编辑：郭敏

1.基因芯片的技术原理

基因芯片(gene chip)是生物芯片的一种，又称DNA芯片、DNA微阵列、寡核苷酸阵列。基因芯片的原型是80年代中期提出的，是把成千上万个不同序列的核酸探针分子以点阵的形式固定在芯片表面，然后和经过荧光标记的样品（DNA、RNA或cDNA）进行杂交反应。在杂交后的清洗步骤中，没有和探针结合上的核酸分子将被去除，而结合到探针上的目标核酸分子，其荧光标记在特定波长下会发出荧光信号，信号强度表征了样品中被检测到的目标核酸分子或基因的总量或浓度。借助荧光共聚焦显微镜扫描得到一张各探针点亮度不相同的杂交图谱，利用计算机对杂交信号作分析处理，便可获得样品中基因的分析结果，从而指导与基因有关的一系列研究。

基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法（如图1）。在一块基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探针。当溶液中带有荧光标记的核酸序列TATGCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列。

2.基因芯片的特点及类型

2.1基因芯片的特点

基因芯片作为一种新型技术，在疾病的临床诊断中发挥了重要的作用。特点主要体现在以下几个方面：一是高通量检测，即可一次性同时检测出多种疾病；二是灵敏度高,即在病原体含量较低的感染初期就可被检出；三是特异性强且准确度高，即从基因层面鉴别发病原因；四是自动化程度高，检测效率高。

图1 基因芯片的测序原理图

2.2基因芯片的主要类型

2.2.1根据载体机制不同

分为无机片基和有机片基基因芯片，前者主要有半导体硅片和玻璃片等，其上的探针主要以原位聚合的方法合成；后者主要有特定孔径的硝酸纤维膜和尼龙膜，其上的探针主要是预先合成后通过特殊的微量点样装置或仪器滴加到片基上。 

2.2.2 根据探针合成顺序不同

分为原位合成基因芯片和预先合成后点样的基因芯片，前者通过聚乙二醇或硅烷类化学试剂在不同位点合成不同的探针；后者比较简单，先制备好cDNA或寡核苷酸然后在经特殊处理的玻片、硅片或膜上点样。

2.2.3 根据芯片功能不同

分为基因表达芯片和DNA测序芯片两类。前者可以将克隆到的成千上万个基因特异的探针或其cDNA片段固定在一块DNA芯片上，对来源于不同的个体(正常人与患者)、组织、细胞周期、发育阶段、分化阶段、病变、刺激(包括不同诱导、不同治疗手段)下的细胞内mRNA或反转录后产生的cDNA进行检测，从而对这些基因表达的个体特异性、组织特异性、发育阶段特异性、分化阶段特异性、病变特异性、刺激特异性进行综合的分析和判断，将某个或几个基因与疾病联系起来，极大地确定这些基因的功能，可进一步研究基因与基因间相互作用的关系；后者则是对大量基因进行序列分析。

3.基因芯片在疾病诊断方面的应用

3.1 感染性疾病的诊断

伴随病原微生物基因组计划的逐步完成，利用基因芯片技术诊断病原微生物感染成为其最主要的应用之一。基因芯片技术不仅避免了繁琐而费时的病原微生物培养，而且不需要等到抗体的出现，能够快速对病原微生物进行检测，从而为病原微生物诊断，预防提供了强有力的技术手段。

2003 年 SARS 席卷全球，在确定其病原体为冠状病毒变异体后，Affymetrix 公司迅速研发出诊断该病毒的基因芯片，并大量投入使用。随着基因芯片技术的日渐成熟，各类疾病的诊断芯片相继被推出，这将大大降低疾病的误诊率，提高早期诊断率。基因芯片在感染性疾病诊断上的价值在于,可以对多种乃至全部病原体以及这些病原体的耐药性、变异型等情况，通过一张芯片同时诊断出来。

3.2肿瘤的诊断

肿瘤是由于人体中被抑制表达的原癌基因受到理化因素的诱发而产生。现阶段可通过基因芯片技术对各种导致肿瘤产生的基因进行检测，从而能筛查健康人群中的潜在肿瘤发病基因，以达到早期诊断预防的目的。

Ito 等提取食管活组织的 DNA，使其与一种不依赖 RNA 扩增的超灵敏的 DNA 芯片进行杂交，将该杂交图谱分别与来自正常食管组织 DNA 的杂交图谱和患者食管组织DNA 的杂交图谱进行对比分析，根据是否发出病变的 DNA 信号，诊断待检者是否患有食管癌。

3.3 遗传性疾病的诊断

人体的遗传性状是由基因决定的。当基因有缺陷而影响其行使正常功能时，就会引起遗传病。基因芯片是遗传病的分子诊断的最佳手段，对疾病的早期诊断甚至产前诊断具有重要意义。通过制作基因芯片，对遗传病家谱进行研究，将某一遗传病和基因的一种或多种多态性联系在一起，从而对遗传性疾病进行诊断。

基因芯片用于产前遗传性疾病诊断，可同时检测数百种疾病，抽取少量羊水检测即可判别胎儿是否患有遗传性疾病，从而确保优生优育。

3.4免疫性疾病的诊断

免疫性疾病是自身免疫系统紊乱所导致的一种疾病，其对机体的危害十分巨大，且由于其属于自身免疫亢奋导致的疾病，非常难以治疗。现阶段人们正尝试使用基因芯片技术定位导致免疫性疾病的相关基因，以便对免疫性疾病进行深层次的研究。

自身免疫性疾病发病过程中涉及的细胞因子、趋化因子、细胞表面分子、信号传导与转录分子、受体及粘附分子，基因芯片可以同时检测与疾病相关的所有基因表达，研究表达异常的基因的功能，揭示上调和下调的基因，在自身免疫性疾病的病因研究和疾病治疗中发挥巨大作用。

3.5 心血管疾病的诊断

目前心血管疾病已成为人类健康的第一大杀手，基因芯片技术在心血管疾病中的研究可以同时快速地分析大量的基因信息，方便心血管疾病的检测，在探索心血管疾病的确切分子机制、发现与心血管疾病相关的新生物标志物以及在心血管疾病诊断和治疗等方面都具有重要的价值。

例如选择原发性高血压病人及对照者，采用基因芯片技术检测ACEI/D、NPRC-55、eNOS298基因多态性，并比较其基因型及等位基因频率，发现ACEI/D基因可能是原发性高血压的易感基因，NPRC-55和eNOS298基因与原发性高血压不具有相关性。

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