关于端粒酶的文献综述

关于端粒酶及其与肿瘤关系的文献综述 孙建平 指导老师：张宏梅 （广东工 业大学轻工化工学院生物化工 专业，广州， 510006） 摘要：本文介绍了端粒和端粒酶的结构、特征和功能，回顾了近十几年来在端粒酶上的一些研究成果。着重介绍了 端粒酶与肿瘤的发生的关系，以及它在 肿瘤的检测和治疗方面的 应用。 关键字：端粒酶 肿瘤 检测 治疗 20 世纪 30 年代 Muller 发现了保持染色体稳定的端粒结构，1985 年 Greider 和 Blackbum 在四 膜虫细胞提取物中发现了端粒酶，并证实端粒酶具有维持端粒长度的功能。1989 年 Morin 等人在 宫颈癌的 Hela 细胞发现活化的人端粒酶，从此对端粒酶的研究便不断深入，本文对端粒酶的研究 进展综述如下。 1.端粒与端粒酶 端粒是 Muller 于 1938 年首次发现这一结构并将其命名为端粒 1（telomers） 。它是真核细胞染 色体末端由重复 DNA 序列和蛋白质的复合物，是保持染色体完整和稳定性的重要结构。端粒 DNA 是 由两条不同的 DNA 链构成，富含 G 的那条链 5-3指向染色体末端，次链比富含 C 的链在其 3 末端尾处可多处 1216 个核苷酸的长度 2。不同物种端粒的重复序列和长度不一样，但每种生物体 都有其特定的序列和平均长度。人类端粒的重复序列是 5-TTAGGG-3,其长度为 515kb 3，生 物学功能是防止染色体讲解、末端融合、非正常重组和染色体缺失。端粒的长度反映着细胞复制史 及复制潜能，正常体细胞由于末端复制过程，端粒随细胞分裂而进行缩短，这种分子侵蚀作用使得 细胞的分裂次数有了生理限制，从而限制了体细胞的寿命 4 ，因此端粒被称作细胞寿命的“有丝 分裂钟” 。 端粒酶于 1984 年由 Ssampay 等发现，它是由端粒酶 RNA 链和蛋白质组成的核糖核蛋白酶，直 接参与端粒的形成，是一种能将真核生物染色体末端 DNA 加以延长的核酸蛋白复合物。目前认为人 端粒酶结构上主要包括三种成分：端粒 RNA 成分（human telomerase RNAcomponent，hTR） 、端粒 酶催化亚单位（human telomerase reverse transciptase，hTERT）和端粒酶相关蛋白 （TEP/TLP1、TP1） 。在体外，仅有 hTR 与 hTERT 两种成分就能表达出完整端粒酶的活性 5。 端粒酶能够以自身的 RNA 为模板逆转录合成端粒 DNA 重复序列并添加到端粒末端，以维持端粒 长度，保持染色体的相对恒定 6。端粒酶对端粒的延伸是精确调控的过程，是各个亚单位相互协调 的结果 6。首先，端粒酶反转录酶被激活，进而催化激活端粒酶；而后，端粒酶通过结合蛋白结合 在 DNA 的 TG 引物及端粒酶 RNA 模板上，使端粒引物末端位于端粒酶 RNA 模板区的起始端，然后开 始合成端粒 DNA，进行到模板区的末端时，沿长的 DNA 末端与 RNA 模板配对解开，但脱落的端粒仍 然结合在端粒酶结合蛋白上，其末端又结合在端粒酶 RNA 模板区的起始位，如此反复合成端粒，直 到端粒达到一定长度后终止。 端粒酶不只是专一地合成端粒重复序列，已经有一些实验正式其具有其他功能如抗细胞凋亡、 DNA 修复等 7-10。 2.端粒酶与肿瘤的发生 自1994年，Kim 11开始应用一种灵敏的基于 PCR的端粒酶检测方法TRAP法来探测人体组织中的 端粒酶活性后，研究发现，90 的恶性肿瘤组织中都存在端粒酶活性，在常见恶性肿瘤细胞中端 粒酶活化的阳性检出率分别为：胃癌85、肺癌80.1、肝癌85、乳腺癌85、肾癌71、胰腺 癌95等 12-14, 相反绝大多数正常细胞和组织只展现了极低的或无端粒酶活性 15。由此可见端粒 酶基因的异常激活是绝大多数恶性肿瘤发生的共同途径，原因之一就是它消除了因端粒的缩短对肿 瘤发展的抑制作用。所以，阐明端粒酶在正常体细胞中抑制而癌变过程中被激活的调控机制对于肿 瘤的诊断和治疗具有十分重要的意义 16。 其中一个机制可能与p53有关。p53功能丧失或突变是大多数人类癌变的特点，大约50%的乳腺 癌和40%60%的大肠癌发现有p53基因缺失。在缺失端粒酶的裸鼠中，端粒的功能失调和p53的丢失， 造成裸鼠细胞有亲癌性和癌症的早发性 17。可见，端粒酶在肿瘤发生发展过程中的作用，与p53有 一定的关系，尤其是与p53是否发生突变有关。 另外也有一些研究认为，hTERT存在c-myc基因的作用位点，端粒酶的活性受 c-myc的影响。C- myc基因是myc基因家族的重要组成成员之一，定位于8q24，是使细胞无限增殖、获永生功能、促 进细胞分裂的基因，与多种肿瘤发生发展有关 18。 然而，端粒酶的表达并不是肿瘤发生的动因。虽然人类肿瘤细胞中广泛存在较高的端粒酶活性， 甚至在一些肿瘤中端粒酶活性高低与恶性程度一致，但端粒酶自身并没有能力引起肿瘤 19。敲除 hTERC基因的小鼠，其成纤维细胞形成肿瘤的能力取决于癌基因如Ras或者T抗原的转化，而与端粒 酶的活性无明显关系 20。但要维持肿瘤的发生、发展及恶化性转化，就需要更高的端粒酶水平来 更有效的维持端粒的长度，这往往要求端粒酶的重新激活。 3.端粒酶与肿瘤的诊断 绝大多数人类肿瘤细胞中均有端粒酶的表达，正常人体细胞无端粒酶活性或 hTERT 表达，但 一些更新组织的增值细胞，如：生殖细胞、活动期淋巴细胞、造血干细胞和表皮基地细胞等除外。 因此很多学者认为通过相关组织端粒酶活性的检测有助于肿瘤的诊断 21。他们先后通过相关实验 证明端粒酶活性的检测可用于小肝癌 22，卵巢癌 23，膀胱癌 24以及胰腺癌、肺癌和食道癌等的检 测。据报道，利用实时定量 PCR 技术、细针吸收等方法与传统的 TRAP 相结合检测端粒酶，其结果 在灵敏度与特异度方面更加可靠，使得利用端粒酶对肿瘤进行诊断或分析的可行性提高。 然而，端粒酶作为肿瘤诊断的标志物也有一定的局限性。正如前面所讲，由于人体的生殖细胞、 再生细胞也有一定的端粒酶表达；约 20%的肿瘤不表达端粒酶，正常鼻咽粘膜中端粒酶可呈阳性， 故不宜用于鼻咽原位癌诊断 25；所以利用端粒酶作为肿瘤的诊断乃至治疗靶点还有待进一步探讨。 4.端粒酶与癌症的治疗 由于端粒酶在肿瘤细胞中广泛表达，而在正常组织中较少，目前端粒酶已成为肿瘤治疗的新靶 点。端粒酶抑制剂被认为是一类潜在的高特异性低毒的抗癌药物，其开发研究为恶性肿瘤的早期诊 断和基因治疗开辟了新途径。端粒酶抑制剂类抗肿瘤药的设计主要以端粒酶RNA模板，端粒酶蛋白 催化亚基以及端粒结构为对象。目前所发现的端粒酶抑制剂有G4作用试剂、核酶、Topo毒剂、类 黄连素、硝基苯乙烯、反义寡合普酸等 26。 美国加州的端粒酶研发单位Geron公司以端粒酶RNA 模板为靶点的反义寡合普酸端粒酶抑制剂 GRN163和GRN163L具有强烈的抗肿瘤活性，抑郁2004年开始临床实验。 端粒hTERT 在多数肿瘤细胞中特异表达，在正常细胞中不表达，成为区分肿瘤细胞和正常细胞 的标志。因此以hTERT为靶点的肿瘤新的治疗手段越来越受重视。郑骏年等 27以针对hTERT基因 的小干扰RNA转染肾透明细胞癌株7860细胞，发现hTERT基因mRNA、蛋白表达水平均明显受抑 制，同时肿瘤细胞增殖抑制、凋亡增加。 另外，以端粒酶其他组分如端粒酶结合蛋白的肿瘤特异性治疗的研究也取得相当的成果。因此， 以端粒酶及其组分为靶点的肿瘤免疫治疗将大大提高人类对肿瘤的治疗效果。 展望 综上所述，端粒酶与肿瘤的关系错综复杂。利用端粒酶来诊断肿瘤，虽然有一定的可行性，但 它与病理检查这一标准相比，还存在有一定的缺陷，如灵敏度虽高但特异度欠缺等。最然正常体细 胞不表达端粒酶的活性，但干细胞以及一些增生活跃的细胞也会表达微弱的端粒酶活性，在抑制肿 瘤细胞端粒酶活性时可能也会影响这些细胞的功能。另外，从端粒酶的抑制到端粒的缩短还需要一 定的时间，肿瘤细胞可能会利用这段时间通过 ALT( alternative lengthening of Telomeres)机制来维持 端粒的长度而逃脱凋亡继续增殖。因此，关于端粒酶的作用机制以及它与肿瘤的关系还需要进一步 的实验理论与临床证明和检验。 参考文献： 1 张景泽 杨智勇 丁鹏 端粒酶抑制剂用于肿瘤治疗的研究新进 展 中国老年学杂志 2009 年 4 月第 29 卷 2 刘东成 程奕星 端粒、端粒 酶 与细胞衰老及肿瘤的研究进展 硅谷 2008 年第 16 期 3 左利娟 李洪雪 端粒酶抑制剂研究进展 中国实用医药 2010 年 2 月第 5 卷第 5 期 4 甄蕾 刘宏伟 端粒、端粒 酶与 细胞永生化 口腔颌面外科杂志 2008 年 8 月 第 18 卷 第 4 期 5 惠子健 端粒酶的研究进展 山西职工医学院学报 2010 年 2 月 第 20 卷第 1 期 6 Sharma GG，Gupta A，Wang H，et al. 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