腫瘤替代組織端粒長度與消化系統腫瘤

蔡 敏 李 力 王 睿 王 斌 程烽濤*

上海市楊浦區中心醫院消化內科1(200090) 復旦大學生物醫學研究院2 復旦大學附屬華山醫院消化內科3

一、概述

端粒是位于真核細胞線性染色體末端的一種特殊結構，由特定的DNA重復序列和端粒結合蛋白組成。端粒形成保護染色體的“帽子”結構，防止染色體末端融合、降解以及染色體異常重組等，并可補償滯后鏈5’端在消除RNA引物后造成的空缺，從而維持染色體的穩定性和完整性［1］。端粒長度是靠端粒酶將TTAGGG重復序列添加至染色體末端維持的，而DNA復制過程中染色體3’端進行不完全復制，因此端粒長度會隨細胞分裂次數的增加而逐漸縮短［2］。此外，氧化應激、慢性炎癥以及端粒結合蛋白的缺失同樣會導致端粒縮短［3］。當端粒縮短至一定程度時可激活抑癌基因Rb、p53，誘發細胞衰老或凋亡，或導致染色體穩定性下降，發生染色體降解或末端融合，最終誘導腫瘤發生［4，5］。因此，端粒長度已成為一種潛在的腫瘤發生風險指標。

近年來，我國消化系統腫瘤的發病率不斷升高。盡管內鏡技術的發展使胃、腸腫瘤的早期診斷取得了較大進步，但仍有較多患者就診時已處于中晚期，失去手術根治的機會。現有的腫瘤篩查手段較少，內鏡檢查因患者依從性較差且易產生操作相關損傷，在腫瘤篩查中的應用受限。因此探索可靠的診斷早期消化道腫瘤的手段尤為重要。

腫瘤組織多在患者診斷、治療后才能獲得，取材對患者的創傷性大，且治療可能會影響組織的端粒長度，因此檢測腫瘤組織端粒長度預測腫瘤發生風險的價值有限［6］。與腫瘤組織相比，腫瘤替代組織如外周血細胞、唾液、口腔細胞等易于獲得、費用低、對患者創傷性小，且避免了腫瘤異質性、手術過程等多種因素對端粒長度的影響［7］。因此檢測腫瘤替代組織端粒長度有望成為腫瘤早期篩查的新手段。

二、腫瘤替代組織端粒長度與腫瘤

近年來關于腫瘤替代組織端粒長度與消化系統腫瘤發生風險關系的研究日益增多，多數為回顧性或前瞻性病例對照研究，通過定量PCR(Q-PCR)、DNA印跡法或熒光原位雜交(FISH)等技術測定腫瘤替代組織的端粒長度。由于腫瘤本身可對外周血細胞產生免疫影響，且腫瘤患者外周血細胞端粒長度對治療預后有一定預測作用［8］，因此目前以外周血細胞作為腫瘤替代組織最為多見。

單一染色體上的端粒異常即可導致染色體異常分離，因此端粒長度的維持和調節在腫瘤發生、發展過程中發揮重要作用，尤其在慢性炎癥情況下，端粒長度與腫瘤演進過程密切相關［9］。諸多研究［10～12］顯示在胰腺癌、食管癌等消化系統腫瘤中，端粒縮短會增加腫瘤發生風險。Skinner等［10］的研究發現，當端粒長度處于4354～6520 bp范圍內時，端粒縮短與胰腺癌風險呈顯著負相關，且此范圍內最短端粒對應的胰腺癌風險較最長端粒增加一倍。在食管癌中，端粒縮短是最早出現且最常見的變化。Risques等［11］的研究發現，排除年齡、吸煙、服用非甾體消炎藥(NSAID)等因素后，端粒縮短可顯著增加Barrett食管進展為食管癌的風險，同時證明在慢性炎癥情況下，端粒長度對腫瘤的發生具有預測性。Xing等［12］檢測了94 例食管癌患者染色體 17p、12q、2p、11q的端粒長度，結果顯示17p、12q端粒縮短顯著增加食管癌風險。對于其他消化系統腫瘤如胃癌、結直腸癌，亦均有研究［13-15］顯示，外周血細胞端粒縮短會增加腫瘤發生風險。端粒縮短至臨界值后可導致染色體不穩定性增加，從而易引起基因突變積累、腫瘤抑制因子失活、腫瘤相關區域基因擴增或缺失［16～18］。

然而，亦有研究［19，20］顯示，在肝癌、結直腸癌等消化系統腫瘤中，端粒延長與腫瘤發生風險呈正相關。Oh等［19］的研究發現，晚期肝癌患者常發生端粒延長、端粒酶活性升高。長端粒、高活性端粒酶、有絲分裂高不穩定性是肝癌患者不良預后的生物學標志。Jones等［20］的研究認為，既往研究顯示端粒縮短與結直腸癌具有相關性可能是由患者預后不良引起的，與腫瘤易感性無關。端粒延長誘導腫瘤發生的原因可能為腫瘤細胞的端粒縮短至臨界值時，觸發端粒酶或可選擇的端粒延遲機制，使端粒重復序列增加以穩定端粒長度，從而導致細胞無限分裂，延緩細胞衰老和凋亡，增加了個體暴露于多種遺傳和環境危險因子的概率，誘導機體遺傳物質發生異常，促進腫瘤生長和進展［7，21，22］。

Cui等［23］的研究發現，外周血細胞端粒長度與結直腸癌風險呈U型關系，即端粒縮短和延長均可增加其發生風險。另一項關于胃癌的研究［24］顯示，端粒在胃癌早期階段縮短，在晚期階段延長，端粒縮短可誘導胃癌發生，端粒延長可促使胃癌侵襲和惡化。此外，有研究［6］報道端粒長度與腫瘤發生風險無相關性，這可能是由于端粒位于不能引起機體病理性改變的染色體所致。

三、研究結果差異性分析

Liu等［7］的研究顯示，端粒長度與腫瘤風險性的關系具有組織特異性。由上述研究中端粒長度與腫瘤發生風險呈U型關系可推斷，端粒長度與患者病情的發展階段具有一定相關性。研究［25］顯示，種族、性別、肥胖、激素、生活方式等因素均可造成端粒長度的差異。在回顧性研究中，端粒長度縮短與腫瘤發生風險具有明顯的相關性，前瞻性研究中端粒長度縮短與腫瘤發生風險的相關性較弱［15，26，27］。治療方法如化療、放療等亦可能會對患者端粒長度造成影響。對接受肝動脈栓塞化療(TACE)肝細胞癌患者的研究［8］顯示，外周血細胞端粒長度可作為預后指標。其他治療方法對端粒長度的影響，以及端粒長度是否可預測疾病預后，仍需進一步研究。此外，研究對象、樣本量、統計效力、研究方法等亦是不可忽視的因素［23，28，29］。

四、結語

綜上所述，端粒長度的變化導致染色體不穩定性增加參與了腫瘤的發生、發展。采用腫瘤替代組織檢測端粒長度的研究日益增多，但關于端粒長度與腫瘤發生風險相關性的研究結論不盡一致，其原因與研究對象、樣本量、研究方法、統計效力、腫瘤的發展階段等多種因素有關。目前認為，端粒長度保持在適當范圍內可維持染色體的穩定性，從而保護機體正常生理功能，防止腫瘤發生。

促進腫瘤發生的端粒是否局限于特定染色體目前尚不清楚。現有研究是將所有染色體上的平均端粒長度作為檢測指標，此可能會模糊最短端粒的影響，今后對端粒長度的研究需考慮該方面的問題。此外，亟需進行大型前瞻性研究以評估特定腫瘤的端粒長度變化及其與治療方式的關系，以更好地明確腫瘤替代組織端粒長度與腫瘤發生風險的相關性，為端粒長度成為一種可靠、高效地預測腫瘤風險性或預后的生物學指標提供有力證據。

1 Stewart SA，Weinberg RA.Telomeres:cancer to human aging［J］.Annu Rev Cell Dev Biol，2006，22:531-557.

2 Fu D，Collins K.Purification of human telomerase complexes identifies factors involved in telomerase biogenesis and telomere length regulation［J］.Mol Cell，2007，28(5):773-785.

3 Prescott J，Wentzensen IM，Savage SA，et al.Epidemiologic evidence for a role of telomere dysfunction in cancer etiology［J］.Mutat Res，2012，730(1-2):75-84.

4 Gilley D，Herbert BS，Huda N，et al.Factors impacting human telomere homeostasis and age-related disease［J］.Mech Ageing Dev，2008，129(1-2):27-34.

5 Kim SH，Barrack ER，Reddy GP.Telomerase turns telomere dysfunction from bad to worse［J］.Asian J Androl，2012，14(5):665-666.

6 Hou L，Zhang X，Gawron AJ，et al.Surrogate tissue telomere length and cancer risk:shorter or longer［J］?Cancer Lett，2012，319(2):130-135.

7 Liu J，Yang Y，Zhang H，et al.Longer leukocyte telomere length predicts increased risk of hepatitis B virus-related hepatocellular carcinoma:a case-control analysis［J］.Cancer，2011，117(18):4247-4256.

8 Liu HQ，An JZ，Liu J，et al.Leukocyte telomere length predicts overall survival in hepatocellular carcinoma treated with transarterial chemoembolization［J］.Carcinogenesis，2012，33(5):1040-1045.

9 Yokota T，Suda T，Igarashi M，et al.Telomere length variation and maintenance in hepatocarcinogenesis［J］.Cancer，2003，98(1):110-118.

10 Skinner HG，Gangnon RE，Litzelman K，et al.Telomere length and pancreatic cancer:a case-control study［J］.Cancer Epidemiol Biomarkers Prev，2012，21(11):2095-2100.

11 Risques RA，Vaughan TL，Li X，et al.Leukocyte telomere length predicts cancer risk in Barrett’s esophagus［J］.Cancer Epidemiol Biomarkers Prev，2007，16(12):2649-2655.

12 Xing J，Ajani JA，Chen M，et al.Constitutive short telomere length of chromosome 17p and 12q but not 11q and 2p is associated with an increased risk for esophageal cancer［J］.Cancer Prev Res(Phila)，2009，2(5):459-465.

13 Liu X，Bao G，Huo T，et al.Constitutive telomere length and gastric cancer risk:case-control analysis in Chinese Han population［J］.Cancer Sci，2009，100(7):1300-1305.

14 Hou L，Savage SA，Blaser MJ，et al.Telomere length in peripheral leukocyte DNA and gastric cancer risk［J］.Cancer Epidemiol Biomarkers Prev，2009，18(11):3103-3109.

15 Pooley KA，Sandhu MS，Tyrer J，et al.Telomere length in prospective and retrospective cancer case-control studies［J］.Cancer Res，2010，70(8):3170-3176.

16 Frias C，Pampalona J，Genesca A，et al.Telomere dysfunction and genome instability［J］.Front Biosci，2012，17:2181-2196.

17 Begus-Nahrmann Y，Hartmann D，Kraus J，et al.Transient telomere dysfunction induces chromosomal instability and promotes carcinogenesis［J］.J Clin Invest，2012，122(6):2283-2288.

18 Perera SA，Maser RS，Xia H，et al.Telomere dysfunction promotes genome instability and metastatic potential in a K-ras p53 mouse model of lung cancer［J］.Carcinogenesis，2008，29(4):747-753.

19 Oh BK，Kim H，Park YN，et al.High telomerase activity and long telomeres in advanced hepatocellular carcinomas with poor prognosis［J］.Lab Invest，2008，88(2):144-152.

20 Jones AM，Beggs AD，Carvajal-Carmona L，et al.TERC polymorphisms are associated both with susceptibility to colorectal cancer and with longer telomeres［J］.Gut，2012，61(2):248-254.

21 Lan Q，Cawthon R，Shen M，et al.A prospective study of telomere length measured by monochrome multiplex quantitative PCR and risk of non-Hodgkin lymphoma［J］.Clin Cancer Res，2009，15(23):7429-7433.

22 Artandi SE，DePinho RA.Telomeres and telomerase in cancer［J］.Carcinogenesis，2010，31(1):9-18.

23 Cui Y，Cai Q，Qu S，et al.Association of leukocyte telomere length with colorectal cancer risk:Nested casecontrol findings from the Shanghai women’s health study［J］.Cancer Epidemiol Biomarkers Prev，2012，21(10):1807-1813.

24 Mu Y，Zhang Q，Mei L，et al.Telomere shortening occurs early during gastrocarcinogenesis［J］.Med Oncol，2012，29(2):893-898.

25 Zhu H，Wang X，Gutin B，et al.Leukocyte telomere length in healthy Caucasian and African-American adolescents:relationships with race，sex，adiposity，adipokines，and physical activity［J］.J Pediatr，2011，158(2):215-220.

26 Wentzensen IM，Mirabello L，Pfeiffer RM，et al.The association of telomere length and cancer:a meta-analysis［J］.Cancer Epidemiol Biomarkers Prev，2011，20(6):1238-1250.

27 Ma H，Zhou Z，Wei S，et al.Shortened telomere length is associated with increased risk of cancer:a meta-analysis［J］.PLoS One，2011，6(6):e20466.

28 Martinez-Delgado B，Yanowsky K，Inglada-Perez L，et al.Shorter telomere length is associated with increased ovarian cancer risk in both familial and sporadic cases［J］.J Med Genet，2012，49(5):341-344.

29 Deville L，Hillion J，Lanotte M，et al.Diagnostics，prognostic and therapeutic exploitation of telomeres and telomerase in leukemias［J］.Curr Pharm Biotechnol，2006，7(3):171-183.