1、 分子生物學在醫學檢驗中的臨床應用及前景班級：2013級科碩6班專業：臨床檢驗診斷學：世濤學號：24評分：導師簽名： 分子生物學是一門正在蓬勃發展的學科，新技術和應用條件的不斷出現，為檢驗醫學的發展提供了嶄新的時代并提供新的機遇和挑戰。 分子生物學是以核酸、蛋白質等生物大分子為研究對象的學科，分子生物學技術即建立在核酸生化基礎上的一類研究手段，現已廣泛應用于醫學檢驗中，同時也逐漸滲入數理科學、結構基因組學、功能基因組學和環境基因組學，研究容也從DNA鑒定、擴展到核酸及表達產物分析，技術不斷進步為微生物檢驗、腫瘤診斷及評估、遺傳病診斷、兔疫系統疾病診斷提供重要依據和創新思路。在結構基因組學、功能

2、基因組學和環境基因組學蓬勃發展形勢下，分子診斷學技術將會取得突破性進展。一利用分子生物學技術檢測樣品中核酸水平PCR1技術是目前應用較廣泛和成熟的臨床檢測方法，在法醫學、常見傳染病、性病、寄生蟲和優生優育等領域有很高的應用價值，尤其對肝炎病毒的早期診斷。1核酸分子雜交技術和基因芯片技術核酸分子雜交技術也稱為基因探針技術，利用核酸的變性、復性和堿基互補配對的原理，用已知的探針序列檢測樣本中是否含有與之配對的核苷酸序列的技術，是印跡雜交、基因芯片等技術的基礎。目前基因芯片技術可廣泛應用在腫瘤基因表達譜差異研究、基因突變、基因測序、基因多態性分析、微生物篩選鑒定、遺傳病產前診斷等方面。另外，現已獲得

3、一些微生物的全基因序列，包括百余種病毒，多種細菌(流感嗜血桿菌、產甲烷球菌及實驗室常用的大腸桿菌等)和一些酵母等。因此，將一種或多種病原微生物的全部或部分特異的保守序列集成在一塊基因芯片上，可快速、簡便地檢測出病原體，判斷侵入機體引起感染性疾病的病原微生物(病毒、細菌或寄生蟲等)，從而對疾病作出診斷及鑒別診斷。 2單核苷酸多態性分析(SNP)技術在人群中，個體基因的核苷酸序列存在差異性，稱為基因多態性?；蚨鄳B性位點普遍存在于人的基因組中。如果在某個家庭中，某一致病基因與特定的多態性片段緊密連鎖，就可以用這一多態性片段作為一種”遺傳標記”來判斷家庭成員或胎兒是否攜帶有致病基因。目前認為基因多態

4、性是個體的”，因此，基因多態性分析技術已經廣泛應用于群體遺傳學研究、疾病連鎖分析和關聯分析、疾病遺傳機制研究、腫瘤易感性研究、個性化用藥等諸多方面。單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism，SNP)分析技術為臨床檢測提供了依據。SNP是一種最常見的遺傳變異，在人類DNA多態性中，SNP約占90。SNP是指在基因組特定核苷酸位置上存在兩種不同的堿基。SNP與RFLP和STR等DNA標記的主要不同在于：它不再以”長度”的差異作為檢測手段，而是直接以序列的差異作為標記。由于SNP是二態的，易于自動化批量檢測，易于計算機分析結果，因此SNP檢測已廣泛地應用于疾病的連

5、鎖分析及關聯分析、腫瘤的雜合性缺失研究、疾病遺傳機制研究、個性化用藥研究等諸多領域。盡管SNP檢測在搜尋疾病基因方面有潛在的價值，但實際應用中卻比人們想象的要難得多，它需要花費大量的時間進行篩查，才能建立可靠的SNP分析圖譜。3microRNA是潛在的臨床診斷工具microRNAs(miRNAs)是一類分布廣泛的小的非編碼蛋白質的RNAs，其功能是負調控基因表達。在正常組織中，miRNA轉錄，加工，結合到靶mRNA的互補位點，通過抑制蛋白翻譯或是改變mRNA的穩定性來抑制基因表達，維持細胞生長、增殖、分化和死亡的正常進行。不同miRNA的分布有組織特異性，因此在生理和病理條件下，miRNA的表

6、達水平存在差異。成熟miRNA水平下降可能是由于miRNA生物合成的任何步驟的缺陷造成的，而這最終將導致不適當的miRNA的靶蛋白的表達。最后的結果可能導致過度增殖、侵入、凋亡的減少、不能正常分化或者去分化，引起腫瘤的形成。最近的證據表明，miRNA突變或者異位表達與多種人類癌癥相關，miRNAs可以起到腫瘤抑制基因或者癌基因的功能。目前已知的miRNA中，大約50 在基因組上定位于與腫瘤相關的脆性位點，這說明miRNAs在腫瘤發生過程中起了至關重要的作用。例如，mir-125b一1，線蟲lin一4的同源基因，在染色體的1lq24脆性位點，在很多乳腺癌、肺癌、卵巢癌、子宮癌病人中有缺失。若能確

7、定多種腫瘤的miRNA表達譜特征庫，可以幫助診斷和治療腫瘤。由于miRNAs可以從福爾馬林固定的石蠟包埋的樣品中分離出來，這使得miRNA表達譜特征庫建立成為可能。在此基礎上，用特定的miRNAs表達差異圖譜，還可以用于預測病人的預后。另外從治療的角度，miRNA表達譜可能為臨床上確定一個治療方案提供一個強有力的工具。二、蛋白組學技術在臨床檢驗中的應用隨著生物體全基因組序列的解析，特別是人類基因組序列草圖的完成，基因組學研究重點不可避免地從結構基因組學轉向功能基因組學，因此在上世紀90年代中期，蛋白質組學正研究成為基礎研究的重要支柱。蛋白組學是在基因組學之后又一組學，其發展之迅速，是由于其能夠

8、較為全面的考察蛋白層面的表達情況，有利于獲得各種蛋白、多肽因子等信息 從而對相關機制進行更深入的研究2。蛋白質組學研究的是在不同時間和空間發揮功能的特定蛋白質群體，從而揭示和說明生命活動的基本規律。與基因組相比蛋白質組具有多樣性和可變性，雖然可以通過PCR、基因芯片等方法顯示生物體的基因水平，但mRNA水平(包括mRNA的種類和含量)并不能完全反映出蛋白質的表達。由此可見，對一個機體而言，基因的數目是恒定的，而蛋白質的種類和數目在生理和病理等不同條件下，其表達也不同。若能獲得與某種疾病相關的蛋白水平的差異表達信息，將為臨床診斷、治療和預后提供有力依據。1蛋白質芯片技術蛋白質芯片技術是近年來蛋白

9、質組學研究中興起的一種新的方法，它類似于基因芯片，是將蛋白質點到固相物質上，然后與要檢測的組織或細胞等進行”雜交”，再通過自動化儀器分析得出結果。這里所指的”雜交”是指蛋白與蛋白之間如(抗體與抗原)在空間構象上能特異性的相互識別。例如免疫芯片，是一種特殊的蛋白質芯片，它在臨床分子診斷學有著明顯的發展潛力，如腫瘤標志的檢測、不同激素的測定，自身免疫性疾病中多種自身抗體或抗原的檢測和超敏反應中多種過敏原的篩查等。2液體芯片飛行時間質譜技術在臨床檢測中的應用根據探針標記和色譜分析的原理，液體芯片飛行時間質譜主要由兩部分組成：磁珠部分即液體芯片部分；飛行時間質譜儀部分，用于獲取磁珠捕獲的蛋白質質量和含

10、量，根據不同質荷比的蛋白質在長度一定的真空管中飛行所需時間不同，被測定的蛋白質以一系列波鋒的形式出現，并由此繪制出待測蛋白的質譜圖，可發現各樣本間的蛋白質表達和含量的異同。 液體芯片一飛行時間質譜技術利用磁珠俘獲腫瘤患者與健康對照體液中低豐度特異蛋白或多肽，經飛行時間質譜測定和軟件分析，建立由兩者差異表達蛋白或多肽組成的質譜圖模型，用于預測未知樣品的歸屬。液體芯片飛行時間質譜技術主要用于從復雜體液如血清、血漿、尿液、唾液或腦脊液、組織裂解液、細胞培養上清液中發現潛在的生物標志物。一方面，該技術能夠在生物液體中檢測指示特異疾病的生物標志物模式或生物標志物譜，另一方面，該技術還可以鑒定單個的生物標

11、志物候選物。在哈佛大學女子醫院、紐約斯隆-凱特琳癌癥研究所、麻省總醫院、貝勒醫學院等世界一流醫院和醫學研究所中，該技術已廣泛應用于卵巢癌、前列腺癌、乳腺癌、腦膠質瘤、頭頸鱗癌、膀胱癌等的早期診斷研究中。應用該技術可協助診斷多種遺傳性代紊亂疾病，如各種氨基酸代失常血癥，包括胱氨酸尿癥、瓜氨酸血癥、酪氨酸血癥、超苯丙氨酸血癥、精氨酸缺乏癥、精氨琥珀酸尿癥和各種超甲硫氨酸血癥；短鏈核長鏈?；o酶A脫氫酶缺乏癥、異戊酸血癥、丙酸血癥、甲基丙二酸血癥、戊二酸血癥和其他各種有機酸代失常疾病等。由于液體芯片飛行時間質譜技術具有準確度高、快速、高通量、靈敏度高、重復性好、分辨率高、檢測費用低等特點，是極具潛力

12、的臨床腫瘤早期診斷工具。三分子生物芯片技術在醫學檢驗中的應用隨著人類基因組計劃(HGP)的完成，蛋白質組計劃也已經啟動，基因序列數據、蛋白序列和功能數據以驚人的速度增長，而傳統的生物技術已經不能滿足數據倍增的要求，生命科學需要更快捷、更準確的自動化的生物技術，而生物芯片在這種情況下應運而生。生物芯片(biochip)的概念雖源于計算機芯片但不同于計算機芯片。狹義的生物芯片即微陣列芯片，主要包括cDNA微陣列、寡核昔酸微陣列、蛋白質微陣列和小分子化合物微陣列。分析的基本單位是在一定尺寸的基片(如硅片、玻璃、塑料等)表面以點陣方式固定的一系列可尋找的識別分子，點陣中每一個點都可視為一個傳感器的探頭

13、。芯片表面固定的分子在一定的條件下與被檢測物進行反應，其結果利用化學熒光法、酶標法、同位素法或電化學法顯示，再用掃描儀等儀器記錄，最后通過專門的計算機軟件進行分析。而廣義的生物芯片是指能對生物成分或生物分子進行快速并行處理和分析的厘米見方的固體薄型器件。生物芯片技術是融微電子學、生物學、物理學、化學、計算機科學為一體的高度交叉的新技術，具有重大的基礎研究價值，又具有明顯的產業化前景。經過十多年發展，生物芯片技術已日臻完善，其應用前景非常廣闊，因其具有技術操作簡易、自動化程度高、檢測目的分子數量多、高通量等特點，為“基因組計劃”時期基因功能的研究及科學及醫學診斷學的發展提供了強有力的工具。在臨床

14、檢驗醫學方面，生物芯片技術已經被應用于病毒、細茵的檢測自身兔疫性疾病的兔疫標志物的檢測。遺傳性疾病的檢測及腫瘤免疫標志物的單一檢測及其聯檢等方面。甘志遠等3通過呼吸道斑點試驗芯片法檢測呼吸道病毒抗體具有簡便快速、靈敏度和特異度高等優點，是臨床呼吸道病毒感染輔助診斷的有效方法。值得推廣使用生物芯片具有操作簡單、信息量大、節約試劑、減少誤差、診斷快速的特點。在臨床診斷、科學研究和流行病學篩選中具有廣泛的應用前景，它的的誕生也為人們提供了一種高通量、高效率的腫瘤學研究手段4-6。五分子生物納米技術在醫學檢驗中的應用1. 納米科學技術是20世紀末期剛剛誕生并正在崛起的新科技。通過直接操縱和安排原子、分

15、子創制新物質，納米技術與醫學相結合，促進了基礎醫學研究技術的完善、臨床診斷技術的革新及治療水平的提高7。通過應用納米技術，在DNA檢測時，檢測方法更加簡便、快速、準確。美國NASA Ames Center for Nanote Chnology與中南大學衛生部納米生物技術重點實驗室合作，將碳納米管用于基因芯片，樣本需要量低于1000個NDA分子（傳統DNA檢測的樣本需要量超過106個DNA分子）； 需要的樣品量更少，可免去傳統的PcR擴增步驟；結果可靠、重復性好、操作簡單、易實現檢測自動化8。免疫分析加上磁性修飾已成功地用于各種生物活性物質和異生質，如藥物、致癌物等的檢測。將特異性抗體或抗原固

16、定到納米磁球表面，并以酶、放射性同位素 熒光染料或化學發光物質為基礎所產生的檢測與傳統微量滴定板技術相比具有簡單、快速和靈敏的特點?；裘揽〉?利用抗體偶聯的靶向磁性納米顆粒，同時具有可在病毒感染的細胞周圍特異性富集和磁顆粒可在交變磁場下感應升溫的雙重功能，將其作為磁感應熱療的靶向介質，有望研制出病毒感染性疾病磁感應熱療的靶向介質。為尋求一條快速診斷EV71病毒感染的新方法，納米細胞分離技術的出現有助于解決生物醫學中快速獲取細胞標本的難題。應用納米免疫磁珠檢測早期肺癌患者循環血液中的腫瘤細胞，可監測肺癌的轉移情況。2. 六分子生物學技術在臨床檢測應用中的問題疾病的發生是由于人體受外因素的影響，導

17、致機體細胞、組織或器官功能紊亂，歸根到底是核酸、蛋白等分子水平表達異常，由此可見，利用分子生物學技術進行臨床檢測是協助臨床診斷和治療的必不可少的工具。但由于分子生物學技術不僅對臨床樣品的處理有較高要求，而且對檢測人員的技術水平也有要求，這就涉及到從標本收集、處理、檢測和分析等多個環節的系統化和規化，為此，我國已制定了臨床實驗室定量測定室質量控制指南。利用分子生物學技術進行臨床監測，在某些情況下可能存在一定困難，例如與核酸相比，蛋白和多肽作為生物標志的一個優勢是它們能夠很容易的在血液、尿液和其他生物體液中找到。這些類型的樣品很容易獲得，并代表了含有豐富的具有潛在信息的生物學信息分子。但從研究手段

18、方面來說，蛋白質研究技術比核酸技術相對要復雜和困難，不僅氨基酸殘基數量多于核甘酸殘基，而且在蛋白質組研究中沒有一種方法象PCR那樣能迅速擴增目的片段，這樣對于豐度低但功能重要的蛋白質很難進行大規模的研究。miRNA雖然是新興的研究領域，但它們與疾病的相關性日益受到人們的重視，相信隨著基礎研究對miRNA不斷深入的認識，miRNA必將成為臨床檢測中的手段之一。七參考文獻1 王海英.分子生物學技術在醫學檢驗中的應用發展J.當代醫學2011,17（6）16.2 解福生，歡.蛋白組學在心血管方面的研究進展 .醫學信息(中旬刊), 2011,8,3812-3813.3 甘志遠，顏云盈，朱心智.生物芯片在嬰幼兒呼吸道病原體感染診斷中的應用J.科,2011,6(3):215-216.4 王新允，袁玲，海燕等.肺癌中FHIT蛋白表達細胞芯片的研究J.中國肺癌雜志,2009,12(