端粒、端粒酶在心血管疾病與癌癥中的作用

摘要：本文就端粒和端粒酶活性的變化在心血管疾病發病機制及病理生理過程中的作用，以及對細胞增殖、細胞衰老、腫瘤等方面的重要意義作一綜述。

關鍵詞：端粒 端粒酶 心血管疾病 腫瘤

【中圖分類號】R4【文獻標識碼】A【文章編號】1008-1879(2012)06-0025-02

1 端粒，端粒酶

70年代末，Blackburn和Gall在四膜蟲中發現了端粒具有重復序列，其在每染色體末端是可變的共同結構特征是富含（T，G）的短序列多次重復。在低等真核生物中重復單元有（TTGGGG）、（TTAGGG）等，而真核生物的線形染色體DNA與原核生物的環狀DNA是有所不同的。在真核生物DNA復制中存在的一個問題，當隨從鏈合成時，從各合成片段上去除RNA引物后，繼續在DNA聚合酶Ⅰ（DNA polⅠ）作用下填補空隙。但是最后的片段去除引物后，則無法補充此空間，這是由于DNApolⅠ不能催化3′→5′的合成反應。結果造成子代DNA分子上有一條不完全的5′末端，如此反復進行復制后鏈乃變短[1]，但在正常情況下事實并非如此。這是由于在真核生物線形DNA的末端具有一種特殊的結構，稱為端粒或端區。端?？勺鳛榧毎摹胺至褧r鐘”，反應細胞的分裂能力，保證染色體完整性，使真正的遺傳信息得到完整復制，保護染色體末端，防止染色體異常重組影響細胞分裂；指導染色體與核膜相連接。

端粒酶是1985年，Greider和Blackburn首次證實的一種不需要模板即可在四膜蟲染色體3′端接上TTAGGG端粒的酶，是能復制和添加端粒重復序列的逆轉錄酶。人端粒酶主要有三種結構[2]：端粒酶協同蛋白；端粒酶RNA（hTR）約含有450個核苷酸，編碼基因定位于3q26.3，可在增殖力強、非永生化的細胞中表達，能自主對端粒DNA富含G的鏈進行延長，富含G的鏈又能通過G與C互補使其形成發夾狀結構，填補、修復染色體末端。端粒酶催化亞單位（hTERT），含1132個氨基酸的多肽鏈，基因編碼基因定位于5P上，僅在腫瘤細胞、永生化的細胞中表達。hTERT基因更顯示出腫瘤特異的診斷和治療潛在應用價值。因此，端粒和端粒酶的研究具有重要意義。

2 端粒，端粒酶與EH

原發性高血壓（EH）的發病機制目前尚未完全明了，眾說紛紜，端粒學說的出現給人們新的提示，染色體端粒長度是人類體細胞的計時器，可作為人類體細胞的生物學年齡標志。人胚成纖維細胞每增齡一代，端粒長度縮短約50堿基對（bp）。中國人每增一歲，外周血淋巴細胞端粒長度約縮短35bp[3]。端粒耗損給細胞衰老提供了較滿意的解釋，也可能決定了年齡依賴的符合遺傳性狀令人費解的特點。隨著時間的推移，人類端粒耗損或者是染色體的丟失，會導致基因不穩定，并繼發致病基因的表達。如EH、2型糖尿病、動脈粥樣硬化和癌癥。楊善民[4]在自發性高血壓動脈組織端粒酶活性研究中發現，出生后被抑制的端粒酶活性在高血壓狀態時重新被激活.。陳慧等[5]發現EH患者外周單個核細胞的端粒酶活性與EH密切相關。用端粒酶TRAP-ELISA方法，測定EH與對照組外周血單核細胞端粒酶活性，發現EH端粒酶陽性率50.7%以上，在調整了年齡因素后1，2，3級高血壓組端粒酶活性均比對照組高[6]。用相同方法測定淋巴細胞端粒酶活性也有相似改變[7]。端粒酶是細胞增殖活性的分子水平標記物，它的激活可能是原發性高血壓的發病因素之一，并能促進病變的發展。楊善明等[8]發現在成年高血壓狀態的自發性高血壓胸、腹主動脈端粒酶有較高的活性而同齡同源正常血壓大鼠則沒有。這是端粒酶有選擇性的激活并阻止了端粒的耗損，下調端粒酶水平，阻止血管平滑肌細胞加速的增生。謝長江等[9]通過Wistar大鼠形成高血壓后動脈組織端粒酶再次激活，而端粒酶作為細胞增殖的分子水平標志，提示敏感性高血壓形成后，在血管壁增殖即高血壓與血管壁增殖或血管重構互為因果。作為生物學衰老標記的端粒、端粒酶可給EH發生提供了新的分子水平指標。有理由假設，端粒長短由遺傳決定，加速正常生物衰老，參與高血壓發生、發展和血管重塑過程，并通過端?？s短，激發端粒酶的活性。越來越多的證據表明端粒參與EH，特別是收縮期高血壓發生發展過程，甚至提示高血壓可能就是加速心血管細胞衰老的表現。

3 端粒，端粒酶與心肌梗死

心肌梗死是因持續而嚴重的心肌缺血所致的部分心肌缺血壞死，是導致心衰的主要原因。我國近年來急性心肌梗死的發病率呈上升趨勢，而且發病和死亡呈現年輕化。隨著各種治療手段出現，病人短期存活率有所上升，但心肌梗死引起的心肌損傷，始終無法自我修復，相當部分將形成慢性充血性心力衰竭。心梗發生后壞死區周圍能觀察到心肌細胞微弱的增殖[10]，心肌細胞的分裂復制能力的可能性仍有爭議。在大鼠幼稚、成熟、衰老的心室肌中均可測得端粒酶活性，由此認為心肌細胞總數不變且不可替代的觀點是錯誤的。由于增齡在雄性心肌端粒酶活性減少31%，在雌性卻增加72%，說明雌性心肌存在很大生長潛能。心肌增生、肥大和存活均需要hTR的活性形式，因此認為hTR可延遲心肌細胞存在周期，促進心肌細胞存活，不可逆的細胞生存周期限制了在心肌梗死后慢性凋亡心肌損失的泵功能修復。但近年來研究表明干細胞在組織損傷和植移到新環境時可轉分化為心肌細胞，但在心肌梗死部位不能轉分化為心肌細胞[11]。Brouilette等測量了203例早期心肌梗死和180對照者的白細胞端粒長度，發現早期心肌梗死病人的白細胞長度短于對照組，僅相當于較其年長11.3歲者的端粒長度，端粒長度縮短者早期心肌梗死危險為正常者的2.8-3.2倍[12]。

4 端粒，端粒酶與腫瘤

人類細胞端粒酶活性水平較低，必須創立一種高靈敏的檢測方法，才能精確地進行腫瘤的診斷。人們對人體正常組織，多種良性病變及惡性腫瘤組織端粒酶的活性進行檢測[13]，結果顯示良性病變除干細胞顯弱端粒酶活性外均無端粒酶活性。惡性腫瘤組織正好相反，絕大多數惡性腫瘤組織均顯示明顯端粒酶活性，并且90%以上癌旁組織端粒酶陽性，這說明端粒酶的表達活性可望作為多數類型腫瘤的標志，對腫瘤組織進行端粒酶活性檢測和分析可作為術前準確判斷病人預后建立良好基礎。端粒酶檢測還顯示，不僅在癌組織中呈活性表達，而且在部分良性和癌前病變中也有表達[14]，如肝炎、肝硬化、良性腦膜瘤、胃腺瘤等。但端粒酶用于早期診斷可能只對某些病例有效，但是若能將轉移癌細胞與外用血細胞分開，端粒酶的活性表達也可作為早期轉移癌的標志。王亞冬等[16]發現PCR擴增未經修飾hTERT核心啟動子原始序列并以hGAPDH為內參照，產物經2％瓊脂糖凝膠電泳結果顯示：胃癌細胞、乳腺癌細胞及成纖維細胞均存在hTERT核心啟動子序列。甲基化特異性PCR擴增hTERT核心啟動子部分序列，產物經1.5％瓊脂糖凝膠電泳結果顯示：胃癌細胞、乳腺癌細胞hTERT啟動子區存在甲基化。而人胚肺成纖維細胞hTERT啟動子區不存在甲基化。一般來說DNA甲基化往往抑制基因的表達，基因啟動子區的低甲基化與其轉錄活性曾正相關。在腫瘤細胞主要表現為抑癌基因的高甲基化而失活，以及癌基因的低甲基化而被激活。但是恰恰相反hTERT陽性的胃癌細胞CpG島存在甲基化，甲基化不僅參與hTERT基因的調控，而且這種調控并不抑制hTERT mRNA的表達。高曉東等[17]通過hTERT基因的全硫代修飾反義寡核苷酸(ASPS-ODN)特異性抑制hTERT基因mRNA的表達降低膀胱癌細胞T24端粒酶活性。Xu等[17]用染色質免疫沉淀反應在急性白血病病人中，端粒酶中的hTERT表達升高，而h TR、端粒酶協同蛋白卻無相應升高。在慢性淋巴細胞白血病同正常人相比端粒長度在病早期輕度縮短，端粒酶活性較低。但隨著病程進展其端粒不斷縮短，而端粒酶的活性卻不斷增高。認為端粒長度在6.0kb以下者端粒酶活性較高。而在6.0kb以上者其活性常較低。端粒的縮短和端粒酶活性增高與慢性淋巴細胞白血病病人中位生存期明顯縮短有顯著相關性，此酶活性已成為該病的預后指標。用各種方法抑制端粒酶的活性，可有效抑制大多數腫瘤的生長，而對大多數正常細胞沒有大的影響，雖然抑制腫瘤細胞端粒酶的同時也抑制了生殖細胞和造血干細胞端粒酶活性，但是此治療設想比起凡是增生的細胞均起作用的常規化療法副作用更少，療效更高。

由此看來，端粒、端粒酶與心血管疾病、癌癥是密不可分，但在人類端粒及端粒酶的基礎研究中，還存在著許多問題，有待進一步研究，目前抑制端粒酶活性的高效抗腫瘤藥物正在開發應用中，據報導，人參、靈芝孢子等胞內的活性物質可以通過抑制各種腫瘤細胞端粒酶活性而有效地控制腫瘤的增殖，端粒酶不但可以作為研制抗腫瘤藥物的特意靶點，還可以成為腫瘤基因治療的途徑。

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