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DNA微阵列技术在癌症机制研究中的应用
在多年的癌症疾病研究中,科学家和医学工作者们认识到,癌症并不只是某一种疾病,在它的背后,隐藏着形形色色,变化多端的种类,有几百种这样的癌症存在着。它们为什么一直难以攻克呢?其主要的原因是由于每一种癌症都有自己的特点,一种药物并不能对各个不同组织的癌症都能产生疗效,有些能抑制住肿瘤细胞,但有些却毫无作用,甚至在病症上相同的癌症,也无法用一种药物达到治疗的目的。现在,有一种新的技术可以帮助我们区分这些癌症,并加以定义,而且还能帮助我们寻找新的治疗药物。
这项技术就是DNA微阵列――将成千上万种基因的DNA片段有组织的点在固相片基上,将这种芯片作为探针,去检测不同组织和不同细胞的基因表达情况。(Science, 15 Oct.1999)研究者们认为,这些微阵列可以提供大量的遗传变化信息。美国国家人类基因组研究院的保罗麦尔兹博士说:"我们一直习惯于一次研究一个基因,可一旦这项工作(微阵列技术)开始了,你不必再那样做了,一切都完全变了。"用微阵列技术研究癌症的倡导者,美国国家癌症研究院主任理查得克罗森曾说"这代表着一种新型的数据"。
微阵列技术已经将我们带进了癌症的内部世界。就在过去的几个月中,一些实验室的研究者们就已经用这种技术鉴定了一些癌症的特定亚型,包括白血病、淋巴瘤、危险的恶性皮肤癌以及乳腺癌。他们从中可以了解目前的治疗方法对哪些癌症是有效的,哪些是没有作用的。NCI的露易斯斯图特预测说:"3到4年后,癌症医学的教科书就需要重新编写了。"这些研究使科学家们关注那些对癌症的发展、维持、扩散有重要影响的基因,和那些可能的靶药物。
麻省理工学院基因组研究中心的一个研究小组曾经宣称,用基因表达谱将癌症进行分类的设想是完全可以实现的(Science,1999)。他们于是开始比较急性髓性白血病(AML)和急性淋巴性白血病(ALL)的基因表达谱。这两种白血病在临床的标准病理检测中难以区分。研究人员从38位ALL和AML患者的骨髓细胞中抽提了mRNA,用生物素进行标记,分别与带有6800个人的基因的芯片(由Affymetrix提供)进行杂交,来检测基因的表达情况。经过计算,挑选出了50个差异表达的基因。这些基因的挑选是依据数学方法。研究小组的领导人Golub说,因为我们开始无法预料哪些基因能提供更多的信息。这个结果表明他们已经可以用这些基因表达谱来区分38个患者中哪些是AML,哪些是ALL。对另一组36个患者也能做出同样的区分。尽管专家们早就知道AML和ALL是两种白血病,"但从表达水平上做出解释仍然是十分必要的。"Jeff Trent说。
从那以后,研究者们纷纷开始用基因表达谱来揭示一些未知的癌症类型。Staudt的研究小组就开展了许多这样的工作。他们与斯坦福大学医学院的Patrick Brown和David Botstein小组合作,研究大面积扩散的B细胞淋巴瘤。这是一种非霍吉金氏病,在美国每年有一万五千多人的发病率,而且临床上变易大,只有40%的患者可以被治愈,60%的患者会死亡。微阵列技术的分析也许可以帮助我们找到答案。
第一阶段的工作成果发表在了Nature上。研究人员制作了一种他们称为"Lymphochip"的芯片,上面排列有18,000个基因,大多数基因在正常和恶性淋巴细胞中都表达。然后,他们从40位患者的组织中分离了mRNA,用荧光标记cDNA,与"Lymphochip"杂交。Staudt说:"我们发现40位患者的基因表达有很大的差异,尽管他们都经过了相同的临床诊断。"
根据计算机分析的基因表达谱结果,可以将40位患者分成两组,一组患者中,发生免疫应答的脾脏和淋巴结的B细胞特征性的表达了一类基因;而另一组患者中,这些基因却没有表达,但在受到抗原刺激后发生分裂的血液中的B细胞表达了另外一类基因。"由此,"Stault说道,"我们认为这些患者得的是两种不同的疾病。"的确,这两组患者的临床检测结果也有所不同,脾-淋巴结B细胞谱的情况要好一些,经诊断后有75%的患者多活了5年,而另一组恰恰相反。
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