基因芯片技术在心血管疾病中的应用

基因芯片应用主要包括基因表达检测、基因突变和基因组多态性分析、基因文库作图以及杂交测序等方面，另外，基因芯片在新基因发现、药物基因组图、中药物种鉴定、DNA计算机研究等方面也有巨大应用价值。由于其高效、快速的特点，基因芯片在肿瘤发生的分子生物学方面也有许多发现，如急性白血病、黑色素瘤等疾病，DeRisi等发现人类黑色素瘤的致瘤性可用被导入的正常人6号染色体抑制。他们应用微阵列方法发现在900多种相关基因中，有1．7%的基因表达下调，7%基因表达上调。其他如卵巢上皮细胞瘤、乳腺癌等也有相关的基因谱研究报道。

动脉粥样硬化及高血压是心血管疾病中最常见的类型，基因芯片技术对研究其基因及遗传学改变有很大帮助。Monti等利用有12　000个基因和EST（expressed　sequence tags）寡核苷酸微阵列，对缓激肽B2受体缺乏的小鼠行心血管和血压相关的表型研究，确定了2个与心血管调节和缓激肽通路有关的基因组，并发现小鼠的肾脏水转运通道APQ4下调。不稳定粥样硬化性病变通常有大量炎性细胞浸润，包括激活的T细胞、巨噬细胞和肥大细胞，这些细胞可降低斑块的稳定性。据Haley等报道，应用微阵列技术考察血管炎性浸润，可发现eotaxin和CCR3（eotaxin受体）在人动脉硬化标本中高表达，而eotaxin在血管炎性浸润中可能起重要作用。动脉粥样硬化病损中包含有大量胆固醇的巨噬细胞，随后的泡沫样变与动脉硬化进展有关。Shiffman等对有胆固醇负荷的巨噬细胞做了大规模基因表达分析，在一定程度上确定了血管壁巨噬细胞生长、存活、迁移、炎性反应和基质重塑形等有关的抑制的分子机制。

腹主动脉瘤（AAA）一些散在基因表达已有报道，但缺乏AAA分子改变的基因谱。直到最近，Tung等将4对AAA和正常主动脉（normal　aorta，NA）样本用阵列特异的P32核素标记，与点有1　176个cDNA克隆的尼龙膜杂交，结果发现145个（12．3%）基因在主动脉中连续表达。胸腺素β4（thymosin　beta－4）在AAA和正常主动脉均高度表达，而其他44个基因在二者表达不同。密度测量分析（densitometric　analysis）证实AAA与NA这些基因产物有20个差异表达。上调表达最明显的有髓样细胞核分化抗原（myeloid cell　nuclear　differentiation　antigen），达31倍，鳟精蛋白H（cathepsin　H）30倍，血小板衍化生长因子（PDGF）23倍，载脂蛋白E（apolipoprotein　E）13倍，凝胶酶／基质金属蛋白酶－9（gelatinase　B／MMP－9）12倍，IL－8为11倍。AAA中仅有的下调表达是肌球蛋白轻链激酶（myosin　light　chain　kinase）和β－1整合素（β－1integrin）。AAA组织基因表达显示出慢性炎症、细胞外基质（ECM）降解动脉硬化以及平滑肌细胞缺失的特点。为了考察AAA外膜血管生成的分子信息，Tilson等应用Atlas微阵列膜（Clontech公司）比较由1例来源于AAA主动脉和来源于正常皮肤的成纤维细胞，发现AAA中最明显上调的mRNA为单核细胞趋化激活因子（MCAF）、单核细胞衍化的中性粒趋化因子（MDNCF）、EGR－1、血管内皮生长因子（VEGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）－7、Mal蛋白、Mac　Marcks、转运素（transducin）、IL－9受体和肿瘤坏死因子（TNF）。MCAF和MDNCF上调表明成纤维细胞在促进导致AAA发生的炎性反应中起重要作用。

微阵列技术在考察外力对心血管细胞影响方面具备高效、快速的特点。血管平滑肌细胞（VSMC）在心血管疾病的发生中起重要作用，动脉壁细胞可以感受机械刺激并调节细胞外基质结构。Lee等考察利用精确控制的机械应力对VSMC合成蛋白多糖（proteoglycans）的影响，发现机械应力增加versican的mRNA表达为3．2倍，biglycan　2．0倍，perlecan　2．0倍，而decorin　mRNA水平降为对照的1／3。应用DNA微阵列以及Northern印迹法均发现VSMC有关的TSG6蛋白的mRNA水平上升，说明机械应力促进VSMC合成蛋白多糖以及VSMC自身聚集，因而表明细胞外基质（ECM）对生物机械刺激存在高度协调的反应。McCormick等报道在剪切力［2．5Pa（25dyn／cm2），维持6h或24h］作用下，应用微阵列筛选原代人脐静脉内皮细胞（HUVEC）mRNA表达，发现52个显著改变的基因，32个基因有2倍以上的上调改变，观测到的结果提示了HUVEC在剪切力作用下增加一氧化氮（NO）产物的几种可能机制。日本学者Murakami等使用包含35　000个基因的高密度寡核苷酸阵列，对肿瘤坏死因子α（TNF－α）刺激下HUVEC的基因表达谱作了研究。结果发现TNF－α刺激大量诱导信号传导、白细胞黏附和趋化作用等方面的基因表达。胞间黏连分子－1（ICAM－1）、TNF－α受体相关因子（TRAF1）、Bcl3、IL－8、fractalkaine、E－选择素、淋巴毒素（lymphotoxin）和细胞黏附分子－1（VCAM－1）等mRNA显著升高。另有18个未知基因或EST也有明显变化。对这些基因的进一步分析可以提供TNF－α在血管内皮细胞中信号转导和功能的重要信息。

心血管疾病的发生与基因变化的关系十分密切，心脏和血管的病变常互相伴随，芯片技术为全面考察心血管疾病的遗传改变提供了便利条件。Barrans等用10　304个来自数个人心脏和动脉文库的cDNA和EST构建基因芯片（cardio　chip），以Cy3－、Cy5－标记探针发现38个转录产物有至少2倍的差异表达，因此作者期望通过这种迄今数目最大的心血管cDNA芯片对复杂心血管疾病的遗传学分子肖像加以描述。

新内膜增生（IH）是心血管疾病外科和介入治疗失败的重要因素，涉及IH的相关因子较多，DNA芯片为研究IH提供快捷便利的条件。Zohlnhofer等对血管再狭窄患者动脉粥样硬化和血细胞标本的2　435个基因表达进行研究，发现在223个差异表达的基因中，37个基因与新内膜平滑肌细胞（SMC）中干扰素γ（IFN－γ）信号转导有关，而在培养的SMC中，IFN－γ抑制细胞凋亡，提示IFN－γ在新内膜增生中起重要作用。