分子腫瘤學

第七節(jié)

端粒、端粒酶與腫瘤

細胞是有壽命的。細胞學家Hayflick發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)人體的成纖維細胞，在營養(yǎng)充分供給的情況下，細胞分裂到50代左右就停止活動了，真正地進入衰老期，這一發(fā)現(xiàn)似乎告訴人們在細胞內有一口衰老鐘或細胞分裂鐘（mitoticclock)，這限定了細胞分裂的次數(shù)，也就限定了生物的壽命。腫瘤細胞為什么具有永生的特性，它為什么可以不受限制的增殖？

研究顯示染色體端粒（telomere）、端粒酶（telomerase）與動物及人類的衰老、惡性腫瘤發(fā)生有高度相關性，成為發(fā)育生物學、分子腫瘤學等眾多學科關注的焦點。人們期望能從中尋找出抗細胞衰老和治療腫瘤的新途徑。

在復制過程中，染色體末端的堿基對會緩慢地丟失，隨著每一次的細胞分裂，染色體末端將丟失50~200個端粒核苷酸，所以在連續(xù)分裂中，染色體產生進行性縮短，致使末端功能喪失和染色體不穩(wěn)定，最終導致細胞衰老和死亡。Watton在1972年提出了染色體末端復制問題。自然界中不同的生物有著各自巧妙的“策略”來解決DNA末端復制的難題。原核生物有的將自已的DNA環(huán)化，新鏈的3’-OH端繼續(xù)向前延伸，這樣一來便可補上RNA引物被消除后所留下的空缺。有的通過形成多連體來達到完全復制。一些具線性DNA的病毒，在長期的進化過程中，也恰當?shù)剡x擇了自已的末端復制策略。如細小病毒（pariovirns）在單股DNA末端有一個正向的反向的重復序列，這一回文片段能在末端形成發(fā)卡形結構，使得合成新鏈折回補齊5’端缺失。腺病毒則有一種特殊的蛋白質與5’端共價連接，并可作為腺病毒DNA復制的起始引物。

二.端粒的結構、功能與

長度調節(jié)機制1、端粒的結構

端粒由規(guī)則或不規(guī)則的雙鏈重復序列和最末端的一條富含G的單鏈重復序列及端粒結合蛋白組成。端粒結合蛋白分為兩類：端粒單鏈結合蛋白和端粒雙鏈結合蛋白。前者在端粒末端提供帽狀結構以穩(wěn)定端粒；后者可能直接參與端粒長度平衡的維持，是端粒延伸的負調節(jié)因子。

對于一個特定的真核生物物種，它一定具有其特征性的端粒DNA序列和平均長度。研究結果表明，人類的端粒序列為[TTAGGG]n，約5~20kb。2、端粒的功能端粒的功能主要在于維持染色體的穩(wěn)定性，此外，還參與核中的一系列活動。如：染色體定位，轉錄抑制，異染色質形成，起細胞有絲分裂鐘的作用，介導染色體復制、引導減數(shù)分裂時的同源染色體配對等。

3、端粒長度的調節(jié)機制改變端粒結構會導致端粒酶活性失常，從而控制端粒的長度而DNA的不完全復制、端粒的加工和端粒的重組，則會引起端粒的縮短

三.端粒酶的結構、功能及

活性調控與檢測1、端粒酶的結構與功能端粒酶是一種自身攜帶模板的反轉錄酶，在結構上是一種核糖核蛋白（nuclearribonuclearprotein,RNP)復合物，由RNA和蛋白質亞基組成。端粒酶的RNA是合成端粒DNA的模板，人端粒酶RNA組分基因于1995年克隆，命名為hTR基因定位于三號染色體，約含450個堿基，包含5(CUAACCCUAAC)3具11個堿基的模板序列，每次與1.5個TTAGGG互補而特異地合成人染色體端粒的DNA。hTR基因在所有體細胞中都有表達，因而hTR的表達不能說明端粒酶活性。其主要功能在于合成染色體端粒的重復序列，以維持端粒長度的穩(wěn)定性，端粒酶也能使斷裂染色體在原位形成端粒。

2、端粒酶的活性、檢測與調控端粒酶的活性：不同的細胞，同一細胞的不同狀態(tài)及某些物質的協(xié)同作用都可影響到端粒酶的活性。對人體正常組織、多種良性病變及惡性腫瘤組織端粒酶活性進行檢測，發(fā)現(xiàn)細胞分裂能力較強，分裂較快的組織端粒酶活性較高。胎兒時期的端粒酶有較高的活性，但在出生后不久，除生殖細胞和干細胞等少數(shù)細胞顯弱端粒酶活性外，端粒酶多處于失活狀態(tài)。絕大多數(shù)惡性腫瘤組織均顯示明顯的端粒酶活性。端粒酶活性的調控：端粒酶活性的內在調節(jié)端粒酶在正常人體細胞的失活與在惡性腫瘤細胞中的高表達，說明體內端粒酶調控機制的存在端粒重復結合因子（telomericrepeatbindingfactor,TRF)1和2是與端粒特異結合的蛋白質，其中TRF1是端粒長度的負向調控因子，其通過阻礙端粒酶與端粒的結合而發(fā)揮作用，而TRF2是端粒的保護因子。端錨酶（tankyrase,TRF1-interactin)是一種DNA核糖聚合酶，可與TRF1結合，把與端粒結合的TRF1從端粒上移開，從而使端粒酶發(fā)揮作用端粒酶的活性調控還與細胞周期、細胞分化進程，細胞中蛋白磷酸化反應、凋亡調控基因如bcl-2、c-myc等的調控有關。雌、孕激素的水平的變化也參與了調節(jié)。人3號染色體上可能存在端粒酶的抑制基因，當將人3號染色體導入腎癌細胞株，則出現(xiàn)細胞端粒酶活性喪失，細胞失去無限制生長能力。端粒酶活性的外在調節(jié)細胞中加入端粒酶RNA組份的反義寡核苷酸，使端粒酶的活性受到抑制；改變DNA的二級結構或在細胞中加入陽離子卟啉，妨礙端粒酶與端粒結合，從而間接抑制端粒酶活性；使用蛋白激酶(PKC)抑制劑抑制端粒酶的活性；通過破壞端粒酶的DNA錨著區(qū)，抑制端粒酶活性。四.端粒、端粒酶與衰老的關系

人類細胞內端粒酶活性的缺失將導致端粒縮短，這種縮短使得端粒最終成為不能被細胞識別的末端。但這并不是說端粒不存在了，而是說端?？s短到了一個“關鍵長度”，端粒一旦短于此長度，就很有可能導致染色體雙鏈的斷裂，并激活細胞自身的檢驗系統(tǒng)，從而使細胞進入死亡危機狀態(tài)。

隨著端粒的進一步丟失，將會發(fā)生染色體重排、雙著絲粒染色體和非整倍染色體的形成等錯誤，這將導致進一步的危機產生。5’5’端粒消耗端粒維持細胞衰老細胞永生化染色體DNA端粒端粒（Kbp）

干細胞

種系細胞端粒酶呈陽性

正常體細胞端粒酶呈陰性M1

=5-7轉化事件

M2=2-4

永生化腫瘤細胞端粒酶呈陽性Hyflick極限期（M1）危機期（M2）復制年齡端粒丟失與衰老關系模型端粒限制性片斷長度近年來，人們對人體惡性腫瘤組織端粒酶的活性進行檢測，結果顯示，絕大多數(shù)惡性腫瘤組織均顯示明顯的端粒酶活性，而在正常細胞株和癌旁組織標本中端粒酶幾乎全部為陰性。這有力佐證了端粒酶的激活在維持細胞永生化、促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展方面所具有的重要意義。端粒端粒酶與細胞永生和腫瘤的關系可用M1/M2假說來解釋，即細胞獲得永生化必須克服兩個死亡危機期。端粒酶特異地表達于各種腫瘤細胞，是大多數(shù)腫瘤細胞持續(xù)分裂所必需的，因此，端粒酶活性是診斷多數(shù)惡性腫瘤、判斷愈后的良好指標。

端粒酶可作為腫瘤早期診斷的指標人們試圖抑制端粒酶活性來治療腫瘤，它可能比目前所使用的化學療法和基因療法具更大的優(yōu)勢。端粒酶抑制劑具有較高的特異性和較少的副作用，并具有廣譜性。傳統(tǒng)療法對早期腫瘤最有效，而端粒酶抑制劑可能對晚期和擴散腫瘤也有效。端粒酶活性的監(jiān)測可作為判斷腫瘤腫瘤大小、惡性程度、淋巴結轉移、腫瘤的分級及預后的重要指標體外研究發(fā)現(xiàn)端粒酶活性與腫瘤細胞的分化呈負相關

端粒、端粒酶與腫瘤研究中遇到的幾個基本問題：

在端粒酶陽性細胞中，端粒酶是腫瘤細胞形成的原因還是結果，在端粒酶陰性的腫瘤細胞中，通常具較長的端粒，其端粒又是怎么合