基因芯片技术是20世纪90年代中期发展起来的具有划时代意义的一个新的分子生物学技术，它综合了分子生物学、免疫学、生物物理、生物化学、微电子技术、计算机科学、统计学等众多学科的相关技术。与其他分析基因表达谱的技术如RNA印迹、cDNA文库序列测定、基因表达序列等相比，具有明显的优点，它可以在实验中同时平行分析成千上万个基因，而且还有速度快、集成度高、污染少等特点。
1、基因芯片技术的检测原理与分类
基因芯片又称DNA芯片或cDNA微阵列(cDNA-microarry)。其基本原理是探针与靶基因的互补杂交，就是将一定量的核酸片段(cDNA、EST或寡聚核苷酸) 作为探针，由机械手高速的将它们高密度地、按预先设置的有规律的地点样排列固定于支持物上，如玻片、硅晶片、尼龙膜片和有机生物合成的表面而制成DNA微阵列，用于检测待测样品中是否有与之互补的序列。
待测样品中的mRNA 被提取后，通过反转录反应过程获得标记荧光的cDNA，与包含上千个基因的DNA微阵列进行杂交反应，将玻片上未互补结合反映的片段洗去，再对玻片进行激光共聚焦扫描,测定微阵列上各点的荧光强度，推算出待测样品中各种基因的表达水平。若要比较不同的两个细胞系或不同组织来源的细胞中基因表达的差异，则从不同的两个细胞系或不同的组织来源中提取mRNA。
反转录反应过程中标记上不同颜色的荧光，等量混合后，与包含上千个基因的DNA 微阵列进行杂交反应，对玻片进行激光共聚焦扫描。比较两种荧光在各点阵上的强度，推算出各基因在不同细胞系中的相对表达水平。基因芯片技术主要包括芯片制备、样品制备、杂交反应和信号的检测与结果分析4个步骤。
基因芯片的分类方法很多，从制作上可分为两大类：即原位合成法和微矩阵法或称合成点样两种。原位合成法是将半导体中的光蚀刻技术应用到DNA合成化学中，将寡聚核苷酸合成到固体基底的表面，在几个平方厘米的面积上产生数万个不同的寡聚核苷酸阵列，每个寡聚核苷酸片段代表了一种特定的基因，存在于DNA芯片的特定位置上。而按载体上所点探针的长度分为cDNA芯片和寡聚核苷酸芯片两种[2]。
2、基因芯片在妇科的应用
随着人类基因组计划的实施和后基因组时代的到来，生命科学逐渐得到了人们的关注。分子生物学的深入发展，使科学家认识到基因调控在生命现象中的重要意义。从基因的水平研究疾病，才可能找到致病的根本原因，而且也有助于疾病的预防治疗，基因芯片以其快速、高通量、同步、准确地分析成千上万的基因信息而显示出了广泛的应用前景。在医药领域已经大量的应用于疾病病因的研究、疾病诊断的研究、疾病治疗及基因制药、新药筛选等研究中。
2.1基因芯片在妇科肿瘤的应用
近年来利用基因芯片进行肿瘤研究已成为一个热点，它可以在一个芯片上同时分析几百个肿瘤样本基因表达[3]。对于研究肿瘤发生、发展过程中相关基因的异常表达及肿瘤诊断和治疗提供了强有力的工具。目前已经应用于妇科的许多肿瘤的研究和治疗中。
2.1.1基因芯片与卵巢癌
卵巢癌是女性生殖器三大肿瘤之一,因症状不典型发现时多属晚期,预后较差。尽管临床治疗方法不断改进，但仍不能明显的改善其预后，因此如何能够早期发现、早期诊断，确立好的治疗手段是改善卵巢癌预后的关键。目前认为卵巢癌的发生多由细胞内的一系列遗传基因的改变引起，如p53、c-erbβ-2、c-myc、k-ras家族和RHOGDI2等基因的变化，但这些基因的变化和缺失还不能解释卵巢癌组织类型的多样性，如是浆液性癌、黏液性癌、透明细胞型癌还是子宫内膜样癌等，而且也无法解释卵巢癌的生物学行为如转移和对化疗的敏感性等等。
因此从分子角度，多方面地研究探讨其基因的改变，或许对卵巢的早期诊断、早期治疗及改善预后有重大的突破。卵巢癌的发生是前体卵巢表面上皮细胞的多基因和渐变性改变的结果，Arnold等用一个含有588个基因的cDNA芯片研究了卵巢癌中基因的表达，发现与永生化的卵巢表面上皮细胞系HOSE17.1相比，卵巢癌细胞系OAW42、PEO1和JAM中，细胞间黏液分子1(ICAM-1)的表达明显降低。与正常的卵巢上皮相比，多数的卵巢癌细胞系和原发肿瘤中，ICAM-1的mRNA和蛋白的表达水平都降低。
osteopontin是存在于人体体液中的一种酸性钙结合磷酸糖蛋白，是炎症反应和肿瘤形成的一种介质。Kim等通过基因芯片对99例各种脐别的浸润性和交界性卵巢癌进行了osteopontin的筛检，结果显示，osteopontin对早期和晚期卵巢癌的预测的敏感性分别为80％和85％。虽然还要通过前瞻性研究来明确术前检验患者血清中osteopontin和prostasin水平的敏感性和特异性，但初步研究表明，通过基因芯片检测osteopontin和prostasin的表达水平可能有助于卵巢癌的早期诊断。
Tapper等应用含有588个基因的cDNA芯片分析了浆液性卵巢癌进展过程中基因表达的情况，研究表明，与良性腺瘤相比，腺癌最显著的不同就是不管肿瘤的分期如何，RHOGDI2(Rho GDP-dissociation inhabitor 2)都是上调的。而RHOGDI2位于人体基因12p123，参与了卵巢癌的发生。Sawiris等构建了一个含有516个基因的专业化cDNA芯片来研究卵巢癌，并将这种小的专业化芯片称之为Ovachip。
而且这种小芯片有诸多优点。他们用Ovachip发现了许多卵巢癌中的差异表达的基因，发现了两组主要的基因即上调的IGF2组和下调的CAK组，IGF组主要包括胰岛素样生长因子(IGF-2)、checkpoint抑制子(CHES1)、顺铂抵抗相关蛋白(CRA)、细胞周期素依赖性激酶(CDK6)、TGF-β2等。 IGF2的表达可能与细胞周期检查点的调节和耐药性的获得有关。CAK组主要包括CDK7和它的调节亚单位细胞周期素H、AXL受体酪氨酸激酶(AXL)、S100钙结合蛋白A2(S100A2)、硒结合蛋白1(SELENBP1)等。
识别和检测卵巢癌基因表达谱变化不仅有助于早期的诊断及病理的基因分型和判断预后，同时也有助于临床和化疗药物的筛选，基因芯片作为高密度集成化的分析手段在卵巢癌药物治疗及化疗药物的筛选上提供了许多有价值的信息。在临床上常常遇到卵巢癌化疗不敏感的问题，这主要是遗传上存在差异，如药物应答基因，导致对药物产生不同的反应。
或产生耐药基因导致药物的不敏感。肿瘤细胞抗药性有关的蛋白质分子主要是P-糖蛋白类、二氢叶酸还原酶(DHFR)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、周期素、腺苷酸合成酶及癌基因产物c-erbβ-2、ras、c-myc等。如果化疗前通过芯片技术检测到相关基因或耐药基因的存在，则可选择用药及治疗方法避免因药物不敏感而影响治疗效果。Huang等通过芯片对多种肿瘤组织进行基因谱分析，发现卵巢组织中呈现明显的高表达，上调结合因子是一种RNA聚合酶?特异性转录因子，与转录因子SLI一起构成核糖体RNA基因催化剂。
进一步采用微阵列分析发现无活性X染色体特异转录子(XIST)为复发性卵巢癌表达最显著的下调基因，进一步的临床观察表明XIST的表达水平与紫杉醇(TAX)敏感性有显著相关，因此XIST可作为卵巢癌TAX化疗敏感性的潜在预测指标，为明确TAX耐药的发生发展过程，Lamendola等采用不同浓度的TAX作用于卵巢SKOV-3亚细胞株，经cDNA微阵列结合自身组织图谱分析(SOM)发现多药耐药1转录表达与父系SKOV-3相比在SKOV-3(0.003TR)中无升高表达，而在SKOV-3(0.03TR)和SKOV-3(0.3TR)中呈高表达，SOM分析能明确相关转录基因的变化，包括细胞生长及维持，细胞结构，信号转导，炎性反应等基因家族，因此cDNA微阵列结合自身组织图谱分析能明确TAX耐药发生发展过程，有望成为早期耐药表型后选基因家族筛选的好方法。
为了解TAX诱导的凋亡通道复杂网络及耐药机制，Sugimura等通过cDNA微阵列技术检测TAX及卡铂(CBDCA)处理过的卵巢癌细胞株(KF)及其他的TAX耐药细胞株(KFTX)，结果表明TAX可上调KF的Caspases-1，-2，-3，4，-6，-9，-10的表达，在KFTX则无变化或下调，而bag-1和hsc70则明显上调，p53和bcl-2则均无上调，因此认为，p53独立线粒体通道和加强反应诱导通道在卵巢癌细胞株TAX诱导的凋亡中起至关重要的作用，这些通道的抑制和bag-1和hsc70的表达上调可导致TAX耐药。
张文晶等应用基因芯片技术研究人卵巢癌紫杉醇耐药细胞株OC3/Tax300与其敏感细胞系OC3之间的基因表达谱差异，筛选耐药相关基因。结果共筛选出显著表达差异基因234种，其中217种基因表达水平下调，17种基因表达上调;下调基因主要为EB病毒编码核蛋白(EBNA-3)、信号蛋白(COP9)，上调基因主要是酪氨酸激酶(JAK2)、热休克蛋白(HSPs)、还原型辅酶烟胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)等。可为进一步探讨卵巢癌肿瘤细胞耐药机制提供新的途径。
2.1.2基因芯片与宫颈癌
宫颈癌是妇女常见的恶性肿瘤，与其他恶性肿瘤一样，其发生、发展是细胞内外多种基因结构和功能异常改变的结果。既往的研究常常局限于一种或几种基因, 不能对整个癌变过程有一个较为全面的了解。那么基因芯片由于其大通量的同步检测就可能满足这一要求。
刘开江等应用含有2048条人类全长基因的cDNA表达谱芯片对3例临床切除的维吾尔族妇女子宫颈癌和3例汉族妇女子宫颈癌及其自身正常宫颈组织标本的基因表达谱进行分析，都发现了表达下调和上调的特异基因，应用基因芯片可以快速、高通量的筛查出妇女子宫颈癌的相关基因，有助于早期的诊断，目前已经明确HPV感染是宫颈癌发生的必要条件。新的Bethesda体系建议将HPV检测作为传统巴氏涂片的辅助检查。
Cho等利用最新设计的HPV DNA芯片进行了HPV基因型的检测，并根据新的Bethesda体系，将结果于巴氏涂片结果比较。芯片包含22个特异的寡核甘酸探针，其中15个为高风险型，7个为低风险型。将HPV DNA芯片与巴氏涂片诊断相结合，比较研究了685个宫颈阴道拭子。
结果显示，414例对照中HPV阳性率为31.9％，而271例癌变中阳性率为78.6％。引起宫颈癌的主要是HPV16、18和58亚型，低度鳞状上皮内病变是由多种HPV亚型共同感染引起的一种病变，在年轻女性(40岁)中多见。Oh等建立了一个包含15个高危及12个低危型别的HPV DNA芯片，应用3个HPV阳性细胞系(Hela，Caski和SiHa 细胞) 及2个HPV阴性细胞系(C33A 和A549 细胞) 进行效果评估显示，该芯片能很好的检测出这些细胞系中存在的已知的HPV型别，且检测限度比PCR法高出100倍以上，该芯片具有高度的特异性和可重复性。
还有学者尝试用HPV检测代替细胞学筛查，研究表明杂交捕获以及HPV芯片作为筛查手段可行，其敏感性与液基细胞学无差异。因此，HPV DNA芯片可作为大规模流行病学调查的强有力的筛查工具，可早期检测高危HPV感染并进行针对性治疗，显著降低宫颈癌发生率。彭敏等利用基因芯片技术对原发性宫颈癌标本进行分析，以期探讨宫颈癌基因组中存在癌基因的表达的变异，结果在原发性宫颈癌标本组织中共筛选出存在表达差异的原癌或抑制基因共11条，占候选基因的3.4％，其中表达明显下降的基因7条，上调基因4条。
可为研究宫颈癌的致病机理提供依据和线索。除此之外，基因芯片也用在了肿瘤病理分型研究上，Fujimoto等[21]采用含1700条癌相关基因的芯片，对来自同一宫颈癌患者两种不同形态细胞SKG-IIIa和SKG-IIIb进行分析，旨在检测出组织类型特异性的癌相关基因，筛选出10个基因(IGFB3，IAP，TM1CEA，EPLG8，IFIG，CAD13，SNO，AMLEV1，TGFB2和PLP)，并在9个宫颈癌细胞系中经半定量的RT-PCR证实,其中IGFB3,IAP及CAD13多表达于鳞癌细胞系中，可能与宫颈癌的组织形态学差异有关;而IFIG，SNO和转化生长因子(TGF)β2在鳞癌和腺癌细胞系中均有表达，可能与宫颈癌的发生有关。
目前大部分区域已确立宫颈癌的TBS 诊断形式，对于报告为非典型鳞状上皮细胞的患者处理还无较好的方法，有学者[22]应用芯片并经免疫印迹证实，同HPV阴性的正常宫颈上皮比较，高危HPV感染的宫颈癌标本中ERBB2，KIT，FLT1，MYCN，RAS，CDKN2A，CCND1，NME1, NME2，MET，FGF7，FGFR2，STAT1及抗凋亡(如Bcl-2)、细胞结构相关基因表达上调，而TGF受体和整合素、IL-1、胰岛素样生长因子结合蛋白这些家族中部分成员表达下调。因此经细胞刷获取宫颈细胞，通过基因表达阵列分析基因表达的特点，以明确区分恶性肿瘤及正常宫颈鳞状上皮是可行的。
2.1.3基因芯片与子宫内膜癌
Kabbarah等[23]利用酒精固定、石蜡包埋子宫标本进行微分离得到的800-4400细胞的RNA进行基因芯片表达谱分析。结果在子宫内膜癌中发现了一些已知的异常表达基因和未知的异常表达基因，并且证实在其它肿瘤中表达增加的Amd1在小鼠子宫内膜癌RNAs中的表达也增加，因此芯片有助于于子宫内膜癌的早期微小病变的诊断。
周怀君等采用含有4096个cDNA克隆的基因芯片技术，分别对2例子宫内膜腺癌组织及其相应的正常组织进行基因表达谱的比较以探讨子宫内膜腺癌的候选基因，结果2例标本共同表达的差异基因共350条，其中Ratio>3的明显上调基因33条，而Ratio<0.3的明显下调基因44条。说明内膜腺癌的形成是由多基因异常引起多条传导通路异常致使细胞恶性转化的结果。
万小平等利用基因芯片技术分析32例不同期别子宫内膜癌组织中的差异表达基因,并对其基因表达谱进行层次聚类分析。结果筛选出与肿瘤转移相关的差异表达基因12个。根据这12个差异表达基因对32例内膜癌进行层次聚类分析,其结果与手术病理分期的符合率为66％。
2.1.4基因芯片与绒毛膜癌
绒毛膜癌为一种高度恶性肿瘤,早期即可通过血道转移至全身,破坏组织及器官。随着HCG监测技术的进步及化疗的发展,使绒癌患者的预后得到了改善。在正常人类滋养细胞和和绒毛膜癌细胞系中基因表达图谱有所不同,Vegh 等[26]采用包含有588 个已知基因的cDNA 微阵列对此进行比较。与正常滋养细胞相比,绒毛膜癌细胞中有6 个基因上调,3 个基因下调,其中热休克蛋白27 (HSP227) 基因下调。HSP227 在绒毛膜癌中下调有助于提高滋养细胞肿瘤对化疗敏感性。
2.2基因芯片在子宫内膜异位症及多囊卵巢综合征中的应用
子宫内膜异位症(内异症,EM) 是最常见的妇科疾病之一,约有10％的育龄妇女患有此症。严重影响妇女的日常生活，目前虽然对此病已进行了大量的研究，但其真正的病因还未明了，治疗也只局限于手术和一些激素药物，而且易复发，基因芯片技术因其低消耗、高灵敏度、高通量的分析细胞内基因表达谱的特点，为实现研究目标提供了好的工具。
李洁等应用578点的人类免疫相关表达谱cDNA基因芯片筛选子宫内膜异位症相关基因。结果获得子宫内膜异位症的相关基因9个表现为上调的基因2个，下调的基因7个。其中下调基因中差异最显著的是IL-12R。与ELSA检测结果相比，基因芯片技术更具有灵敏性和高效性。
樊 杨等应用含有1200条基因的基因芯片, 用同位素探针标记, 探讨EM组织与正常子宫组织相关CK基因的表达谱。结果在3例EM组织与3例正常的子宫内膜组织中, 共筛选出差异表达基因119条，其中CK及CKR基因表达上调15 条，包括IL21、IL22、IL26、L28、VEGFR、TGF、EGF、FGF和EPOR等。 基因表达谱芯片能好地筛选EM相关的CK及CKR基因, 为了解疾病发生机制提供了高效、准确的研究工具。多囊卵巢综合征(PCOS)发病率也比较高，以往研究提示PCOS呈家族簇集现象，但确切的遗传机制仍不清楚。
基因芯片技术应用，为研究该病有了一定的帮助。胡振兴等用人类全基因组芯片U133A，以体外受精-胚胎移植的多囊卵巢综合征患者和对照者取卵后所剩的卵泡颗粒细胞为研究对象，检测5例PCOS患者和5例对照者颗粒细胞中相关差异表达的基因，结果与对照组比较，共筛选出与PCOS明显相关的差异表达基因46个，其中25个基因表达增加，21个表达减少。这些差异表达基因具有多种生物学功能，如脂类代谢调节，细胞间的信号传导和免疫炎症反应，反映了PCOS患者临床症状的多样性。应用基因芯片技术可筛选查出新的PCOS遗传相关候选基因。
2.3基因芯片在其它妇科领域的应用
基因芯片技术除了较多地应用在卵巢癌、宫颈癌及子宫内膜癌方面外，在妇科的其他领域也有一定的尝试，如Lemkin 等[33]应用cDNA 微阵列技术探测了老鼠在妊娠和哺乳期其乳腺组织中基因的不同表达,检测了妊娠和哺乳期在乳腺组织中优先表达的基因，结果显示，碳酸脱水酶Ⅲ在“处女”期和妊娠期的老鼠乳房组织中有较高表达，在剔除了与乳腺上皮发育差的基因的老鼠后其乳房组织中也有高表达，而那些编码乳蛋白的基因则在哺乳期乳房组织中优先表达。对于了解泌乳的分子学机制有所帮助。
Yoshioka 等用基因芯片技术检测了老鼠孕前与孕后其子宫基因的表达，用基因芯片上的6500个基因进行分析，结果发现，399个基因的表达水平在孕前及孕后有改变，其中192个基因的表达水平增加，207个基因的表达水平降低，提示某些基因的活化和失活对孕卵成功的植入是必需的。与之相似的研究也显示有些基因可能涉及滋养细胞侵袭的不同阶段，如整联蛋白、MMPs 和细胞外基质蛋白，体外调节细胞滋养层增殖和分化的自分泌、旁分泌调节因子如生长因子和细胞因子。
这些基因表达的信息可能解释孕卵的植入和胎盘的形成,同样可能解释一些病理的妊娠如先兆子痫，从而为保证良好的妊娠结果提供了新的思路。马向东为探讨妊娠合并糖尿病诱发胚胎先天性神经管缺陷的差异表达基因，揭示胚胎先天性神经管缺陷发生、发展的分子机制，选用2组70-90天的SD大鼠构建了妊娠合并糖尿病诱发胚胎先天性神经管缺陷组大鼠动物模型，提取卵黄囊细胞的mRNA，以cDNA 基因芯片技术对差异表达基因进行检测。
对实验组及正常对照组卵黄囊细胞的1200个基因进行比较，共筛选出差异表达基因79条,其中42条表达上调基因(包括凋亡相关基因BAX、bcl22、HSP70、glucose2transporter 3等)，37条表达下调基因(包括phospholipase A2、insulin2like growth factor II receptor等)揭示了妊娠合并糖尿病诱发胚胎先天性神经管缺陷的差异表达基因,对先天性神经管缺陷好的早期诊断和治疗提供了实验依据。
易广才利用DNA引物和探针设计软件DNAClub 和Primer 510, 根据从Genbank 中查得的巨细胞病毒(HCMV169) 、单纯疱疹病毒(HSV -Ⅰ,Ⅱ)、风疹病毒(RV)和弓形虫(TOX)基因序列分别设计16只长度30bp左右的寡核苷酸探针,合成后用简易手动点样仪MicroCaster按4×4矩阵点在氨基化玻片上，制成基因芯片;将被检测致病微生物DNA和质粒载体DNA用同一种内切酶切割、连接成“杂种”DNA。
再利用载体上的通用引物进行PCR扩增和荧光染料标记扩增产物，并将该产物与DNA芯片杂交，用芯片扫描仪GeneTACTMUC4(Genomic Solutions Inc) 进行扫描，利用随机提供的软件GeneTAC IntegratorMicroarray Analysis Software Version3130进行数据处理和分析。结果用该种方法制备的基因芯片可同时检测5种致病微生物，将用荧光定量PCR检测的阳性标本用基因芯片检测结果基本一致。
3、基因芯片的展望
尽管基因芯片技术出现的时间不长，而且在妇产科领域的研究还有诸多的局限性，但其在在妇产科已显示出了非常广阔的应用前景。应用基因芯片技术还可以在胚胎早期对胎儿进行遗传性相关基因的鉴别及产前的诊断，为人口优生优育提供有力的保证。随着人们对各种基因的认识，各种疾病都可能从基因的水平上来了解其发生发展的过程。由于基因芯片发展时间不长，这一技术还存在不足[39]，如需昂贵的设备;合成探针中难免有错误的核苷酸掺入和杂质混入,降低特异性;探针阵列的密度有待提高等。随着技术的发展，这些问题都将克服。
