端 粒、端 粒 酶
與
細 胞 衰 老
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中國藥科大學生命科學基地02447班TTCS課題組
薛軼 滕菲菲 葛昊 竇瑩穎 萬禮
目 錄
摘要 …………………………………………………………………………（1)
1 .端粒 …………………………………………………………………（2)
2 .端粒酶 ………………………………………………………………（3)
3.端粒與衰老 ……………………………………………………………（4)
3．1我國人群外周血白細胞端區(qū)DNA長度測定………………………（5)
3．2端粒酶活性與癌癥 ………………………………………………（6)
4．端粒和端粒酶致使正常細胞癌變和衰老機理…………………………（6)
4．1端粒和細胞衰老的關系……………………………………………（6)
4．1．1關于衰老的端粒假說………………………………………（6)
4．1．2端粒長度和細胞衰老的關系………………………………（7)
4．1．3端粒結合蛋白和衰老的關系………………………………（8)
4．2端粒酶和細胞衰老的關系…………………………………………（8)
4．2．1端粒酶活性和衰老的關系…………………………………（9)
4．2．2端粒酶活性和細胞癌變的關系……………………………（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、端粒酶與動脈粥樣硬化……………………………………（10)
5．3端粒、端粒酶與老年癡呆（AD)…………………………………（11)
6．應用與局限性…………………………………………………………（11)
6．1端粒酶活性能否作為腫瘤診斷和愈后的依據…………………（11)
6．2抑制端粒酶活性能否徹底抑制腫瘤 …………………………（12)
6．3在人類體細胞引入端粒酶能否使細胞長生不老…………………（12)
7．展望……………………………………………………………………（14)
8. 參考書目………………………………………………………………（14)
端粒、端粒酶與細胞衰老
薛軼 滕菲菲 葛昊 竇瑩穎 萬禮
(中國藥科大學生命科學基地02447班)
摘要：端粒和端粒酶是現(xiàn)代生物學研究的熱點，端粒的缺失與細胞的衰老，端粒酶的活性與細胞的老化及癌癥均有密切的關系。介紹了端粒和端粒酶的結構和功能，及其與細胞衰老的關系，并在此基礎之上展望了端粒酶在抗衰老、抑制腫瘤等方面的應用,并分析了應用中存在的問題和局限。
關鍵詞：端粒；端粒酶；細胞衰老；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始,隨增齡發(fā)生的、漸進的、受遺傳因素影響的、全身復雜的形態(tài)結構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,一直都是人類所不斷追求的。雖然科學家們發(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胞染色體末端的一種特殊結構,由端粒ＤＮＡ和端粒蛋白質組成,端粒ＤＮＡ是富有Ｇ的高度保守的重復核苷酸序列;人和其它哺乳動物的端粒ＤＮＡ是由5′→3′方向(ＴＴＡＧＧＧ)ｎ反復串聯(lián)組成。這種線性排列的端粒重復序列數目并非固定,端粒限制性片段長度也是不同的,Ｂｌａｃｋｂｕｒｎ根據已經克隆的端粒序列,得出端粒的通用公式為Ｃｎ(Ａ/Ｔ)ｍＧｎ,其中真核細胞的端粒是簡單重復的Ｇ1～8(Ｔ/Ａ)1～4的松散性保守序列[1]。在人類,端粒ＤＮＡ大約長15ｋｂ,不具有編碼蛋白質的功能;端粒ＤＮＡ的3′末端較5′末端長12 16ｂｐ,伸出并彎曲呈帽狀保護著染色體,雖然端粒序列不含功能基因,但如果沒有這些類似染色體“帽子”結構的端粒,染色體與染色體之間就會出現(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制和細胞的生存,所以端粒具有維持染色體穩(wěn)定性的功能。20世紀的60年代曾經認為:不具有編碼功能的人的染色體末端ＤＮＡ的端粒是靜止無變化的;到了70年代,前蘇聯(lián)科學家Ｏｌｏｖｎｉｋｏｗ創(chuàng)造性地將細胞分裂程序的中止與端粒復制問題聯(lián)系起來,他指出人的體細胞不能改變其ＤＮＡ復制時染色體兩端的縮短,因為傳統(tǒng)的ＤＮＡ聚合酶在合成ＤＮＡ時,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′必將有一個小空缺(即一段端粒);因此隨著ＤＮＡ復制和細胞的不斷分裂,端粒的長度將越來越短,當達到一個臨界長度時,細胞染色體即失去穩(wěn)定性,阻止細胞進一步分裂的信號發(fā)出,細胞將衰老和死亡。所以,端粒的長度決定了ＤＮＡ復制和細胞分裂的次數,即可用失去的端粒數來“計數”細胞分裂的次數,故端粒被形象地稱之為分子鐘或有絲分裂鐘[2]。正常人的體細胞的端粒都衰老而縮短,體細胞分裂時都會失去一部分端粒片段,隨著年齡的增加,人的纖維母細胞的端粒長度呈顯著性縮短；Ｌｅｃｏｎｄ和Ｈａｙｆｌｉｃｋ等人體細胞培養(yǎng)還表明,不同年齡的個體,其體細胞的壽命顯著地不同,其端粒的長度也不同。新生兒的可傳代培養(yǎng)80 -90代;而70歲的老人的體細胞僅能傳代20-30代。[3]
2 .端粒酶
真核細胞設計了許多機制來抵消半保留復制方式所引起的ＤＮＡ末端丟失,其中最重要也是最保守的機制與端粒酶有關,端粒的長度主要由端粒酶決定。80年代,Ｂｌａｃｋｂｕｒｎ與Ｇｒｅｉｄｅｒ合作,首次在四膜蟲中發(fā)現(xiàn)并鑒定出端粒酶的存在:人工合成的四膜蟲端粒片段(ＴＴＧＧＧＧ)4能特異地被四膜蟲細胞抽提物中的一種活性物質加長,這種重復片段的增加與內源性ＤＮＡ聚合執(zhí)業(yè)護士網酶及α 型內源性ＤＮＡ聚合酶無關,這種活性物質對熱、蛋白酶Ｋ和ＲＮＡ酶敏感。因此認為這種活性物質是端粒酶,它由蛋白質和ＲＮＡ兩部分組成。現(xiàn)在認為,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],為了進一步了解端粒酶的作用原理,人們又對端粒酶的結構進行了研究,Ｇｒｅｉｄｅｒ等克隆了命名為人類端粒酶ＲＮＡ(ｈｕｍａｎｔｅｌｏｍｅｒａｓｅＲＮＡ,ｈＴＲ)的基因,定位于3號染色體上[5],ｈＴＲ基因的轉錄本為450ｂｐ,其中包含5′ＣＵＡＡＣＣＣＵＡＡＣ 3′共11個堿基的模板,這個模板的互補序列正好與1 5個(ＴＴＡＧＧＧ)互補而特異地合成人的染色體ＤＮＡ端粒。Ｙｕ等又將四膜蟲端粒酶ＲＮＡ組分的模板序列進行誘變,發(fā)現(xiàn)其端粒序列也發(fā)生了相應的突變,說明端粒酶具有逆轉錄酶活性,依靠蛋白質成分結合到端粒ＤＮＡ上,以自身的ＲＮＡ分子作為模板合成端粒ＤＮＡ,使端粒延長。一般而言,正常體細胞不具有端粒酶活性,細胞經過多次分裂后,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,并加到染色體兩側的末端上彌補端粒的耗損,維持染色體的穩(wěn)定性,使細胞免于衰亡而獲得生存,發(fā)展成為永生性細胞。自首次報道在卵巢癌組織中發(fā)現(xiàn)端粒酶活性以來,目前采用基于ＰＣＲ的端粒重復片段擴增法(ＴＲＡＰ)已在85%以上的腫瘤組織中檢測到端粒酶活性;與之相反,絕大多數正常體細胞中不含端粒酶,只有胚胎組織、生殖細胞和少數造血干細胞中的端粒酶才具有穩(wěn)定的活性[6]。但是無論是在體(ｉｎｖｉｖｏ)還是離體(ｉｎｖｉｔｒｏ),外周血淋巴細胞的端粒仍然隨年齡增長而縮短,成人骨髓中造血干細胞的端粒也比從胚肝或臍帶得到的造血干細胞的端粒短,說明正常細胞中端粒酶活性受到精密的調節(jié),可以減慢端�？s短的速度,但不能完全阻止端粒的縮短,因此外周血淋巴細胞的增殖能力雖然較高,但并不能無限制的增殖。端粒酶的活性與許多因素有關,不同的細胞、同一細胞的不同狀態(tài)及某些物質協(xié)同作用都可影響到端粒酶的活性,細胞分裂能力較強,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胞增生,分裂速度加快,利用ＴＲＡＰ技術檢測可見其端粒酶活性增強。端粒酶的活性與細胞周期關系密切,Ｌａｎｄｂｅｒｇ研究在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中由于細胞周期素Ｄ1或細胞周期素Ｅ等細胞周期調控蛋白的異常表達而導致細胞周期失調,可引起端粒酶的激活。Ｗｒｉｇｈｔ等人將能表達端粒酶的永生型細胞和缺乏端粒酶活性的正常體細胞進行雜合,對獲得的雜合細胞進行檢測,可知其壽命短于永生型細胞,端粒酶的活性也有所降低,說明在雜合細胞中端粒酶受到了抑制,揭示可能各種細胞都具有端粒酶的抑制機制,只不過永生型細胞的抑制作用失控而已。
3.端粒與衰老
通過上述對端粒和端粒酶的分析，我們可以概括為：一個細胞的端區(qū)DNA長度取決于端區(qū)DNA的延長與縮短的平衡,染色體DNA半保留復制導致端區(qū)DNA的縮短.端粒酶是自帶RNA引物的逆轉錄酶,可延長被縮短的端區(qū),體細胞中無端聚酶活性或活性很低,故體細胞染色體端區(qū)DNA隨增齡縮短,最終導致細胞衰老與死亡.
3．1我國人群外周血白細胞端區(qū)DNA長度測定
北京醫(yī)科大學生物化學與分子生物學系于1997年本研究測定了我國人群外周血白細胞端區(qū)DNA長度,觀察其與年齡的關系。研究過程如下：
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從Table1可知,青年組(25歲)其血白細胞端區(qū)長度平均為8.75kb;老年組(65歲)為7.37kb,平均每年丟失約35bp。由此研究結果可見,增齡端區(qū)長度遞減率不盡相同,每增齡10歲端區(qū)長度縮短最多者為57bp,最少者為9bp;但總趨勢是隨增齡端區(qū)長度逐漸縮短.端區(qū)是染色體末端的一個特殊結構,缺失時染色體不穩(wěn)定,易發(fā)生畸變而導致細胞衰老與死亡.
3．2端粒酶活性與癌癥
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附表
由上表可見，端粒酶在癌變細胞中的陽性率明顯高于正常組織細胞。
4．端粒和端粒酶致使正常細胞癌變和衰老機理
4．1端粒和細胞衰老的關系
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“末端復制問題”的存在，端粒DNA勢必逐漸縮短以至于使細胞失去增殖能力而老化。
4．1．1關于衰老的端粒假說
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圖1
4．1．2端粒長度和細胞衰老的關系
端粒長度的維持處在一種精確的競爭平衡之中，一方面端粒由于DNA末端復制問題、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、端粒的特異性擴增（ALT)等因素又使其延長。
端粒長度和細胞衰老有關最有力的實驗證據來自于人類的成纖維細胞，年輕人成纖維細胞內端粒的平均長度為18-25 kbp，而老年人成纖維細胞內端粒的平均長度為8-10 kbp，估計細胞每分裂一次端�？s短50-100 kbp。Kammorl等人通過研究表明，人類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，并不像一般的細胞端粒那樣在生命早期就迅速減少[7]。Benetors等通過研究人血液白細胞端粒的長度和脈搏壓的關系提出，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。同時女人具有更長的端粒，這也導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間特異性，并與性別有一定的關系。
但是嚙齒類動物的端粒長度終生保持不變，并不隨細胞的分裂而縮短[8]。Kang 等提出，在口角質化形成細胞中正常細胞的復制衰老是端粒酶失活造成的，而沒有端粒縮短的現(xiàn)象發(fā)生。Lundblad通過對兩種出芽酵母的研究發(fā)現(xiàn)，在端粒酶失活的情況下，嚴重縮短的端�？梢酝ㄟ^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。說明端粒長度的變化與細胞衰老間并不具備一種必然的關系。
4．1．3端粒結合蛋白和衰老的關系
端粒結合蛋白對端粒具有保護作用，在一定程度上可以維持端粒的穩(wěn)定從而抑制細胞的復制衰老。TRF2和端粒內的環(huán)套結構均對端粒具有保護作用[10]。Saito等通過對乳腺癌病人的研究發(fā)現(xiàn)，編碼TRFI和的mRNA的表達，非癌組織較癌組織顯著，端粒酶活性低的癌細胞較端粒酶活性高的表達顯著[11]。Karlseder等報道在人類早期細胞中過量表達TRF2會增加端�？s短的速率而不加速衰老，TRF2減少了端粒4-7 kb上的衰老調控點。TRF2在端粒顯著縮短的情況下可以通過抑制端粒和染色體的融合，已達到延遲細胞衰老的作用。此外，當端�？s短到某一臨界點時TRF2便在端粒上消失了。KIshi 發(fā)現(xiàn)的突變體在細胞可以增加端粒的長度，減少其放射敏感性，并彌補G(2)/M調控點的缺陷，但是不能糾正S期調控點的缺陷 。這表明在A-T細胞中Pin2/TRF1的阻斷可以避開細胞的ATM凋亡。
4．2端粒酶和細胞衰老的關系
端粒酶在細胞衰老過程中的作用主要體現(xiàn)在兩個方面，一方面，大多數正常的人體細胞缺乏hTERT而沒有端粒酶活性，使得細胞的端粒逐漸縮短而最終衰老。另一方面，hTERT在正常二倍體細胞中表達使其傳代次數大大增加而沒有癌化特征。
4．2．1端粒酶活性和衰老的關系
Bodnar等在兩種人類端粒酶負責表達的體細胞（視網膜色素上皮細胞和包皮呈纖維細胞)中已經表達了hTERT基因，研究表明hTERT載體的克隆在這些細胞中表達了端粒酶的活性，并使他們的壽命延長了至少二十代。且細胞衰老的生物學標記β-半乳糖苷酶的表達也顯著減少,而細胞的核型保持正常[10]。這些結論也進一步被實驗所證實。另外，在少數正常的人體細胞中如精子、早期胚胎細胞、淋巴細胞、皮膚表皮細胞、內皮細胞中都可檢測到端粒酶活性。這些均表明端粒酶活性的表達本身并不是致癌的。而且在正常的人體細胞中適當地激活端粒酶活性可以延長細胞的壽命達到抗衰老的作用。
4．2．2端粒酶活性和細胞癌變的關系
端粒酶活性和細胞癌變的關系有正反兩方面的證據，一方面，約84%-95%惡性腫瘤細胞中可以檢測到端粒酶活性，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機的表達可以抑制腫瘤細胞的生長，甚至引起癌細胞的凋亡。最近研究表明，細胞的衰老可能是一種抑制癌變的機制，但是隨著年齡增加衰老細胞的積累與變異協(xié)同作用會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應性。高血壓是復雜的多基因異常,并且無其它典型的表型特征,與單基因病不同,并非所有的相關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,基因網絡的重排,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等推測由遺傳獲得的較短端粒長度以及細胞更新率增加,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,從而易患年齡相關疾病如高血壓、動脈粥樣硬化、腫瘤等疾病,并假設亞端粒區(qū)含有血壓調節(jié)相關的基因端粒的丟失使這些基因易于激活或抑制。體外和高血壓動物模型ＶＳＭＣ增殖與凋亡失衡與端粒消耗加速有關。人血管內皮細胞在高血動學剪切力區(qū)比低剪切力區(qū)的血管內皮細胞的端粒要短,人動脈組織端粒長度與年齡負相關。此外,端粒的損傷在高血壓病人不僅限于血管組織,也累及造血細胞[12]。流行病學調查發(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,而腎臟發(fā)育在胚胎后期基本完成,迅速生長的軀體,使低出生兒腎臟不能適應軀體的需要,而“追趕”性生長,過度增殖使腎臟細胞的端粒過多磨損而腎臟“早老”。端粒酶參與調節(jié)細胞的增殖與凋亡的動態(tài)平衡,參與細胞老化,在高血壓發(fā)生發(fā)展中有重要作用,并且與動脈粥樣硬化等其它心血管疾病相關。高血壓的病理生理學改變主要是動脈血管高反應性和血管結構改變。后者主要是指管壁增厚、管腔狹窄、外周阻力增加。其細胞學實質是ＶＳＭＣ和成纖維細胞增生并向內膜下遷移。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。高血壓也可認為是一種增殖病。有人認為高血壓和腫瘤一樣均為增殖性疾病。均有異�；虮磉_如Ｃ-ｍｙｃ、Ｃ-ｆｏｓ、Ｐ53等。甚至有流行病調查認為高血壓是腫瘤的危險因素。動物和人的平滑肌組織出生后一直處于靜止狀態(tài),病理條件下,如高血壓,它們會重新活躍起來,增生或細胞內分裂(形成多倍體細胞),增殖的母細胞需不斷的ＤＮＡ復制,使端�？s短,體內增殖的母細胞內ＴＭＬＡ活化使端粒長度得以保持,母細胞能繼續(xù)分裂下去。國內楊善民報道ＳＨＲ大鼠動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、腹主動脈及腸系膜動脈組織端粒酶陽性。
5．2端粒、端粒酶與動脈粥樣硬化
其發(fā)生機制被廣泛接受的是“損傷反應”學說。認為反復的機械、血液動力學、和/或免疫學的損傷,引起炎癥-纖維增殖反應,ＶＳＭＣ向內膜遷移,形成斑塊。血管組織細胞的復制能力與年齡負相關[14]。來自纖維斑塊的平滑肌細胞復制壽命低于周圍組織,體外培養(yǎng)對血清刺激反應降低。血管內皮及中層細胞更新與血動學有關,高剪切力區(qū)細胞更新率增加,髂動脈內皮細胞端粒磨損率快于髂靜脈[15]。反復損傷使血管內皮細胞更新率增加,端粒磨損,細胞老化。ＸＵ-Ｄ等證實同型半胱氨酸加速體外培養(yǎng)血管內皮細胞端粒丟失,促發(fā)老化及動脈粥樣硬化(ＡＳ)的發(fā)生。此外,在動粥硬病變中,細胞老化,凋亡增加,細胞成分減少,導致斑塊不穩(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)是一種常見于老年人的神經系統(tǒng)退化性疾病,其患者的腦血管壁中可分離出致ＡＤ神經元退行性病變的β-淀粉樣蛋白。Ｚｈｕ等利用反義技術和端粒酶抑制劑引發(fā)胎鼠海馬區(qū)神經細胞中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胞凋亡,而嗜鉻細胞瘤細胞中ＴＥＲＴ的過量表達會降低此種細胞凋亡。其原因是ＴＥＲＴ功能降低的神經細胞在暴露于β-淀粉蛋白中能增強其氧化性并使線粒體功能發(fā)生障礙,因而引起細胞凋亡。ＴＥＲＴ在神經退行性病變實驗模型中展現(xiàn)出有神經保護性功能,提示在神經細胞中若能提高端粒酶的活性可能會抑制與衰老相關的神經退行性病變, 如ＡＤ和腦老化的發(fā)生等。
6．應用與局限性
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胞形成都有密切的關系。因此，激活行將衰老細胞的端粒酶來延緩人體衰老，或者是抑制腫瘤細胞端粒酶活性都成為熱點。那么采用這種方法還有那些問題呢？
6．1端粒酶活性能否作為腫瘤診斷和愈后的依據
人類多種腫瘤細胞系有較強的端粒酶活性,85%以上的原發(fā)性腫瘤有端粒酶活性。測定端粒酶活性能否用以鑒別腫瘤的良性和惡性,能否作為預后指標,這是醫(yī)學界普遍關注的問題。由于一部分惡性腫瘤無端粒酶活性,所以測不到端粒酶活性并不意味著是良性。目前認為,用端粒酶活性與ｈTERT的ｍＲＮＡ水平難以衡量腫瘤的惡性度,難以由此作出恰當預后。除干細胞外,體細胞端粒酶活性極低。妊娠16周,人胚大多數組織的端粒酶即呈抑制狀態(tài)。所以,不含造血細胞與生殖細胞的組織,如能測得端粒酶活性,則應高度懷疑其為惡性�？梢姸肆Ｃ戈幮噪m難作為判斷腫瘤良、惡性和預后的依據,但端粒酶陽性對惡性腫瘤的診斷仍有重要參考價值。
6．2抑制端粒酶活性能否徹底抑制腫瘤
由于絕大多數腫瘤細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,對腫瘤有很強的廣譜性和針對性。在理論上抑制端粒酶對正常體細胞基本無害,這是其突出優(yōu)點。與此相關,不少學者甚至設想,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策略相似,利用端粒酶的策略也有其弱點。
北京醫(yī)科大學生物化學與分子生物學實驗室采用端粒酶反義核酸策略,將ｈＴＲ反義重組病毒感染ＭＣＦ 7乳腺癌細胞,盡管該細胞存在原癌基因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,部分逆轉了其惡性表型。但值得注意的是,目前國內外的類似研究并未能完全抑制腫瘤,究其原因可能為:人類有些腫瘤并無端粒酶活性,其端區(qū)亦不縮短。Ｂｌａｓｃｏ等人揭示,有些腫瘤并無端粒酶活性,是因為有另一延長端區(qū)機制(ＡＬＴ)的存在。小鼠細胞的永生化,惡性轉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機制可能是通過端區(qū)-端區(qū)重組方式進行的。這條端區(qū)延長的旁路究竟是如何形成的，這將是今后研究的重點。
此外,抑制端粒酶的策略用于腫瘤治療,難免影響生殖細胞與造血干細胞。因為端粒酶對它們是必需的。有人認為小鼠體內端區(qū)延長主要依靠ＡＬＴ機制,所以不太依賴端粒酶。然而用基因打靶術消除端粒酶基因后,小鼠胚胎干細胞分裂次數仍大為下降�？梢娨种贫肆Ｃ富钚�,對干細胞有不良影響。因此,在實施抑制端粒酶的策略時,宜提高對腫瘤的靶向性,以免損及生殖細胞與造血干細胞。在構建端粒酶反義重組載體時引入腫瘤組織特異啟動子,或為減少其副作用的良策之一。
6．3在人類體細胞引入端粒酶能醫(yī)學三基否使細胞長生不老
細胞衰老是老年病發(fā)病的基礎。細胞衰老引起的細胞增殖能力下降是器官衰老、萎縮、機能減退的根本原因之一。細胞是生物體的基本單位。神經、內分泌、免疫系統(tǒng)雖與生物整體的衰老密切相關,但單細胞生物,如酵母尚未分化形成以上系統(tǒng),它們亦會衰老�？梢娂毎粌H是構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,但莫不以其相關細胞的衰老為基礎。因而,延緩細胞衰老可為推遲老年帶病期,防治老年病帶來新機遇。體外培養(yǎng)的正常體細胞可傳代數有限,可傳代數與該種生物壽限和供體年齡有關。細胞供體年齡越大,可傳代數越少;反之,腫瘤細胞屬永生化細胞,在理論上可無限傳代。正常人二倍體成纖維細胞在體外培養(yǎng)時隨代數的增加,細胞中的端區(qū)以一定速率縮短,ＤＮＡ每復制一次,端區(qū)就縮短一段。人體中血細胞與皮膚細胞端區(qū)長度也隨增齡而縮短。每增一歲,中國人外周血淋巴細胞端區(qū)長度平均縮短35ｂｐ,與國外資料(33ｂｐ)相近。男女略有差別,男性略快。人胚肺二倍體成纖維細胞,每增加一代齡,端區(qū)長度約縮短49ｂｐ (國外資料為50ｂｐ)。人二倍體成纖維細胞端區(qū)的ＴＴＡＧＧＧ重復順序長約4ｋｂp,衰老時其端區(qū)長度可降至2ｋｂp,此時細胞出現(xiàn)傳代培養(yǎng)(ｈａｙｆｌｉｃｋ)極限,不再分裂。因此,人染色體端區(qū)長度與細胞衰老相關聯(lián),有可能是決定細胞增殖能力的計時器。端區(qū)縮短為什么是人類細胞喪失復制能力的原因,引起了細胞生長阻滯?有人認為,人衰老細胞端區(qū)的縮短,恰似ＤＮＡ損傷,引起了與ＤＮＡ損傷相似的分子事件,導致細胞生長阻滯。衰老細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轉染人視網膜色素上皮細胞或成纖維細胞后,衰老速率減慢,體外倍增代數延長了約20代。所以,人類體細胞引入端粒酶似能“延年益壽”,但不能使細胞長生不老。Ｋｉｙｏｎｅ等報道,使人上皮細胞永生化,既需引入端粒酶,還要使Ｒｂ和ｐ16ＩＮＫ4等抑癌基因失活�？梢娪卸肆Ｃ富钚灾皇侨祟愺w細胞長生不老的條件之一,如使其永生化,還應輔以其他條件。此外,還應警惕引入端粒酶有促進癌變的可能性。
7．展望
當端粒酶催化亞基基因在轉入細胞內即能延長細胞壽命又不影響細胞的其它正常功能時，延長壽命的細胞就能有效的抑制衰老，如皮膚的老化、肌肉的退縮和動脈硬化等。在體外延長細胞的壽命同樣具有非常重要的意義，經過端粒酶處理的年輕化的細胞在生物研究、制藥和醫(yī)學等方面都將有廣闊的應用前景。并且，在早期腫瘤細胞中如果沒有端粒酶的激活，端�？s短到一個臨界點會使其終端生長抑制或死亡，端粒酶失活引起的端粒縮短可看作一種抑制腫瘤的機制，因此，抑制端粒酶的不合時機的表達可以抑制腫瘤的發(fā)生。但是最新
研究結果表明，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。
有關端粒和端粒酶的研究為我們開辟了一條揭示和延緩人類衰老、對抗腫瘤和癌癥的途徑。盡管將現(xiàn)有理論應用于醫(yī)藥領域還為時尚早，還有不少關鍵性問題需加以研究解決。但是我們相信，隨著研究的不斷深入，端粒、端粒酶及其相關研究必將為實現(xiàn)人類戰(zhàn)勝癌癥、永葆青春的夢想發(fā)揮作用
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