端粒与端粒酶的研究进展

端粒与端粒酶的研究进展

【摘要】研究显示，端粒酶活性被激活，可维护端粒的长度，细胞将会延缓衰老，避免癌变。此外，端粒酶的发现还在理论上丰富和发展了分子肿瘤学，据研究显示90％的人体肿瘤与端粒酶相关，若我们通过端粒酶活性的检测，提前预知肿瘤的发生，从而提前预防和治疗，或者若我们能使癌细胞中的端粒酶再度“休眠”，恶性肿瘤就会停止生长，以此来治疗癌症。

【关键字】端粒端粒酶肿瘤癌症衰老染色体

1.端粒和端粒酶的概述

2009年，美国的三位科学家Elizabeth H·Blackburn、Carol W·Greider和Jack W·Szostak发表了题为“端粒和端粒酶是如何保护染色体的”而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。也是从这一重大研究成果开始，端粒和端粒酶的研究为人类衰老和肿瘤带来了福音。

端粒是真核细胞染色体末端的帽子样的结构，它具有稳定染色体末端结构，防止染色体DNA降解和末端融合，保护染色体结构基因，调节正常细胞生长等作用。同种生物不同组织的细胞，甚至相同组织的不同细胞由于处于不同的生命时相，端粒的长度也不一样。由此可发现端粒的长度跟细胞的寿命、衰老与死亡有密切关系，所以端粒的长度被称为“生命时钟”【1】。

端粒酶(telomerase)是一种以自身RNA为模板，将端粒DNA合成至染色体的核糖核蛋白复合物(ribonucleoprotein，RNP)。端粒长度的维持需要端粒酶的激活。所以端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。端粒酶的活性存在于人的生殖细胞、肿瘤细胞、永生化细胞系和再生性组织中，一般情况下酶的活性处于抑制状态，只有当端粒体受到损

伤的时候，端粒酶才被激活。

由于端粒和端粒酶对肿瘤和癌症的发生有很大关系，所以近年来，端粒和端粒酶的研究也比较多，且主要是在妇产科学、基础医学、心血管疾病、泌尿科学、外科学等方面，其中端粒酶与肿瘤形成关系的研究占总文献比例最大【2】。

2.端粒和端粒酶的结构

端粒是存在于染色体3＇末端的特殊部位，通常由一些简单重复的序列组成。不同种类的细胞端粒重复序列不同，大多长约5-8bp。人类的端粒序列由5 ＇

-TTTAGGG-3 ＇组成，长约5—15bp。端粒和结合蛋白组成核蛋白复合物，进化上有高度的保守性【3】。

端粒酶的核心成分是端粒酶RNA(TER)和端粒酶反转录酶(TERT)，其中TER 亚基是合成端粒DNA的模板，对于端粒酶的结构和催化活性都十分重要，而TERT仅在端粒酶阳性细胞中正常表达，其它组织细胞不表达或活性较低。TERT 基因由三个结构域组成：N端、中心结构域和C端。N端与端粒酶活性、RNA结合、蛋白的聚集和端粒延伸有关，中心结构域含有端粒酶特有的一些基序，保守性较高，相反C端保守性较低【4】。

3.端粒的功能

3.1端粒与衰老：

端粒有长短，一般来说，端粒的长度是随年龄增加而越来越短的。端粒消失，会使染色体发生畸变，从而使人类细胞丧失复制能力，最终导致细胞衰老。端粒酶，则具有调控端粒长短的能力，其活性也随年龄大小而不同，年轻时，活性大，较容易延长端粒，这是年轻人不易显老的原因。此外，男性端粒长度缩短略快于女性，这也是男性平均寿命低于女性的原因。

研究认为，延缓衰老的方法主要是降低身体新陈代谢速率，如少吃少饮。新陈代谢率越高，细胞分裂次数就越多，端粒缩短越快，寿命也就越短。另外用药物刺激体内的干细胞，弥补衰老损耗的细胞，也能延长端粒长度，以至延缓老化，其中生长激素的抗衰老效果比较肯定，如用生长激素注射法可以调动干细胞f类似物来延长端粒【5】。

3.2端粒与肿瘤

据实验研究证明，恶性肿瘤细胞中具有较高活性的端粒酶，它能维持癌细胞端粒的长度，使其无限制扩增。在众多肿瘤疾病中，端粒对妇科肿瘤的发生发展关系最为密切，其中包括宫颈癌、子宫内膜癌、卵巢癌、妊娠滋养细胞肿瘤等。Sakamoto等用PCR及TRAP法检测了妇科肿瘤组织中端粒酶的表达，发现肿瘤组织中端粒酶的表达显著高于正常组织。现已知在95%左右的妇科恶性肿瘤中，有60%左右的癌前病变或交界性肿瘤中存在端粒酶活性，而仅3.75 %的良性病变表达出了端粒酶活性。这些结果说明，端粒酶的活化普遍存在于妇科恶性肿瘤中，并且参与了肿瘤的早期发生，可以认为是肿瘤恶变或恶性肿瘤发生的征兆【6】。

对于端粒酶活性引起的肿瘤发生，近年来也研究了一些抑制剂。以反义核苷酸抑制剂为代表的端粒酶抑制剂，能通过各自不同的作用机制抑制端粒酶的活性，从而最终致使肿瘤细胞的凋亡，以达到肿瘤治疗的作用【7】。

3.3端粒与心血管疾病：

目前有多项研究表明，端粒与一些年龄相关的疾病(如动脉粥样硬化、冠心病)的形成有关。Huzen等的研究指出，在活体中，淋巴细胞端粒长度在动脉粥样硬化患者较无动脉粥样硬化对照组短，动脉粥样硬化斑块端粒的长度同斑块的特点及发展与心血管事件相关。Scott等的研究也提示，心血管疾病中的端粒缩短可

能是冠心病的新的、独立的危险因素。在近期的研究中也提出，发展成动脉粥样硬化血管组织中的端粒长度，较没有发展成动脉粥样硬化的血管组织中的端粒长度短。以上多项研究均表明，动脉粥样硬化的发生、发展与端粒长度的变化有明显关系。目前国内尚无外周血白细胞端粒长度及酶活性与老年痴呆或AD关系的报道，诸多与端粒和衰老有关的基础性问题还有待探讨【8】。

4.端粒及端粒酶的检测方法：

端粒及端粒酶与正常细胞生长调控及恶性肿瘤形成机制密切相关。于是端粒酶活性的检测对于肿瘤形成机制、诊断及预后评价就具有了重要意义。目前，端粒酶活性的检测方法主要有以下几种：

端粒重复序列延伸法(Telomere extension assay)：它与DNA聚合酶分析方法相似，如：把核酸提取物、代表脊椎动物端粒重复序列的单链DNA前体(TYAGGG)和放射标记的磷酸脱氧核糖一起孵育，然后通过放射自显影检测凝胶上新添加的DNA重复序列。

端粒重复序列扩增法(TRAP)及其改良方法：在TRAP法中，端粒酶反转录出一段DNA片段，经过PCR扩增出大量的含不同重复数目的TFAGGG片段，进行放射自显影或不加同位素，直接电泳。在电泳图谱中显示出等距离的相差6bp的梯形图谱。每104个细胞中只有1个永生化细胞，TRAP就能检测到端粒酶活性。对该法进行改进，在端粒延伸与PCR扩增时，把CX引物作为生物素标记引物(Bio—CX)，扩增后加亲合素标记的荧光微球，最后直接用液闪仪计数【9】。

5.展望

端粒和端粒酶的发现和研究，对人类疾病的研究作出了重要贡献。研究显示，端粒酶活性被激活，可维护端粒的长度，细胞将会延缓衰老，避免癌变。此外，