科学研究的设计和方法中的科学性

 成军, 中国人民解放军第302医院传染病研究所基因治疗研究中心、
       全军病毒性肝炎防治研究重点实验室  北京市  100039摘要
    生物学和医学的研究发展很快，不断有新的理论和技术出现，推动着生物学和
医学领域的不断发展. 现代分子生物学技术和理论为肝脏病学的研究提供了前所未
有的机遇. 由于发展不平衡，对于新理论和新技术的接受程度和推广还有一段艰难
的过程. 在这一过程中，不可避免地存在一些认识上的误差和偏差. 因此本文选取
3个有代表性的例子，阐明科学研究的设计和方法中的科学性.

0   引言
    我作为几家杂志的编委，经常会审阅来自不同单位的稿件，在审阅过程中发现
了一些问题. 本文的目的是提出一些问题，供编者、读者作为参考，共同提高我们
科研设计的水平和学术论文的质量. 关于正确理解现代分子生物学理论和技术在生
物医学研究领域中的应用，有许多鲜明的例子，本文主要选取3个有代表性的例子
，说明在科研设计和学术论文鉴赏过程中常见的误区.

1   研究基因转录水平主要考虑的是启动子的转录活性
    在审稿过程中，我接到一篇研究核苷类似物拉米夫定(lamivudine)抑制乙型肝
炎病毒(HBV)X基因的研究报道. 基本的研究方法和过程如下: 首先利用分子生物学
技术，构建HBV X基因的真核表达载体，如具有巨细胞病毒(CMV)早期即刻基因启动
子的pcDNA3，然后用这一载体转染肝母细胞瘤细胞系HepG2，建立稳定转染细胞系
，在细胞系的培养上清中加入拉米夫定，利用半定量的逆转录多聚酶链反应(RT-P
CR)技术，检测HBV X基因的转录物水平，并进行半定量分析，结果证明HBV X基因
的转录物水平有显著降低，结论是拉米夫定对于HBV X基因的转录具有显著的抑制
作用. 这一篇文章的设计存在严重的问题，对于分子生物学的基本原理的理解有偏
差，是不能发表的.
      首先我们必须明白，基因的转录调节是在基因启动子指导下进行的，基因转
录水平的高低受到许多因素的影响，但是主要决定于启动子在这一系统中的转录活
性，而与启动子指导的目的基因的性质没有太多的关系[1-12]. 这样的设计更多的
是研究了拉米夫定对于CMV早期即刻基因启动子转录活性的抑制作用，而与HBV X基
因的转录没有关系. 如果本实验的目的基因换成别的什么基因，所得到的结果也同
样不能说明目的基因的变化. 例如这一实验中我们将HBV X基因换成报告基因氯霉
素乙酰转移酶(CAT)，那么岂不是可以得出结论拉米夫定可以抑制氯霉素乙酰转移
酶的表达了吗？显然这是不合适的.
      关于转录水平的研究，正确的研究方法设计应该是特定基因的启动子序列与
报告基因构件成报告基因表达载体，转染合适细胞系，共同转染其他的表达质粒，
或者在细胞培养上清中加入某些药物(如拉米夫定)，以研究基因表达或药物对于该
基因转录表达的影响[13-15]. 要研究什么基因的转录表达，即选择该基因的启动
子基因序列，而不是选择其编码基因序列. 目前报告基因表达载体的构建与细胞转
染模型的建立是研究基因表达调控非常常用和成熟的研究技术和策略，常用的报告
基因包括CAT、b-半乳糖苷酶(b-gal，b-galactosidase)、萤虫素酶(Luc，lucife
rase)、和绿色荧光蛋白(GFP，green fluorescence protein)等. 报告基因CAT的
检测有酶联免疫黏附法(ELISA)、同位素分析法，b-gal的检测有ELISA法和免疫组
织化学染色法，Luc的表达可用化学发光法，而GFP是惟一可以在活细胞中进行观察
的报告基因类型. 以上报告基因类型可以根据具体的研究条件和研究的目的进行选
择. 但是，无论采用的是何种类型的报告基因，其表达水平并不代表报告基因的调
控，而是代表了报告基因上游的启动子的转录活性水平. 利用报告基因表达载体的
研究技术，具有很多的优点，其一可以避开内源和外源基因表达水平的影响. 例如
，研究一种基因的转录水平表达而进行报告基因表达载体的构建和细胞转染，如果
表达产物是基因编码产物本身，就难以区别内源性基因的编码水平或者是外源转染
基因的表达水平. 采用报告基因就可以解决这一问题，因为采用的报告基因类型是
细胞本身不表达的产物，因此，对于报告基因编码产物的检测水平可以精确地反映
基因启动子的转录活性，不会受到内源性基因表达产物水平的影响. 第二，如果研
究不同基因启动子的转录活性，采取本身基因表达产物的检测方法，必须建立各种
基因表达产的检测方法，有些基因的表达产物的检测技术还不具备，或者很难建立
，但是如果采用报告基因的研究策略就很容易解决这一问题，只要建立稳定的报告
基因表达的检测技术就可以应用不同基因启动子转录活性的检测和研究. 这也正是
基因转录表达研究策略中非常成熟和公认的做法[16-18].

2   肝炎病毒准种特点是一个不能忽视的问题
    乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒(HCV)存在状态时准种(quasispecies)状态，这
是一个不能忽略的问题[19-31]. 在研究抗病毒治疗前后的病毒的基因序列改变的
研究中尤其要注意病毒基因准种的特点. 例如，一篇论文研究慢性乙型肝炎的抗病
毒治疗前后的病毒基因序列的改变，治疗前留取患者的血清，抗病毒治疗后再一次
留取血清，由两份血清提取HBV DNA，应用聚合酶联反应(PCR)技术进行扩增，扩增
的HBV DNA片段进行克隆化，各挑取1个克隆进行序列分析，结果发现2个序列存在
差别，因此就判定抗病毒治疗前后病毒的基因序列发生了改变，而且认为这种改变
与抗病毒治疗的效应有关. 如果慢性乙型肝炎患者抗病毒治疗前后的HBV基因序列
始终各自都是均一的病毒基因序列，或许这种研究方法是可行的，但是，事实上H
BV基因序列有准种特点，就是说慢性乙型肝炎患者血清中的病毒，其基因序列，不
同的病毒株之间十分相似，但又不同，这种相似性达到95%以上，差别占总核苷酸
数的5%以下，这种差别较小，还不足以分成不同的血清型，也不足以分成不同的基
因型，但这种差别又是客观存在的. 病毒株之间的差别是一个较为普遍的现象，甚
至在患者的血清中很难找到2株序列完全一致的病毒. 因此，我们对于HBV在患者血
清中的存在状态，应该是把HBV看成是由不同的基因序列的HBV组成的一个病毒群，
而且随着病毒自身复制过程的变化，以及机体的免疫力和抗病毒药物应用的情况，
各种病毒在病毒中所占的比例在时时刻刻的变动之中[32-35]. 因此，准种概念之
所以十分重要，就是改变了以往人们对于HBV存在状态的看法，换了一种角度来看
HBV的存在状态，更为客观和准确. 利用准种的观点来看
 《科学研究的设计和方法中的科学性》