基因芯片技术与基因组学研究成果应用到毒理学领域中，推动了毒理基因组学的诞生。毒理基因组学是生物信息学和基因组学相结合的一个新分支学科，是研究基因组与外来化合物对机体不利影响之间关系的学科。毒理基因组学首先将帮助我们了解基因的多态性对化合物毒性是否产生影响；其次将使我们可以在基因表达层次上了解化合物染毒与基因表达改变之间的关系，以便更好地了解化合物的毒作用机理；最后使在基因组水平上对毒物进行分类成为可能。本课题设想利用基因芯片技术来研究3类共计13种化合物所诱导的小鼠原代培养肝细胞基因表达谱，通过对基因表达谱的聚类分析，找出不同化合物的特异“基因指纹”，建立数据库，对化合物在基因组反应水平上进行分类的尝试，使化合物的分类与其诱导的基因表达谱联系起来。同时对所研制的毒理学基因芯片用于化合物毒性分类进行探索。主要的结果如下： 一、小鼠毒理基因芯片检测平台的建立与香港城市大学合作，共同研制开发了小鼠毒理基因芯片。1.选择了1796个基因作为芯片组成，主要涉及细胞生长与维持、应激反应、转录、信号传导、翻译、转运、代谢、细胞外基质等八个方面。 2.从NIA小鼠15K和7.4KcDNA文库中拷贝出毒理芯片所挑选的基因克隆进行PCR扩增，扩增产物的合格率为97.57％，说明小鼠毒理芯片的基因文库复制、扩增是成功的。 3.采用PicoGreen荧光染色检验芯片点样情况，结果显示芯片的荧光染色均匀，信号强度较高，表明靶标的点样和附着情况良好，芯片质量合格，可以用于下一步的芯片杂交实验。 4.阳性对照基因的变异系数均在0.15以下，表明芯片结果的变化幅度较小，结果是可靠的。 5.同批次芯片杂交检验和不同批次芯片杂交实验结果显示，同批次和不同批次的两张芯片实验结果的Pearson相关系数分别为0.908和0.887；差异表达基因的一致率为100％。表明同一批次和不同批次的芯片间的重复性很好。 6.自身比较实验得到的假阳性率为0.56％(判断标准是2.0和0.5)，与国际报道的下限相近(0.5％～3％)，证明该系统是稳定可靠的，结果具有重复性。 二、细胞模型的建立1.用两步灌流法分离小鼠肝细胞，细胞产量一般在107以上，活力在85％～95％之间。细胞接种后生长良好。 2.用MTT实验检测13种化合物的细胞毒性，绘制其剂量反应曲线，并计算出各化合物的LC30，作为本次毒理基因表达谱研究的毒性剂量。 三、十三种化合物毒理基因表达谱分析1.用自配的RNA提取液提取样品总RNA，获得的总RNA有较高的纯度，可以直接用于基因芯片的杂交。 2.13种化合物在三个时间点上共引起580个基因的表达明显差异(ratio≥2.0或ratio≤0.5)，其中在三个时间点上都有表达差异的基因有289个，在4H和24H都有表达差异的基因有316个，在4H和72H都有表达差异的基因有313个，在24H和72H都有表达差异的基因有386个。 3.13种化合物差异表达基因的数量从4H、24H至72H随时间延长呈明显的时效反应关系(y=35.462x+34.179，R2=0.9917)，提示在72H时的基因表达谱可能提供最完整的差异表达基因信息。4.用实时荧光定量PCR对随机挑选的4个基因在三对样品中的表达情况进行验证，结果显示实时荧光定量PCR实验结果与芯片实验结果一致，表明芯片实验的结果是可靠的。 5.用平均连锁凝聚性分层聚类法对基因表达谱进行聚类分析，有以下初步发现：a)4H的基因表达谱分类结果与化学结构的分类有很大不同，结合差异表达基因的数量在时间上的分布情况等考虑，推测可能是由于4H时的基因表达谱主要以应激反应为主，尚不能完全代表化合物所产生的毒性效应。 b)24H和72H的基因表达谱分类结果较接近，而4H的分类结果与前两者相比差别较大，提示基因表达谱在24H至72H这一段时间内可能是稳定的。 c)DMBA与DBA的基因表达谱分类结果在三个时间点上都是相同的，而且联系最为紧密，提示它们产生毒性的结构基础可能是四元环，与侧链基团关系不大。 d)24H和72H的基因表达谱分类结果与按化学结构分类有较高的吻合率，分别为76.9％和61.5％。 本研究的结果表明，用基因表达谱来对化合物进行分类，使其分类结果与毒性作用相联系，进而探讨其作用机理、预测未知毒性化合物的毒性是可行的，是很有价值与希望的研究方向；本研究也为建立新的环境暴露检测方法提供了实验依据。