|
摘要:端粒是染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，為DNA與蛋白質(zhì)的復(fù)合體，端粒酶是目前發(fā)現(xiàn)的唯一能夠延長(zhǎng)端粒的一種RNA依賴性DNA聚合酶。在腫瘤細(xì)胞中端粒酶被激活，端粒酶活性檢測(cè)將成為臨床腫瘤檢測(cè)的一種新方法。端粒酶調(diào)控是目前研究的熱點(diǎn)之一，其活性抑制有望成為一種治療腫瘤的新途徑。
腫瘤是人類當(dāng)前面臨的最大頑疾，它的形成是一個(gè)多階段的過程。原癌基因的激活、抑癌基因的突變等是腫瘤形成的重要分子基礎(chǔ)。然而正常細(xì)胞在致癌因素作用下轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒约?xì)胞并不意味著一定能形成腫瘤，因?yàn)椴溉閯?dòng)物體內(nèi)有一整套精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制控制著細(xì)胞的分裂次數(shù)，使細(xì)胞分裂達(dá)到一定程度后死亡�？梢姁盒阅[瘤細(xì)胞獲得無限增殖的特性即永生性在腫瘤的發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用。端粒酶的激活恰是腫瘤獲得永生性的主要途徑。本文就端粒酶與胃、結(jié)腸腫瘤的關(guān)系及端粒酶的調(diào)控作一綜述。
1端粒、端粒酶的結(jié)構(gòu)和功能
端粒是染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，是DNA與相關(guān)蛋白質(zhì)的復(fù)合體[1]。端粒DNA由許多短的富含鳥嘌呤（G）的重復(fù)序列串聯(lián)而成，可長(zhǎng)達(dá)10kb以上。人的端粒重復(fù)序列為TTAGGG，長(zhǎng)達(dá)15kb[2]。真核細(xì)胞染色體端粒DNA富含G鏈，較富含胞嘧啶（C）鏈超出12～16個(gè)核苷酸，形成3′末端突出單鏈結(jié)構(gòu)。端粒蛋白質(zhì)往往與末端單鏈相結(jié)合維持DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)，使其末端不能被核酸酶所識(shí)別[3]。人類端粒蛋白的主要成分已被克隆[4]，其具體功能尚待進(jìn)一步研究。
端粒主要有兩大生理功能：（1）維持染色體結(jié)構(gòu)的完整性，防止染色體被核酸酶降解及染色體間相互融和。（2）防止染色體結(jié)構(gòu)基因在復(fù)制時(shí)丟失，解決了末端復(fù)制的難題。DNA復(fù)制時(shí)，DNA聚合酶必須在RNA引物基礎(chǔ)上從5′向3′方向延伸，而5′端RNA引物去除后因無引物的存在而不能復(fù)制，結(jié)果每復(fù)制一次染色體末端將丟失一段序列。端粒的存在使每次丟失的僅為端粒的一部分，從而保護(hù)了染色體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)基因[5]。另外，有些研究還顯示，端粒與核運(yùn)動(dòng)有關(guān)，可能對(duì)同源染色體的配對(duì)重組有重要意義。
端粒的合成主要依靠端粒酶來催化。端粒酶是RNA與蛋白質(zhì)組成的核糖核蛋白，是一種RNA依賴性DNA聚合酶[6]。人類端粒酶RNA成分已被成功克隆，它包括與端粒重復(fù)序列互補(bǔ)的11個(gè)核苷酸5′-CUAACCCUAAC-3′[7]。四膜蟲等幾種生物的端粒酶蛋白組分已被克隆，它對(duì)維持端粒酶的功能是必須的。但到目前為止，人的端粒酶蛋白組分尚未見報(bào)道。
端粒酶的主要作用是維持端粒的長(zhǎng)度。它能利用端粒3′端單鏈為引物，自身的RNA為模板合成端粒重復(fù)序列添加到染色體末端，從而延長(zhǎng)端粒的長(zhǎng)度[8]。人的生殖細(xì)胞、造血干細(xì)胞及T、B淋巴細(xì)胞中端粒酶有不同程度的表達(dá)，而在正常的體細(xì)胞中，端粒酶處于失活狀態(tài)，因此體細(xì)胞隨細(xì)胞分裂次數(shù)的增加端粒逐漸縮短。端粒的長(zhǎng)度與有絲分裂次數(shù)相關(guān)，所以端粒又有細(xì)胞的“有絲分裂鐘”之稱[9]。
2端粒酶與胃、結(jié)腸腫瘤
惡性腫瘤細(xì)胞的一個(gè)重要的生物學(xué)特征是永生性，這是腫瘤發(fā)生機(jī)制中十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，永生性的獲得與端粒酶的激活有密切關(guān)系。有些學(xué)者提出了腫瘤發(fā)生的端粒假說：由于正常體細(xì)胞端粒酶失活，端粒隨著有絲分裂次數(shù)的增加而縮短，當(dāng)端�？s短到一定程度細(xì)胞停止分裂進(jìn)入永生化Ⅰ期即M1期。此期大部分細(xì)胞在p53基因調(diào)控下衰老死亡，僅有少部分細(xì)胞通過某些病毒癌基因的整合或p53、Rb等抑癌基因的突變使細(xì)胞逃脫死亡。此時(shí)細(xì)胞可再繼續(xù)分裂50次左右，端粒長(zhǎng)度縮短到危機(jī)點(diǎn)，細(xì)胞進(jìn)入永生化Ⅱ期即M2期。在此期，絕大部分細(xì)胞由于端粒極度縮短不能維持其功能而死亡。只有少部分細(xì)胞通過某些尚未闡明的機(jī)制激活端粒酶，使端粒長(zhǎng)度得以維持，成為永生化細(xì)胞[10]。
到目前為止，很多實(shí)驗(yàn)都有力地支持腫瘤形成的端粒假說。1994年，Kim等[6]首次采用一種高靈敏度的TRAP方法檢測(cè)永生化細(xì)胞、腫瘤組織和正常組織端粒酶活性發(fā)現(xiàn)：代表人類18種不同組織的永生化細(xì)胞98%（98/100）端粒酶陽性；代表人類12種腫瘤的針吸活檢組織90%（90/101）端粒酶陽性；而非永生化細(xì)胞（0/22）及癌旁正常組織（0/50）均未檢測(cè)到端粒酶活性。這充分證實(shí)了端粒酶在腫瘤細(xì)胞中將再活化，自此，端粒酶與腫瘤關(guān)系的研究揭開了新的一頁(yè)。
近幾年來研究發(fā)現(xiàn)，端粒酶與胃、結(jié)腸腫瘤也有密切關(guān)系。為了解胃及結(jié)腸癌的發(fā)生、發(fā)展是否與端粒酶的活化有關(guān)，Tahara等[11]用TRAP法檢測(cè)胃、結(jié)腸癌及其癌前病變的端粒酶活性。結(jié)果顯示：多數(shù)胃、結(jié)腸癌及所有轉(zhuǎn)移瘤均為端粒酶陽性；早期粒膜癌、大多數(shù)胃腸道癌前病變也呈端粒酶陽性。因此認(rèn)為端粒酶的活化可能發(fā)生在腫瘤的早期階段，并與腫瘤的惡性進(jìn)程有良好的相關(guān)性。端粒酶可作為胃腸道腫瘤診斷的有力生物標(biāo)志。日本學(xué)者Hiyama等[12]檢測(cè)了66例胃癌瘤體組織及癌旁正常組織，腫瘤組織85%（56/66）顯示端粒酶活性，10例陰性標(biāo)本中8例為早期胃癌。端粒酶陽性者往往屬于進(jìn)展期胃癌，且瘤體較陰性者大，病人生存期較陰性者短。66例患者的瘤體標(biāo)本中有14例端粒長(zhǎng)度發(fā)生了變化（延長(zhǎng)或縮短），14例均為端粒酶陽性。FCM檢測(cè)66例患者的瘤體標(biāo)本，22例非整倍體均為端粒酶陽性。這些結(jié)果表明：端粒酶的激活是腫瘤發(fā)生多基因因素中的一種，特別是胃癌晚期更是常見。遺傳性非息肉性結(jié)直腸癌（HNPCC）較散發(fā)型結(jié)腸癌發(fā)病年齡小，細(xì)胞分裂次數(shù)少，可能有較長(zhǎng)的端粒而未激活端粒酶，且HNPCC占結(jié)腸癌的比例與端粒酶陰性結(jié)腸癌的比例相似，HNPCC患者端粒酶是否未被激活呢？Zhi huali等人做了該方面的研究。他們發(fā)現(xiàn)，77% HNPCC為端粒酶陽性，散發(fā)結(jié)腸癌端粒酶陽性率為81%，兩者無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且端粒酶的激活與臨床分期無明顯關(guān)系。最后得出結(jié)論：端粒酶的激活在HNPCC與散發(fā)結(jié)腸癌中均為一種普遍現(xiàn)象[13]。
3端粒酶的調(diào)控
端粒酶活性的調(diào)控問題至今尚未完全闡明，但至少與激素、細(xì)胞周期及分化、基因和端粒的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。
首先，激素對(duì)端粒酶活性有調(diào)節(jié)作用。用實(shí)驗(yàn)方法將雄性大鼠去勢(shì)，退化的前列腺及精囊腺由于無激素的作用成為干細(xì)胞的儲(chǔ)存池，去勢(shì)的腺體在雄激素刺激下還可以再生。檢查正常、去勢(shì)后及再生的前列腺和精囊腺的端粒酶活性發(fā)現(xiàn)：正常腺體酶活性陰性，去勢(shì)后腺體酶活性變?yōu)殛栃裕奂に卮碳ぴ偕南袤w端粒酶失活。該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了雄激素對(duì)前列腺和精囊腺的端粒酶活性有下調(diào)作用，并且為研究端粒酶活性調(diào)節(jié)提供了一種活體模型[14]。
端粒酶活性的調(diào)控與細(xì)胞分化和細(xì)胞周期也有密切關(guān)系，細(xì)胞分化越完全，端粒酶稍大性越低。誘導(dǎo)永生化細(xì)胞分化將終止端粒酶活性，用分化劑誘導(dǎo)HL-60、K-562等細(xì)胞分化，端粒酶活性出現(xiàn)下調(diào)，由于分化劑不能直接抑制酶活性，且分化細(xì)胞的提取物也不能直接抑制酶活性，說明端粒酶活性下調(diào)是誘導(dǎo)細(xì)胞分化的結(jié)果[15]。而且永生化細(xì)胞分裂過程中其酶活性不是一成不變的，通過接觸抑制、去除生長(zhǎng)因子、誘導(dǎo)細(xì)胞衰老等方法可使永生細(xì)胞退出細(xì)胞周期，停止分裂，端粒酶活性下降。如靜息細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期則端粒酶再次激活[16]。在細(xì)胞周期的不同階段端粒酶活性也不盡相同，腫瘤細(xì)胞進(jìn)入G1/S期酶活性逐漸增加，在S期活性最高，而在G2/M期酶活性則逐漸消失[17]。細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子與端粒酶活性間也有密切關(guān)系，乳腺癌端粒酶活性的研究表明：高水平cyclinD、高水平cyclinE及低水平P16INK4均使端粒酶活性下調(diào)[18]。
基因水平的調(diào)節(jié)同樣在端粒酶活性調(diào)控中起重要作用，有人觀察到肺癌細(xì)胞端粒長(zhǎng)度縮短，同時(shí)伴有p53、Rb基因的缺失。研究表明，端粒酶RNA基因位于染色體3q26.3，腫瘤細(xì)胞中可擴(kuò)增且轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)[19]。應(yīng)用細(xì)胞融合技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，將缺失3號(hào)染色體而端粒酶陽性的腎癌細(xì)胞（RCC）與帶有3號(hào)染色體的微小細(xì)胞融合，則RCC細(xì)胞端粒酶活性下降，端粒縮短。而用同樣方法在宮頸癌細(xì)胞株上卻不能得到類似結(jié)果，說明端粒酶活性受多基因的調(diào)節(jié)[20]。
端粒結(jié)構(gòu)的改變影響著端粒酶的活性。端粒末端的單鏈結(jié)構(gòu)能通過G·G配對(duì)形成四聚體，使端粒酶RNA模板無法與端粒相結(jié)合，從而不能催化端粒的合成。端粒結(jié)合蛋白的數(shù)目及其修飾也影響著端粒酶活性。目前認(rèn)為，細(xì)胞內(nèi)有某種機(jī)制可以識(shí)別TBF（端粒結(jié)合因子）的數(shù)目，當(dāng)其超過一定閾值時(shí)將抑制端粒酶活性。隨著端粒的縮短，TBF減少，對(duì)端粒酶的抑制減弱，端粒得以延長(zhǎng)�，F(xiàn)已證明的TBF因子有Hela細(xì)胞的端粒結(jié)合蛋白及酵母菌的Raplp和Tazlp[21]。還有實(shí)驗(yàn)證明，TLPI（端粒結(jié)合蛋白組分1）基因編碼的蛋白產(chǎn)物為p240和p 230，p 240是p 230在體內(nèi)的修飾形式，p 230是 端粒酶陽性細(xì)胞的主要形式，由此提示TLP1蛋白的修飾可能在體內(nèi)調(diào)節(jié)端粒酶的活性[22]。
4端粒酶與腫瘤治療的新思路
腫瘤細(xì)胞端粒酶活性升高是一種普遍現(xiàn)象，能否通過抑制端粒酶活性從而治療腫瘤呢？現(xiàn)在已經(jīng)有學(xué)者開始著手進(jìn)行該方面的研究。端粒酶活性的抑制可以通過許多途徑產(chǎn)生：應(yīng)用反義RNA技術(shù)抑制酶活性；通過某些逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑抑制酶活性；改變端粒酶蛋白結(jié)構(gòu)使其失活；通過誘導(dǎo)端粒酶RNA突變使其喪失生物學(xué)功能。最近還有研究顯示，將端粒酶陽性細(xì)胞與端粒酶陰性細(xì)胞相融合可使端粒酶失活。由于端粒酶在正常體細(xì)胞中失活，所以端粒酶抑制療法較放、化療副作用小且針對(duì)性強(qiáng)。但是該療法治療腫瘤能否成功還有很多問題需要解決：（1）端粒酶的激活與腫瘤發(fā)生之間是因果關(guān)系還是相關(guān)關(guān)系尚需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)來區(qū)分。（2）端粒酶在正常細(xì)胞無活性，但在生殖細(xì)胞、造血干細(xì)胞及T、B淋巴細(xì)胞中均有酶活性，該方法可能對(duì)生殖、造血及免疫系統(tǒng)有影響。（3）端粒長(zhǎng)度的維持可能有其他旁路途徑，如果這些旁路途徑被激活，端粒酶抑制療法將失敗。盡管有問題存在，目前大多數(shù)學(xué)者仍認(rèn)為端粒酶抑制療法是一種極有前途的治療腫瘤的新方法，對(duì)之寄予很大希望。
總之，端粒、端粒酶與腫瘤關(guān)系的發(fā)現(xiàn)為研究腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和治療提供了一種嶄新的思路，引起了醫(yī)學(xué)科學(xué)家的極大興趣。隨著理論研究的深入，該方面的成果必將造福于人類。
參考文獻(xiàn)
1 Creider CW et al. Cell,1987;51:887～898
2 moyzis PK et al. Proc Natl Acad Sci USA,1988;85:6622～6626
3 blackburn EH et al, Nature,1991;350:569～573
4 chong L et al.Science,1995;270:1663～1667
5 olovnikou AM et al. J Theor Biol,1973;41:181～190
6 kim NW et al. Science,1994;266:2011～2015
7 feng JL et al. Science,1995;269:1236～1241
8 greider CW et al. Nature,1989;337:331～337
9 harley CB et al. Nature,1990;345:458～460
10 wright WE et al. Exp Gerontol,1992;27:383～389
11Tahara h et al. Clin Cancer Res,1995;1:1245～1251
12 hiyama E et al. Cancer Res,1995;55:3258～3262
13 li ZH et al. Am J Pathology,1996;148:1075～1079&nbs p;
14 meeker AK et al. Endocrinology,1996;137:5743～5746
15 harsh WS. Proc Natl Acad USA,1995;92:12343～12346
16 holt SE et al. MCB J,1996;16:2932～2939
17 zhu X et al. Proc Natl Acad USA,1996;93:6901～6903
18 landberg G et al. Cancer Res, 1997;57:549～554
19 soder AI et al. Oncogene,1997;14:1013～1021
20 ohmura H et al. Jpn J Cancer Res,1995;86:899～904
21 shore D et al. Nature,1997;385:676～677
22 nakayama JI et al. Cell,1997;88:875～884
... |
