端粒和端粒酶與心血管疾病關(guān)系

1、端粒和端粒酶與心血管疾病關(guān)系    關(guān)鍵詞：嶺南心血管病雜志端粒端粒酶心血管疾病戴海龍 提要端粒長度、端粒酶活性在心血管疾病發(fā)生發(fā)展過程中的變化引起了心血管界的關(guān)注?，F(xiàn)就端粒、端粒酶與高血壓、動脈粥樣硬化、心肌細胞損傷、心力衰竭等心血管疾病的關(guān)系和研究狀況作一綜述。 端粒是真核生物染色體末端的特殊結(jié)構(gòu), 由端粒DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成, 人類端粒DNA大約長215 kbp ,由TTAGGG重復序列組成, 不具有編碼蛋白質(zhì)的功能,是非結(jié)構(gòu)基因。端粒DNA的3末端較5末端長出1216 bp的一段彎回，呈帽狀, 保護著染色體。端粒DNA可以與特異性蛋白結(jié)合, 比如端

2、粒限制性片段(telomere repeat factors，TRF) 1和2, hPOT1。另有許多其他的蛋白可以通過這些蛋白間接地與端粒結(jié)合, 以確保端粒功能的正常行使。 端粒的功能主要是防止染色末端被核酸外切酶降解而形成染色體端-端融合，促進染色體與核膜粘著，以及在減數(shù)分裂時進行聯(lián)會。隨著細胞分裂的不斷進行，端粒會不斷縮短，當長度減少到臨界值時，細胞即趨向死亡。端粒又可看作是細胞有絲分裂的“生物鐘”。多數(shù)情況下，細胞分裂次數(shù)越多，端粒長度越小。 端粒酶是一種核糖核蛋白（ribonucleoprotein，RNP），能以自身攜帶的RNA為模板，不斷合成新的端粒DNA序列添加到染色體末端，彌

3、補端粒丟失，阻止端?？s短，并可能使得細胞最終逃脫程序性死亡，獲得無限增殖能力，即永生化。端粒酶由端粒酶RNA組分（telomerase RNA component，TERC）、端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（telomerase reverse transcriptase ,TERT）及連結(jié)二者的端粒酶連結(jié)蛋白組成1。人端粒酶復合物有6個亞單位：hTR(human telomerase RNA)，TEP1(telomerase associated protein 1)，hTERT (human telomerase reverse transcriptase)，hsp90(heat shock protei

4、n 90)，p23和dyskerin。 端粒酶含蛋白質(zhì)和端粒DNA互補的RNA，端粒DNA的合成必須依賴端粒酶的RNA模板，通過逆轉(zhuǎn)錄完成，自身攜帶模板是端粒酶區(qū)別于一般純逆轉(zhuǎn)錄酶的重要特征。端粒酶中RNA-DNA成分對其作用非常重要，切割RNA-DNA時，酶即失去活性。 高血壓、動脈粥樣硬化、心肌細胞損傷、心力衰竭等心血管疾病存在心肌細胞端粒長度及端粒酶活性的相關(guān)變化。針對端粒酶活性的基因治療可能是心血管疾病治療的一種手段。 1 端粒和端粒酶與高血壓關(guān)系 原發(fā)性高血壓發(fā)病機制尚未完全闡明。年齡依賴的端粒損耗可能參與高血壓病理過程，甚至可能是導致高血壓發(fā)生的機制之一。隨著年齡增長，人類端粒損耗

5、特別是染色體的丟失會導致基因不穩(wěn)定，并導致繼發(fā)致病基因的表達1。鄧輝勝等2采用聚合酶鏈反應(yīng)-酶聯(lián)免疫吸附檢測30例原發(fā)性高血壓和20名血壓正常者腸系膜動脈平滑肌細胞端粒酶活性，發(fā)現(xiàn)原發(fā)性高血壓動脈平滑肌細胞端粒酶活性的表達升高；譚浩等3檢測91例原發(fā)性高血壓和43名血壓正常者外周血淋巴細胞端粒酶活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高血壓組外周血淋巴細胞的端粒酶活性比血壓正常者明顯增高；Jeanclos等4對49對雙胞胎進行白細胞TRF長度及血壓的測量，發(fā)現(xiàn)TRF與脈壓呈負相關(guān)，他們具有高度的家族遺傳性，端粒長度由基因控制，在脈壓調(diào)節(jié)機制中可能起重要作用。許多資料顯示端粒長度與高血壓之間存在相關(guān) 5,6。 作為生物學

6、衰老標記的端粒、端粒酶可能給高血壓的發(fā)生提供了新的分子水平指標。端粒由遺傳決定出生時長度，加速的正常生物衰老參與高血壓發(fā)生發(fā)展和血管重構(gòu)，并通過端粒縮短、激發(fā)端粒酶活性增高表現(xiàn)出來。 2 端粒和端粒酶與動脈粥樣硬化關(guān)系 內(nèi)皮或平滑肌細胞對損傷或生長因子的應(yīng)答似乎與細胞老化的功能有關(guān)，生長因子在年輕內(nèi)皮細胞引起增生應(yīng)答而在老年細胞導致死亡和內(nèi)皮剝蝕；同樣在年輕的動脈中層損傷也許導致平滑肌細胞增生、遷移，終致穩(wěn)定的斑塊形成，而在老年動脈增生細胞也許會很快衰老、死亡導致血管內(nèi)膜的脆弱。Samani7率先對冠心病患者外周血細胞端粒長度與動脈粥樣硬化關(guān)系進行研究，冠心病組10例，經(jīng)冠狀動脈造影確診，對照

7、組20例，經(jīng)冠狀動脈造影排除冠狀動脈病變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)端粒長度隨年齡增長而縮短，冠心病患者端粒長度較對照者明顯縮短，相當于較其年長8.6歲者的端粒長度。Ogami等8發(fā)現(xiàn)冠心病患者冠狀動脈內(nèi)皮細胞的端粒長度短于同齡的非冠心病患者。Benetos等9測量163例高血壓男性白細胞端粒長度，用B超檢查頸動脈粥樣斑塊。結(jié)果顯示有頸動脈粥樣斑塊的高血壓患者的白細胞端粒長度短于無頸動脈粥樣斑塊的高血壓患者,白細胞端粒長度的縮短與頸動脈粥樣硬化的易患性相關(guān)。薛楓10提取各16例冠狀動脈粥樣硬化患者和年齡、性別相匹配的對照者外周血白細胞DNA，純度檢測合格后用地高辛標記的端粒探針行Southern雜交，發(fā)現(xiàn)冠狀動

8、脈粥樣硬化患者外周血白細胞端粒長度較對照者明顯縮短,表明端粒長度縮短在冠狀動脈粥樣硬化中起關(guān)鍵作用。 3 端粒和端粒酶與心肌細胞損傷 心肌細胞為終末分化細胞，壞死的心肌細胞不能再生。端粒長度和端粒酶活性與心肌細胞的損傷相關(guān)。在心血管健康研究中，Annette等11隨機選取的419例,平均年齡74.2歲,測定其白細胞TRF長度,發(fā)現(xiàn)TRF每減少1 000個堿基,心肌梗死和卒中的危險率增長3倍。Brouilette等12測量了203例早期心肌梗死和180例對照的白細胞端粒長度，發(fā)現(xiàn)早期心肌梗死病人白細胞端粒長度短于對照組，僅相當于較其年長11.3歲者的端粒長度。端粒長度的縮短者早期心肌梗死的危險性

9、比正常者增加2.83.2倍。涂欣等13通過結(jié)扎大鼠左冠狀動脈制備心肌梗死模型，用Southern雜交測定端粒片段長度, 發(fā)現(xiàn)大鼠心肌梗死后心肌細胞端粒酶表達增強，端粒長度改變，二者可能參與心臟的生長儲備。Brouilette等14的研究顯示白細胞端粒長度與中年、高危男性的冠心病事件相關(guān)。 4 端粒和端粒酶與心力衰竭關(guān)系 心力衰竭的5年的存活率與惡性腫瘤相似。確切病理生理機制至今仍不十分明了，端粒損耗可能參與心力衰竭的病理過程。與同齡無心力衰竭者比較，心力衰竭病人的心肌纖維的端粒長度較短。0h等15報道，在人類心力衰竭組織中檢測到端?？s短、TRF2表達缺失， DNA損傷檢定點激酶(DNA dam

10、age checkpoint kinase，Chk2)激活，同時發(fā)現(xiàn)端粒系統(tǒng)的下調(diào)與心肌細胞的凋亡高度相關(guān)。在體外培養(yǎng)的心肌細胞，減少TRF2表達引起端粒縮短，心肌細胞凋亡。對升主動脈縮窄致心肌肥厚的小鼠，進行超負荷刺激1 周后即出現(xiàn)了TRF2下調(diào)，端?？s短及Chk2激活；而在強化表達TERT轉(zhuǎn)基因小鼠中超負荷刺激引發(fā)的3種效應(yīng)明顯減輕。Leri等16切除小鼠心肌細胞的端粒酶后，心肌細胞的端粒明顯縮短，心肌中的p53上調(diào)(p53是一種腫瘤抑制蛋白，是小鼠體內(nèi)端粒功能紊亂的一個重要的調(diào)節(jié)因子)，同時心臟的血流動力學和心臟解剖學均異常。在年齡相關(guān)性肥大的心肌中，心肌細胞凋亡增加，端粒明顯縮短17。

11、 5 現(xiàn)狀與展望 將外源性TERT導入成年心肌細胞中重新激活端粒酶，是實現(xiàn)心肌細胞永生化和保護冠狀動脈內(nèi)皮細胞端粒不縮短的有效方法。這將會修復損傷的心肌，為心力衰竭患者提供心臟移植的自體供體以減少排斥反應(yīng)，防止冠狀動脈內(nèi)皮細胞衰老以預防冠狀動脈硬化，同時可通過測量端粒長度來判斷冠狀動脈硬化進展程度。Murasawa等18在鼠后肢缺血的模型中移植轉(zhuǎn)染了hTERT的內(nèi)皮祖細胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患肢毛細血管密度增加，挽救了缺血的后肢。McKee等19在人主動脈平滑肌細胞上使hTERT的過度表達，增加了端粒長度，延長了細胞壽命。Oh等20發(fā)現(xiàn)，在小鼠心肌中強制TERT表達足以援救端粒酶活性和端粒長度，用病毒導

12、入TERT基因，無論在體外體內(nèi)都可提供保護避免凋亡。邊昶等21構(gòu)建含有hTERT和猿猴病毒40大T cDNA片段的逆轉(zhuǎn)錄病毒載體，轉(zhuǎn)染人原代臍靜脈內(nèi)皮細胞，能使人臍靜脈內(nèi)皮細胞永生化，保持內(nèi)皮細胞性狀不改變。然而，轉(zhuǎn)染細胞能否及如何精確定位于靶細胞 不加區(qū)分的引發(fā)的細胞增殖將可能促使心肌纖維化和癌癥的發(fā)生22,23，血管內(nèi)皮細胞的過度增殖可能會加重動脈粥樣硬化。需進一步研究來揭示hTERT的內(nèi)在基因和外來因素的兩種調(diào)節(jié)之間的關(guān)系25。    參考文獻： 1 EDO M D, ANDRES V. Aging, telomeres, and atherosc

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