基因芯片技术及其产前应用进展.pdf

基因芯片技术是一种将成千上万个生物分子探针排列在固体基质上的二维阵列，利用高通量、小型化、多通道和并行处理实验方法对生物物质进行检测的技术。这一技术的提出最早可追溯至1983年，而其工业化始于1995年，由斯坦福大学研究团队开发，并催生了Affymetrix、Agilent、Arrayit、Illumina等公司。 基因芯片技术的核心原理是基于DNA双链之间的特异性杂交。互补的碱基对通过氢键结合，形成稳定的双链结构。在芯片上，通过洗脱步骤去除非特异性结合的序列，仅保留与探针强结合的DNA链。标记有荧光的靶序列在激光激发下发出荧光信号，信号的强弱反映了靶DNA的相对丰度。 基因芯片技术的发展历程中，第一张用于分析DNA表达谱的芯片出现在1987年，用于研究干扰素调控的基因表达。早期基因芯片是将cDNA固定在滤纸上，而小型化和完整真核细胞基因组芯片分别于1995年和1997年被报道。目前，基因芯片已成为疾病病因学、产前和产后诊断等领域的重要工具。 基因芯片的种类繁多，包括DNA芯片、蛋白芯片、肽芯片、组织芯片、细胞芯片、化学物质芯片、抗体芯片、糖芯片、表型芯片和反向蛋白芯片等。DNA芯片可用于检测DNA表达水平的变化、单核苷酸多态性(SNP)、基因型或靶向重复测序。 基因芯片的制作方法主要有原位合成法和直接点样法。原位合成法适用于寡核苷酸探针，可实现高通量，探针密度高，覆盖率高，但缺点是探针长度较短。直接点样法则适用于大片段探针设计，点样方式可分为接触式点样和非接触式点样（喷墨打印），成本较高，适用于探针数量多且相同或者长链DNA探针的芯片制作。 根据探针需求、制备要求、研究经费和需要解决的科学问题类型，基因芯片的探针设计会有所不同。探针数量可从10个到数百万个不等。基因芯片可以分为SNP芯片、CNV芯片以及SNP+CNV芯片。SNP芯片利用单核苷酸多态性制作探针，能特异性检测杂合性缺失和单亲二倍体，但对无SNP位点区域的检测无能为力。CNV芯片则利用拷贝数变异探针，与细胞遗传学改变紧密相关，因此在研究染色体畸变方面有特别的应用价值。 基因芯片技术在产前诊断领域中的应用主要集中在对染色体畸变的检测上，例如唐氏综合征等。利用这些技术，可以在胎儿发育早期检测出一些遗传性疾病和异常，从而为临床决策提供科学依据。随着技术的不断进步，基因芯片在产前诊断中的潜在应用价值将会进一步提升。