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[第一章]实验针灸学常用研究技术-实验针灸学基本研究方法(3)(5)
http://www.100md.com 2006年3月24日 《实验针灸》
     (3)重组载体:有了载体、酶和DNA片段,便可以重组载体。采用某限制酶切割开载体,用DNA连接酶将载体DNA片段与拟插入的目的DNA片段重新连接成一个环状的DNA分子。连接时,插入片段的平端与载体的平端对接,插入片段的粘端与载体的粘端对接,两个粘端的序列互补,从而实现载体重组。然后转入特定的大肠杆菌,转化成功的大肠杆菌可以在载体所含抗生素抗性基因相应的抗生素培养皿中传代,形成菌落。可以采用原位杂交或扩增阳性单菌落,少量制备DNA,限制酶酶切鉴定重组成功与否,取成功者用于各有关实验。

    (4)凝胶电泳:为了鉴别或分离相对分子质量不同大小的DNA或RNA片段,最常用的方法就是凝胶电泳。常用的凝胶电泳有琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳两种。前者作水平电泳,可分离200bP~50kb的DNA,在溴乙锭染色下,可清晰地辨别少至50ng的DNA,甚至1~10ng的DNA也能辨别得出来,分子生物学中常用此分离和鉴定RNA和DNA;后者作垂直电泳,多用于分离5~500bp的DNA,精密到可以分离开仅差一个核苷酸的DNA,所以常用来测序、DDPCR、Footprint等,分离蛋白也常用此胶。
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    (5)真核细胞RNA的制备:真核细胞RNA的制备方法有多种,还有许多种商品试剂盒出售,性能稳定,重复性好。实验室比较常用的是一步法制备总RNA。该方法操作简便,一次可以分离大量的RNA,原理是采用强RNA酶抑制剂异硫氰酸胍等,抑制RNA的降解,并使RNA与蛋白质分离进入溶液,离心后,RNA选择性地进入DNA和蛋白质的水相,之后被异丙醇沉淀,提取的 RNA可用于Northern blot和过Oligo dT柱,后者用于分离mRNA。

    (6)Northern blot:Northern blot是RNA的印迹杂交,是常用的分析RNA的方法。近似的还有RNA的斑点杂交和狭缝杂交。此外还有DNA的印迹杂交(Southern blot),蛋白的印迹杂交(Western blot),分别用以分析DNA和蛋白,这些都是分子生物学常用的杂交方法。

    Northern blot有这样一些用途:①大致鉴定某一已知基因是否有所转录,有则可见杂交带。②比较两个或两个以上不同组织某一基因转录量的差异。③通过光密度扫描,对某一基因转录的情况作定量分析。在中医药实验中通常以此来判别某一中医药方法对某一基因转录的调控作用。方法是采用琼脂糖凝胶电泳,使RNA分子由小到大排列于凝胶之中。应用虹吸原理,将RNA转移至硝酸纤维素膜上,烘干,使RNA牢固地结合在硝酸纤维素膜上。与放射性标记的探针杂交,杂交后,洗去未被杂交上的探针和游离的核素,放射自显影,使胶片上出现对应于相应的相对分子质量数量不等的mRNA条带。
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    (7)标记DNA或RNA探针:分子杂交需要探针。把已知DNA或RNA作为模板,用一些特定的方法把一些易于检测的化学物质标记到合成的另一条核酸链上,以便检测之用,称之为标记探针。通过杂交,使探针与被检测的样本DNA或RNA结合,使痕量的DNA或RNA得以显示出来。虽然近年来发展出一些非放射性标记方法,但常用的仍是放射性标记法。因为该方法灵敏度高,通过放射性自显影可以显示出极其微量的DNA或RNA。由于RNA易被到处存在的RNA酶降解,实验难度大,而标记的DNA探针可用于DNA或RNA杂交,因此标记DNA探针更为常用。

    (8)cDNA文库构建:把目的细胞所有的带多聚腺苷酸的mRNA[poly(A)+ mRNA]经酶促反应转变为双链DNA,进而将此DNA导入原核载体,扩增,回收扩增了的DNA,这一工作称之为构建cDNA文库。构建文库对RNA质量要求高,既要保证不污染,又要保证mRNA的完整性。构建的文库主要用于识别或分离某一或若干特定的cDNA全部序列。目前若干公司已发展出构建cDNA文库的不同试剂盒,方便、可靠,可以在 1~2星期内构建一个cDNA文库。
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    (9)真核细胞DNA的提取:提取真核细胞DNA有不同的方法,通常在含有EDTA和SDS一类去污剂的溶液中,用蛋白酶K消化细胞,再用酚抽提得到高相对分子质量(100~150kb)的DNA。适用于Southern blot分析和构建DNA文库。

    (10)DNA文库构建:对所提取的DNA用一至多种限制酶消化(基因组DNA相对分子质量太大,难以建库),使消化后的DNA片段在一定的长度内,适合所用的载体。载体多用λ噬菌体。重组载体及随后的工作与cDNA文库建立方法相似。

    (11)Southern blot:Southern blot是DNA的印迹杂交,是常用的分析DNA方法。该方法是用一种或多种限制酶消化DNA,琼脂糖凝胶电泳把大小不等的DNA分开,应用虹吸原理,将DNA转移至硝酸纤维素膜上,烘干,使DNA牢固地结合在硝酸纤维素膜上。与放射性标记的探针杂交,杂交后,洗去未被杂交上的探针和游离的核素,放射自显影,使胶片上出现对应于相应的相对分子质量数量不等的DNA条带。Southern blot主要用于基因组DNA特定序列定位。
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    (12)DNA的测序:DNA的测序有多种方法,近几年开发出了不同的自动测序仪,测序速度快而准确,但试剂,尤其是设备十分昂贵,如果不是有大量的测序工作,可以采用双脱氧链终止法测序。该方法是应用较多的测序方法,有现成的试剂盒供应。其原理是采用了2',3'ddNTP,在3'位置上缺少一个羟基,当这些ddNTP掺入到正在延长的DNA链上,由于缺乏3'?羟基,后继的dNTP不能与之形成磷酸二酯键,从而使DNA链终止延伸。于是,在DNA合成反应混合物的4种dNTP中加入少量的一种ddNTP,将得到一系列不同长度的核苷酸链,其长度取决于引物末端到过早出现链终止位置之间的距离。在4组独立的反应体系中,加入4种不同的ddNTP(和一种经标记的dNTP),结果将产生4组长度不均的寡核苷酸,分别终止于模板链的每一个A、C、G或T的位置上。然后采用能分辨长度仅差一个核苷酸的变性聚丙烯酰胺凝胶电泳,把4组反应液加样于凝胶顶部若干相邻的泳道上,电泳分离之后,从凝胶的放射自显影片上可直接读出DNA上的核苷酸序列。

    (13)PCR、DDPCR和RT-PCR
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    PCR 是polymerase chain reaction的缩写,译作聚合酶链式反应。其特点是可以在几小时内方便、快捷地将微量DNA(含由RNA反转录成的微量DNA)扩增达106倍,得到微克(μg)级的DNA。该技术发明于80年代中期,到了80年代末,由于引用了耐热DNA聚合酶,使这一技术得以蓬勃发展,成为分子生物学中应用最为广泛的技术之一,发挥着日益重要的作用。

    DDPCR技术是90年代以来,基于PCR技术之上发展起来的新技术。DDPCR是differential display PCR的缩写,有人译作“差异展示 PCR”或作“异呈PCR”。这一技术主要用于快速呈现2个或2个以上细胞系或组织基因转录的差异,并快速扩增那些不同转录的基因片段。

    PCR的原理是选用两段引物,分别与拟扩增的模板DNA两条链上各一段序列互补,且分别位于模板DNA中拟扩增DNA片段两条链的3'端。加热使模板DNA变性,降温时,两段引物分别与靶序列发生退火,然后两引物在DNA聚合酶的作用下延伸。在摩尔数大大过量的两段引物和4种dNTP的反应体中,位于两段引物间的DNA在反复变性、退火、延伸的循环里,每一轮扩增的产物又充当下一轮扩增的模板,使其产物增加一倍。经过30到40个循环,目的DNA可由原来的1pg扩增到1μg。
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    DDPCR原理是取无DNA污染的总RNA,分别加入3个锚引物:H-T11-C、H-T11-G和H-T11-A,3个引物的11个T(胸苷)选择性地结合到mRNA的A(腺苷)尾上,在反转录酶的作用下,将所有的mRNA反转录成cDNA。再以这一含cDNA的反应液为模板,分别加入以上3个锚引物和若干随机引物,如AAGCTTGATTGCC,AAGCTTCGACTGT等,PCR放大位于某一特定锚引物与随机引物相应序列的所有cDNA,反应体中加入[α-33 P]dATP或[α-35 S]dATP。把2个或2个以上细胞系或组织锚引物与随机引物相一致的PCR产物相邻上样于变性测序凝胶上,电泳。2个或2个以上细胞系或组织相同mRNA所反转录的cDNA在X线片上会出现并列的显影条带,而不同mRNA所反转录的cDNA会出现独特的显影条带。

    RT-PCR(反转录PCR)技术,目前使用得十分频繁,在判断、比较不同组织某一mRNA转录与否或转录多少等方面十分便捷,与Northern blot相比,程序简单、快,但灵敏度、重复性差些,对mRNA提取质量要求高。其原理是先用寡聚胸苷作为引物,反转录所有mRNA成cDNA,再用拟扩增片段两端的两段引物,PCR扩增该段cDNA。为校正样本RNA含量组间可能存在的误差,通常在同一试管内一并扩增β肌动蛋白的cDNA。上样电泳,并染色后,拍照,激光光密度计扫描定量,用β肌动蛋白校正拟扩增的基因片段灰度值,统计分析。此外,还有原位PCR等由PCR演变而来的技术。
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    (14)DNA的定点诱变:采用酶和化学试剂切割DNA,或合成含有缺失或插入的引物,PCR放大,再通过连接、转化等手段,造成目的DNA的缺失或插入。目的主要在于观察定点诱变后DNA表达蛋白的结构与功能的变化。

    (15)克隆化基因在大肠杆菌和哺乳动物培养细胞中表达:将目的基因重组入相应的分别可以在原核或真核细胞中进行表达的载体,采用物理或化学方法将重组后的载体导入真核或原核细胞,使目的基因得以表达出所需的蛋白,用以研究或作为产业生产。

    (16)克隆化基因所表达蛋白质的检测和分析:此项实验包括两个部分。其一,单克隆抗体的制备和纯化,即分离出表达出的蛋白,例如采用电泳分离方法,以此蛋白作为抗原,激发免疫系统产生单抗,再予以纯化。其二,应用此抗体检测靶组织相应蛋白(抗原)是否存在,及其含量。这类方法主要包括免疫沉淀法、固相放射免疫测定(RNA)法和固定化蛋白质的免疫测定(western blot法)。
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    2.分子生物学方法在实验针灸学中的应用

    近年来,中医药研究开始在继承的基础上借鉴分子生物学,吸纳新的研究方法,扩大理论框架,拓宽研究思路,为中医现代化研究开辟了一个新的领域。分子生物学应用于中医药研究不仅可深化中医药理论,提高疗效,还有利于中医药更好地走向世界和国际接轨。目前在借鉴分子生物学研究中医理论、针灸、中医临床和中药等方面进行了偿试,取得了一些成绩,但还处于起步阶段,需要深入和全方位的开展。由于中医药学对现代科技理念深邃的包容性,留给分子生物的空间十分广阔。故应抓住机遇,为中医药学的发展做出贡献。

    分子生物学作为生命科学的前沿正在融入到中医药理论研究中,并对中医针灸治病原理及揭示其奥妙产生重大影响。许多针灸界有识之士及学者,在原有科研成果积累的基础上,已涉足于现代生命科学研究,并做出了大量有益的探索和成绩。

    针刺麻醉是我国中西医结合的重大成果,针刺镇痛机理研究现已深入到受体、基因水平,研究人员观察到应用一些药物抑制中枢多巴胺系统或促进5-羟色胺系统时,可使中枢阿片受体功能增强,阿片基因表达增强,阿片肽释放增强。针刺可引起脑内阿片肽基因及其他一些基因表达变化。研究表明针灸效应与脑内的前驱基因C-fos、C-jun和CC-K基因相关,并已初步运用于指导临床实践。

    针灸抑瘤作用的研究、针灸治疗癌证的研究、针灸升高白细胞及其机理的研究、针灸提高肿瘤患者机体免疫功能的研究等,都取得了一定的成果。研究表明,艾灸结合免疫调节剂对肿瘤细胞的某些生物特性如疑集素受体和C-erbB-2的表达及HAC肿瘤细胞具有一定影响,而对肿瘤细胞的增殖无明显影响,艾条结合免疫调剂较之单纯艾灸对肿瘤细胞生物学特性的影响更为显著,这可能是针灸或针、灸、药结合抗肿瘤作用的途径之一,值得进一步研究。

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