端粒酶在DNA 輻射損傷和修復(fù)過程中作用的研究進(jìn)展＊

尤培蒙，黎 晨，王晨曦，何俊霞，肖文媛，拜思瓊，趙 晉

（西北民族大學(xué)醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730030）

端粒（Telomere）是一種存在于真核細(xì)胞染色體末端的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它的作用是防止染色體末端被輕易地識別為DNA 雙鏈斷裂(DNA double-strand breaks,DSBs)損傷，從而引起DNA 損傷周期檢查點和相關(guān)損傷修復(fù)通路的激活[1]。而端粒酶是腫瘤細(xì)胞中特異性表達(dá)的一種核糖核蛋白復(fù)合體，近年來研究表明，端粒酶可作為一種潛在的生物靶點，指導(dǎo)臨床惡性腫瘤放射治療；而且隨著端粒酶抑制劑也在不斷發(fā)展，這種新型抗腫瘤藥物因輻射敏感性差異等問題，效果并達(dá)不到預(yù)期。本文就影響端粒酶的活性表達(dá)因素，細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡和輻射敏感性幾個方面進(jìn)行闡釋，旨在通過端粒酶在腫瘤細(xì)胞DNA 損傷和修復(fù)作用的研究，增強(qiáng)臨床放療輻射敏感性為惡性腫瘤治療提供有價值的參考。

1 端粒和端粒酶結(jié)構(gòu)與DNA 損傷和修復(fù)

端粒包括小段重復(fù)的DNA 序列（TTAGGG）的核酸和端粒保護(hù)蛋白復(fù)合體組成的特殊“TLOOP”帽狀結(jié)構(gòu)[2]。端粒酶是負(fù)責(zé)端粒延長的一種反轉(zhuǎn)錄酶，它由催化亞基（TERT）、端粒相關(guān)RNA 組分（TERC）、端粒酶相關(guān)蛋白（TP1）和熱休克蛋白90（HSP90）等多種組分構(gòu)成，主要作用是修補(bǔ)DNA 復(fù)制缺陷。在惡性腫瘤病人放療過程中，電離輻射誘導(dǎo)體內(nèi)細(xì)胞產(chǎn)生大量自由基以及活性氧（Reactive Oxygen Species,ROS）引起端粒的損傷，DNA 損傷修復(fù)蛋白如磷酸化組蛋白H2AX、53BP1 募集并發(fā)揮作用。

2 影響端粒酶的活性表達(dá)因素

2.1 高遷移率族蛋白(highmobility group box 1,HMGB1)

電離輻射通過影響HMGB1 表達(dá)調(diào)控端粒酶結(jié)合蛋白和端粒酶TERT 的表達(dá)水平。HMGB1 是細(xì)胞核內(nèi)重要的非組蛋白，結(jié)構(gòu)是由215 個氨基酸殘基組成的單鏈多肽，其表達(dá)與電離輻射密切相關(guān)[3]。Ke·S 等人在研究人乳腺癌細(xì)胞中DNA 修復(fù)損傷發(fā)現(xiàn)，HMGB1 可通過調(diào)控端粒結(jié)合蛋白如TPP1、TRF1 和TRF2 水平來破壞端粒穩(wěn)態(tài)，阻止DNA 的修復(fù)[4]。王文波等人研究認(rèn)為電離輻射特別是碳離子輻射會影響HMGB1 的分子水平引起的端粒酶TERT 表達(dá)下降進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞ATP 產(chǎn)生減少、ROS產(chǎn)生增加、線粒體膜電位降低以及mtDNA 拷貝數(shù)減少等功能障礙，引發(fā)造成細(xì)胞核DNA 損傷[5]。但是HMGB1 蛋白在DNA 損傷和修復(fù)過程的具體作用機(jī)制不明，也可將其作為研究端粒酶的一種思路。

2.2 腫瘤抑制因子BRCA1 和Src 激酶

電離輻射通過BRCA1 和Src 激酶依附方式下調(diào)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶TERT 的活性。辛艾玲等人通過對乳腺癌細(xì)胞BRCA1 的研究中發(fā)現(xiàn)電離輻射造成DNA 損傷后，端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶TERT 表達(dá)水平明顯降低，乳腺癌細(xì)胞BRCA1 為高表達(dá)，相關(guān)解釋為保證端粒的長度和穩(wěn)定性，維持端粒在細(xì)胞核內(nèi)正常功能[6]。但氧化損傷的DNA 端裂情況無法解釋，而且在氧化損傷中端粒逆轉(zhuǎn)錄酶TERT 中Src 磷酸化位點的出現(xiàn)是否參與了端粒酶調(diào)控也是亟待深入探究的層面。

2.3 Ras-PI3K-Akt 途徑

電離輻射通過Ras-PI3K-Akt 途徑調(diào)控腫瘤細(xì)胞端粒酶TR 的活性。Millet 等人研究測得多形性膠質(zhì)瘤CB193 細(xì)胞端粒酶TR 的活性存在差異，說明電離輻射的劑量與端粒酶活性存在相關(guān)性[7]。此實驗雖證實了電離輻射能通過Ras-PI3k-Akt 途徑上調(diào)端粒酶的活性，但不足之處在于此途徑并不是唯一途徑，并未對其他途徑進(jìn)行深入探究，而且可能具有組織差異性。

2.4 NF-κB 途徑

電離輻射通過NF-κB 途徑提高端粒酶TERT的活性。機(jī)體NF-κB 通路主要涉及組織損傷和應(yīng)激、細(xì)胞分化和凋亡以及腫瘤生長抑制過程的信息傳遞與多種炎性因子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控[8]。吳宏等人利用輻射增敏劑對NF-κB 途徑的研究發(fā)現(xiàn)輻射后胃癌細(xì)胞中的NF-κB 亞基p65 和p50 的核內(nèi)表達(dá)水平降低，蛋白激酶AKT 的磷酸化水平也有明顯降低，說明了此法可提高胃癌細(xì)胞放療敏感性的可操作性[9]。另外此途徑探究方向還可在p53 與SP1 或其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用方面，以及輻射增敏劑的選擇性探究方面。

2.5 泛素-蛋白體酶復(fù)合通路（Ubiquitin-protesome pathway，UPP）

泛素-蛋白體酶復(fù)合通路參與DNA 損傷和修復(fù)過程并對核內(nèi)端粒酶活性進(jìn)行精確調(diào)控。UPP 通路是Hershko 等研究者在發(fā)現(xiàn)的一種高效的蛋白質(zhì)降解通路，參與細(xì)胞損傷修復(fù)、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白跨膜定位等多種生理功能，能夠影響端粒酶的活性表達(dá)，與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[10]。朱強(qiáng)等人設(shè)計泛素交聯(lián)酶序列等檢測其在DNA 損傷中的表達(dá)，認(rèn)為端粒酶TERT 可能是UPP 的靶蛋白之一，原因是因為端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶TERT 的降解是通過泛素化修飾完成[11]。但由于此通路有諸多設(shè)計泛素通路的分子學(xué)問題，國內(nèi)外研究不多，缺乏相關(guān)證據(jù)。

3 細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡與端粒酶

3.1 Wnt/β-catenin 信號通路

阻滯端粒酶Wnt/β-catenin 信號通路可降低惡性腫瘤的發(fā)生。端粒酶Wnt/β-catenin 信號通路是以P-catenin 為核心蛋白的經(jīng)典的Wnt 通路。最新的研究表明，宮頸癌和卵巢癌的發(fā)生與端粒酶Wnt/pcatenin 信號通路有著密切的聯(lián)系[12]。王家興等人使用抑制劑XAV-939 通過阻滯端粒酶Wnt/p-catenin信號通路，使得胃癌細(xì)胞凋亡水平出現(xiàn)明顯提高[13]；此外在調(diào)控細(xì)胞周期方面，胃癌細(xì)胞在G1 期出現(xiàn)明顯的周期性阻滯，細(xì)胞比例較高，S 期細(xì)胞比例相對較少。由此認(rèn)為端粒酶可在DNA 損傷和修復(fù)過程阻滯Wnt/β-catenin 信號通路來降低惡性腫瘤發(fā)生，該通路抑制劑的研究也是臨床預(yù)防腫瘤和治療腫瘤的新方法。

3.2 Pin2／TRF1 結(jié)合蛋白X1(PinX-1)

端粒結(jié)合蛋白PinX-1 可以下調(diào)端粒酶活性，促進(jìn)腫瘤凋亡。PinX-1 是端粒酶抑制因子，為定位在染色體8p23 的抑癌基因。遲濤等人通過測定大腸癌組織中PinX-1 表達(dá)情況并與食管鱗癌進(jìn)行高表達(dá)進(jìn)行對比分析，認(rèn)為腺癌和鱗癌中PinX-1 參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的生物學(xué)功能不同，提示PinX-1 可作為大腸癌患者預(yù)后獨立的觀測指標(biāo)[15]。但該蛋白由于臨床上診斷缺乏特異性，仍停留在實驗室研究階段。

3.3 microRNA、lncRNA 分子網(wǎng)絡(luò)

端粒酶通過調(diào)控microRNA、lncRNA 的分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控細(xì)胞周期從而影響腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。哈佛大學(xué)在2011 年提出了競爭性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA) 假說用于解釋microRNA 與lncRNA 之間復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。宮頸癌與卵巢癌的發(fā)生便與網(wǎng)絡(luò)中長鏈非編碼RNA(LncRNA)和微小RNA(microRNA)密切相關(guān)[16]，故此方面仍是研究熱點。但面臨亟待解決的RNA 序列編碼問題，研究進(jìn)程滯緩。

4 輻射敏感性與端粒酶

目前研究已經(jīng)證實端粒酶活性與輻射抗性有直接相關(guān)性，如何減弱或消除腫瘤細(xì)胞的輻射抗性，如何針對腫瘤細(xì)胞自身DNA 的損傷修復(fù)研發(fā)新型藥物，在電離輻射增敏過程中端粒酶又在DNA損傷修復(fù)中發(fā)揮什么作用，基于腫瘤細(xì)胞的輻射增敏機(jī)制研究相關(guān)端粒酶靶向復(fù)合物和端粒酶抑制劑便是現(xiàn)階段面臨的最大的難題。

5 結(jié)語

以端粒酶作為惡性腫瘤的治療靶點是目前相對成熟的理論，但是由于腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞內(nèi)端粒酶的活性差異，不同來源的腫瘤細(xì)胞端粒酶的表達(dá)水平也有差異，使得端粒酶抑制劑聯(lián)合放療治療惡性腫瘤仍未進(jìn)入臨床應(yīng)用階段，因此端粒酶作為惡性腫瘤治療分子靶點還在不斷的探索當(dāng)中。但是隨著端粒酶研究的不斷加深，相信未來在這個角度能夠揭開腫瘤的神秘面紗。