我國心血管分子生物學(xué)研究的現(xiàn)狀與展望

1、我國心血管分子生物學(xué)研究的現(xiàn)狀與展望近20年來，分子生物學(xué)取得了飛速的發(fā)展，人類基因組計(jì)劃、人體14萬個(gè)基因，30萬個(gè)核苷酸的序列即將在2003年提前完成。醫(yī)學(xué)生物學(xué)正面臨著一次更深刻的革命。面對(duì)二十一世紀(jì)，中國的心血管分子生物學(xué)，應(yīng)該為我國的醫(yī)學(xué)生物學(xué)做出更大的貢獻(xiàn)，為世界醫(yī)學(xué)和人類的健康做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。一、現(xiàn)狀：我國的心血管分子生物學(xué)起步較晚，但由于國家的支持和全國心血管工作者的努力，與其他學(xué)科一樣取得了巨大的進(jìn)展。近15年來，我國心血管分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)室從幾個(gè)，發(fā)展到現(xiàn)在幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)室，研究人員亦從十幾人發(fā)展到現(xiàn)在近數(shù)百人?，F(xiàn)在心血管分子生物學(xué)理論、方法和技術(shù)已經(jīng)深入到心血管病研究的各

2、個(gè)領(lǐng)域。一些著名的醫(yī)學(xué)院、醫(yī)院都已建立了專業(yè)的心血管分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室。國家還組建了心血管分子生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。構(gòu)建了內(nèi)皮細(xì)胞(EC)、血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)、 心臟、胎心、主動(dòng)脈的十幾個(gè)cDNA文庫和遞減文庫，獲得了成千上萬條新表達(dá)序列標(biāo)志（EST），克隆了90多個(gè)新基因，獲得了HRG-1,HCY,hhLIM,TFAR-19,UCK等十多個(gè)新的與心血管相關(guān)的功能基因。應(yīng)用定位克隆、差異篩選、全基因掃描和分子遺傳技術(shù)尋找到一些新的高血壓和糖尿病遺傳標(biāo)記；發(fā)現(xiàn)了高血壓、心肌肥厚和動(dòng)脈硬化相關(guān)基因的新的突變位點(diǎn)；制備了載脂蛋白、腎素轉(zhuǎn)基因動(dòng)物；建立了心肌炎和一些遺傳性心血管病的基因診斷方法；應(yīng)用

3、分子生物學(xué)的技術(shù)和方法對(duì)高血壓、動(dòng)脈硬化、心肌肥厚的發(fā)病機(jī)理進(jìn)行了大量研究。創(chuàng)建了基因縫線、基因球囊、基因支架、電脈沖、受體介導(dǎo)、病毒脂質(zhì)體等一系列轉(zhuǎn)基因方法，開展了高血壓、高脂血癥、再狹窄和梗塞性血管病的基因藥物和基因治療的實(shí)驗(yàn)研究，并取得了可喜的成果。其中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）基因治療梗塞性血管病已獲得國家批準(zhǔn)，不久將在臨床上試用。異體器官移植應(yīng)用轉(zhuǎn)基因方法，使豬心人源化，亦取得了初步進(jìn)展。此外，應(yīng)用基因工程的方法還重組了TPO,EPO,ProUK,SK,tPA等大量重組工程的多肽藥物，并已在臨床使用。我國第一個(gè)心血管醫(yī)學(xué)生物信息網(wǎng)(http:.)已經(jīng)建立。它包括心血管病的流行病學(xué)、

4、心血管相關(guān)基因的定位、序列、編碼蛋白質(zhì)及與疾病的關(guān)系等等。這說明我國心血管分子生物學(xué)正逐步跟上國際心血管分子生物學(xué)前進(jìn)的步伐，但與國際水平相比，我國心血管分子生物學(xué)還處在發(fā)展初期，一些單位對(duì)分子生物學(xué)的研究還只是一種“裝飾”，缺乏強(qiáng)有力的論證，難以取得重大突破和得到國際上的認(rèn)可。二、機(jī)遇：人類基因組計(jì)劃的實(shí)施和完成，既予我們以壓力，亦給我們以很好的機(jī)遇。在21世紀(jì)我們將面臨以下幾個(gè)主要問題的挑戰(zhàn)：1.基因“解剖學(xué)”：研究基因的結(jié)構(gòu)、組成、分布和變異。估計(jì)人體有3109個(gè)核苷酸，但僅2%3%可以編碼蛋白質(zhì)。那么剩余的90%以上的核苷酸的功能是什么呢？目前在GenBank注冊(cè)的人類EST已逾300

5、萬條，而且每天以1 500條EST的速度增加?，F(xiàn)在應(yīng)用定位克隆所獲得的基因，90%以上都可在EST庫中尋找到同源序列，但是在108萬條EST中只有3.5萬條在染色體上定位；人體內(nèi)估計(jì)有515萬個(gè)基因，現(xiàn)在已克隆基因約近2萬個(gè)，但明確有功能的不足2 000個(gè)，即使已知功能的基因，其確切的作用還需進(jìn)一步驗(yàn)證?，F(xiàn)在了解，從單一克隆中篩選出的基因有很大的局限性和變異性，有人推測(cè)每1001 000個(gè)核苷酸序列中就有一個(gè)核苷酸的變異，人類約有300萬個(gè)有差異的序列，這些有差異的不同基因可以遺傳，表現(xiàn)為不同基因型和多態(tài)型，決定人類的種族和個(gè)體的差異，決定不同人群的疾病易感性和藥物治療的敏感性，它是我們進(jìn)行疾

6、病診斷、預(yù)防和藥物選擇的分子基礎(chǔ)，即所謂單核苷酸序列多態(tài)性（SNP）?，F(xiàn)在人們熱衷于克隆cDNA和編碼蛋白的核苷酸序列，這是必要的，但非編碼的核苷酸序列，包括衛(wèi)星DNA（小和微小衛(wèi)星序列）、多拷貝重復(fù)序列、和眾多調(diào)控序列，亦具有十分重要的意義。此外，核苷酸序列在染色體上的排列亦不是無序的，一定有著內(nèi)在規(guī)律和自身的特點(diǎn)，還可能存在著新的多聯(lián)密碼。只有深刻揭示核苷酸排列的規(guī)律和意義，才能真正了解生命的奧秘。2.基因“生理學(xué)”：研究基因的功能和調(diào)節(jié)，包括可編碼和非編碼序列的功能，是今后分子生物學(xué)研究的一個(gè)重要任務(wù)。亦稱為生理基因組學(xué)（physiological genomics）。目前我們還缺少大規(guī)

7、?；蚬δ芎Y選和研究的技術(shù)和方法，經(jīng)典的生化、生理、細(xì)胞和分子生物學(xué)技術(shù)主要適用于研究單一基因和蛋白質(zhì)的分布、表達(dá)、作用、功能和調(diào)節(jié)。酵母單雜交技術(shù)只能研究單一蛋白質(zhì)與單一DNA的相互關(guān)系；酵母雙雜交技術(shù)只能研究單一蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)的相互作用，了解單一基因和蛋白質(zhì)作用；最近發(fā)展的酵母三雜交技術(shù)，雖然可以研究三種蛋白質(zhì)的相互關(guān)系，但我們還不能進(jìn)行多基因、多蛋白功能的大規(guī)模檢測(cè)?；蛲蛔?、轉(zhuǎn)基因和打靶技術(shù)，包括Knockout 和Knockin，只能研究導(dǎo)入和破壞一個(gè)基因?qū)?xì)胞和機(jī)體的作用：體內(nèi)10萬個(gè)基因，表達(dá)和產(chǎn)生近百萬種蛋白質(zhì)，它們對(duì)機(jī)體不同細(xì)胞，不同發(fā)育時(shí)間和對(duì)整體的作用及其機(jī)制，將是一個(gè)十

8、分巨大的工程。分析和了解基因功能是人類基因組計(jì)劃的核心。還應(yīng)指出，體內(nèi)基因其功能的實(shí)現(xiàn)都不是孤立的，一個(gè)或一組功能的實(shí)現(xiàn)，需要一組基因來共同完成。一個(gè)和一組基因的功能亦不是單一的，可有多種功能。因此，單純研究一個(gè)基因常常還不能反應(yīng)和獲得正確的信息和結(jié)論。例如內(nèi)皮素具有強(qiáng)大收縮血管和升高血壓作用，轉(zhuǎn)內(nèi)皮素基因或敲除內(nèi)皮素基因，血壓并不升高，亦不降低。敲除血管緊張素基因血壓也不一定降低，只有同時(shí)敲除腎素和血管緊張素或ACE兩個(gè)基因，血壓才會(huì)改變。因此，重要的是要研究基因組的作用，研究基因的網(wǎng)絡(luò)和相互作用。基因的拼接、轉(zhuǎn)錄和表達(dá)調(diào)控、DNA和RNA的合成，代謝和穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)基因功能、維持人體正

9、常生理作用的基礎(chǔ)，它是現(xiàn)代分子生物學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)?；虮仨毻ㄟ^其表達(dá)的蛋白質(zhì)或多肽才能發(fā)揮作用，一種基因可以表達(dá)出幾種乃至十多種蛋白質(zhì)，每一種蛋白質(zhì)的功能亦不同，即使同一種蛋白質(zhì)，構(gòu)型不同，功能亦不同；構(gòu)型相同，還可以作用在不同受體上，而產(chǎn)生不同的功能。此外，一種蛋白質(zhì)還可以降解成不同多肽和片段，這些降解產(chǎn)物亦有不同功能。即使同一種多肽由于氨基酸構(gòu)像不同，功能亦迥異。我們稱之謂蛋白質(zhì)功能的多樣性，或稱為蛋白質(zhì)組學(xué) (Proteomics)。這是一個(gè)全新的正待開拓的領(lǐng)域。3.基因“病理學(xué)”：研究基因在疾病發(fā)生中的作用。除了單基因遺傳病以外，絕大多數(shù)疾病都是多基因多因素的病?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，即使是單基

10、因病，亦不僅是一種基因的損傷，例如家族性心肌肥厚，過去認(rèn)為主要是-MHC基因的缺陷，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)cTNT，MBPC，-TM基因的突變，亦可引起家族性心肌肥厚。即使是-MHC，亦不是一個(gè)ARG403GLN點(diǎn)突變，其他位點(diǎn)的突變?nèi)鏏rg453Cys,Cly716Alg等亦可引起家族性心肌肥厚。其它遺傳性心血管病亦是一樣。而對(duì)于高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化這些主要的心血管病都是多基因病，所涉及的基因更多、更廣。例如高血壓病，現(xiàn)在了解其基因的變異和多態(tài)性的變化涉及體內(nèi)20多條染色體，幾十個(gè)區(qū)段，近百個(gè)基因的改變。目前疾病分子生物學(xué)正從單基因向多基因，從基因病向基因組病過度。近年發(fā)展的DNA芯片技術(shù)，可以將人體內(nèi)成

11、百上千種，乃至十萬個(gè)基因，全部密集排布在一張芯片上。免疫芯片，蛋白質(zhì)芯片和檢查突變的芯片，可用于大規(guī)模檢測(cè)體內(nèi)多種基因的表達(dá)、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)與DNA的相互關(guān)系，單個(gè)和群體基因的多態(tài)性和基因突變位點(diǎn)，確定人體的基因型。現(xiàn)在各種專業(yè)芯片包括癌基因/抗癌基因、細(xì)胞因子/生長(zhǎng)因子、細(xì)胞周期/細(xì)胞凋亡、細(xì)胞信息傳遞、腫瘤、血液、神經(jīng)、炎癥等芯片已經(jīng)問世，心血管系統(tǒng)的芯片亦已開發(fā)出來，這是繼PCR技術(shù)以后生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的又一次新的革命。不同基因型決定了人體對(duì)疾病的敏感性。在不久的將來，我們每一個(gè)人將會(huì)有自己的基因“條形碼”，建立起自己的基因病歷，獲得個(gè)人和人群的環(huán)境易感性和疾病易感性的遺傳和分子信息

12、，實(shí)現(xiàn)個(gè)體化的疾病預(yù)防和治療，這是我們努力的方向和可以預(yù)見到的未來。4.基因藥物學(xué)與基因治療學(xué)：心血管分子生物學(xué)的發(fā)展對(duì)于藥物的開發(fā)和療效的預(yù)測(cè)和評(píng)估具有重要意義。有人估計(jì)人體約有6 000種基因與藥物的吸收、代謝、排泄和作用有關(guān)，這些基因多態(tài)性，決定著藥物的敏感性。測(cè)定患者的這些基因型，不僅可以指導(dǎo)正確用藥，實(shí)現(xiàn)個(gè)體化的治療，亦是開發(fā)和篩選新型心血管藥物的基礎(chǔ)。通過基因，不僅可以生產(chǎn)出基因工程藥物，而且基因亦可直接作為一種“藥物”，對(duì)損傷基因及其表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行補(bǔ)充、阻遏和修復(fù)，即所謂DNA藥物和基因治療?，F(xiàn)在應(yīng)用LDL-R基因治療家族性高膽固醇血癥，應(yīng)用血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)基因治療梗塞

13、性血管病已經(jīng)獲準(zhǔn)應(yīng)用于臨床，展示出良好的應(yīng)用前景。當(dāng)前主要的限制因素是缺乏有效、安全，可控、易行的基因轉(zhuǎn)移方法，這是基因治療能否在臨床應(yīng)用的關(guān)鍵?，F(xiàn)在正在發(fā)展的體內(nèi)基因打靶和重組技術(shù)，對(duì)體內(nèi)損傷的基因進(jìn)行修復(fù)和替換，將推動(dòng)基因治療的發(fā)展。隨著基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究的進(jìn)展，一類基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的藥物正在崛起，這類藥物分為活化和抑制轉(zhuǎn)錄因子兩大類，它將為心血管病藥物的開發(fā)和應(yīng)用開辟新的廣闊領(lǐng)域。此外，應(yīng)用細(xì)胞克隆和組織工程的技術(shù)方法，克隆出人體細(xì)胞和器官或可替代的動(dòng)物器官和組織，進(jìn)行器官移植，亦是一個(gè)重要的方向。5.基因信息學(xué)：研究基因和蛋白質(zhì)信息的搜集、儲(chǔ)存、分析和利用。包括基因和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能及其與疾

14、病的聯(lián)系的信息。將浩如天文數(shù)字的信息和資料歸納和整理，分析和加工成為可以自我繁衍，自我控制，自我應(yīng)答，便于利用和分析的資源和數(shù)據(jù)庫。它是信息科學(xué)和生命科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。目前已建立了許多國際的各種生物信息庫，如美國NCBI,歐洲的CEMI,以色列的Gene Card,日本的DDBJ等等。在這些信息庫中包含了基因定位、序列、EST(expressed sequence tags), STS(sequence tagged sites), GSS(genome survey sequence),PCR,ORF,蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)，同源序列，模式生物，和疾病相關(guān)的各種信息分庫。儲(chǔ)存了生命科學(xué)的各種信息和

15、資料，成為生命科學(xué)研究和發(fā)展的最有力的工具。三、建議目前我國分子生物學(xué)的研究基礎(chǔ)相對(duì)落后，應(yīng)結(jié)合我國臨床實(shí)踐、病人、病種和遺傳資源豐富的特點(diǎn)，以及特有的中醫(yī)藥學(xué)的優(yōu)勢(shì)，集中對(duì)下述問題深入研究：1.環(huán)境誘導(dǎo)的基因組研究：絕大多數(shù)的心血管病都是環(huán)境因素與遺傳因素相互作用的結(jié)果。我國有著自己獨(dú)特的生活和生存環(huán)境，有著自己的心腦血管病發(fā)病的危險(xiǎn)因素，我們應(yīng)該研究在環(huán)境致病因素作用下，人體基因組的變化，闡明我國心腦血管病發(fā)病的分子機(jī)理，尋找出心腦血管病誘發(fā)因素作用的易感基因組群。2.功能基因組學(xué)的研究：我們不僅要研究單一基因的功能，還要研究基因組的功能，描繪出人類與心血管功能相關(guān)的基因譜及其染色體上的定

16、位；描繪出心血管細(xì)胞和器官發(fā)生、分化、生長(zhǎng)直至凋亡的相關(guān)基因群的時(shí)空表達(dá)譜及其相互關(guān)系；闡明實(shí)現(xiàn)人體心血管主要功能及其調(diào)控的基因網(wǎng)絡(luò)群。特別著重研究我國自己發(fā)現(xiàn)的新基因的功能。3.疾病基因組群的研究：我國心腦血管病有著自身的發(fā)病特點(diǎn)，例如高血壓，在我國易并發(fā)腦卒中，而在西方易并發(fā)心肌肥厚。這是人體基因組群體多態(tài)性決定的。因此，我們不僅要進(jìn)行心血管相關(guān)基因組單個(gè)核苷酸變異性(SNP)研究，闡明個(gè)體的差異，還應(yīng)該進(jìn)行群體的基因組多態(tài)性的研究。4.基因-蛋白質(zhì)功能多樣性的研究：研究基因拼接、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)、損傷、修復(fù)和穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)機(jī)制，闡明基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)不同蛋白質(zhì)的規(guī)律性，研究蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物的功能及

17、其多樣性，分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以及蛋白質(zhì)不同片段之間相互調(diào)節(jié)的規(guī)律，著重研究心血管活性物質(zhì)的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)和整合機(jī)制的規(guī)律和生理、病理意義。5.藥物基因組學(xué)的研究：研究心血管藥物療效和副作用的機(jī)理及其與基因多態(tài)性的關(guān)系，指導(dǎo)藥物的選擇和應(yīng)用，預(yù)報(bào)藥物的效果和副作用，提高藥物的靶向性和效果，發(fā)展新型藥物。應(yīng)重視分析有效中草藥治療心血管病的分子機(jī)理，克隆中草藥有效成分的相關(guān)基因，提高和發(fā)展傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學(xué)。6.建立新方法，發(fā)展新技術(shù)：建立和完善自己心血管生物信息庫，制備心血管系統(tǒng)的DNA,蛋白質(zhì)和免疫的通用和各種專一用途的芯片。建立和發(fā)展大規(guī)模多基因多態(tài)性的分析和檢測(cè)技術(shù)，開拓和建立大規(guī)?；?，蛋白質(zhì)功能檢測(cè)的新技術(shù)和新體系；建立和發(fā)展單一基因和多基因轉(zhuǎn)移技術(shù)和打靶技術(shù)；制備轉(zhuǎn)多基因的