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端粒(即染色體末端)的發(fā)現已有很長的歷史，但對其結構、功能、合成及其重要意義的認識，近年來有了很大進展。本文就端粒、端粒酶的研究進展以及他們與腫瘤的關系綜述如下。
一、端粒
(一)端粒的結構
端粒是位于染色體3′末端的一段富含G的DNA重復序列，端粒和端粒結合蛋白組成核蛋白復合物，廣泛存在于真核生物細胞中，具有特殊的功能。不同種類細胞的端粒重復單位不同，大多數長5～8bp，由這些重復單位組成的端粒，突出于其互補鏈12～16個核苷酸內［1］。人類端粒由5′TTAGGG3′的重復單位構成，長度在5～15kb范圍［1，2］。與端粒特異性結合的是端粒結合蛋白，迄今為止，只在少數生物中確定了端粒結合蛋白的結構及表達基因，然而端粒結構與功能的保守性表明，這些端粒結合蛋白的特性可能普遍適用于其他真核生物。Chong等［3］在人類細胞中發(fā)現了一種端粒結合蛋白，但人類染色體末端的DNA-蛋白復合體的結構還不清楚。
(二)端粒的功能
端粒高度的保守性表明，端粒具有非常重要的作用。其主要功能包括：
1.保護染色體末端：真核生物的端粒DNA-蛋白復合物，如帽子一般，保護染色體末端免于被化學修飾或被核酶降解，同時可能還有防止端粒酶對端粒進行進一步延伸的作用［1］。改變端粒酶的模板序列將導致端粒的改變，從而誘導細胞衰老和死亡［4］。
2.防止染色體復制時末端丟失：細胞分裂、染色體進行半保留復制時，存在染色體末端丟失的問題［5］。隨著細胞的不斷分裂，DNA丟失過多，將導致染色體斷端彼此發(fā)生融合，形成雙中心染色體、環(huán)狀染色體或其他不穩(wěn)定形式。端粒的存在可以起到緩沖保護的作用，從而防止染色體在復制過程中發(fā)生丟失或形成不穩(wěn)定結構［1］。
3.決定細胞的壽命：染色體復制的上述特點決定了細胞分裂的次數是有限的，端粒的長度決定了細胞的壽命，故而被稱為“生命的時鐘”［6］。
4.固定染色體位置：染色體的末端位于細胞核邊緣，人類端粒DNA和核基質中的蛋白相互作用，以′TTAGGG′結構附著于細胞核基質(包括nuclear envelope和internal protein)［3］。
(三)端粒的長度
端粒的長度在不同的細胞之間存在著差異。胚胎細胞和生殖細胞端粒的長度大于體細胞［7］。體外培養(yǎng)細胞端粒的長度隨著細胞逐代相傳而縮短，每復制一代即有50～200nt的DNA丟失，端粒丟失到一定程度即失去對染色體的保護作用，細胞隨之發(fā)生衰老和死亡。所以，通過測定端粒的長度可以預測細胞的壽命［6］。人體細胞端粒的長度不一，存在著個體差異，隨著年齡的增長，端粒每年減少約15～40 nt［7］，最終細胞衰老。胚胎細胞和生殖細胞端粒的長度不隨著細胞分裂次數的增加而縮短，具有無限分裂的能力，其原因就在于端粒酶的存在［7］。
二、端粒酶
(一)端粒酶的結構和功能
端粒酶是由端粒酶RNA和蛋白質組成的核糖核蛋白酶，通過識別并結合于富含G的端粒末端，以自身為模板，逆轉錄合成端粒［1］。
1995年，Junli等［8］克隆了人類端粒酶RNA基因，在長約450個堿基的人端粒酶RNA(hTR)序列中，有一段長11個核苷酸的區(qū)域(5′-CUAACCCUAAC-3′)，與人端粒序列(TTAGGG)n互補，發(fā)生在該模板區(qū)域的hTR突變將導致端粒酶功能的改變。
端粒酶蛋白質成分的分離十分困難，直到1995年，Greider等［9］才純化并克隆了四膜蟲端粒酶的兩個多肽成分，即p80和p95。1997年，人們克隆并描述了兩種人類端粒酶蛋白TP 1(telomerase associated protein 1)［10］和TP 2(telomerase associated protein 2或hTRT)［1 1］。其中TP 1與四膜蟲端粒酶蛋白p80同源，能與端粒酶RNA特異性結合；TP 2與啤酒酵母S.cerevisiae的端粒酶蛋白Est2p同源，和逆轉錄酶的結構相似，是端粒酶的催化亞單位，在腫瘤細胞端粒酶的激活中起關鍵作用［12］。
四膜蟲端粒酶RNA及其兩個多肽成分(p80, p95)是組成端粒酶的唯一必要成分，鑒于端粒酶在進化中的保守性，hTR和TP 1、TP 2是否構成了完整的人類端粒酶，目前尚無定論。
(二)端粒酶活性的調節(jié)
端粒酶的活性在不同的層次上受到各種因素的調節(jié)。
1.hTR: hTR是端粒酶的重要成分，在體外培養(yǎng)的HeLa細胞中轉染反義端粒酶RNA，將導致端粒DNA的縮短和腫瘤細胞的死亡［8］。但許多研究表明，hTR的水平并不能代表端粒酶活性水平，缺乏端粒酶活性的細胞同樣可以有hTR的表達�？梢姸肆Ｃ窻NA并不是調節(jié)端粒酶活性的唯一因素［13］。
2.端粒酶蛋白：TP 1或TP 2基因的突變，均可導致端粒酶的失活［10，11］，TP 2基因在不同的細胞有不同的剪切位點，可能以此改變TP 2的生化特性，從而起重要的調節(jié)作用［14］。
3.癌基因與抑癌基因：癌基因和抑癌基因對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展起著重要的作用。Wright等［15］根據體外培養(yǎng)細胞的永生化過程提出了腫瘤發(fā)生的M1/M2模型，即細胞經過有限次的分裂后進入M1期，細胞衰老走向死亡，抑癌基因p53或Rb的突變等使細胞逃脫生長控制的機理使細胞渡過M1期，再次經過若干次的分裂，進入M2期，少數細胞發(fā)生端粒酶的激活成為永生細胞，此時仍然需要p53或Rb的突變存在。有研究報道，使缺乏抑癌基因p53/Rb的腫瘤表達Rb蛋白(pRb)，細胞停滯在G0/G1期并發(fā)生老化現象，抑制pRb后細胞重新開始合成DNA，但大多數細胞在分裂中死亡，p53無此現象［16］。另一項關于卵巢癌的研究提示，p53與端粒酶活性無關［17］。抑癌基因與端粒酶的關系并不明確。
4.細胞分化及細胞周期對端粒酶活性的影響：用藥物誘導的細胞分化實驗表明，隨著細胞分化，端粒酶活性隨之降低，而抗分化的細胞則無影響［18］，永生細胞株端粒酶的活性在各細胞周期中無顯著變化，而與細胞的生長速度相關［19］，使細胞脫離生長周期能否抑制端粒酶的活性，各報道不一［18，19］。然而，作出端粒酶活性與細胞周期無關的結論為時尚早，細胞的生長、分化與端粒酶活性調節(jié)間的關系，還有待于研究。
5.端粒的長度與端粒酶激活：當端�？s短到一定程度后才有端粒酶的激活，其機理可能在于，縮短的端粒導致基因的不穩(wěn)定，某些突變如激活端粒酶、丟失抑癌基因使細胞獲得不死性，成為優(yōu)勢克隆。端粒的縮短成為端粒酶激活的前提［20］。但此理論不能解釋某些腫瘤細胞中端粒較長的現象。
端粒酶活性的調節(jié)機理錯綜復雜、說法不一，胚胎早期端粒酶的活性隨著胚胎的發(fā)育而逐漸消失(生殖細胞例外)，而細胞獲得不死性及腫瘤的發(fā)生，又與端粒酶的再次激活密切相關，其機理目前還不清楚。
三、端粒、端粒酶與腫瘤
(一)端粒、端粒酶與人類腫瘤的關系
正常細胞的分裂次數是有限的。端粒酶的激活是細胞走向永生化的必要途徑，而永生化又被認為是腫瘤惡化的必要步驟。腫瘤細胞的端粒長度很短，其繼續(xù)縮短將導致染色體融合、細胞死亡，而端粒酶的激活可以維持端粒的長度，從而維持腫瘤的繼續(xù)分裂、增殖和生存［21］。端粒酶的表達，可能是腫瘤形成和發(fā)展的共同途徑。
人類細胞端粒酶活性水平較低，以及很難獲得大量的腫瘤標本，使得早期對人類端粒酶的研究受到了很大限制。1994年，Kim等［22］創(chuàng)立了測定端粒酶活性的telomere repeat amplification protocol(TRAP)法，用裂解緩沖液代替原低滲液，提高了細胞的裂解程度，并引入聚合酶鏈反應(PCR)，使反應的靈敏性提高了104倍。至今已在大多數人類惡性腫瘤中測到了端粒 酶的活性。有些實驗表明，端粒酶的活性與某些腫瘤的惡性程度和預后相關［17，21］。端粒酶在惡性腫瘤發(fā)展中的作用日益明晰［21］。
(二)端粒酶在婦科腫瘤方面的研究
大多數婦科惡性腫瘤有端粒酶的表達［23］。由于卵巢含生殖細胞成分，子宮內膜周期性脫落具有再生能力，使得端粒酶具有不同于一般組織的特殊性。
1.卵巢腫瘤：良性卵巢腫瘤(如生殖細胞腫瘤、乳頭狀囊腺瘤)、交界性腫瘤及絕經前正常卵巢可測出端粒酶活性。但在惡性卵巢癌、低分化卵巢腫瘤及有淋巴轉移者，端粒酶活性顯著增高。初步的研究表明，端粒酶活性與上皮性卵巢癌的發(fā)展及蔓延相關［17，24］。腹水細胞的結果并不一致，有報道認為，端粒酶的陽性率不高［23］。
2.子宮內膜癌：端粒酶在子宮內膜癌中表現為強陽性，同時正常子宮內膜可以有端粒酶活性，絕經前甚至可表現為強陽性。有關研究未發(fā)現端粒酶活性與腫瘤的分期、浸潤的深度及DNA的成分相關［25］。這與子宮內膜的周期性再生有關。
3.宮頸癌：有研究表明，端粒酶的激活發(fā)生在宮頸癌的早期，與其進展有關，有希望成為宮頸癌診斷及預后的標記物［26］。雖然絕大多數宮頸癌端粒酶陽性，但在正常宮頸及宮頸上皮內瘤樣變中的陽性率報道不一。Zheng等［26］的研究結果為，宮頸脫落細胞涂片的端粒酶陽性率分別為7%及40%，而Gorham等［23］報道的陽性率為0%。
(三)臨床應用前景
1.腫瘤的治療方面：端粒酶與惡性腫瘤之間令人驚異的相關性，使他在腫瘤的診斷和治療上有望成為行之有效的新的靶目標。因為端粒酶主要存在于惡性腫瘤，而在大多數正常組織中沒有活性或活性極低，同時由于端粒酶在惡性腫瘤的發(fā)生，尤其是在腫瘤的發(fā)展中起著關鍵的作用［21］。所以，通過各種途徑抑制端粒酶的活性，可能將有效地抑制大多數腫瘤的生長，而對大多數正常細胞沒有影響。這種抑制作用可以通過直接抑制端粒酶活性、抑制端粒酶RNA(如導入反義核酸)，或端粒酶蛋白成分以及誘導腫瘤細胞發(fā)生分化等方法實現。
2.診斷與鑒別診斷及臨床預后方面：端粒酶可以出現在某些腫瘤的早期甚至癌前病變，在分化低有轉移傾向的腫瘤中高度表達，使其在診斷及評價預后方面，具有一定價值。
在人類端粒及端粒酶的基礎研究中，還存在著許多問題，有待進一步研究，如人類端粒末端的精細結構，端粒的非端粒酶延伸機理；人類端粒酶的具體結構及其基因所在的位置；端粒酶的激活機理及其活性調節(jié)；端粒酶在腫瘤的發(fā)生中的作用；如何有效地抑制端粒酶活性；缺乏端粒酶活性的腫瘤的生長機理等�？傊�，端粒、端粒酶在腫瘤的研究中具有廣闊的前景，將為人類攻克腫瘤開辟新的視野。
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