端粒酶與腫瘤

1、端粒端粒酶與腫瘤摘要端粒是保護(hù)真核細(xì)胞末端的“帽子”，當(dāng)端粒的長(zhǎng)度因細(xì)胞復(fù)制而縮短達(dá)到極限時(shí)，細(xì)胞就會(huì)走向衰老甚至死亡，而端粒酶的存在能補(bǔ)充已 經(jīng)縮短的端粒，從而延長(zhǎng)細(xì)胞的壽命甚至使其獲得永生。而眾所周知，癌癥細(xì)胞 的分裂就是永無(wú)止境的，這就暗示端粒-端粒酶系統(tǒng)于人類(lèi)腫瘤的形成與發(fā)展有 著密切的聯(lián)系，所以分析研究他們之間的關(guān)系對(duì)于腫瘤的研究有著重要的意義。 現(xiàn)代科學(xué)家已經(jīng)針對(duì)他們關(guān)系，設(shè)計(jì)了一些治療癌癥的辦法，雖然還沒(méi)有達(dá)到治 愈的效果，但是我們應(yīng)該有充分的理由認(rèn)為隨著科技的進(jìn)步，癌癥的治療會(huì)變的 像感冒一樣簡(jiǎn)單。關(guān)鍵字 端粒，端粒酶（Telomerase）,端粒結(jié)合蛋白，腫瘤近年來(lái)，隨著人類(lèi)

2、基因組計(jì)劃的完成，端粒與端粒酶的研究已成為國(guó)際腫瘤 分子生物學(xué)的研究熱點(diǎn)，很多實(shí)驗(yàn)都表明了，在腫瘤發(fā)生的很多階段中，端粒缺 失造成細(xì)胞染色體結(jié)構(gòu)變化以及端粒酶的再激活都可能直接看參與細(xì)胞的癌變 過(guò)程。端粒酶幾乎在所有類(lèi)型的腫瘤中均有不同程度的表達(dá),已被公認(rèn)為目前已 知的最為廣泛的腫瘤標(biāo)志物之一。1端粒的結(jié)構(gòu)和功能1.1端粒的結(jié)構(gòu)端粒是存在于真核細(xì)胞線(xiàn)形染色體末端的一段特殊的DNA和蛋白質(zhì)的復(fù)合物, 平均長(zhǎng)度約為515kb，是DNA鏈自身回折并與多種端粒結(jié)合蛋白復(fù)合而成。人類(lèi) 端粒是以5, 2 TTAGGG23，為重復(fù)單位的富含鳥(niǎo)苷酸的序列，其結(jié)構(gòu)末端是3， 端，3,端并不懸掛在端粒末端，而是折

3、回到端粒內(nèi)部雙鏈重復(fù)序列的某一區(qū)域， 并將該端區(qū)域的一段自身鏈置換出來(lái)，取而代之與互補(bǔ)鏈配對(duì),形成的一個(gè)環(huán)稱(chēng) 為T(mén)環(huán)，3,最末端單鏈區(qū)反轉(zhuǎn)探入端粒的雙鏈區(qū)再形成。環(huán)。端粒結(jié)合蛋白包括 端粒酶、保衛(wèi)蛋白復(fù)合體及非保衛(wèi)蛋白。保衛(wèi)蛋白復(fù)合體由端粒重復(fù)序列結(jié)合因 子，結(jié)合因子2 （ TRF2），端粒保衛(wèi)蛋白1 , TRF1相互作用核蛋白，TIN2相互作 用蛋白1及阻抑和活化蛋白1這6個(gè)蛋白組成,主要分布在染色體端粒上,保持端 粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。非保衛(wèi)蛋白，如DNA修復(fù)蛋白R(shí)AD50, NBS1, MRE11, Ku86和 DNAPKcs等,分布和功能都不局限在端粒上。這三類(lèi)端粒結(jié)合蛋白協(xié)同參與端粒動(dòng) 態(tài)平

4、衡的維持和調(diào)節(jié)。在保衛(wèi)蛋白復(fù)合體中，TRF1是端粒酶的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，主 要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)端粒的長(zhǎng)度，控制端粒的延伸。TRF2蛋白則主要負(fù)責(zé)保護(hù)染色體的末 端,招募活化蛋白1。TRF2丟失將會(huì)導(dǎo)致染色體末端失去保護(hù)，造成端粒3，端丟失 和染色體末端2末端融合。端粒保護(hù)蛋白1的作用涉及調(diào)控端粒酶的活性。1.2端粒的功能端粒的生物學(xué)功能包括：（1）穩(wěn)定染色體；（2）防止染色體末 端融合；（3）保護(hù)染色體結(jié)構(gòu)基因；（4）作為細(xì)胞凋亡的信號(hào)。端粒的長(zhǎng)度決定了 細(xì)胞的壽命,因此端粒被認(rèn)為是細(xì)胞有絲分裂的“生物鐘”。根據(jù)細(xì)胞衰老的理 論,細(xì)胞衰老分為M1和M2期。正常細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，由于端粒酶活性缺如，DNA合成的

5、后隨鏈不能有效的復(fù)制出染色體3,端,即末端復(fù)制問(wèn)題，每次細(xì)胞分裂端粒短縮 55200 bp,當(dāng)端粒短到一定長(zhǎng)度就會(huì)被細(xì)胞周期蛋白檢測(cè)出來(lái),隨即進(jìn)入第1個(gè) 衰老期，這一時(shí)期稱(chēng)為M1期。細(xì)胞自M1期繼續(xù)分裂，端粒進(jìn)一步縮短，染色體失 去端粒保護(hù)，可出現(xiàn)末端融合，當(dāng)端粒長(zhǎng)度縮短到一個(gè)極限值（死亡臨界點(diǎn)），即 進(jìn)入M2期，大部分細(xì)胞死亡。一些細(xì)胞周期相關(guān)蛋白基因，如抑癌基因p53, Rb突 變后,則使細(xì)胞逃逸M1期，進(jìn)入M1M2間期分裂。M2期的少數(shù)細(xì)胞因發(fā)生了一些 新的突變而會(huì)激活端粒酶，細(xì)胞端粒長(zhǎng)度延長(zhǎng)并穩(wěn)定下來(lái),S期和M2期細(xì)胞增多， 細(xì)胞越過(guò)M2期獲得永生而M2期以前的細(xì)胞均無(wú)端粒酶活性，這似

6、乎提示了端粒酶 激活是細(xì)胞永生化的一個(gè)必要條件。2端粒酶的結(jié)構(gòu)和功能2.1端粒酶的結(jié)構(gòu)端粒酶是一種特殊的核糖核蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶，相對(duì)分子質(zhì)量在200500ku,端 粒的DNA必須依賴(lài)酶中的RNA為模板通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄合成，自身攜帶模板是端粒酶區(qū)別 于一般的純蛋白逆轉(zhuǎn)錄DNA聚合酶的主要特征。人端粒酶包括3個(gè)主要部分，即人 端粒酶RNA 、端粒酶相關(guān)蛋白和人端粒酶催化亞單位。端粒酶RNA是合成端粒 的模板也是相關(guān)蛋白的結(jié)合支架，其RNA序列的43位至51位的序列為CAA CCC CAA, 剛好編碼端粒重復(fù)片段GGG GTT。端粒酶RNA是維持端粒酶活性的必需成分，在哺 乳類(lèi)動(dòng)物中，任何細(xì)胞里都含有此成分。

7、TP1上有與端粒酶RNA特異性結(jié)合的部位, 其空間構(gòu)象能指導(dǎo)端粒酶與染色體末端部位結(jié)合，防止末端降解、重組。端粒酶 相關(guān)蛋白（TP1）的mRNA的表達(dá)并不限于有端粒酶活性的組織和細(xì)胞系，因此，TP1 蛋白與端粒長(zhǎng)度調(diào)節(jié)和端粒酶活性無(wú)關(guān)端粒酶催化亞單位是含有7個(gè)基元的轉(zhuǎn)錄 酶，在端粒酶的激活中起關(guān)鍵作用，是端粒酶活性的限速亞單位，在無(wú)細(xì)胞的情況 下將端粒酶RNA和端粒酶催化亞單位混合在一起即可表現(xiàn)端粒酶活性。在人類(lèi)正 常的體細(xì)胞中，端粒酶催化亞單位的表達(dá)水平不足以維持全部端粒長(zhǎng)度的完整 性。2.2端粒酶的功能端粒酶，是基本的核蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶，可將端粒DNA加至真核細(xì)胞染色體末端。 端粒在不同物種細(xì)

8、胞中對(duì)于保持染色體穩(wěn)定性和細(xì)胞活性有重要作用，端粒酶能 延長(zhǎng)縮短的端粒（縮短的端粒其細(xì)胞復(fù)制能力受限），從而增強(qiáng)體外細(xì)胞的增殖 能力。端粒酶在正常人體組織中的活性被抑制，在腫瘤中被重新激活，端粒酶可 能參與惡性轉(zhuǎn)化。在染色體末端，因?yàn)樽詈笠粋€(gè)岡崎片段的模板鏈一般不夠長(zhǎng)， 使引物無(wú)法結(jié)合，將導(dǎo)致滯后鏈通常不能被完全復(fù)制。端粒酶能以自身RNA為模板 通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄在端粒末端加入TTA GGG的重復(fù)序列，使DNA復(fù)制時(shí)補(bǔ)齊新鏈5端的 缺失，從而對(duì)端粒的維持和延長(zhǎng)起到了關(guān)鍵性的作用?？梢?jiàn)正是端粒酶在保持端 粒穩(wěn)定、基因組完整、細(xì)胞長(zhǎng)期的活性和潛在的繼續(xù)增殖能力等方面有重要作用。 端粒酶另外一個(gè)功能就是合成

9、串聯(lián)重復(fù)的TTA GGG序列，為T(mén)RF2提供結(jié)合位點(diǎn)， 防止染色體的末端融合。端粒酶還可修復(fù)斷裂的染色體末端，從而避免了外切酶 對(duì)染色體DNA更多切割，維護(hù)了基因組遺傳的穩(wěn)定性。3端粒、端粒酶與腫瘤的關(guān)系端粒和端粒酶的結(jié)構(gòu)及功能維持著正常細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂，是人類(lèi)生命有限 的依據(jù)。隨著對(duì)腫瘤發(fā)生機(jī)制的研究,人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到凡是與細(xì)胞生長(zhǎng)有關(guān)的 因素也必與人類(lèi)腫瘤的發(fā)生有關(guān)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，癌細(xì)胞往往會(huì)產(chǎn)生額外多的端 粒酶，使癌細(xì)胞能不斷地分裂繁殖。現(xiàn)已證實(shí)，75%的口腔癌、80%的肺癌、84% 的前列腺癌、87%的肝癌、93%的乳腺癌、95%的大腸癌和98%的膀胱癌都存在端粒 酶活性的高表達(dá)。雖然

10、還沒(méi)有直接的證據(jù)證明端粒酶和腫瘤發(fā)生之間的調(diào)控途徑, 但很多研究表明，轉(zhuǎn)端粒酶催化亞單位染后，細(xì)胞耐調(diào)亡的能力加強(qiáng)。從而人們提 出了惡性腫瘤發(fā)生的端粒酶理論，認(rèn)為端粒酶的激活是惡性腫瘤發(fā)生的一個(gè)共同 途徑，而端粒酶則是各種惡性腫瘤細(xì)胞的一個(gè)共同的分子標(biāo)志物。端粒酶活性在 正常哺乳動(dòng)物和人的體細(xì)胞中檢測(cè)不到,但在胚胎細(xì)胞、成人男性生殖細(xì)胞和一 些更新組織的增殖細(xì)胞中則存在較弱的活性,甚至在一些細(xì)胞分化程度較低的非 惡性皮膚病組織中也有表達(dá)。在絕大多數(shù)惡性腫瘤細(xì)胞中均能檢測(cè)到明顯的端粒 酶活性，而良性腫瘤中則檢測(cè)不到。有報(bào)道稱(chēng)，腫瘤的分化程度與端粒酶活性相關(guān), 而腫瘤的組織類(lèi)型和臨床分期與端粒酶活

11、性無(wú)明顯相關(guān)性。細(xì)胞永生化是正常細(xì) 胞向惡性細(xì)胞轉(zhuǎn)化的前提條件,有些突變細(xì)胞可通過(guò)M2期轉(zhuǎn)化后而永生化，細(xì)胞 內(nèi)端粒長(zhǎng)度比較恒定，端粒酶活性增高，最終轉(zhuǎn)化事件和端粒酶活性上調(diào)使細(xì)胞 獲得顯性腫瘤基因，正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤細(xì)胞。端粒酶和癌基因也有著密切的關(guān) 系，p53基因可能是端粒酶基因的上游調(diào)節(jié)因子，可以抑制端粒酶基因的表達(dá)， p53突變可促使端粒酶基因從抑制狀態(tài)變?yōu)榧せ顮顟B(tài)Bcl22基因過(guò)度表達(dá)達(dá)到一 定閾值則可進(jìn)一步激活端粒酶。目前人們普遍認(rèn)為,腫瘤發(fā)生發(fā)展的主要機(jī)制是 由于細(xì)胞內(nèi)的染色體不穩(wěn)定而造成的。當(dāng)一個(gè)細(xì)胞獲得多重遺傳突變，合起來(lái)引 起細(xì)胞逃脫對(duì)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的正?？刂茣r(shí)，就會(huì)產(chǎn)生腫瘤。

12、關(guān)于端粒和端粒酶引起 細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，人們提出了橋接一融合-斷裂（BFB ）循環(huán)理論。在細(xì)胞 分裂過(guò)程中，如果細(xì)胞里的姊妹染色體的端粒發(fā)生缺失，兩條姊妹染色單體的末 端將互相融合。在細(xì)胞分裂后期，由于細(xì)胞要發(fā)生分裂，兩條融合的姊妹染色體在 此時(shí)也會(huì)分離。因?yàn)閮蓷l染色體的分離點(diǎn)不一定會(huì)在融合點(diǎn)。BFB循環(huán)理論示 端粒酶缺失造成細(xì)胞染色體不穩(wěn)定處，因此，一個(gè)細(xì)胞中的染色體末端可能將會(huì) 多帶有一段反向重復(fù)DNA序列，而同時(shí)另一個(gè)細(xì)胞中的染色體末端將會(huì)少一段DNA 序列。由于缺少端粒，這些不正常的染色體在DNA復(fù)制的過(guò)程中，仍會(huì)發(fā)生末端融 合。這樣有的染色體的DNA序列將不斷地增加，而有的則不

13、斷地減少，這種現(xiàn)象被 稱(chēng)為BFB循環(huán)。BFB循環(huán)將會(huì)一直持續(xù)下去，直到染色體末端重新獲得端粒為止。 如果那些異常細(xì)胞沒(méi)能及時(shí)修復(fù)自身的不正常染色體，細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 最終將會(huì)被破壞，細(xì)胞可能就會(huì)發(fā)生癌變。研究發(fā)現(xiàn),在缺少端粒的前列腺癌細(xì)胞 中有大量復(fù)雜的染色體核型，表明在癌細(xì)胞中盡管有端粒酶的表達(dá)，縮短的端粒 仍能夠引發(fā)BFB現(xiàn)象,從而誘發(fā)細(xì)胞染色體的不穩(wěn)定。通過(guò)測(cè)定肺癌患者、良性肺病患者和健康人外周血的端粒酶活性（TA）， 探討其對(duì)肺癌的診斷價(jià)值。方法:采用PCRTRAPELISA法檢測(cè)42例肺癌患者、 20例良性肺病患者和15例正常人外周血單個(gè)核細(xì)胞的TA表達(dá)。結(jié)果：肺癌組 29例T

14、A陽(yáng)性（69. 05%）, OD值為0.45 + 0. 37,良性肺病組2例TA呈陽(yáng)性， OD值為0.11 + 0. 06,而15例正常人全部呈陰性，OD值為0.08 + 0. 03。血 白細(xì)胞計(jì)數(shù)與TA檢測(cè)結(jié)果無(wú)相關(guān)性。該法檢測(cè)肺癌組TA特異度達(dá)90%，靈敏 度為69. 05%, TA表達(dá)的高低與臨床分期呈明顯正相關(guān)（r=0. 585）,與病理 類(lèi)型無(wú)相關(guān)性?？傻媒Y(jié)論：肺癌患者外周血單個(gè)核細(xì)胞TA陽(yáng)性率高，可應(yīng)用于 肺癌的診斷，指導(dǎo)肺癌的治療、預(yù)后判斷等。綜上所述，端粒和端粒酶在細(xì)胞生長(zhǎng)及腫瘤發(fā)生中都占有重要的地位，尤其 是端粒酶的表達(dá)水平與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后密切相關(guān)，因此已成為新的

15、 腫瘤標(biāo)志物和抗腫瘤治療的靶點(diǎn)。參考文獻(xiàn)得，21世紀(jì)對(duì)于端粒及端粒酶的進(jìn)一 步研究方向可以在以下幾個(gè)方面：（1）端粒和端粒酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)及其結(jié)合蛋白的 功能作用；（2）端粒和端粒酶的分子克隆及相關(guān)的分子激活調(diào)控機(jī)制；（3）尋找 端粒酶的專(zhuān)一性抑制劑及其在抗腫瘤中的應(yīng)用；（4）解決維持端粒的其他途徑一 選擇性端粒延長(zhǎng)途徑干擾端粒酶抑制劑對(duì)腫瘤的治療問(wèn)題；（5）有人提出針 對(duì)端粒的靶向治療可能比針對(duì)端粒酶的靶向治療更適合。隨著這一系列的研究進(jìn) 展，將使腫瘤治療變得比治療感冒簡(jiǎn)單的前景更加光明。參考文獻(xiàn)：（1） 端粒、端粒酶和腫瘤王 輝，雷志勇，陳 虹（武警醫(yī)學(xué)院生 藥教研室，天津300162）（2）

16、 端粒酶與腫瘤治療研究進(jìn)展楊春華，毛立軍（徐州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 皮膚科，江蘇徐州221000）（3）Su Z ,Dannull J , Yang BK, et al . Telomerase mRNA2transfected den2 dritic cells stimulate antigen2specific CD+ 8 and CD+4 T cell responses in patients with metastatic prostate cancerJ . J Immunol ,2005 ,174 （6） :379823807.（4）端粒端粒酶與細(xì)胞衰老和腫瘤的研究進(jìn)展 劉東成徐梵中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)化工學(xué)院 江蘇221116（5）Bailey SM, Brenneman MA, Goodwin EH. Frequent recombination