端粒與細胞衰老及腫瘤診斷、治療的關(guān)系

田慧敏

（赤峰學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

端粒與細胞衰老及腫瘤診斷、治療的關(guān)系

田慧敏

（赤峰學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

端粒是染色體兩端的膨大結(jié)構(gòu)，其與細胞的壽命、衰老、死亡密切相關(guān).目前腫瘤細胞因端粒酶活性異常增強己被認為是腫瘤診斷、治療靶位點之一.

端粒；衰老；腫瘤

2009年10月，美國3位科學(xué)家伊麗莎白·布萊克本，卡蘿爾·格雷德，杰克·紹斯塔克因發(fā)現(xiàn)端粒、端粒的功能并闡明了在維持端粒的長度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定中端粒酶的作用，而獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎.

端粒是染色體末端像鞋帶頭一樣的特殊DNA序列，具有保護染色體末端DNA不被核酸酶降解及避免染色體間相互融合的功能.而延長端粒DNA分子長度及穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)的是一種特殊的聚合酶—端粒酶.研究發(fā)現(xiàn)，如果細胞中端粒酶的活性足以維系端粒的長度時，細胞將會延緩衰老，甚至達到永生，而端粒酶活性缺乏最終將會導(dǎo)致細胞的損傷，例如Werner綜合癥患者就存在端粒迅速縮短的現(xiàn)象.

1 端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)

染色體在復(fù)制時，首先需要合成RNA引物，DNA聚合酶才會催化核酸片段的3'-OH末端與dNTP間聚合.隨著復(fù)制的進行，RNA引物不斷被降解，DNA聚合酶會以上游DNA片段的3'-OH末端為起點補足缺失片段.但對于鏈狀的染色體DNA來說，其5'末端會因引物降解而造成遺傳信息缺失嗎？答案當然是染色體并沒有隨著復(fù)制后RNA引物的降解而縮短，也沒有發(fā)生相互融合.為什么會這樣呢？1978年，布萊克本發(fā)現(xiàn)四膜蟲的染色體末端存在5'-CCCCAA-3'六堿基多重復(fù)序列[1]，紹斯塔克同時發(fā)現(xiàn)，將小染色體轉(zhuǎn)入到酵母細胞后，很快就被降解了.而布萊克本和紹斯塔克將四膜蟲染色體末端的CCCCAA重復(fù)序列連接到小染色體上，并轉(zhuǎn)入酵母細胞中，小染色體序列未發(fā)生降解，這說明染色體末端這段高度重復(fù)序列保護了染色體不被降解[2]，人們給它起了名字—端粒.Lange等進一步研究發(fā)現(xiàn)，端粒存在一種t-loop結(jié)構(gòu)[3]，可以與端粒保護蛋白結(jié)合[4]，從而避免染色體的降解及末端融合.

因為端粒DNA是由多重復(fù)序列構(gòu)成，故生命科學(xué)家普遍認為同源重組是端粒延伸的機制，但在1984年布萊克本將帶有四膜蟲端粒DNA的人造染色體轉(zhuǎn)入酵母細胞，復(fù)制時，該染色體未加載上四膜蟲的端粒DNA序列而是酵母的[4].為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？布萊克本實驗室用四膜蟲的細胞核抽提液與端粒DNA進行體外溫育，發(fā)現(xiàn)存在一種專門的“聚合酶”—端粒酶延伸端粒DNA，而非同源重組[5].

2 端粒DNA的復(fù)制

端粒DNA是以“爬行式”延長的，端粒酶通過引物特異性識別位點，以其攜帶的RNA為模板，在染色體末端由5'→3'方向延伸出單鏈端粒DNA，DNA聚合酶再以該單鏈DNA為模板合成出完整的雙鏈端粒DNA.復(fù)制結(jié)束后，5'末端的RNA引物會被RNA酶降解，這也就是端粒DNA 3'末端為什么會有部分單鏈的“懸突”結(jié)構(gòu).

端粒酶為什么能夠完成這種特殊的復(fù)制方式呢？這與其組成密切相關(guān)，端粒酶主要由端粒酶相關(guān)蛋白1、RNA成分和逆轉(zhuǎn)錄酶三部分構(gòu)成[6].逆轉(zhuǎn)錄酶具有依賴RNA的DNA聚合酶活性，可識別富含G的單鏈引物，其可以端粒酶RNA成分為模板通過堿基互補配對合成DNA序列.

圖端粒DNA復(fù)制

3 端粒與細胞衰老

研究發(fā)現(xiàn)，細胞的衰老與兩方面的因素有關(guān)，一是DNA損傷，二是隨染色體DNA復(fù)制次數(shù)的增加端粒長度縮短及端粒結(jié)構(gòu)功能發(fā)生改變.人成纖維細胞在體外培養(yǎng)時，發(fā)現(xiàn)其端粒的長短與該細胞的衰老程度呈負相關(guān)，且年輕人的成纖維細胞端粒長度較老年人的長，因此端粒長度的縮短是誘導(dǎo)細胞衰老的生物標記，被認為是衰老的“生物鐘”[7]. Takasaki等人研究發(fā)現(xiàn)，隨著動物年齡的增長，因牙髓染色體端粒長度的縮短不能夠得到及時的糾正，會加速機體的衰老[8].近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，衰老不僅僅與端粒的長度相關(guān)，也與端粒酶活性密切相關(guān).研究發(fā)現(xiàn)，小鼠端粒酶的過表達或低表達，均會導(dǎo)致小鼠的早衰[9].Bodnar等將插入有人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶基因的載體轉(zhuǎn)染到端粒酶負表達的細胞中，使細胞的端粒酶表達恢復(fù)的同時，細胞壽命不僅得到了延長，機體衰老的標志物β－半乳糖的表達量也明顯下降.端粒酶RNA成分在各種組織細胞中的表達量較恒定[10].因此，細胞衰老過程中，人端粒酶表達量主要由端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶基因的表達決定.

4 端粒與腫瘤

正常人體細胞中幾乎檢測不到端粒酶活性，因此細胞每分裂一次，端粒DNA序列會丟失50bp～200bp.隨著細胞的連續(xù)分裂，端粒DNA逐漸縮短，細胞會衰老并喪失增殖能力而死亡.但在約85%的腫瘤細胞端粒酶的活性增強，導(dǎo)致其端粒長度異常增加，超長的端粒使得腫瘤細胞獲得了無限增殖的能力[11]，端粒酶活性測定成為腫瘤診斷的有效標志物.如鄭倩檢索并分析了國內(nèi)外各數(shù)據(jù)庫近十年發(fā)表的有關(guān)外周血端粒酶活性與肝癌發(fā)生、發(fā)展相關(guān)性的文章，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)外周血端粒酶活性的檢測是肝癌診斷的較為重要的參考指標之一[12]；劉陽等研究也發(fā)現(xiàn)，肝癌患者血清端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶基因表達水平明顯高于肝炎、肝硬化患者及健康人的水平，檢測患者血清端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶基因表達水平將有助于肝癌的診斷[13].

端粒酶活性的異常增加也成為腫瘤生物治療的新靶點.張玲等對中藥淫羊藿提取成分淫羊藿甙抑癌機制的研究中發(fā)現(xiàn)，淫羊藿甙能夠顯著性抑制人白血病細胞HL-60端粒酶活性[14]；體外實驗發(fā)現(xiàn)，漢黃芩素可顯著性抑制人卵巢癌細胞端粒酶活性[15]，黎丹戎等通過動物實驗也再次驗證，漢黃芩對人卵巢癌細胞株SKOV3裸鼠移植瘤及端粒酶活性均具有明顯的抑制作用，且抑制強度與劑量成正比例關(guān)系[16].

凋亡是機體細胞在發(fā)育過程中或在某些因素作用下，通過細胞內(nèi)基因及其產(chǎn)物的調(diào)控而發(fā)生的一種程序性細胞死亡.研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤發(fā)生過程中會出現(xiàn)促凋亡基因表達下調(diào)，抑凋亡基因表達上調(diào)從而抑制腫瘤細胞發(fā)生凋亡的現(xiàn)象.近年研究發(fā)現(xiàn)，許多抗腫瘤的中草藥在誘導(dǎo)細胞凋亡的同時，也會改變端粒酶活性.何松等對苦參堿研究中發(fā)現(xiàn)，其可誘導(dǎo)肝癌細胞HepG2凋亡，抑制端粒酶活性，且其引起端粒酶活性下調(diào)所需的時間與劑量均少于引起凋亡的，這可能是因為苦參堿對端粒酶的抑制作用發(fā)生在對凋亡的誘導(dǎo)作用之前[17].蟲草素是中草藥冬蟲夏草的有效成分，丁向萍等對其抑癌機制的研究中發(fā)現(xiàn)，蟲草素可能是通過抑制端粒酶的活性，下調(diào)NF-κB的表達而誘導(dǎo)肝癌細胞HepG-2的凋亡[18].而張俊峰等對冬凌草甲素誘導(dǎo)肝癌細胞BEL-7402凋亡的機制研究中發(fā)現(xiàn)，冬凌蟲素可通過降低端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶基因的表達而降低該細胞端粒酶的活性，同時下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2及上調(diào)促凋亡蛋白Bax的表達而促進肝癌細胞的凋亡[19].

5 展望

三位科學(xué)家對于端粒及端粒酶的發(fā)現(xiàn)，為細胞衰老機制，腫瘤的發(fā)生、發(fā)展機制的研究開辟了一個新的領(lǐng)域.大量研究還發(fā)，大多數(shù)腫瘤細胞存在端粒酶活性異常增加的現(xiàn)象，這也為腫瘤的診斷，治療開發(fā)出了一個潛在的新方向.

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Q7；R730.2

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1673-260X（2017）07-0026-02

2017-04-11