基因芯片技术在药物筛选中的应用

摘自中华基因网基因芯片技术在药物筛选中的应用1.中医药药物筛选的研究现状中医药源远流长，它的疗效通过长期的临床实践得到国内的肯定。但在国际社会上没有获得公众的普遍认同和接受，在国际市场的开拓和竞争方面缺乏实力，无法与西药抗衡。当前存在的主要问题是，在中药作用机理方面无法用现代医学知识作为其理论基础,缺乏一个可以量化的现代生物学指标，如在蛋白质水平和基因表达水平方面的量化指标等。缺乏现代应用基础理论已成为目前中药产业最大的瓶颈之一。如何分离和鉴定中药的有效成份是目前中药产业的第二个瓶颈。中药是各种成分的混合制剂，其有效成分定量不明确、个体反应差异较大、缺乏现代医学科学理论支持，在市场推广方面受到限制。传统的整体动物试验和离体器官试验虽然能够筛选其有效组分，但是如果要大规模筛选，工作量十分庞大，几乎没有人或单位敢于涉足中药筛选的领域，如果国外的跨国制药企业采用高通量筛选技术对中国中医药宝库进行大规模的筛选研究，并申请、获得相应的专利等保护权益，这将意味着，中国宝贵的医药宝库被国外的公司掌握。同样，传统的西药开发的研究方法也遇到两个障碍：可选择的靶分子数量有限；需要对生理过程有了较详细的了解才能将药物与靶分子联系起来。一个好的药物可以强烈影响某一特殊的生物途径，而对其他途径有最小的影响。在新药研究过程中最大的障碍在于确立药物作用的预期靶分子（通常是蛋白）及副作用（不希望的靶分子）。传统的药物研究方法通常有两种方法，1.生化方法，从病理生理的生化途径开始，如找出在生化过程中的受体或限速的酶，用结构不同的小分子处理纯化的受体或酶（靶分子），观察小分子对靶分子的影响，进一步优化小分子，以提高有用的作用，避免副作用。生化方法结合分子生物学方法，如基因工程和点突变等方法，很多时候难以获得组织样品，或很难从中分离蛋白，而用人的蛋白作为研究的材料比用动物替代品更好，因为个别氨基酸的不同可能会导致药物失效；而且有的蛋白很难或很危险从自然条件下分离，如HIV中的蛋白酶在病毒颗粒中仅存在几分钟，需从大量的病毒中分离这种致死病原，因此，用克隆基因进行体外表达纯化将是很好的方法。点突变的方法可以证明有关药物靶分子的相互作用的假设，用以指导医药工业。2.基因芯片技术是解决瓶颈的有用手段解决药物研究瓶颈问题的关键在于开发一种全新的技术，能够用以大规模地研究药物的作用机理。这种技术的特点必须是：能够大规模地筛选、通用性强，适用范围广，不局限于一种或一类药物；能够在药物和基因之间架起一座桥梁；能够从基因水平解释药物的作用机理。它不仅能为药物的应用奠定坚实的理论基础，而且该方法的结果又能为药物的进一步开发和设计提供理论指导。利用基因芯片技术首先可以了解正常组织和疾病组织基因表达谱的变化，并与组织学和生化变化联系起来，因为基因表达的增加或降低可能是病理生理学的原因或结果，引起疾病的多个基因产物可以都作为药物作用的目标，从而使表达异常的基因恢复正常表达，使减轻或消失。基因芯片药物筛选指通过用药前后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。可以在两个层次进行：培养的人细胞（细胞水平）和动物模型（整体水平）。细胞培养容易操作，但不能完全等同体内的条件；动物模型可以进行活体研究，但需仔细研究动物和人类疾病的关系，因为基因序列和功能在种间并不严格保守。但不管怎样，动物模型与细胞水平的表达谱可以相互参照和比较，尽量准确地反映药物对基因表达的影响。关于药物筛选方面的工作目前刚刚起步，报道的文献很少，只是在多数文献中提到有这方面应用,具有很大的潜在应用价值，目前美国很多制药公司已开始前期工作，即正在建立表达谱数据库，从而为药物筛选提供各种靶基因及分析手段。3.药物筛选研究内容简介可采用的研究方法有离体方法（即细胞培养法）和活体方法（即用大白鼠作为实验材料）。其技术路线如下：基因微矩阵芯片技术总流程图实验方案1、基因的选择与实验设计根据表达谱数据库选择5000-10000个与发育及疾病相关的基因，制备药物筛选芯片2、芯片的制备3、细胞的培养与药物刺激根据目的药物及表达谱芯片数据库种细胞表达谱选择适当的细胞系，用适当计量的药物加入细胞培养液中，不同的时间取样，抽提刺激前后的mRNA.4、大白鼠饲养与药物刺激用常规方法饲养大白鼠，用适当计量的药物喂养大白鼠，不同的时间取大白鼠的适当器官（根据所筛选的药物而定），抽提刺激前后的mRNA5、刺激前后的mRNA的制备即标记6、芯片杂交及扫描7、数据分析及生物信息学分析用表达谱数据库及配套软件分析受药物诱导的基因，针对这些基因的功能确定药物的疗效。