□王　瑋（安陽師范學(xué)院體育學(xué)院河南安陽455000）

基因芯片技術(shù)在運動人體科學(xué)中的應(yīng)用研究

□王瑋（安陽師范學(xué)院體育學(xué)院河南安陽455000）

基因芯片技術(shù)認為是一種新產(chǎn)生的基因表達和基因結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，具備自動化、規(guī)?；?、高通量和快速化等主要特點，它在運動傷痛類基因檢測、人體運動科學(xué)、運動員身體的機能評定、營養(yǎng)補給方面都得到了一定程度的應(yīng)用，并且具有特別廣闊的應(yīng)用前景。

基因芯片技術(shù)運動人體科學(xué)應(yīng)用

我國知名學(xué)者田振軍等主要人物在2002年首次應(yīng)用cDNA基因芯片先進技術(shù)對運動性質(zhì)心肌肥大、疲勞小白鼠的有關(guān)基因進行了相關(guān)的篩選和研究；同一年，何子紅等人利用科學(xué)的寡核苷酸芯片技術(shù)初步針對運動能力相關(guān)聯(lián)的基因進行了探索，并且將所得結(jié)果進行了相關(guān)的報道。本文通過查閱相關(guān)的資料，以基因芯片理論和核心原理為出發(fā)點，對基因芯片技術(shù)和其在人體運動科學(xué)中的具體應(yīng)用進行了研究分析。

1、基因芯片技術(shù)簡介

基因芯片也被稱為DNA芯片，或者是cDNA微型矩陣，其本質(zhì)是在研究芯片上根據(jù)特定的排列形式固定探針，從而形成DNA探針微型陣，然后將摻有熒光分子的樣本通過擴增等技術(shù)于芯片固相探針進行雜交，之后分析掃描器和計算儀器的結(jié)果，獲得樣本中存在的基因排序以及相應(yīng)的表達信息。基因芯片的種類有很多種，分類的方法也很多樣。依據(jù)芯片上的主要探針的種類可以將其分為cDNA芯片、寡核苷酸芯片等，按照用途可以分為測序芯片、毒理芯片以及診斷芯片和表達譜芯片等。

2、基因芯片核心技術(shù)原理

基因芯片主要遵循堿基互補的原則，對待測的樣本DNA進行相應(yīng)的標(biāo)記并且在規(guī)定的位置上進行探針雜交，通過對DNA序列的圖像研究，進而分析細胞以及組織中的基因信息?；蛐酒冗M技術(shù)主要包括樣品和芯片制備、基因雜交反應(yīng)以及基因信號檢測等環(huán)節(jié)?；蛐酒闹饕苽浞椒▌t主要包括直接點樣和原位合成兩種。直接點樣方法主要指將合成完成的探針以及cDNA等通過機械設(shè)備在芯片上進行接點；原位合成方法主要是指直接合成目標(biāo)探針，主要運用4種核苷酸，這種方法直接簡單，主要包括光刻合成以及噴印合成兩種。制品制備則主要將需要分析的基因在進行主要探針雜交之前進行相應(yīng)的分離，然后之后擴增和標(biāo)記。因為基因樣品的不同來源、不同含量以及不同的檢測方法和目的，促使采用的分離、標(biāo)記以及擴增的方法也存在很大的不同。目前所采用的熒光素品種有很多，可以滿足不同來源、不同類型樣本的分析。另外，基因芯片具體的雜交過程也是非常直觀、簡單的。依據(jù)研究的主要目的和具體條件，可以將制備所用的芯片和熒光探針進行雜交，將未結(jié)合的探針去掉，然后可以進行相應(yīng)的掃描和具體的分析。

3、基因芯片核心技術(shù)在人體運動科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景

通過相應(yīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，最近幾年基因芯片核心技術(shù)在人類體育科學(xué)方面研究以及運用程度在逐漸加大，其應(yīng)用的范圍主要集中在人體運動能力基因篩選、運動疲勞以及運動心臟科學(xué)領(lǐng)域，另外還包括運動疲勞和與之相對應(yīng)的抗疲勞藥物的選取等方面。如下我們選取幾個方面進行逐個分析。

3.1、人體運動能力方面的基因篩選過程中的應(yīng)用

我們都知道，在競技類體育活動中，不僅是經(jīng)過嚴格、專業(yè)的訓(xùn)練就可以直接成為世界級專業(yè)的運動員的。因此，對運動員選手進行全面科學(xué)的選材是我國競技體育中尤為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。我國最開始的運動員選取主要是將成績作為核心的自然式選材，另外還以教練的工作經(jīng)驗總結(jié)作為選取的依據(jù)，這是我國體育員篩選的兩個主要階段。隨著我國競技體育形勢日漸激烈以及社會的不斷發(fā)展，運動員能力的選取工作變得越來越重要。目前，選材工作也逐漸從生理功能、身體的形態(tài)、身體素質(zhì)逐漸的從人體運動心理學(xué)、生物力學(xué)以及人體遺傳學(xué)等方面延伸。隨著先進的分子學(xué)生物理論和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，基因芯片核心技術(shù)在我國體育科學(xué)中的運用也變得越來越廣泛，特別是在人體運動基因的采取和篩選等方面也取得非常大的進步。一直到2000年，人們一共發(fā)現(xiàn)了二十九個與運動能力以及體質(zhì)相關(guān)聯(lián)的人體基因位點；而一直到2005年，基因位點發(fā)現(xiàn)數(shù)量已經(jīng)達到了一百四十多個。近幾年，國外對運動能力相關(guān)基因的研究都取得了非常大的進步，得出有氧耐力人體素質(zhì)訓(xùn)練是受到眾多基因一起控制的，主要有ACE、mtDNA、以及HLA等眾多基因以及低氧適應(yīng)基因等。目前，已經(jīng)篩選到的有關(guān)于運動能力的基因以及其相關(guān)的位點正在逐漸的增加。希望在未來，隨著生物學(xué)、基因組學(xué)以及基因芯片學(xué)等技術(shù)以及理論的日漸發(fā)展，人們在經(jīng)濟體育方面將得到更大的發(fā)揮和進步。

3.2、運動心臟學(xué)相關(guān)科研中的應(yīng)用

就目前的發(fā)展形勢來看，運動性質(zhì)心肌肥大和病歷性質(zhì)心肌肥大的本質(zhì)區(qū)別、運動型猝死的早期基因診斷和預(yù)防、心肌缺血的具體保護策略、運動型心率失常的主要發(fā)生機制等問題已經(jīng)成為目前運動心臟科學(xué)研究領(lǐng)域中的熱點問題，尤其是針對運動性質(zhì)的心肌肥大的主要發(fā)生機制問題研究更是得到了廣大科研學(xué)者的關(guān)注。近幾年，國內(nèi)外學(xué)者對運動性質(zhì)的心肌肥大主要發(fā)生機制進行了眾多的研究，并且得到了一定的研究成果?；蚣夹g(shù)因其獨特的大規(guī)模性、高通量性、快速準(zhǔn)確性以及平行性等核心優(yōu)勢實現(xiàn)了對大量數(shù)額基因的同時篩選。目前，基因芯片先進技術(shù)已經(jīng)在運動性質(zhì)的心肌肥大相關(guān)基因的篩選方面得到了一定的水平，并且已經(jīng)有相關(guān)文獻的報道。國內(nèi)知名學(xué)者田振軍等人運用cDNA芯片對運動性質(zhì)和安靜性質(zhì)的心肌肥大實驗鼠小組的基因表達情況的結(jié)果進行了分析，表明在2201條小鼠基因中，存在顯著基因71條，其中上調(diào)、下調(diào)表達為37條和34條，這些基因主要包括代謝酶基因、腫瘤基因和細胞骨架的蛋白基因等多種，國外學(xué)者對此也進行了多次的研究，并且取得了極大的成就。

由此可見，運動心臟相關(guān)基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、運動猝死性質(zhì)的早期基因相關(guān)診斷和主要預(yù)防以及運動性質(zhì)的心肌肥大的主要發(fā)生機制等問題都是我國目前運動心臟科學(xué)研究中急需去解決的問題。利用基因芯片先進技術(shù)從更深入的分子層面對運動心臟學(xué)相關(guān)的主要基因表達結(jié)果進行研究，解釋了其發(fā)生、發(fā)展機制，為了更深入的運動性質(zhì)心肌肥大和運動性質(zhì)猝死的提前預(yù)防研究提供了最為基礎(chǔ)的理論依據(jù)和科學(xué)實踐經(jīng)驗。

3.3、抗運動性人體疲勞重要藥物篩選過程中的應(yīng)用

最近幾年，對運動性質(zhì)消除的方法研究在我國體育科學(xué)主要領(lǐng)域中受到了眾多學(xué)者、專家的廣泛關(guān)注，尤其是針對抗疲勞相關(guān)藥物的篩選已經(jīng)成為目前運動學(xué)專家、運動醫(yī)學(xué)藥理學(xué)家所一致關(guān)注的重大課題。藥物篩選主要是對潛在適用的藥用類物質(zhì)進行初步的活性試驗和檢測，進而對其藥用價值和主要的臨床用途進行分析，為新藥的發(fā)展提供基本的原始數(shù)據(jù)和相關(guān)資料。目前，針對藥物篩選所采用的靶標(biāo)主要是靶基因和膜受體。利用藥物的相應(yīng)作用進行靶基因的運動性質(zhì)疲勞相關(guān)物質(zhì)的篩選，可以在很大程度上對分子機理進行解決，同時也可以極大的提高藥物篩選工作的可信度。以往的藥物篩選方式速度慢、資金投入大且信息獲取有限，基因芯片先進技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了速度，信息獲取增倍，同時也更為的準(zhǔn)確，通過對其運用可以了解到正常以及疲勞性質(zhì)基因所產(chǎn)生的表達譜變化，并且能夠有效的與生理學(xué)、組織學(xué)以及生物化學(xué)進行緊密的聯(lián)系。

4、基因芯片核心技術(shù)在人體運動科學(xué)應(yīng)用研究展望

通過對近幾年基因芯片的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，其因大規(guī)模、高通性、準(zhǔn)確快速等主要優(yōu)勢在人類體育科學(xué)核心研究領(lǐng)域得到了非常廣闊的發(fā)展。尤其是在人體運動研究領(lǐng)域，其應(yīng)用的范圍也逐漸得到了加大。目前，國內(nèi)外科研專家和學(xué)者已經(jīng)開始對基因芯片技術(shù)進行相關(guān)的應(yīng)用，并且成功篩選出了優(yōu)秀體育遠動員運動能力關(guān)聯(lián)、心肌肥大以及運動疲勞等方面相關(guān)的基因。隨著科技以及基因研究技術(shù)的逐漸發(fā)展，通過基因芯片核心技術(shù)將會在基因?qū)用鎸\動性質(zhì)心肌肥大的主要發(fā)生機制以及運動性質(zhì)的心率失常病癥發(fā)生機制等進行了全面的揭示。另外，基因芯片核心技術(shù)將會把更多與人類運動能力關(guān)聯(lián)的基因進行研究并篩選出來，與此同時，同樣可以將優(yōu)秀遠動員的基因主要特征進行收集，并且以此為基礎(chǔ)建立一個優(yōu)秀運動基因表達數(shù)據(jù)庫，進而對優(yōu)秀基因的表達水平進行提升，為我國和世界的運動專業(yè)人才選拔、針對性培養(yǎng)以及能力的檢測和評點工作帶來新的突破。基因芯片核心技術(shù)在不斷的發(fā)展，將可能對運動引起的應(yīng)激表現(xiàn)、機制和反應(yīng)在更為深層次的分子水平上進行更為全面的揭示，促進人體運動科學(xué)的研究和發(fā)展。

5、結(jié)束語

綜上所述，隨著科技的發(fā)展，基因芯片核心技術(shù)將會把更多與人類運動能力關(guān)聯(lián)的基因進行研究并篩選出來，另外，同樣可以將優(yōu)秀遠動員的基因主要特征進行收集和篩選，并且以此為基礎(chǔ)建立一個優(yōu)秀運動基因表達數(shù)據(jù)庫，為我國和世界的運動專業(yè)人才選拔、針對性培養(yǎng)以及能力的檢測和評點工作帶來新的改革和突破。因此，為了保持基因芯片技術(shù)的健康的發(fā)展，需要國家以及相關(guān)部門對此投入更多的關(guān)注，從而進一步的促進我國人體科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

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