孕鼠肠道内疣微菌门( Verrucomicrobia)、变形菌门( Proteobacteria)和TM7均显著高于STD喂养组,并且这种肠道菌群构成的差异能够遗传给子代幼鼠;尽管该遗传特性在幼鼠断奶后进行STD饮食6周后与对照组无明显差异,提示该现象并不具有终生性,但是早期GF环境仍可保护幼鼠、降低其糖尿病的发生率。此外,作者还发现GF组幼鼠在断奶时胰腺、肠道及全身淋巴结内的促炎细胞-CD11b +CD11c +树突状细胞含量明显低于STD组幼鼠,胰腺中抗炎免疫T细胞以及α4β7整合素标记的CD4+和 CD8+T细胞含量亦高于STD组幼鼠,提示GF饮食可增加NOD幼鼠的抗炎能力,该作用可能与肠道内免疫分子向胰腺发生转移有关。进一步基因水平检测发现,早期GF环境能显著降低炎症相关基因的表达水平,增加抑炎因子的基因表达;GF饮食还可引起肠道组织中紧密连接分子occludin、ZO-1和claudin-15基因表达水平的上调,这将有助于肠道上皮屏障功能的维持。以上研究共同说明,妊娠期和哺乳期GF饮食可减缓子代患糖尿病的进程,其机制可能与肠道菌群的改变以及肠道和胰腺组织中抗炎性免疫微环境的形成有关。该研究为临床上预防和控制1型糖尿病提供了新思路。
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基因芯片实验室与分子肿瘤诊断和分型
新世纪肿瘤治疗的挑战之一,是寻找针对病理起源一致的肿瘤类型的特异性靶向疗法,以达到大疗效和小毒性,其中肿瘤的精确分型是关键.目前,肿瘤分类或分型主要依据于形态学特点,因而有其严重的局限性.相同形态的肿瘤可能具有明显不同的临床过程和治疗反应.这些肿瘤临床上的异质性提示可能存在不同亚型.近,美国麻省理工学院Whitehead研究所Golub博士领导的研究小组首次宣布,应用基因芯片技术对肿瘤进行分类,可以在基因表达水平上精确区分肿瘤的分子类型,以便更好地预测肿瘤治疗的疗效.此项研究标志着肿瘤分型已进入分子时代,孕育着肿瘤治疗上的革命.
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Affymetrix基因芯片原始数据噪声分析与应用
基于杂交原理的生物芯片技术由于实验中非特异性杂交的存在,导致实验数据包含较高的噪声.针对目前广泛使用的Affymetrix GeneChip(R)基因芯片,通过对原始数据进行分析研究,得到探针中间3个核苷酸序列和MM探针与PM探针灰度比值的对应关系;将该对应关系嵌入到基因表达水平的计算中,以改进原有的一个先进的计算基因表达水平的概率模型mmgMOS.通过在标准的spike-in数据集和一个真实的老鼠胚胎数据集上的测试,证明改进的模型有效地提高了基因表达水平计算的精度,同时显著地提高了计算效率,在一定程度上降低了非特异性杂交引起的噪声影响.
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DNA去甲基化与肿瘤治疗的研究进展
近年来大量的研究结果显示,肿瘤的发生不但存在遗传学上的改变,而且存在表观遗传学的改变[1].遗传学改变是指基于基因序列改变而导致基因表达水平的变化,如基因突变、杂合性缺失、微卫星不稳定性等.表观遗传学是非基因序列改变所导致的基因水平的变化,如组蛋白修饰、染色质重塑、DNA甲基化等染色质结构上的变异.其中DNA甲基化异常已成为DNA突变、缺失以外导致抑癌基因失活的第三大机制,主要表现为肿瘤细胞中普遍性低甲基化和CpG岛区域性高甲基化.研究提示肿瘤抑癌基因启动子区域性高甲基化是肿瘤抑癌基因失活的重要途径,而抑癌基因的去甲基化已成为近年来研究和开发抗癌药物的新靶点.
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分子病理检测在非小细胞肺癌诊疗中的意义
病理学是在人类探索和认识自身疾病的过程中产生的,它的发展与自然科学、基础科学的发展和技术进步有着密切联系.近年来,随着细胞生物学、分子生物学、现代免疫学等新兴学科的发展,病理学已经从细胞核亚细胞器水平,深入到分子水平、基因水平去认识疾病,借助分子病理学,病理学家可以获得复杂的肿瘤分子资料,为临床工作者提供患者个体化用药/预测生物标志物以及评估疾病进展的有用信息[1].通过检测基因表达水平(蛋白、mRNA)、基因突变、基因拷贝数与扩增和甲基化等,可以指导精确的个体化治疗,并且用以判定患者的预后.
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悬浮微阵列技术检测乳腺癌细胞八种癌基因的评价
研究发现乳腺癌患者死亡与早期肿瘤转移密切相关[1].早期转移系直径<2 mm的恶性肿瘤转移灶,包括单个肿瘤细胞和组织中的微小转移[2].由于取材限制,目前研究主要集中在前哨淋巴结、血液、骨髓等方面.而外周血循环肿瘤细胞具有原发肿瘤的特征,乳腺癌循环肿瘤细胞检测对乳腺癌的早期诊断,复发转移诊断,以及指导术后治疗等意义重大[3].本研究采用悬浮微阵列技术同时检测乳腺癌细胞多个基因表达水平,以便为乳腺癌早期转移的多基因联合检测的临床应用研究奠定基础.
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正常及实验性肝纤维化大鼠肝脏中的金属蛋白酶组织抑制因子-1
目的:了解金属蛋白酶组织抑制因子-1(TIMP-1)在正常及实验性肝纤维化大鼠肝组织中的定位及表达状态.方法:用人血白蛋白免疫攻击的方法制备实验性免疫性肝纤维化大鼠模型,以正常大鼠为对照.采用免疫组化法及原位杂交技术分别检测肝脏中TIMP-1 mRNA和相关抗原表达,同时用PCR技术检测肝脏中TIMP-1基因水平.结果:实验组肝脏中TIMP-1相关抗原表达在肌成纤维细胞、成纤维细胞,以汇管区及纤维间隔中明显,阳性信号位于细胞胞质中,未见细胞核表达.原位杂交检测结果也展示了上述相同的分布和定位.正常大鼠肝组织中可见TIMP-1基因表达,但表达水平极低.实验组肝组织中TIMP-1呈高水平表达.结论:在肝纤维化中,成纤维细胞及肌成纤维细胞是TIMP表达的主要细胞.随着病损肝脏中肝纤维化程度的加重,TIMP-1基因表达水平随之增高.
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正常与硬化肝组织基因表达差异的初步分析
目的:了解肝硬化的基因表达概况,寻找在肝硬化及正常肝组织中差异表达基因.方法:以各24例肝硬化及正常肝组织的总RNA混合定量后反转录合成含有α-32P dATP的cDNA为探针,与Atlas微阵列表达分析膜杂交.结果:放射自显影结果经AtlasImageTM软件分析显示:在所分析的588种已知基因中,Integrin beta 7、collagen type XVⅢ等17个基因在肝硬化组织中表达上调,TFDP2、BAK、ABL等98个表达下调,参与细胞增生、凋亡、分化、细胞间相互作用、与细胞侵袭相关的基因表达水平发生了明显改变.结论:通过Atlas微阵列系统分析发现的这些基因的表达改变组成了一个肝硬化特异的基因表达谱.系统地研究肝硬化的基因表达改变,与肝硬化发生相关基因的差异变化可为肝硬化诊断和治疗提供线索.
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乙型肝炎病毒DNA聚合酶N末端蛋白基因芯片研究
目的:检测乙型肝炎病毒(HBV)DNA聚合酶N末端蛋白(TP)的表达对肝母细胞瘤细胞HepG2基因表达谱的影响,进一步阐明TP在乙型肝炎慢性化及致肝细胞癌发生发展过程中的分子生物学机制.方法:根据AF384372 HBVDNA病毒株序列设计、合成HBV DNA P-TP基因序列特异性的引物,以含有AF384372HBVDNA P全基因组cDNA的质粒G318A7作为模板,应用聚合酶链反应(PCR)技术扩增TP蛋白编码基因片段,以常规的分子生物学技术将获得的HBV DNA-TP编码基因片段克隆到TA载体中进行核苷酸序列的测定,构建真核表达载体pcDNA3.1(-)-TP.以脂质体转染肝母细胞瘤细胞系HepG2,提取mRNA,逆转录为cDNA,与转染空白表达载体pcDNA3.1(-)的HepG2细胞进行DNA芯片分析.结果:构建的表达载体经过限制性内切酶分析和DNA序列测定,证实准确无误.以单链可变区抗体的Western blot杂交技术证实构建的表达载体转染HepG2细胞之后有TP蛋白的表达,提取高质量的mRNA并进行逆转录成为cDNA,进行DNA芯片技术分析.在1 152个基因表达谱的筛选中,发现有111个基因表达水平显著上调,88个基因表达水平显著下调.结论:应用基因表达谱芯片成功筛选了HBV DNA P-TP转染细胞后差异表达基因,为进一步阐明TP蛋白致病的分子生物学机制提供依据.
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应用基因表达谱芯片技术筛选NS3TP1转染细胞差异表达基因
目的:应用基因芯片技术,检测丙型肝炎病毒(HCV)非结构蛋白3(NS3)反式激活基因1(NS3TP1)的表达对肝母细胞瘤细胞HepG2基因表达谱的影响,进一步NS3TPl蛋白可能的分子生物学功能.方法:设计并合成NS3TPl基因序列特异性的引物,应用聚合酶链反应(PCR)技术扩增NS3TP1蛋白编码基因片段,以常规的分子生物学技术构建表达载体pcDNA3.1(-)-NS3TPl.以脂质体技术转染肝母细胞瘤细胞系HepG2,提取总mRNA,逆转录为cDNA,与转染空白表达载体pcDNA3.1(-)的HepG2细胞进行DNA芯片分析并比较.结果:构建的表达载体经过限制性内切酶分析和DNA序列测定,证实准确无误,提取高质量的总mRNA并进行逆转录成为cDNA,进行DNA芯片技术分析.在1152个基因表达谱的筛选中,发现有26个基因表达水平显著上调,14个基因表达水平显著下调.结论:应用基因表达谱芯片技术成功筛选了NS3TPl转染细胞后差异表达基因,为进一步阐明NS3TPl蛋白可能的生物学功能及HCV的致病机制提供理论依据.
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丙型肝炎病毒蛋白对Bcl-10蛋白信号转导的影响
0 引言初原癌基因Bcl-10是作为低度B细胞淋巴瘤(BCL,B-cell lymphoma)相关基因得到鉴定的,Bcl-10是一种含有胱冬肽酶募集结构域(caspase recruitment domain,CARD)的蛋白,同时属于黏膜相关淋巴组织(mucosa-associated lymphoidtissue,MALT)B淋巴瘤中鉴定的断裂位点的基因,在淋巴细胞中抗原受体介导的NF-κB激活过程中是必需的.Bcl-10属于CARD蛋白家族成员,调节细胞凋亡和NF-κB信号转导[1-5].初步研究结果表明,丙型肝炎病毒(HCV)基因组编码蛋白对于Bcl-10的基因表达水平具有显著的上调作用,Bcl-10基因的表达在HCV感染引起的病毒性肝炎、肝硬化和肝细胞癌(HCC)的发病机制中具有重要的作用[6].
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乙型和丙型肝炎病毒与肝细胞相互作用的分子生物学基础
编者按乙型肝炎病毒(HBV)和丙型肝炎病毒(HCV)感染肝细胞之后,首先要借助肝细胞中的一些成分完成其复制和表达的生活周期,主要是肝细胞中的一些调节蛋白与这2种肝炎病毒调节基因序列之间的结合,并对于肝炎病毒的复制和表达过程进行调节,肝细胞中一些特有的调节蛋白在肝炎病毒的生活周期中具有十分重要的调节作用,这也是肝炎病毒相对嗜肝细胞特性的分子生物学基础.同样,肝炎病毒的蛋白,或者通过与肝细胞蛋白之间的直接结合,或者通过与DNA的结合以及肝细胞的信号转导途径影响肝细胞的基因表达类型和基因表达水平,或者改变肝细胞基因表达谱的时空规律,影响肝细胞的细胞周期、细胞凋亡、生长分化、信号转导、恶性转化等过程.这是HBV和HCV感染肝细胞之后引起慢性肝脏疾病的重要的分子生物学基础,一直是人们关注的焦点.
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乙型肝炎病毒e抗原肝细胞结合蛋白新基因E-36基因表达谱芯片分析
目的:为了研究未知功能的HBeAg结合蛋白E-36的生物学功能,我们应用基因芯片技术对于pcDNA3.1(-)和pcDNA3.1(-)-E-36分别转染的HepG2细胞的基因表达谱进行分析,筛选能被E-36反式调节的靶基因.方法:应用反转录聚合酶链反应(RT-PCR)技术从HepG2细胞中扩增E-36蛋白编码基因片段,以常规的分子生物学技术构建表达载淋pcDNA3.1(-)-E-36.以脂质体技术转染肝母细胞瘤细胞系HepG2,提取总mRNA,逆转录为cDNA,与转染空白表达载体pcDNA3.1(-)的HepG2细胞进行DNA芯片分析并比较.结果:构建的表达载体经过限制性内切酶分析和DNA序列测定鉴定正确.提取转染细胞的总mRNA并进行逆转录成为cDNA,进行DNA芯片技术分析.在1159个基因表达谱的筛选中,发现有20个基因表达水平显著上调,包括甲状旁腺激素应答的骨肉瘤B1蛋白、SLIT2、核因子κB、白介素受体3、白介素6、血管紧张素Ⅰ转换酶、急性髓细胞性白血病1b、caspase 2、低密度脂蛋白1、T细胞受体重组β链、肿瘤坏死因子受体、肿瘤抑制亚转化因子、细胞周期相关激酶-2、亲代谢性谷氨酸盐受体-7、唾液酸转移酶-8及5个未知蛋白;真核细胞翻译延伸因子2基因的表达水平显著下调.结论:E-36基因的表达对于肝细胞基因表达谱有显著影响.DNA芯片技术是分析反式激活靶基因的有效技术途径.
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基因表达谱芯片筛选NS5ATP3转染细胞差异表达基因
目的:应用基因芯片技术,检测丙型肝炎病毒(HCV)非结构蛋白5A(NS5A)反式激活基因NS5ATP3的表达对肝母细胞瘤细胞HepG2基因表达谱的影响,进一步阐明NS5ATP3蛋白可能的分子生物学功能.方法:设计并合成NS5ATP3基因序列特异性的引物,应用聚合酶链反应(PCR)技术扩增NS5ATP3蛋白编码基因片段,以常规的分子生物学技术将获得的NS5ATP3编码基因片段克隆到TA载体中进行核苷酸序列的测定,构建真核表达载体pcDNA3.1(-)-NS5ATP3.以脂质体转染肝母细胞瘤细胞系HepG2,提取mRNA,逆转录为cDNA,与转染空白表达载体pcDNA3.1(-)的HepG2细胞进行cDNA芯片分析.结果:构建的表达载体经过限制性内切酶分析和DNA序列测定,证实准确无误.提取高质量的mRNA,逆转录为cDNA,进行DNA芯片技术分析.在1152个基因表达谱的筛选中,发现有6个基因表达水平显著上调,18个基因表达水平显著下调.结论:应用基因表达谱芯片技术成功筛选了NS5ATP3转染细胞后差异表达基因,为进一步阐明NS5ATP3蛋白可能的生物学功能提供依据.
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表达谱基因芯片技术研究甘草甜素上调白介素-18基因的表达
目的:了解甘草甜素调节白介素-18(IL-18)基因启动子的活性,为甘草甜素的作用机制提供理论依据.方法:应用基因表达谱芯片技术对于甘草甜素刺激HepG2细胞之后的基因表达谱进行研究.聚合酶链反应(PCR)扩增IL-18基因启动子,命名为IL-18P.以T-A克隆法,将IL-18P基因片段连入载体pGEM-T.将获得的质粒pT-IL-18P,与报告质粒pCAT3-basic分别用KpnI和Bg1Ⅱ双酶切后构建IL-18启动子报告基因表达载体pCAT3-IL-18P,以重组表达质粒pCAT3-IL-18P瞬时转染HepG2细胞,以转染pCAT3 basic的HepG2细胞为阴性对照,甘草甜素刺激后24 h后收获细胞.用酶联免疫黏附法(ELISA)检测细胞中氯霉素乙酰转移酶(CAT)的表达活性.结果:表达谱基因芯片研究结果表明,甘草甜素可上调IL-18基因表达水平达2.815倍.构建的报告载体pCAT3-IL-18P经过序列分析和酶切鉴定正确.pCAT3-IL-18P和甘草甜素瞬时转染的HepG2细胞的CAT表达活性是CAT3空载体的7.7倍,pCAT3-IL-18P的1.5倍.结论:甘草甜素可以上调IL-18启动子的活性,进而上调IL-18基因的表达.为深入了解甘草甜素的免疫调节作用及其在病毒的清除过程中的作用机制提供新的理论依据.
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筛选丙型肝炎病毒非结构蛋白4B转染细胞差异表达基因
目的:筛选丙型肝炎病毒(HCV)非结构蛋白4B(NS4B)转染细胞差异表达基因,进一步阐明NS4B蛋白在丙型肝炎慢性化及致肝细胞癌发生发展过程中的分子生物学机制.方法:根据HCV-H病毒株序列设计、合成HCV NS4B基因序列特异性的引物,以含有HCV-H全基因组cDNA的质粒pBRTM3011作为模板,应用聚合酶链反应(PCR)技术扩增NS4B蛋白编码基因片段,以常规的分子生物学技术将获得的HCV NS4B编码基因片段克隆到TA载体中进行核苷酸序列的测定,构建真核表达载体pcDNA3.1(-)-NS4B.以脂质体转染肝母细胞瘤细胞系HepG2,提取mRNA,逆转录为cDNA,与转染空白表达载体pcDNA3.1(-)的HepG2细胞进行DNA芯片分析.结果:构建的表达载体经过限制性内切酶分析和DNA序列测定,证实准确无误.以单链可变区抗体的Western blot杂交技术证实构建的表达载体转染HepG2细胞之后有NS4B蛋白的表达,提取高质量的mRNA并逆转录成为cDNA,进行DNA芯片技术分析.在1152个基因表达谱的筛选中,发现有22个基因表达水平显著上调,34个基因表达水平显著下调.结论:应用基因表达谱芯片成功筛选了HCV NS4B转染细胞后差异表达基因,为进一步阐明NS4B蛋白致病的分子生物学机制提供依据.
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基因表达谱芯片技术筛选丙型肝炎病毒非结构蛋白3反式调节靶基因
目的:丙型肝炎病毒(HCV)的非结构蛋白3(non-structural protein 3,NS3)是由HCV基因组编码的具有多种功能的蛋白质.NS3蛋白的表达对于HCV感染肝细胞的基因表达谱具有显著影响.为了研究NS3蛋白反式调节的靶基因,我们应用基因芯片技术对于pcDNA3.1(-)和pcDNA3.1(-)-NS3分别转染的HepG2细胞的基因表达谱进行分析.方法:以含有HCV-H全基因组cDNA的质粒pBRTM3011作为模板,应用聚合酶链反应(PCR)技术扩增NS3蛋白编码基因片段,以常规的分子生物学技术构建表达载体pcDNA3.1(-)-NS3.以脂质体技术转染肝母细胞瘤细胞系HepG2,提取总mRNA,逆转录为cDNA,与转染空白表达载体pcDNA3.1(-)的HepG2细胞进行DNA芯片分析并比较.结果:构建的表达载体经过限制性内切酶分析和DNA序列测定,证实准确无误.以单链可变区抗体的Western blot杂交技术证实构建的表达载体转染hepG2细胞之后有NS3蛋白的表达,提取高质量的总mRNA并进行逆转录成为cDNA,进行DNA芯片技术分析.在1 152个基因表达谱的筛选中,发现有34个基因表达水平显著上调,37个基因表达水平显著下调.结论:HCV的NS3蛋白是一种反式激活因子.NS3基因的表达对于肝细胞基因表达谱有显著影响.DNA芯片技术是分析反式激活靶基因的有效技术途径.
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应用表达谱芯片技术筛选NS5ATP9反式调节基因的研究
目的:应用基因表达谱芯片技术研究丙型肝炎病毒非结构蛋白5A反式激活蛋白9(NS5ATP9)的反式调节基因.方法:构建NS5ATP9基因的真核表达载体pcDNA3.1(-)-NS5ATP9,应用基因表达谱芯片技术对pcDNA3.1(-)-NS5ATP9转染的HepG2(人肝母细胞瘤细胞系)细胞和转染空载体pcDNA3.1(-)的相同细胞的差异表达mRNA进行检测和分析.结果:HepG2细胞经转染NS5ATP9后,有16条差异基因表达水平发生显著改变,其中3条基因表达增强,13条基因表达降低.这些差异表达的基因与细胞的增生、分化、凋亡及细胞的信号转导密切相关.结论:应用基因表达谱芯片成功筛选了丙型肝炎病毒NS5ATP9作用HepG2细胞后差异表达基因,为阐明NS5ATP9的作用提供了新的依据.