背景^[1-6]

小鼠糖代謝PCR芯片含有84個(gè)人糖代謝相關(guān)基因，包括：葡萄糖代謝（糖酵解、糖異生、TCA循環(huán)、戊糖磷酸途徑及葡萄糖代謝調(diào)節(jié)）和糖原代謝（糖原合成、糖原降解和其代謝調(diào)節(jié)）。

生物芯片是微電子學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)等與生命科學(xué)相交叉的高科技，生物芯片的研究具有重大的基礎(chǔ)研究價(jià)值和市場前景，各國政府的企業(yè)相繼投以巨資進(jìn)行研究開發(fā)。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)微芯片是運(yùn)用微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)在硅片或玻璃片等基片材料上加工一系列的微管道、微反應(yīng)室及微閥、微加熱器、微傳感器等功能單元，利用芯片集成度高和比表面積大的特性，在芯片上實(shí)現(xiàn)快速PCR擴(kuò)增。

與傳統(tǒng)PCR儀相比，PCR微芯片具有體積小、反應(yīng)速度快、操作簡便、價(jià)格低、樣品用量少、無污染、節(jié)省試驗(yàn)成本、便于集成化、結(jié)果可靠。機(jī)體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)是在酶的催化下完成的。在細(xì)胞內(nèi)這些反應(yīng)不是相互獨(dú)立的，而是相互聯(lián)系的，一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可能就是下一個(gè)反應(yīng)的底物，這樣構(gòu)成一連串的反應(yīng)，稱之為代謝途徑(pathway)，由不同的代謝途徑相互交叉構(gòu)成一個(gè)有組織有目的的化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(network)，稱為代謝(metabolism)。

體內(nèi)的代謝途徑主要分為兩類：一類是由大分子(多糖、蛋白、脂類等)不斷降解為小分子(如CO2，NH3，H2O)的過程稱之為分解代謝(catabolism)；另一類是由小分子(如氨基酸等)生成大分子(如蛋白質(zhì))的過程稱之為合成代謝(anabolism)。分解代謝主要分三個(gè)階段進(jìn)行：階段是由復(fù)雜的大分子分解為物質(zhì)基本組成單位的過程，即糖、脂肪和蛋白質(zhì)降解生成葡萄糖、脂肪酸、甘油和氨基酸。

第二階段是由這些基本分子轉(zhuǎn)變?yōu)榇x中間產(chǎn)物，即活潑的二碳化合物的過程，如上述葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等降解為乙酰CoA，這期間有少量能量的釋放，生成ATP；第三階段是乙酰CoA氧化生成CO2和H2O的過程，這期間生成的NADH，F(xiàn)ADH2通過氧化磷酸化過程，生成大量ATP。合成代謝一般不是分解代謝簡單的逆向反應(yīng)，而是由不同酶催化的，通常需要消耗ATP，還原供氫體多為NADPH。

很顯然，分解代謝是一個(gè)發(fā)散的過程(divergent process)，而合成代謝是一個(gè)集合過程(convergent process)。在正常的機(jī)體內(nèi)，代謝受著嚴(yán)格的調(diào)控(regulation)，處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)中，這種調(diào)節(jié)主要是通過各種代謝途徑中關(guān)鍵的限速酶的活性變化來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)控發(fā)生在兩個(gè)水平上：一個(gè)是細(xì)胞內(nèi)水平，主要由代謝底物、產(chǎn)物的多少來完成；第二個(gè)是整體水平，主要通過神經(jīng)－內(nèi)分泌系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用^[7][8]

小鼠糖代謝PCR芯片可用于小鼠模型糖代謝表達(dá)基因研究：

體內(nèi)胰島素的水平在糖尿病的發(fā)生、發(fā)展中起著決定性的作用。胰島素作為直接控制血糖水平的激素，其合成、分泌和成熟受很多因素的影響。其中，蛋白原轉(zhuǎn)換酶1／3（proprotein convertase1／3，PC1／3）、蛋白原轉(zhuǎn)換酶2（proprotein convertase2，PC2）在胰島素的翻譯后修飾過程起著十分重要的作用；PC1／3、PC2共表達(dá)于β細(xì)胞；而在α細(xì)胞、δ細(xì)胞及PP細(xì)胞則只有PC2存在。PC1／3、PC2聯(lián)合作用完成了對胰島素的剪切，胰島素原經(jīng)剪切成為成熟的胰島素和C肽，才能發(fā)揮生理作用。

此外，PC1／3、PC2在下丘腦和其它的內(nèi)分泌器官中也有表達(dá)，對ACTH和α-MSH等內(nèi)分泌肽的成熟起著同樣的作用，PC1、PC2功能障礙將影響體內(nèi)成熟激素的水平，進(jìn)而可以影響機(jī)體對葡萄糖等物質(zhì)的代謝過程。胰高血糖素樣腸肽1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）是由小腸和大腸粘膜上皮的L型內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的一種參與調(diào)節(jié)血糖水平和短期攝食的內(nèi)分泌型多肽。L型細(xì)胞來源于腸腺窩前體細(xì)胞，與胰島的α細(xì)胞來源于共同的祖細(xì)胞，α細(xì)胞分泌的Glucagon和L型細(xì)胞分泌的GLP-1受同一基因Proglucagon的調(diào)控。

研究證明在Proglucagon基因的啟動(dòng)子序列上有Pax6的結(jié)合位點(diǎn)，即Pax6可能影響Proglucagon基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。部分ENu誘變和篩選得到Pax6基因突變小鼠材料和方法：本研究對191只雄性C57BL／6J近交系小鼠進(jìn)行ENU化學(xué)誘變，獲得3172只G1代。

通過對G1代進(jìn)行行為學(xué)、形態(tài)學(xué)、神經(jīng)功能、學(xué)習(xí)記憶、聽力、視覺生理、骨代謝、血糖和心功能等進(jìn)行監(jiān)測，篩選出595只與人類疾病相關(guān)的顯性基因突變個(gè)體和117個(gè)可遺傳品系，其中包括一個(gè)小眼品系DEBA。對此小眼小鼠品系DEBA利用微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)和分子克隆技術(shù)，尋找突變基因，并對突變基因進(jìn)行測序以確定突變位點(diǎn)，同時(shí)通過PCR和酶切的方法建立基因鑒定方法，Western Blot檢測突變基因編碼蛋白的表達(dá)。

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