端 粒、端 粒 酶
與
細(xì) 胞 衰 老
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中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)基地02447班TTCS課題組
薛軼 滕菲菲 葛昊 竇瑩穎 萬(wàn)禮
目 錄
摘要 …………………………………………………………………………（1)
1 .端粒 …………………………………………………………………（2)
2 .端粒酶 ………………………………………………………………（3)
3.端粒與衰老 ……………………………………………………………（4)
3．1我國(guó)人群外周血白細(xì)胞端區(qū)DNA長(zhǎng)度測(cè)定………………………（5)
3．2端粒酶活性與癌癥 ………………………………………………（6)
4．端粒和端粒酶致使正常細(xì)胞癌變和衰老機(jī)理…………………………（6)
4．1端粒和細(xì)胞衰老的關(guān)系……………………………………………（6)
4．1．1關(guān)于衰老的端粒假說(shuō)………………………………………（6)
4．1．2端粒長(zhǎng)度和細(xì)胞衰老的關(guān)系………………………………（7)
4．1．3端粒結(jié)合蛋白和衰老的關(guān)系………………………………（8)
4．2端粒酶和細(xì)胞衰老的關(guān)系…………………………………………（8)
4．2．1端粒酶活性和衰老的關(guān)系…………………………………（9)
4．2．2端粒酶活性和細(xì)胞癌變的關(guān)系……………………………（9)
5．端粒與老年病……………………………………………………………（9)
5．1端粒、端粒酶與高血壓……………………………………………（9)
5．2端粒、端粒酶與動(dòng)脈粥樣硬化……………………………………（10)
5．3端粒、端粒酶與老年癡呆（AD)…………………………………（11)
6．應(yīng)用與局限性…………………………………………………………（11)
6．1端粒酶活性能否作為腫瘤診斷和愈后的依據(jù)…………………（11)
6．2抑制端粒酶活性能否徹底抑制腫瘤 …………………………（12)
6．3在人類(lèi)體細(xì)胞引入端粒酶能否使細(xì)胞長(zhǎng)生不老…………………（12)
7．展望……………………………………………………………………（14)
8. 參考書(shū)目………………………………………………………………（14)
端粒、端粒酶與細(xì)胞衰老
薛軼 滕菲菲 葛昊 竇瑩穎 萬(wàn)禮
(中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)基地02447班)
摘要：端粒和端粒酶是現(xiàn)代生物學(xué)研究的熱點(diǎn)，端粒的缺失與細(xì)胞的衰老，端粒酶的活性與細(xì)胞的老化及癌癥均有密切的關(guān)系。介紹了端粒和端粒酶的結(jié)構(gòu)和功能，及其與細(xì)胞衰老的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)之上展望了端粒酶在抗衰老、抑制腫瘤等方面的應(yīng)用,并分析了應(yīng)用中存在的問(wèn)題和局限。
關(guān)鍵詞：端粒；端粒酶；細(xì)胞衰老；癌癥
Telomeres.telomerase and cellular senescence
Abstract: Telomeres and telomerase are nowadays in the spotlight of modernbiological study. There are casual relationship between telomere loss andreplicative senescence. And telomerase activation and cellular senescence andimmortalization .The formation and function of telomeres and telomerase and theclose relationship between aging and them are reviewed .The application oftelomerase in controlling of aging and treatment of cancer is introduced andpredicted reasonable; the problems remaining to be resolved are also analyzed.
Key words: telomere; telomerase; cellular senescence;cancer
衰老,即為老化,可分為生理性衰老和病理性衰老。生理性衰老(aging)是生物體自成熟期開(kāi)始,隨增齡發(fā)生的、漸進(jìn)的、受遺傳因素影響的、全身復(fù)雜的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理功能不可逆地退行性變化；而疾病或異常因素可引起病理性衰老(senility)，使衰老現(xiàn)象的提前出現(xiàn)。如何使人體衰老延遲,一直都是人類(lèi)所不斷追求的。雖然科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些抗衰老的藥物和方法,但都不夠理想。直到端粒(telomere)與端粒酶(telomerase)的發(fā)現(xiàn),才使人們看到了抗衰老的曙光。
1 .端粒
染色體端粒是位于真核細(xì)胞染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu),由端粒ＤＮＡ和端粒蛋白質(zhì)組成,端粒ＤＮＡ是富有Ｇ的高度保守的重復(fù)核苷酸序列;人和其它哺乳動(dòng)物的端粒ＤＮＡ是由5′→3′方向(ＴＴＡＧＧＧ)ｎ反復(fù)串聯(lián)組成。這種線性排列的端粒重復(fù)序列數(shù)目并非固定,端粒限制性片段長(zhǎng)度也是不同的,Ｂｌａｃｋｂｕｒｎ根據(jù)已經(jīng)克隆的端粒序列,得出端粒的通用公式為Ｃｎ(Ａ/Ｔ)ｍＧｎ,其中真核細(xì)胞的端粒是簡(jiǎn)單重復(fù)的Ｇ1～8(Ｔ/Ａ)1～4的松散性保守序列[1]。在人類(lèi),端粒ＤＮＡ大約長(zhǎng)15ｋｂ,不具有編碼蛋白質(zhì)的功能;端粒ＤＮＡ的3′末端較5′末端長(zhǎng)12 16ｂｐ,伸出并彎曲呈帽狀保護(hù)著染色體,雖然端粒序列不含功能基因,但如果沒(méi)有這些類(lèi)似染色體“帽子”結(jié)構(gòu)的端粒,染色體與染色體之間就會(huì)出現(xiàn)端-端融合、降解、重排和染色體丟失等變化,這些變化威脅著染色體的正確復(fù)制和細(xì)胞的生存,所以端粒具有維持染色體穩(wěn)定性的功能。20世紀(jì)的60年代曾經(jīng)認(rèn)為:不具有編碼功能的人的染色體末端ＤＮＡ的端粒是靜止無(wú)變化的;到了70年代,前蘇聯(lián)科學(xué)家Ｏｌｏｖｎｉｋｏｗ創(chuàng)造性地將細(xì)胞分裂程序的中止與端粒復(fù)制問(wèn)題聯(lián)系起來(lái),他指出人的體細(xì)胞不能改變其ＤＮＡ復(fù)制時(shí)染色體兩端的縮短,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的ＤＮＡ聚合酶在合成ＤＮＡ?xí)r,必須有模板和ＲＮＡ引物的存在,而且只能從5′→3′方向合成,這樣,在引物被去除之后,細(xì)胞每分裂一次所新合成的其中一條ＤＮＡ姐妹鏈的5′必將有一個(gè)小空缺(即一段端粒);因此隨著ＤＮＡ復(fù)制和細(xì)胞的不斷分裂,端粒的長(zhǎng)度將越來(lái)越短,當(dāng)達(dá)到一個(gè)臨界長(zhǎng)度時(shí),細(xì)胞染色體即失去穩(wěn)定性,阻止細(xì)胞進(jìn)一步分裂的信號(hào)發(fā)出,細(xì)胞將衰老和死亡。所以,端粒的長(zhǎng)度決定了ＤＮＡ復(fù)制和細(xì)胞分裂的次數(shù),即可用失去的端粒數(shù)來(lái)“計(jì)數(shù)”細(xì)胞分裂的次數(shù),故端粒被形象地稱(chēng)之為分子鐘或有絲分裂鐘[2]。正常人的體細(xì)胞的端粒都衰老而縮短,體細(xì)胞分裂時(shí)都會(huì)失去一部分端粒片段,隨著年齡的增加,人的纖維母細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度呈顯著性縮短；Ｌｅｃｏｎｄ和Ｈａｙｆｌｉｃｋ等人體細(xì)胞培養(yǎng)還表明,不同年齡的個(gè)體,其體細(xì)胞的壽命顯著地不同,其端粒的長(zhǎng)度也不同。新生兒的可傳代培養(yǎng)80 -90代;而70歲的老人的體細(xì)胞僅能傳代20-30代。[3]
2 .端粒酶
真核細(xì)胞設(shè)計(jì)了許多機(jī)制來(lái)抵消半保留復(fù)制方式所引起的ＤＮＡ末端丟失,其中最重要也是最保守的機(jī)制與端粒酶有關(guān),端粒的長(zhǎng)度主要由端粒酶決定。80年代,Ｂｌａｃｋｂｕｒｎ與Ｇｒｅｉｄｅｒ合作,首次在四膜蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)并鑒定出端粒酶的存在:人工合成的四膜蟲(chóng)端粒片段(ＴＴＧＧＧＧ)4能特異地被四膜蟲(chóng)細(xì)胞抽提物中的一種活性物質(zhì)加長(zhǎng),這種重復(fù)片段的增加與內(nèi)源性ＤＮＡ聚合執(zhí)業(yè)護(hù)士網(wǎng)酶及α 型內(nèi)源性ＤＮＡ聚合酶無(wú)關(guān),這種活性物質(zhì)對(duì)熱、蛋白酶Ｋ和ＲＮＡ酶敏感。因此認(rèn)為這種活性物質(zhì)是端粒酶,它由蛋白質(zhì)和ＲＮＡ兩部分組成�，F(xiàn)在認(rèn)為,端粒酶是一種核糖核蛋白(ＲＮＰ)ＤＮＡ聚合酶,由一條ＲＮＡ鏈和2條多肽鏈組成[4],為了進(jìn)一步了解端粒酶的作用原理,人們又對(duì)端粒酶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,Ｇｒｅｉｄｅｒ等克隆了命名為人類(lèi)端粒酶ＲＮＡ(ｈｕｍａｎｔｅｌｏｍｅｒａｓｅＲＮＡ,ｈＴＲ)的基因,定位于3號(hào)染色體上[5],ｈＴＲ基因的轉(zhuǎn)錄本為450ｂｐ,其中包含5′ＣＵＡＡＣＣＣＵＡＡＣ 3′共11個(gè)堿基的模板,這個(gè)模板的互補(bǔ)序列正好與1 5個(gè)(ＴＴＡＧＧＧ)互補(bǔ)而特異地合成人的染色體ＤＮＡ端粒。Ｙｕ等又將四膜蟲(chóng)端粒酶ＲＮＡ組分的模板序列進(jìn)行誘變,發(fā)現(xiàn)其端粒序列也發(fā)生了相應(yīng)的突變,說(shuō)明端粒酶具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性,依靠蛋白質(zhì)成分結(jié)合到端粒ＤＮＡ上,以自身的ＲＮＡ分子作為模板合成端粒ＤＮＡ,使端粒延長(zhǎng)。一般而言,正常體細(xì)胞不具有端粒酶活性,細(xì)胞經(jīng)過(guò)多次分裂后,端粒逐漸縮短,但如果縮短了的端粒以某種方式激活了端粒酶,使其能夠以自身的模板合成端粒ＤＮＡ,并加到染色體兩側(cè)的末端上彌補(bǔ)端粒的耗損,維持染色體的穩(wěn)定性,使細(xì)胞免于衰亡而獲得生存,發(fā)展成為永生性細(xì)胞。自首次報(bào)道在卵巢癌組織中發(fā)現(xiàn)端粒酶活性以來(lái),目前采用基于ＰＣＲ的端粒重復(fù)片段擴(kuò)增法(ＴＲＡＰ)已在85%以上的腫瘤組織中檢測(cè)到端粒酶活性;與之相反,絕大多數(shù)正常體細(xì)胞中不含端粒酶,只有胚胎組織、生殖細(xì)胞和少數(shù)造血干細(xì)胞中的端粒酶才具有穩(wěn)定的活性[6]。但是無(wú)論是在體(ｉｎｖｉｖｏ)還是離體(ｉｎｖｉｔｒｏ),外周血淋巴細(xì)胞的端粒仍然隨年齡增長(zhǎng)而縮短,成人骨髓中造血干細(xì)胞的端粒也比從胚肝或臍帶得到的造血干細(xì)胞的端粒短,說(shuō)明正常細(xì)胞中端粒酶活性受到精密的調(diào)節(jié),可以減慢端�？s短的速度,但不能完全阻止端粒的縮短,因此外周血淋巴細(xì)胞的增殖能力雖然較高,但并不能無(wú)限制的增殖。端粒酶的活性與許多因素有關(guān),不同的細(xì)胞、同一細(xì)胞的不同狀態(tài)及某些物質(zhì)協(xié)同作用都可影響到端粒酶的活性,細(xì)胞分裂能力較強(qiáng),分裂較快的組織,端粒酶活性較高;Ｏｇｏｓｈｉ用刀豆素Ａ或ＣＤ3多抗等有絲分裂素刺激外周血白細(xì)胞增生,分裂速度加快,利用ＴＲＡＰ技術(shù)檢測(cè)可見(jiàn)其端粒酶活性增強(qiáng)。端粒酶的活性與細(xì)胞周期關(guān)系密切,Ｌａｎｄｂｅｒｇ研究在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中由于細(xì)胞周期素Ｄ1或細(xì)胞周期素Ｅ等細(xì)胞周期調(diào)控蛋白的異常表達(dá)而導(dǎo)致細(xì)胞周期失調(diào),可引起端粒酶的激活。Ｗｒｉｇｈｔ等人將能表達(dá)端粒酶的永生型細(xì)胞和缺乏端粒酶活性的正常體細(xì)胞進(jìn)行雜合,對(duì)獲得的雜合細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè),可知其壽命短于永生型細(xì)胞,端粒酶的活性也有所降低,說(shuō)明在雜合細(xì)胞中端粒酶受到了抑制,揭示可能各種細(xì)胞都具有端粒酶的抑制機(jī)制,只不過(guò)永生型細(xì)胞的抑制作用失控而已。
3.端粒與衰老
通過(guò)上述對(duì)端粒和端粒酶的分析，我們可以概括為：一個(gè)細(xì)胞的端區(qū)DNA長(zhǎng)度取決于端區(qū)DNA的延長(zhǎng)與縮短的平衡,染色體DNA半保留復(fù)制導(dǎo)致端區(qū)DNA的縮短.端粒酶是自帶RNA引物的逆轉(zhuǎn)錄酶,可延長(zhǎng)被縮短的端區(qū),體細(xì)胞中無(wú)端聚酶活性或活性很低,故體細(xì)胞染色體端區(qū)DNA隨增齡縮短,最終導(dǎo)致細(xì)胞衰老與死亡.
3．1我國(guó)人群外周血白細(xì)胞端區(qū)DNA長(zhǎng)度測(cè)定
北京醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系于1997年本研究測(cè)定了我國(guó)人群外周血白細(xì)胞端區(qū)DNA長(zhǎng)度,觀察其與年齡的關(guān)系。研究過(guò)程如下：
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從Table1可知,青年組(25歲)其血白細(xì)胞端區(qū)長(zhǎng)度平均為8.75kb;老年組(65歲)為7.37kb,平均每年丟失約35bp。由此研究結(jié)果可見(jiàn),增齡端區(qū)長(zhǎng)度遞減率不盡相同,每增齡10歲端區(qū)長(zhǎng)度縮短最多者為57bp,最少者為9bp;但總趨勢(shì)是隨增齡端區(qū)長(zhǎng)度逐漸縮短.端區(qū)是染色體末端的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu),缺失時(shí)染色體不穩(wěn)定,易發(fā)生畸變而導(dǎo)致細(xì)胞衰老與死亡.
3．2端粒酶活性與癌癥
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附表
由上表可見(jiàn)，端粒酶在癌變細(xì)胞中的陽(yáng)性率明顯高于正常組織細(xì)胞。
4．端粒和端粒酶致使正常細(xì)胞癌變和衰老機(jī)理
4．1端粒和細(xì)胞衰老的關(guān)系
Muller等在1938年首先發(fā)現(xiàn)位于染色體末端的端粒是維持染色體完整所必需的。但是由于“末端復(fù)制問(wèn)題”的存在，端粒DNA勢(shì)必逐漸縮短以至于使細(xì)胞失去增殖能力而老化。
4．1．1關(guān)于衰老的端粒假說(shuō)
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圖1
4．1．2端粒長(zhǎng)度和細(xì)胞衰老的關(guān)系
端粒長(zhǎng)度的維持處在一種精確的競(jìng)爭(zhēng)平衡之中，一方面端粒由于DNA末端復(fù)制問(wèn)題、端粒的加工和端粒的重組等原因而縮短，另一方面端粒酶的催化作用、端粒的特異性擴(kuò)增（ALT)等因素又使其延長(zhǎng)。
端粒長(zhǎng)度和細(xì)胞衰老有關(guān)最有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)自于人類(lèi)的成纖維細(xì)胞，年輕人成纖維細(xì)胞內(nèi)端粒的平均長(zhǎng)度為18-25 kbp，而老年人成纖維細(xì)胞內(nèi)端粒的平均長(zhǎng)度為8-10 kbp，估計(jì)細(xì)胞每分裂一次端�？s短50-100 kbp。Kammorl等人通過(guò)研究表明，人類(lèi)的甲狀腺和甲狀旁腺的端粒在 49 歲后以每年91-92 bp的速率縮短，并不像一般的細(xì)胞端粒那樣在生命早期就迅速減少[7]。Benetors等通過(guò)研究人血液白細(xì)胞端粒的長(zhǎng)度和脈搏壓的關(guān)系提出，男人的端粒越短，其脈搏壓就越高，脈搏壓高是血管硬化的主要原因之一。同時(shí)女人具有更長(zhǎng)的端粒，這也導(dǎo)致了男人一般都先于女人衰老[9]。這表明端粒的縮短具有組織特異性和時(shí)間特異性，并與性別有一定的關(guān)系。
但是嚙齒類(lèi)動(dòng)物的端粒長(zhǎng)度終生保持不變，并不隨細(xì)胞的分裂而縮短[8]。Kang 等提出，在口角質(zhì)化形成細(xì)胞中正常細(xì)胞的復(fù)制衰老是端粒酶失活造成的，而沒(méi)有端粒縮短的現(xiàn)象發(fā)生。Lundblad通過(guò)對(duì)兩種出芽酵母的研究發(fā)現(xiàn)，在端粒酶失活的情況下，嚴(yán)重縮短的端�？梢酝ㄟ^(guò)RAD50和RAD51融合途徑填充端粒DNA富含G的片段以維持端粒的功能。說(shuō)明端粒長(zhǎng)度的變化與細(xì)胞衰老間并不具備一種必然的關(guān)系。
4．1．3端粒結(jié)合蛋白和衰老的關(guān)系
端粒結(jié)合蛋白對(duì)端粒具有保護(hù)作用，在一定程度上可以維持端粒的穩(wěn)定從而抑制細(xì)胞的復(fù)制衰老。TRF2和端粒內(nèi)的環(huán)套結(jié)構(gòu)均對(duì)端粒具有保護(hù)作用[10]。Saito等通過(guò)對(duì)乳腺癌病人的研究發(fā)現(xiàn)，編碼TRFI和的mRNA的表達(dá)，非癌組織較癌組織顯著，端粒酶活性低的癌細(xì)胞較端粒酶活性高的表達(dá)顯著[11]。Karlseder等報(bào)道在人類(lèi)早期細(xì)胞中過(guò)量表達(dá)TRF2會(huì)增加端�？s短的速率而不加速衰老，TRF2減少了端粒4-7 kb上的衰老調(diào)控點(diǎn)。TRF2在端粒顯著縮短的情況下可以通過(guò)抑制端粒和染色體的融合，已達(dá)到延遲細(xì)胞衰老的作用。此外，當(dāng)端�？s短到某一臨界點(diǎn)時(shí)TRF2便在端粒上消失了。KIshi 發(fā)現(xiàn)的突變體在細(xì)胞可以增加端粒的長(zhǎng)度，減少其放射敏感性，并彌補(bǔ)G(2)/M調(diào)控點(diǎn)的缺陷，但是不能糾正S期調(diào)控點(diǎn)的缺陷 。這表明在A-T細(xì)胞中Pin2/TRF1的阻斷可以避開(kāi)細(xì)胞的ATM凋亡。
4．2端粒酶和細(xì)胞衰老的關(guān)系
端粒酶在細(xì)胞衰老過(guò)程中的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面，大多數(shù)正常的人體細(xì)胞缺乏hTERT而沒(méi)有端粒酶活性，使得細(xì)胞的端粒逐漸縮短而最終衰老。另一方面，hTERT在正常二倍體細(xì)胞中表達(dá)使其傳代次數(shù)大大增加而沒(méi)有癌化特征。
4．2．1端粒酶活性和衰老的關(guān)系
Bodnar等在兩種人類(lèi)端粒酶負(fù)責(zé)表達(dá)的體細(xì)胞（視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和包皮呈纖維細(xì)胞)中已經(jīng)表達(dá)了hTERT基因，研究表明hTERT載體的克隆在這些細(xì)胞中表達(dá)了端粒酶的活性，并使他們的壽命延長(zhǎng)了至少二十代。且細(xì)胞衰老的生物學(xué)標(biāo)記β-半乳糖苷酶的表達(dá)也顯著減少,而細(xì)胞的核型保持正常[10]。這些結(jié)論也進(jìn)一步被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。另外，在少數(shù)正常的人體細(xì)胞中如精子、早期胚胎細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、皮膚表皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞中都可檢測(cè)到端粒酶活性。這些均表明端粒酶活性的表達(dá)本身并不是致癌的。而且在正常的人體細(xì)胞中適當(dāng)?shù)丶せ疃肆Ｃ富钚钥梢匝娱L(zhǎng)細(xì)胞的壽命達(dá)到抗衰老的作用。
4．2．2端粒酶活性和細(xì)胞癌變的關(guān)系
端粒酶活性和細(xì)胞癌變的關(guān)系有正反兩方面的證據(jù)，一方面，約84%-95%惡性腫瘤細(xì)胞中可以檢測(cè)到端粒酶活性，而良性腫瘤及正常組織的檢出率只有4%左右。另一方面，抑制端粒酶活性不合時(shí)機(jī)的表達(dá)可以抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，甚至引起癌細(xì)胞的凋亡。最近研究表明，細(xì)胞的衰老可能是一種抑制癌變的機(jī)制，但是隨著年齡增加衰老細(xì)胞的積累與變異協(xié)同作用會(huì)不可避免的引起癌癥。
5．端粒與老年病
5．1端粒、端粒酶與高血壓
高血壓有明顯的家族背景和遺傳傾向,具有遺傳遲滯性,易感基因外顯不全性,以及基因型和表型不相對(duì)應(yīng)性。高血壓是復(fù)雜的多基因異常,并且無(wú)其它典型的表型特征,與單基因病不同,并非所有的相關(guān)基因都直接參與高血壓的發(fā)病,且這些基因的其它表型特征并非都是異常的,例如,基因網(wǎng)絡(luò)的重排,環(huán)境因素的激活,從而表現(xiàn)健康和疾病等不同的表現(xiàn)型。ＡｖｉｖＡ等推測(cè)由遺傳獲得的較短端粒長(zhǎng)度以及細(xì)胞更新率增加,及隨著年齡端粒的磨損等,可能增加等位基因雜和性丟失的幾率,從而易患年齡相關(guān)疾病如高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、腫瘤等疾病,并假設(shè)亞端粒區(qū)含有血壓調(diào)節(jié)相關(guān)的基因端粒的丟失使這些基因易于激活或抑制。體外和高血壓動(dòng)物模型ＶＳＭＣ增殖與凋亡失衡與端粒消耗加速有關(guān)。人血管內(nèi)皮細(xì)胞在高血?jiǎng)訉W(xué)剪切力區(qū)比低剪切力區(qū)的血管內(nèi)皮細(xì)胞的端粒要短,人動(dòng)脈組織端粒長(zhǎng)度與年齡負(fù)相關(guān)。此外,端粒的損傷在高血壓病人不僅限于血管組織,也累及造血細(xì)胞[12]。流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn),低出生體重兒,成年后易患高血壓。有人[13]假定低出生體重兒,出生后迅速生長(zhǎng),而腎臟發(fā)育在胚胎后期基本完成,迅速生長(zhǎng)的軀體,使低出生兒腎臟不能適應(yīng)軀體的需要,而“追趕”性生長(zhǎng),過(guò)度增殖使腎臟細(xì)胞的端粒過(guò)多磨損而腎臟“早老”。端粒酶參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖與凋亡的動(dòng)態(tài)平衡,參與細(xì)胞老化,在高血壓發(fā)生發(fā)展中有重要作用,并且與動(dòng)脈粥樣硬化等其它心血管疾病相關(guān)。高血壓的病理生理學(xué)改變主要是動(dòng)脈血管高反應(yīng)性和血管結(jié)構(gòu)改變。后者主要是指管壁增厚、管腔狹窄、外周阻力增加。其細(xì)胞學(xué)實(shí)質(zhì)是ＶＳＭＣ和成纖維細(xì)胞增生并向內(nèi)膜下遷移。血管增殖與高血壓互為因果。Ｌｅｅ等(1991)在遺傳性高血壓動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn),于高血壓之前即有ＶＳＭＣ增生。高血壓也可認(rèn)為是一種增殖病。有人認(rèn)為高血壓和腫瘤一樣均為增殖性疾病。均有異�；虮磉_(dá)如Ｃ-ｍｙｃ、Ｃ-ｆｏｓ、Ｐ53等。甚至有流行病調(diào)查認(rèn)為高血壓是腫瘤的危險(xiǎn)因素。動(dòng)物和人的平滑肌組織出生后一直處于靜止?fàn)顟B(tài),病理?xiàng)l件下,如高血壓,它們會(huì)重新活躍起來(lái),增生或細(xì)胞內(nèi)分裂(形成多倍體細(xì)胞),增殖的母細(xì)胞需不斷的ＤＮＡ復(fù)制,使端粒縮短,體內(nèi)增殖的母細(xì)胞內(nèi)ＴＭＬＡ活化使端粒長(zhǎng)度得以保持,母細(xì)胞能繼續(xù)分裂下去。國(guó)內(nèi)楊善民報(bào)道ＳＨＲ大鼠動(dòng)脈組織中的端粒酶活性在出生后迅速被抑制,出現(xiàn)高血壓后,端粒酶再次被激活,胸、腹主動(dòng)脈及腸系膜動(dòng)脈組織端粒酶陽(yáng)性。
5．2端粒、端粒酶與動(dòng)脈粥樣硬化
其發(fā)生機(jī)制被廣泛接受的是“損傷反應(yīng)”學(xué)說(shuō)。認(rèn)為反復(fù)的機(jī)械、血液動(dòng)力學(xué)、和/或免疫學(xué)的損傷,引起炎癥-纖維增殖反應(yīng),ＶＳＭＣ向內(nèi)膜遷移,形成斑塊。血管組織細(xì)胞的復(fù)制能力與年齡負(fù)相關(guān)[14]。來(lái)自纖維斑塊的平滑肌細(xì)胞復(fù)制壽命低于周?chē)M織,體外培養(yǎng)對(duì)血清刺激反應(yīng)降低。血管內(nèi)皮及中層細(xì)胞更新與血?jiǎng)訉W(xué)有關(guān),高剪切力區(qū)細(xì)胞更新率增加,髂動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞端粒磨損率快于髂靜脈[15]。反復(fù)損傷使血管內(nèi)皮細(xì)胞更新率增加,端粒磨損,細(xì)胞老化。ＸＵ-Ｄ等證實(shí)同型半胱氨酸加速體外培養(yǎng)血管內(nèi)皮細(xì)胞端粒丟失,促發(fā)老化及動(dòng)脈粥樣硬化(ＡＳ)的發(fā)生。此外,在動(dòng)粥硬病變中,細(xì)胞老化,凋亡增加,細(xì)胞成分減少,導(dǎo)致斑塊不穩(wěn),促發(fā)急性血管事件。
5．3端粒、端粒酶與老年癡呆（AD)
阿爾茨海默病(Ａｌｚｈｅｉｍｅｒ’ｓｄｉｓｅａｓｅ,ＡＤ)是一種常見(jiàn)于老年人的神經(jīng)系統(tǒng)退化性疾病,其患者的腦血管壁中可分離出致ＡＤ神經(jīng)元退行性病變的β-淀粉樣蛋白。Ｚｈｕ等利用反義技術(shù)和端粒酶抑制劑引發(fā)胎鼠海馬區(qū)神經(jīng)細(xì)胞中ＴＥＲＴ的功能抑制,發(fā)現(xiàn)顯著增加了由β-淀粉樣蛋白肽引起的細(xì)胞凋亡,而嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞中ＴＥＲＴ的過(guò)量表達(dá)會(huì)降低此種細(xì)胞凋亡。其原因是ＴＥＲＴ功能降低的神經(jīng)細(xì)胞在暴露于β-淀粉蛋白中能增強(qiáng)其氧化性并使線粒體功能發(fā)生障礙,因而引起細(xì)胞凋亡。ＴＥＲＴ在神經(jīng)退行性病變實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭姓宫F(xiàn)出有神經(jīng)保護(hù)性功能,提示在神經(jīng)細(xì)胞中若能提高端粒酶的活性可能會(huì)抑制與衰老相關(guān)的神經(jīng)退行性病變, 如ＡＤ和腦老化的發(fā)生等。
6．應(yīng)用與局限性
上述介紹可以看出，端粒的縮短與人的衰老、端粒酶的活性與癌細(xì)胞形成都有密切的關(guān)系。因此，激活行將衰老細(xì)胞的端粒酶來(lái)延緩人體衰老，或者是抑制腫瘤細(xì)胞端粒酶活性都成為熱點(diǎn)。那么采用這種方法還有那些問(wèn)題呢？
6．1端粒酶活性能否作為腫瘤診斷和愈后的依據(jù)
人類(lèi)多種腫瘤細(xì)胞系有較強(qiáng)的端粒酶活性,85%以上的原發(fā)性腫瘤有端粒酶活性。測(cè)定端粒酶活性能否用以鑒別腫瘤的良性和惡性,能否作為預(yù)后指標(biāo),這是醫(yī)學(xué)界普遍關(guān)注的問(wèn)題。由于一部分惡性腫瘤無(wú)端粒酶活性,所以測(cè)不到端粒酶活性并不意味著是良性。目前認(rèn)為,用端粒酶活性與ｈTERT的ｍＲＮＡ水平難以衡量腫瘤的惡性度,難以由此作出恰當(dāng)預(yù)后。除干細(xì)胞外,體細(xì)胞端粒酶活性極低。妊娠16周,人胚大多數(shù)組織的端粒酶即呈抑制狀態(tài)。所以,不含造血細(xì)胞與生殖細(xì)胞的組織,如能測(cè)得端粒酶活性,則應(yīng)高度懷疑其為惡性�？梢�(jiàn)端粒酶陰性雖難作為判斷腫瘤良、惡性和預(yù)后的依據(jù),但端粒酶陽(yáng)性對(duì)惡性腫瘤的診斷仍有重要參考價(jià)值。
6．2抑制端粒酶活性能否徹底抑制腫瘤
由于絕大多數(shù)腫瘤細(xì)胞都具有端粒酶活性。因此,以抑制端粒酶活性為手段的基因療法,對(duì)腫瘤有很強(qiáng)的廣譜性和針對(duì)性。在理論上抑制端粒酶對(duì)正常體細(xì)胞基本無(wú)害,這是其突出優(yōu)點(diǎn)。與此相關(guān),不少學(xué)者甚至設(shè)想,不久可將端粒酶抑制劑列入抗腫瘤新藥。但與腫瘤治療的絕大多數(shù)策略相似,利用端粒酶的策略也有其弱點(diǎn)。
北京醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室采用端粒酶反義核酸策略,將ｈＴＲ反義重組病毒感染ＭＣＦ 7乳腺癌細(xì)胞,盡管該細(xì)胞存在原癌基因ｃ Ｈａ ｒａｓ、ｃ ｅｒｂＢ 2及抑癌基因Ｒｂ等異常,ｈＴＲ反義重組病毒感染仍取得了明顯抑癌效果,部分逆轉(zhuǎn)了其惡性表型。但值得注意的是,目前國(guó)內(nèi)外的類(lèi)似研究并未能完全抑制腫瘤,究其原因可能為:人類(lèi)有些腫瘤并無(wú)端粒酶活性,其端區(qū)亦不縮短。Ｂｌａｓｃｏ等人揭示,有些腫瘤并無(wú)端粒酶活性,是因?yàn)橛辛硪谎娱L(zhǎng)端區(qū)機(jī)制(ＡＬＴ)的存在。小鼠細(xì)胞的永生化,惡性轉(zhuǎn)化及腫瘤形成不需端粒酶參與,即是有ＡＬＴ的緣故。所以要徹底抑制腫瘤,既要抑制端粒酶,還要抑制ＡＬＴ。ＡＬＴ機(jī)制可能是通過(guò)端區(qū)-端區(qū)重組方式進(jìn)行的。這條端區(qū)延長(zhǎng)的旁路究竟是如何形成的，這將是今后研究的重點(diǎn)。
此外,抑制端粒酶的策略用于腫瘤治療,難免影響生殖細(xì)胞與造血干細(xì)胞。因?yàn)槎肆Ｃ笇?duì)它們是必需的。有人認(rèn)為小鼠體內(nèi)端區(qū)延長(zhǎng)主要依靠ＡＬＴ機(jī)制,所以不太依賴(lài)端粒酶。然而用基因打靶術(shù)消除端粒酶基因后,小鼠胚胎干細(xì)胞分裂次數(shù)仍大為下降。可見(jiàn)抑制端粒酶活性,對(duì)干細(xì)胞有不良影響。因此,在實(shí)施抑制端粒酶的策略時(shí),宜提高對(duì)腫瘤的靶向性,以免損及生殖細(xì)胞與造血干細(xì)胞。在構(gòu)建端粒酶反義重組載體時(shí)引入腫瘤組織特異啟動(dòng)子,或?yàn)闇p少其副作用的良策之一。
6．3在人類(lèi)體細(xì)胞引入端粒酶能醫(yī)學(xué)三基否使細(xì)胞長(zhǎng)生不老
細(xì)胞衰老是老年病發(fā)病的基礎(chǔ)。細(xì)胞衰老引起的細(xì)胞增殖能力下降是器官衰老、萎縮、機(jī)能減退的根本原因之一。細(xì)胞是生物體的基本單位。神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)雖與生物整體的衰老密切相關(guān),但單細(xì)胞生物,如酵母尚未分化形成以上系統(tǒng),它們亦會(huì)衰老。可見(jiàn)細(xì)胞不僅是構(gòu)成生物體的基本單位,也是生物衰老的基本單位。老年病的表現(xiàn)各異,但莫不以其相關(guān)細(xì)胞的衰老為基礎(chǔ)。因而,延緩細(xì)胞衰老可為推遲老年帶病期,防治老年病帶來(lái)新機(jī)遇。體外培養(yǎng)的正常體細(xì)胞可傳代數(shù)有限,可傳代數(shù)與該種生物壽限和供體年齡有關(guān)。細(xì)胞供體年齡越大,可傳代數(shù)越少;反之,腫瘤細(xì)胞屬永生化細(xì)胞,在理論上可無(wú)限傳代。正常人二倍體成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)隨代數(shù)的增加,細(xì)胞中的端區(qū)以一定速率縮短,ＤＮＡ每復(fù)制一次,端區(qū)就縮短一段。人體中血細(xì)胞與皮膚細(xì)胞端區(qū)長(zhǎng)度也隨增齡而縮短。每增一歲,中國(guó)人外周血淋巴細(xì)胞端區(qū)長(zhǎng)度平均縮短35ｂｐ,與國(guó)外資料(33ｂｐ)相近。男女略有差別,男性略快。人胚肺二倍體成纖維細(xì)胞,每增加一代齡,端區(qū)長(zhǎng)度約縮短49ｂｐ (國(guó)外資料為50ｂｐ)。人二倍體成纖維細(xì)胞端區(qū)的ＴＴＡＧＧＧ重復(fù)順序長(zhǎng)約4ｋｂp,衰老時(shí)其端區(qū)長(zhǎng)度可降至2ｋｂp,此時(shí)細(xì)胞出現(xiàn)傳代培養(yǎng)(ｈａｙｆｌｉｃｋ)極限,不再分裂。因此,人染色體端區(qū)長(zhǎng)度與細(xì)胞衰老相關(guān)聯(lián),有可能是決定細(xì)胞增殖能力的計(jì)時(shí)器。端區(qū)縮短為什么是人類(lèi)細(xì)胞喪失復(fù)制能力的原因,引起了細(xì)胞生長(zhǎng)阻滯?有人認(rèn)為,人衰老細(xì)胞端區(qū)的縮短,恰似ＤＮＡ損傷,引起了與ＤＮＡ損傷相似的分子事件,導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)阻滯。衰老細(xì)胞常有染色體畸變現(xiàn)象,端區(qū)縮短或是其原因之一。
Ｂｏｄｎａｒ等將人端粒酶催化亞單位ｃＤＮＡ轉(zhuǎn)染人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞或成纖維細(xì)胞后,衰老速率減慢,體外倍增代數(shù)延長(zhǎng)了約20代。所以,人類(lèi)體細(xì)胞引入端粒酶似能“延年益壽”,但不能使細(xì)胞長(zhǎng)生不老。Ｋｉｙｏｎｅ等報(bào)道,使人上皮細(xì)胞永生化,既需引入端粒酶,還要使Ｒｂ和ｐ16ＩＮＫ4等抑癌基因失活。可見(jiàn)有端粒酶活性只是人類(lèi)體細(xì)胞長(zhǎng)生不老的條件之一,如使其永生化,還應(yīng)輔以其他條件。此外,還應(yīng)警惕引入端粒酶有促進(jìn)癌變的可能性。
7．展望
當(dāng)端粒酶催化亞基基因在轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)即能延長(zhǎng)細(xì)胞壽命又不影響細(xì)胞的其它正常功能時(shí)，延長(zhǎng)壽命的細(xì)胞就能有效的抑制衰老，如皮膚的老化、肌肉的退縮和動(dòng)脈硬化等。在體外延長(zhǎng)細(xì)胞的壽命同樣具有非常重要的意義，經(jīng)過(guò)端粒酶處理的年輕化的細(xì)胞在生物研究、制藥和醫(yī)學(xué)等方面都將有廣闊的應(yīng)用前景。并且，在早期腫瘤細(xì)胞中如果沒(méi)有端粒酶的激活，端粒縮短到一個(gè)臨界點(diǎn)會(huì)使其終端生長(zhǎng)抑制或死亡，端粒酶失活引起的端�？s短可看作一種抑制腫瘤的機(jī)制，因此，抑制端粒酶的不合時(shí)機(jī)的表達(dá)可以抑制腫瘤的發(fā)生。但是最新
研究結(jié)果表明，在生命晚期可以控制的激活端粒酶活性，可以減少而不是增加腫瘤的發(fā)生。
有關(guān)端粒和端粒酶的研究為我們開(kāi)辟了一條揭示和延緩人類(lèi)衰老、對(duì)抗腫瘤和癌癥的途徑。盡管將現(xiàn)有理論應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域還為時(shí)尚早，還有不少關(guān)鍵性問(wèn)題需加以研究解決。但是我們相信，隨著研究的不斷深入，端粒、端粒酶及其相關(guān)研究必將為實(shí)現(xiàn)人類(lèi)戰(zhàn)勝癌癥、永葆青春的夢(mèng)想發(fā)揮作用
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