端粒、 端粒酶的研究进展

保护染色体不被降解，又避免了端粒对端融合 （end-end fusion）以及染色体的丧失，同时端粒能 帮助细胞识别完整染色体和受损染色体。在生理情
况下，端粒作为细胞“分裂时钟”能缩短，最终导 致细胞脱离细胞周期。
端粒酶（telomerase）催化端粒合成，是一种逆转 录酶，能以自身的RNA为模板，反向合成— TTAGGG—，不断地加在DNA未端，肿瘤细胞能够不 断地分裂增生，“端粒酶—RNA”结构的存在是先决条 件。
随着每次细胞分裂，染色体末端逐渐缩短，细
胞进入不可逆的抑制状态，直至细胞衰老，此过程 即称为复制性衰老。人类体细胞遵循这个规则从细 胞出生到衰老，单细胞生物遵循这个规则分裂后定 有其它机制保持单细胞生物传代存活，生殖细胞亦 如此，这些细胞怎样保持细胞具有继续分裂或长期 分裂的能力呢？科学家们发现端粒确实随着每次分 裂而缩短，但也会被新合成的端粒片断再延长。科 学家们怀疑，可能尚有末被发现的酶，该酶具有标 准的DNA多聚酶所不具备的功能，能使已缩短的端 粒延长，使科学家们兴奋的是到1985年首先在四膜 虫中证实了这种能使端粒延长的酶—端粒酶的存在。
体细胞的端粒有限长度（telomere restriction fragments TRFS）大多数明显短于生殖细胞，青年 人的TRFs又显著长于年长者，提示TRFs随着细胞 分裂或衰老，在不断变短，主要是由于DNA聚合酶 不能完成复制成线性DNA末端所致。缺少端粒的染 色体不能稳定存在，这是因为端粒DNA与结构蛋白 形成的复合物如同染色体的一顶“帽子”，它既可
端粒、 端粒酶的研究进展
早在30年代，两名遗传学家Muller和Mcclintock
分别在不同的实验室用不同的生物做实验发现染色 体末端结构对保持染色体的稳定十分重要，Muller 将这一结构命名为端粒（telomere）。直到1985年 Greider等从四膜虫中真正证实了端粒的结构为极 简单的6个核苷酸TTAGGG序列的多次重复后发现 了端粒酶(telomerase TRAP-eze) 。
为什么在绝大多数永生细胞系可以表达端粒 酶活性，而在非永生细胞则不能？
为什么人类大多数体细胞中不能检测到端粒 酶，而在一些肿瘤细胞中则能检测到端粒酶？
近年来围绕这一问题展开了大量的研究，积累了丰 富的资料，至今仍是一个值得探讨的领域。自从1994年 Kim等创立TRAP法检测端粒酶活性以来，越来越多的文 献证明端粒酶活性在大多数人类原发性肿瘤标本及肿瘤 衍生细胞系中可被检测到，如前列腺癌、乳癌、口腔癌、 肺癌、肝癌、胃肠基质瘤、膀胱上皮细胞癌及AML急性 髓性白血病。
Hale Waihona Puke 端粒酶由RNA和蛋白质两部分组成。以自身 RNA为模板合成端粒酶重复序列，具有逆转录酶活 性，它的活性不依赖于DNA聚合酶，对RNA酶、蛋 白酶和高温均敏感。端粒酶活性表达能稳定端粒的
长度，抑制细胞的衰老，在生殖细胞和干细胞中可 检测到高水平的端粒酶活性。
二、死亡期细胞假说与细胞永生化
细胞获得永生必须克服两个危机期，M1（mortality stage 1）和M2（mortality stage 2）在M1期细胞对生长因 子等失去反应，产生DNA合成蛋白抑制因子，细胞周 期检查点（cell cycle checkpoints）发送细胞周期停止信 号，DNA合成即告停止。细胞端粒开始缩短，并启动 终止细胞分裂信号，正常人的双倍体细胞不能进一步分 裂，开始衰老、死亡。一些癌基因SV40T抗原、抑癌基 因P53，和Rb突变均能使M1期的机制被抑制,使细胞逃 逸M1期，继续生长获得额外的增殖能力，此时端粒酶 仍为阴性，端粒继续缩短，经过20-30次分裂后，最终 到达M2期。此时因端粒太短而致染色体极不稳定，于 是大多数细胞退化死亡，极少数细胞由于激活了端粒酶， 端粒功能得以恢复，染色体形态稳定，可以超越M2期 使细胞永生化。
现认为，人的端粒酶RNA可分为两个区与引物作用： 一个是模板区，含有与引物互补的11个核苷酸模板区序 列为11nt(5`CUAACCCUAAC-3’）；另一个锚定区， 与引物的5’端相配，为DNA链向3’ 端正核酶外延伸 提供路径，而端粒酶中的蛋白质则起催化反应合成的作 用。
人类端粒酶RNA（human telomenese RNA hTR） 是细胞端粒合成不可缺少的模板，若模板区突变，缺 失或反义RNA可导致端粒的相应改变或丢失。经转染 的细胞端粒序列发生改变，细胞即出现凋亡或分化。 hTR非模板区序列或空间构象的变化也可使端粒酶失 去活性。在胃癌及神经肿瘤的研究中已发现，hTR表 达与细胞增殖密切相关。端粒酶是在染色体末端不断 合成端粒序列的酶，它可以维持端粒的长度，维持细 胞增殖潜能。
附图：端粒酶在人体细胞永生性转化中
端粒酶被抑制 正常人体细胞
端粒丢失
M1期阻滞 细胞分裂停止
↓ M1—M2期间隔 双着丝粒形成
↓ M2期退化 染色体失稳
SV40T抗原 Rb、P53与病毒蛋白结合、突变
永生化
端粒酶被激活
细胞凋亡
三、端粒酶与肿瘤发生
端粒酶是最近肿瘤研究的热门话题。端粒酶具 有使肿瘤细胞系继续复制生存的特点，成为近期生 命科学界关心与研究的一个热点。端粒缺陷的染色 体不稳定性通过促进半合子化（hemizygosing）、 转位（tranlocation）、扩增及重组装而加速肿瘤进 程。端粒磨耗（attrition）的最终结果是端粒酶的 活化，以弥补端粒的丢失而使细胞无限增殖，成为 永生细胞。因此端粒酶活化是肿瘤进入晚期，而且 是细胞永生的关键一步。
端粒（telomere）是真核细胞线性染色体未端的 一种特殊结构，由简单重复富含G碱基的DNA序列及 端粒结合蛋白共同构成。人类染色体端粒序列已分离 克隆，主要由5-15个kb的5`TTAGGG3`上千次的重复 序列构成，它就像二顶帽子盖在染色体两端，能保持 遗传信息的完整性，保护染色体免受重组和未端降解 酶的作用，并提供一种可消耗的非编码序列以暂时缓 解或取消复制问题所带来的染色体DNA的进行性缩 短。大多数体细胞的端粒随周期性复制而逐渐缩短， 最终达到一个临界点，细胞增殖停止、死亡，这可能 是生命有限的重要原因之一。