端粒酶和PTEN在大腸癌中的研究進展

段曉燕，陳 平(綜述)，冷雪芹(審校)

(內蒙古醫科大學附屬醫院消化內科，呼和浩特 010050)

近年來,我國結直腸癌發病和死亡均呈上升趨勢[1]，發病率和病死率均高于世界平均水平[2]，早期診斷對結直腸癌的預后非常重要。其發病的病因尚不十分清楚，其發生、發展及轉移過程中細胞凋亡基因和抑癌基因異常表達是目前研究的熱點。端粒酶是一種高度特異化核糖蛋白復合體，為端粒DNA延長提供RNA模板序列，維持端粒長度的穩定，賦予細胞無限增殖的能力，具有抑制細胞凋亡的作用，在腫瘤進展中起著關鍵的作用。第10號染色體缺失的磷酸酶和張力蛋白同源物基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)是一種抑癌基因，與多種惡性腫瘤的發生、發展密切相關。該文就國內外對端粒酶和PTEN在大腸癌中的研究進展予以綜述。

1 端粒酶

1.1端粒酶及其在腫瘤中的作用機制 端粒酶是一種端粒特異性末端轉移酶,它能以端粒DNA的3c末端為引物、以自身RNA為模板、特異性地把端粒DNA重復序列(TTAGGG)加到染色體末端，以補償DNA不完全復制造成的端粒縮短，從而維持端粒長度和染色體穩定。端粒酶主要由人端粒酶RNA(human telomerase RNA,hTR)、人端粒酶反轉錄酶(human telomerase reverse transcnptase,hTERT)、端粒酶結合蛋白1三部分構成[3]。端粒酶的激活可以導致細胞無限制地增殖和腫瘤的發生。在正常細胞中，端粒的結合蛋白和相關蛋白對端粒長度具有反調節作用，可抑制端粒酶活性[4]。極少數變異細胞重新激活端粒酶，借其穩定染色體末端結構的功能，使其跳過凋亡臨界狀態，成為不死細胞。不死細胞很多會包含由于端粒末端聯接而導致的染色體畸形。因此，端粒酶活性是細胞永生化及惡性腫瘤發生的關鍵性因素[5]。在人的腫瘤細胞中，通過變異的端粒酶RNA模板表達，激活端粒酶活性。端粒功能障礙也可以因癌基因的激活而引發，導致沒有端粒縮短的DNA損傷反應和細胞周期阻滯[6]。可能由于DNA損傷無法修復，端粒最先成為DNA損傷的信號分子積累的部位[7-8]。最近有學者提出，腫瘤的發展是一個危機-重建-再危機-再重建過程[9]。端粒損耗使細胞發生復制危機，引起細胞增生障礙和器官萎縮，p53失活使細胞繞過危機，基因重組后的癌細胞通過激活端粒酶維持癌細胞的生長和轉移。

1.2端粒酶在大腸癌中的表達 目前對端粒酶在結直腸腫瘤中表達狀況已作了較多研究，發現其與結腸癌的分期、病理生物學行為密切相關。Vidaurreta等[10]發現微衛星不穩定性與端粒酶活性之間無明顯關系，但端粒酶陰性結腸癌患者的生存率要比端粒酶陽性結腸癌患者高。Lam等[11]發現有腫瘤轉移的患者及直腸癌患者的hTERT高度表達，與腫瘤的遠距轉移有關，因此通過對hTERT蛋白水平的檢測，進而推測端粒酶可作為腫瘤生物學侵襲行為的預測指標。另有研究人員發現，15%以上的癌前病變可以檢測到端粒酶活性[12]。例如，在對腸息肉的研究中發現，端粒酶的激活促使息肉細胞不斷增殖為永生化細胞，最終進展為惡性腫瘤[13]。還有學者發現散發結直腸腺瘤患者，端粒酶反轉錄酶可能是癌形成的最好的預測物[14]。復發腺瘤比原發腺瘤更具有癌變危險性，尤其息肉越大，息肉數越多的患者，癌變率越高[15]。端粒酶的高表達在大腸癌的浸潤、轉移、發生及發展中可能起重要作用，其可作為反映大腸癌生物學行為的一項指標，在診斷、預后、復發的評估中有一定參考價值。

1.3抑制端粒酶活性在大腸癌中的應用 近年來端粒酶作為抗腫瘤治療的一個理想靶點，漸漸成為惡性腫瘤治療的研究熱點。有實驗報道，應用hTR基因反義核苷酸藥物、反義hTERT表達質粒或者靶向hTERT基因RNA干擾技術可以明顯抑制端粒酶活性，進而抑制腫瘤細胞的生長和生殖。

端粒酶抑制劑Geron Presentations on Imetelstat(GRN163L)的出現備受關注。其獨特抑制端粒酶活性的作用及其聯合目前的抗腫瘤方法的研究，取得了很大的進展[16]。GRN163L是一種針對hTR基因反義核苷酸藥物，其所擁有的N3′到P5′的硫代氨基磷酸酯寡核苷酸化學骨架，能夠沉默hTR基因的5′-CUAACCCUAAC-3′核苷酸序列，從而具有強而特異抑制端粒酶的活性，造成腫瘤端粒長度縮短[17]。當端粒縮短到一定程度時，腫瘤細胞出現衰老、凋亡等改變[18]。

Yang等[19]應用反義核酸技術將反義hTERT表達質粒轉染胃癌細胞SGC-7901，使胃癌細胞端粒酶的活性降低了75%，而且使該細胞的端粒在60個細胞周期之后從4.08 kb縮短到3.35 kb，該轉染細胞異型減少，接觸抑制恢復，密度抑制恢復，體外入侵能力下降，G0/G1期細胞和細胞凋亡增加。更重要的是在軟瓊脂中無克隆形成，裸鼠體內成瘤性消失。劉祥廈等[20]設計合成靶向hTERT基因的表達載體，轉染人乳腺癌細胞株MCF-7和MDA-MB231，結果轉染后細胞端粒酶的活性下調，且抑制腫瘤細胞增殖。RNA干擾(RNAi)是一種阻滯內源性基因表達的方法，由雙鏈RNA誘導的發生在轉錄后水平的基因沉默。袁超君等[21]應用靶向hTERT基因的小分子干擾RNA(siRNA)，用脂質體轉染法將其導入大腸癌細胞株HT-29，結果發現，siRNA可以特異性抑制大腸癌細胞hTERT的活性，降低了細胞hTERT 信使RNA(Mrna)的表達，下調了細胞hTERT的蛋白表達，抑制大腸癌細胞的增長，促進腫瘤細胞的凋亡，為大腸癌的基因治療提供了實驗依據。

2 PTEN

2.1PTEN概述及在腫瘤中的作用機制 抑癌基因PTEN包括一個C端C2區域，一個N端磷酸酶區域和C端區，編碼為一種由40個氨基酸組成的蛋白質，具有脂性磷酸酯酶和蛋白性磷酸酯酶活性，在維持正常的物質代謝和內環境自穩態及細胞的多種生命活動中具有重要的功能，參與細胞的生長、聚集、黏附、遷移及凋亡以及血管的生成。

腫瘤血管生成是腫瘤發生、發展過程中的一個關鍵因素。隨著對PTEN與腫瘤關系的深入研究，人們發現它可以通過激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)信號通路，調控缺氧誘導因子1，血管內皮生長因子等，起到抑制腫瘤血管生成的作用。同時因其具有脂質磷酸酶活性，具有脫磷酸作用，降低三磷酸磷脂酰肌醇水平，阻斷了PI3K/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)通路，進而抑制了腫瘤的增殖、黏附、侵襲、轉移和擴散。

2.2PTEN在大腸腫瘤中的表達 國內外已有較多學者對PTEN在大腸腫瘤中的表達進行了研究。Hafsi等[22]發現，PTEN的過甲基化導致PTEN低水平轉錄及PTEN蛋白的減少甚至缺失，從而引起胃腸道上皮過度增生進而形成腫瘤。Hsu等[23]發現，PTEN的缺失與結直腸癌化療敏感性、病理學分期與存活率關系密切。Sawai等[24]研究表明，PTEN缺失在散發性結直腸癌患者中發揮著重要作用，PTEN的低表達可能導致腫瘤復發。在發生肝臟轉移的大腸癌患者中，PTEN缺失的患者預后比PTEN正常表達的患者差。Waniczek等[25]已經證明腺瘤性息肉中PTEN低表達或完全缺失分別占41%和5%，認為是大腸癌的早期癌前狀態，而且在良性病變中也發現有PTEN表達的缺失。另有研究表明，PTEN表達與大腸癌的浸潤程度、淋巴結轉移、分化程度及Duke′s分期有關[26]。

2.3PTEN在腫瘤治療中的應用 PTEN基因在直腸、結腸癌細胞中被證實能抑制腫瘤生長并誘導其凋亡[27]。野生型PTEN基因的替代療法是PTEN抑癌基因治療的基本方法，主要是通過轉基因技術將野生型PTEN基因導入惡性腫瘤基因組中，替換腫瘤細胞中突變的PTEN基因，發揮正常PTEN基因的抑癌功能。Mayo等[28]的實驗顯示，PTEN基因可以增加p53的活性、p53靶基因的表達和誘導細胞周期阻滯，并減少細胞核內野生型p53的降解，保證p53對細胞的生長抑制作用，并顯示PTEN轉導膠質瘤細胞系U87能增加抗癌藥依托泊苷誘導的細胞死亡。

很多業內學者發現，在腫瘤基因治療上PTEN基因聯合某些治療因素療效優于單因素療法[29-30]。Tanaka等[31]也證實了這一觀點，他們將攜帶野生型PTEN基因的重組腺病毒(Ad-PTEN)導入人前列腺癌細胞株PC-3后注入多柔比星，并以PTEN基因或多柔比星等單因素療法作對照，發現聯合治療的療效著顯高于單因素療法。因此提出，PTEN基因和多柔比星的聯合治療可提高對PC-3基因治療的療效。

設計的靶向藥物旨在特異性干擾特殊癌基因信號通路的活性，打斷腫瘤生長。近來研究顯示[32-35]，PTEN異常引起PI3K/PKB信號轉導通路的激活與許多靶向藥物無效有關，如針對第二人體表皮生長因子受體的曲妥珠單抗、針對EGFR的酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼和單克隆抗體西妥昔單抗等。張志宏等[36]發現，存活蛋白siRNA作用于結腸腺癌SW620可使存活蛋白mRNA和蛋白的表達下調，同時使PTEN的表達上調，兩者呈負相關，同時抑制細胞的增殖及促進細胞發生凋亡。

3 端粒酶與PTEN在腫瘤中共同表達的意義

目前有些學者對腫瘤細胞中端粒酶和PTEN表達的相關性進行了研究[37-38]，探討兩種基因在腫瘤發生、發展及復發、轉移、預后的作用，為患者在治療方案上的選擇及預后判斷提供參考。

近年來，研究表明轉染野生型PTEN基因也能夠抑制腫瘤細胞端粒酶活性[39]。考慮到腫瘤侵襲特性與端粒酶活性有密切關系，而PTEN抑癌基因具有抗侵襲作用，PTEN基因是否有抑制腫瘤增殖和端粒酶活性作用？有實驗結果表明，外源性PTEN抑癌基因導入高轉移性黏液表皮樣癌細胞能夠誘導癌細胞增殖抑制，并且導致端粒酶活性顯著下降[30]。文獻報道，PTEN抑癌基因抑制端粒酶活性的機制可能是通過抑制PKB活化，下調端粒酶關鍵組分hTERT mRNA水平，進而導致端粒酶活性降低[32]。但是，國內外有關兩者關系的研究較少，故要明確兩者聯系的具體機制仍然需要大量分子生物學實驗及臨床研究。

4 結 語

大腸腫瘤的發生、發展是多個基因及蛋白分子相互作用的過程，尋找判斷其預后的分子生物學標志物，對指導大腸腫瘤的治療有著重大意義。鑒于目前尚無一種腫瘤標志物在敏感性、特異性方面均理想的狀況，進行聯合檢測是提高惡性腫瘤診斷價值的重要方法。PTEN抑癌基因可能通過抑制端粒酶活性抑制腫瘤的發生、發展，具體作用機制和生物學作用仍需進一步研究，所以研究兩者在大腸癌中的表達有望為大腸腫瘤的早期診斷、治療方案的制訂提供重要的參考。

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