电泳技术的发展与应用 .docVIP

　　电泳技术的发展与应用 张涛 吴刚 李丽娜 刘扬 【关键词】 电泳 　　电泳（Electrophoresis）是利用带电粒子在电场中发生移动的一种分离方法。近年来随着基因组学、蛋白质组学的发展，许多新的电泳技术也随之孕育而生。单细胞凝胶电泳、变性梯度凝胶电泳、双向电泳、毛细管电泳技术的产生，使得DNA及蛋白质在分离和测量方法上有了更精确的提高。另外高效毛细管电泳技术被认为是当今分离生物分子的最重要工具，已被列为人类基因组计划首选分离DNA片段的方法。同时这些先进的电泳技术在现代生物医学研究中也起到了非常重要的作用，本文即对以上几种新的电泳技术的发展与应用加以综述。 　　1 单细胞凝胶电泳 　　单细胞凝胶电泳（Single Cell Gel Electrophoresis Assay，SCGE）又称彗星试验（et Assay）。它的分离原理是根据当各种内源性或外源性DNA损伤因子诱发DNA链断裂时，DNA的超螺旋结构被破坏，在细菌裂解液作用下，细胞内的蛋白质、RNA等扩散到细胞裂解液中，而核DNA由于分子量过大停留在原位。在中性条件时，残留的DNA片段可进入凝胶发生迁移，这时用碱处理或在碱性电解质条件下，DNA会发生解螺旋，释放出DNA断裂片段，由于这些DNA片段的分子量很小，在电泳过程中会离开核DNA向阳极移动，形成彗星状的图像；而未损伤的DNA部分保持球形。在一定条件下，DNA的迁移距离（彗星尾长）和DNA的含量（荧光强度）与DNA损伤呈线性相关，通过测定DNA迁移部分的光密度或迁移距离可以推测出DNA的损伤程度[1]。 　　由于SCGE具有敏感、简便、快速、低耗等优点，因此被广泛应用在DNA的损伤与修复、遗传毒理、环境监测以及氧化应激和细胞凋亡等研究中[2]。例如在检测外界因素对细胞核DNA的损伤中，SCGE有其独特之处，主要体现在它可以将各种类型的细胞的不同反应有效地反映出来[3]。利用单细胞凝胶电泳法测定镍化物对人血细胞DNA的损伤，检测冰冻保存对外周血细胞DNA的损伤及检测人精子DNA链断裂等在文献中均有报道[4-6]。同时SCGE在DNA切除修复的研究中也具有重要作用[7]。切除修复是人类DNA损伤修复的主要形式，利用SCGE可进行从损伤到切除修复、合成、连接等每个步骤各个时点的观察，可用于DNA修复的分子机理探讨，所以SCGE在检测DNA损伤及修复中有其他电泳不可替代的作用。 　　外来理化因素对细胞DNA的损伤是引起基因突变及癌症发生的重要因素，并且诱变DNA损伤和致癌效应也是遗传毒理学研究的重要内容。建立快速灵敏的DNA损伤检测方法，对于毒性因素的检测、细胞DNA的保护都是非常有益的。SCGE不仅能提供DNA损伤信息，还可提供环境物质改变修复过程的信息；运用SCGE在活体进行遗传毒理学研究，可了解药物的毒理作用在不同组织和细胞中的分布。Pool-Zobel[8]通过口服或吸入亚硝胺的方法，采用SCGE研究药物的动物器官特异性作用，认为器官特异性基因毒性作用与器官特异性癌症密切相关。另外环境中的遗传毒物浓度一般很低，用经典的细胞学方法，如用染色体畸变实验（CA）、微核实验（MN）和姐妹染色体交换实验（SCE）进行生物监测时，很难得到明确的阳性结果，但利用SCGE检测低浓度遗传毒物具有高灵敏度，并且适用范围广，可检测各种类型组织细胞，特别是来自于直接与环境遗传毒物接触的人体细胞（如口腔黏膜细胞、鼻腔黏膜细胞、食道黏膜细胞），对T淋巴细胞与B淋巴细胞均敏感，因此 SCGE这些年广泛用于环境监测[9]。如Rojas等〔10〕用SCGE检测墨西哥城居民脱落的泪管上皮细胞中DNA，发现由于空气中的臭氧与碳氢化合物超标，通过观察泪管上皮细胞DNA受到损伤的程度，确定北部空气中的臭氧浓度偏高于南部地区。 　　细胞凋亡是细胞增殖、分化和死亡过程的重要调节机制，该机制发生紊乱与肿瘤发生密切相关。凋亡细胞在核碎裂早期出现大量DNA链缺口，在SCGE中大量DNA进入尾部，且迁移距离延长，甚至与“头部”分离，形成不同于一般损伤的特有形态。根据此形态可计算出细胞凋亡的比例，研究细胞凋亡的机理。由于SCGE的高度敏感性而且能够直接观测单个细胞DNA片段迁移，所以该技术在细胞凋亡检测中发挥着日益重要的作用[11]。另外SCGE在肿瘤学、放射生物学、人群监测、临床诊断与治疗等方面有也具有广泛的应用前景。 　　2 变性梯度凝胶电泳 　　变性梯度凝胶电泳（Denaturing Gradient Gel Electrophresis，DGGE）是一种实用价值较高研究DNA突变的分析方法。DGGE主要是利用梯度变性胶来分离DNA片段。当电泳开始时，DNA在胶中的迁移率仅与分子大小有关，一旦DNA移动到某一点，达到该DNA变