99年Gulop等人在SCIENCE第10期上发表了一编文章,文中详细阐述了将基因芯片技术应用于血液病分型,具有快速、简便和高特异性等优点。他们设计出的DNA芯片成功地自动分析出AML和ALL两种急性白血病,为人类的肿瘤疾病分型及早期诊断奠定了基础。肿瘤分型技术的发展将会大大加强临床治疗癌症的特异性和有效性。解决临床上肿瘤治疗中存在的一些问题,例如治疗的非特异性,治疗的副作用大等。
白血病的分型在实验室经历了几十年的变化发展,最初分型是基于形态学指标,而白血病的许多亚型和淋巴瘤的形态学非常相似,而且有相似的临床症状,但需采用不同的治疗方法;然后发展的分类方法是化学方法,特异性仍较差;随后推出的分型方法有细胞学分型、化学染色分型、免疫学分型和遗传学分型,每一种实验方法都需要独立的、高度专业化的实验室。最近研究者发现急性白血病的许多亚型和一些特殊染色体的易位有关,患有AML的病人中有25%的病人t染色体易位,而ALL病人中有15%t染色体易位。如果解决了急性白血病分型的特异性的难题,就找到了临床AML和ALL两种白血病治疗成功的关键。
Gulop等人选择白血病作为研究实例是因为急性白血病的临床症状复杂,临床诊断和临床治疗有相当的难度。他们认为肿瘤分型面临两大难题:肿瘤亚型的发现和分类,即找出人类未知的肿瘤亚型和将一些特殊的病例归入到人类已发现的肿瘤类型中。Gulop等人研制出一个系统的可自动分类的检测技术-DNA矩阵,将其应用于白血病的分型。在这个DNA矩阵上点有6817个人类基因,采用来自38个病人的骨髓样本,抽提RNA并经过分离、纯化、标记,根据碱基配对的原则进行杂交反应,通过图象矩阵扫描检测基因表达图谱和AML及ALL的相关性。应用Gulop等人建立的neighborhood analysis分析方法分析,发现6817个人类基因中有大约 1100个基因与AML及ALL相关,测定后得到大量相关检测数据,包括形态学、免疫学、细胞学等各种指标,从而可建立一个AML和ALL的数据库,通过对数据的分析,可在临床诊断上预先排除相关组织基因表达的干扰。
实际检测中是将病人的样本和DNA矩阵杂交,数据结果通过计算机的分析,将其分类到AML和ALL中,Gulop等人通过对众多样本的测定,确定了一个AML和ALL的平均表达水平定义为uAML和uALL,检测样本的水平是否接近uAML和uALL,用“neighborhood analysis”相邻分析方法分析他们的相关性及相关程度,在有大量样本情况下将其分类到AML和ALL两类中,并测试反应的有效性和准确性。
在1100个和AML及ALL相关的基因中,选择50个和AML及ALL相关程度更高的基因,和来源于急性白血病病人的38个样本进行杂交反应。在准确率测试中,临床诊断符合率达到98%,38个样本中有36例被准确归类到AML或ALL(26ALL;10ALL),只有两个是不明确的。同时用其中50个基因又对34例白血病样本进行分型,样本有24个来自骨髓,10个来自血标本,检测结果成功率达到100%。但是在不同实验室检测出现不同的实验结果,说明结果和样本制作有极大关系,所以用此方法测定时,应首先对样品制备进行标准化。
此外50个基因的选择是随机的,通常为编码细胞生长期S期蛋白的CDllc、CD33、MB1、cyclinD3、oP18、MCM3、RbAp48、SNF2、TFllE、CMYB和E2A基因,这些基因不仅可用来白血病的分型,同时也可用于疾病的病因分析和药物治疗。
根据基因芯片的分型结果,对不同分型的病人采用不同的治疗方法,有效率达到90%,研究10%失败的原因,进一步发现有一种HomeboxA9基因和治疗相关,在AML病人中,因为t染色体易位导致homeboxA9基因重排,在体外动物实验研究中显示此基因的超表达将引起白血病,这方面的内容以前未有相关文献报道。
Gulop等人在实验研究过程中设计出一个SOM自动分类图谱(selforganizing maps isom),应用6817个人类基因表达图谱将38个白血病样本自动分成AML和ALL,两组和以前阐述的实验结果比较,发现25例ALL病人中有24例为ALL,而13例AML病人有10例分析出AML。显示了其自动分类方法的高度有效性和准确性,同时Gulop等人又进一步使用SOM可将白血病病人样本分为ML、T系ALL、B系ALL和BAML四类,而这四类都有不同的生物学特点和临床治疗方法。上述SOM分类技术也可用于其它肿瘤分型,例如可以对不同肿瘤如乳腺癌、前列腺癌进行分型。
整个实验技术要求仔细而详尽的实验设计、严格的标本制作、细胞纯化及严谨的实验步骤,通过流式细胞分析仪、激光共聚焦显微镜等仪器,确定实验结果的可比性,并且通过计算机分析,排除基质细胞基因表达的干扰,提高杂交结果的可信度。实验中同时引入参照信号和被检信号之间的色差分析使得杂交的特异性和检测灵敏度大大提高(阳性显红色而阴性显蓝色)。
用于检测白血病分型的DNA芯片的问世除了为肿瘤的分类提供了有力的工具,也可准确分析出肿瘤的最初病变位置、监控病人治疗后的结果、药物反应和存活率,使临床医生能更快、更早的预测病情发展,追踪肿瘤细胞的原发位置,从而提高了病人的存活率。
综上所述,Gulop等人设计研制的芯片可发现新的肿瘤类型并将其分类,也可自动、准确地将白血病归类到AML和ALL,进行病情预测,提供诊断信息,定位肿瘤细胞的来源,预测病情的发展阶段,目前,芯片的诊断方法并未取代传统的白血病诊断方法,而只是对它的一种补充和发展。
这里以一个临床病例来说明DNA芯片的应用:一病人临床上表现出典型的白血病症状,但是形态学检查不典型,根据相关实验检测结果,诊断为AML,几个月治疗后,病人迟迟未见好转,怀疑诊断有误,所以应用了Gulop等人设计研制的DNA芯片,结果显示了AML和ALL都有较低的表达信号,排除病人是AML患者的可能性,而在数据分析中发现病因和编码原肌球蛋白的基因有极高的相关性,从而确诊为肺疱弹状肌肉瘤(muscle turmor of aIveolar rhabdmyosarcoma),明确诊断后,治疗方案改成肌肉瘤的治疗方案,病情出现了缓解状态。



