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端粒(即染色體末端)的發(fā)現(xiàn)已有很長(zhǎng)的歷史，但對(duì)其結(jié)構(gòu)、功能、合成及其重要意義的認(rèn)識(shí)，近年來有了很大進(jìn)展。本文就端粒、端粒酶的研究進(jìn)展以及他們與腫瘤的關(guān)系綜述如下。
一、端粒
(一)端粒的結(jié)構(gòu)
端粒是位于染色體3′末端的一段富含G的DNA重復(fù)序列，端粒和端粒結(jié)合蛋白組成核蛋白復(fù)合物，廣泛存在于真核生物細(xì)胞中，具有特殊的功能。不同種類細(xì)胞的端粒重復(fù)單位不同，大多數(shù)長(zhǎng)5～8bp，由這些重復(fù)單位組成的端粒，突出于其互補(bǔ)鏈12～16個(gè)核苷酸內(nèi)［1］。人類端粒由5′TTAGGG3′的重復(fù)單位構(gòu)成，長(zhǎng)度在5～15kb范圍［1，2］。與端粒特異性結(jié)合的是端粒結(jié)合蛋白，迄今為止，只在少數(shù)生物中確定了端粒結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)及表達(dá)基因，然而端粒結(jié)構(gòu)與功能的保守性表明，這些端粒結(jié)合蛋白的特性可能普遍適用于其他真核生物。Chong等［3］在人類細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一種端粒結(jié)合蛋白，但人類染色體末端的DNA-蛋白復(fù)合體的結(jié)構(gòu)還不清楚。
(二)端粒的功能
端粒高度的保守性表明，端粒具有非常重要的作用。其主要功能包括：
1.保護(hù)染色體末端：真核生物的端粒DNA-蛋白復(fù)合物，如帽子一般，保護(hù)染色體末端免于被化學(xué)修飾或被核酶降解，同時(shí)可能還有防止端粒酶對(duì)端粒進(jìn)行進(jìn)一步延伸的作用［1］。改變端粒酶的模板序列將導(dǎo)致端粒的改變，從而誘導(dǎo)細(xì)胞衰老和死亡［4］。
2.防止染色體復(fù)制時(shí)末端丟失：細(xì)胞分裂、染色體進(jìn)行半保留復(fù)制時(shí)，存在染色體末端丟失的問題［5］。隨著細(xì)胞的不斷分裂，DNA丟失過多，將導(dǎo)致染色體斷端彼此發(fā)生融合，形成雙中心染色體、環(huán)狀染色體或其他不穩(wěn)定形式。端粒的存在可以起到緩沖保護(hù)的作用，從而防止染色體在復(fù)制過程中發(fā)生丟失或形成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)［1］。
3.決定細(xì)胞的壽命：染色體復(fù)制的上述特點(diǎn)決定了細(xì)胞分裂的次數(shù)是有限的，端粒的長(zhǎng)度決定了細(xì)胞的壽命，故而被稱為“生命的時(shí)鐘”［6］。
4.固定染色體位置：染色體的末端位于細(xì)胞核邊緣，人類端粒DNA和核基質(zhì)中的蛋白相互作用，以′TTAGGG′結(jié)構(gòu)附著于細(xì)胞核基質(zhì)(包括nuclear envelope和internal protein)［3］。
(三)端粒的長(zhǎng)度
端粒的長(zhǎng)度在不同的細(xì)胞之間存在著差異。胚胎細(xì)胞和生殖細(xì)胞端粒的長(zhǎng)度大于體細(xì)胞［7］。體外培養(yǎng)細(xì)胞端粒的長(zhǎng)度隨著細(xì)胞逐代相傳而縮短，每復(fù)制一代即有50～200nt的DNA丟失，端粒丟失到一定程度即失去對(duì)染色體的保護(hù)作用，細(xì)胞隨之發(fā)生衰老和死亡。所以，通過測(cè)定端粒的長(zhǎng)度可以預(yù)測(cè)細(xì)胞的壽命［6］。人體細(xì)胞端粒的長(zhǎng)度不一，存在著個(gè)體差異，隨著年齡的增長(zhǎng)，端粒每年減少約15～40 nt［7］，最終細(xì)胞衰老。胚胎細(xì)胞和生殖細(xì)胞端粒的長(zhǎng)度不隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加而縮短，具有無限分裂的能力，其原因就在于端粒酶的存在［7］。
二、端粒酶
(一)端粒酶的結(jié)構(gòu)和功能
端粒酶是由端粒酶RNA和蛋白質(zhì)組成的核糖核蛋白酶，通過識(shí)別并結(jié)合于富含G的端粒末端，以自身為模板，逆轉(zhuǎn)錄合成端粒［1］。
1995年，Junli等［8］克隆了人類端粒酶RNA基因，在長(zhǎng)約450個(gè)堿基的人端粒酶RNA(hTR)序列中，有一段長(zhǎng)11個(gè)核苷酸的區(qū)域(5′-CUAACCCUAAC-3′)，與人端粒序列(TTAGGG)n互補(bǔ)，發(fā)生在該模板區(qū)域的hTR突變將導(dǎo)致端粒酶功能的改變。
端粒酶蛋白質(zhì)成分的分離十分困難，直到1995年，Greider等［9］才純化并克隆了四膜蟲端粒酶的兩個(gè)多肽成分，即p80和p95。1997年，人們克隆并描述了兩種人類端粒酶蛋白TP 1(telomerase associated protein 1)［10］和TP 2(telomerase associated protein 2或hTRT)［1 1］。其中TP 1與四膜蟲端粒酶蛋白p80同源，能與端粒酶RNA特異性結(jié)合；TP 2與啤酒酵母S.cerevisiae的端粒酶蛋白Est2p同源，和逆轉(zhuǎn)錄酶的結(jié)構(gòu)相似，是端粒酶的催化亞單位，在腫瘤細(xì)胞端粒酶的激活中起關(guān)鍵作用［12］。
四膜蟲端粒酶RNA及其兩個(gè)多肽成分(p80, p95)是組成端粒酶的唯一必要成分，鑒于端粒酶在進(jìn)化中的保守性，hTR和TP 1、TP 2是否構(gòu)成了完整的人類端粒酶，目前尚無定論。
(二)端粒酶活性的調(diào)節(jié)
端粒酶的活性在不同的層次上受到各種因素的調(diào)節(jié)。
1.hTR: hTR是端粒酶的重要成分，在體外培養(yǎng)的HeLa細(xì)胞中轉(zhuǎn)染反義端粒酶RNA，將導(dǎo)致端粒DNA的縮短和腫瘤細(xì)胞的死亡［8］。但許多研究表明，hTR的水平并不能代表端粒酶活性水平，缺乏端粒酶活性的細(xì)胞同樣可以有hTR的表達(dá)�？梢姸肆Ｃ窻NA并不是調(diào)節(jié)端粒酶活性的唯一因素［13］。
2.端粒酶蛋白：TP 1或TP 2基因的突變，均可導(dǎo)致端粒酶的失活［10，11］，TP 2基因在不同的細(xì)胞有不同的剪切位點(diǎn)，可能以此改變TP 2的生化特性，從而起重要的調(diào)節(jié)作用［14］。
3.癌基因與抑癌基因：癌基因和抑癌基因?qū)δ[瘤的發(fā)生、發(fā)展起著重要的作用。Wright等［15］根據(jù)體外培養(yǎng)細(xì)胞的永生化過程提出了腫瘤發(fā)生的M1/M2模型，即細(xì)胞經(jīng)過有限次的分裂后進(jìn)入M1期，細(xì)胞衰老走向死亡，抑癌基因p53或Rb的突變等使細(xì)胞逃脫生長(zhǎng)控制的機(jī)理使細(xì)胞渡過M1期，再次經(jīng)過若干次的分裂，進(jìn)入M2期，少數(shù)細(xì)胞發(fā)生端粒酶的激活成為永生細(xì)胞，此時(shí)仍然需要p53或Rb的突變存在。有研究報(bào)道，使缺乏抑癌基因p53/Rb的腫瘤表達(dá)Rb蛋白(pRb)，細(xì)胞停滯在G0/G1期并發(fā)生老化現(xiàn)象，抑制pRb后細(xì)胞重新開始合成DNA，但大多數(shù)細(xì)胞在分裂中死亡，p53無此現(xiàn)象［16］。另一項(xiàng)關(guān)于卵巢癌的研究提示，p53與端粒酶活性無關(guān)［17］。抑癌基因與端粒酶的關(guān)系并不明確。
4.細(xì)胞分化及細(xì)胞周期對(duì)端粒酶活性的影響：用藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞分化實(shí)驗(yàn)表明，隨著細(xì)胞分化，端粒酶活性隨之降低，而抗分化的細(xì)胞則無影響［18］，永生細(xì)胞株端粒酶的活性在各細(xì)胞周期中無顯著變化，而與細(xì)胞的生長(zhǎng)速度相關(guān)［19］，使細(xì)胞脫離生長(zhǎng)周期能否抑制端粒酶的活性，各報(bào)道不一［18，19］。然而，作出端粒酶活性與細(xì)胞周期無關(guān)的結(jié)論為時(shí)尚早，細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化與端粒酶活性調(diào)節(jié)間的關(guān)系，還有待于研究。
5.端粒的長(zhǎng)度與端粒酶激活：當(dāng)端�？s短到一定程度后才有端粒酶的激活，其機(jī)理可能在于，縮短的端粒導(dǎo)致基因的不穩(wěn)定，某些突變?nèi)缂せ疃肆Ｃ�、丟失抑癌基因使細(xì)胞獲得不死性，成為優(yōu)勢(shì)克隆。端粒的縮短成為端粒酶激活的前提［20］。但此理論不能解釋某些腫瘤細(xì)胞中端粒較長(zhǎng)的現(xiàn)象。
端粒酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)理錯(cuò)綜復(fù)雜、說法不一，胚胎早期端粒酶的活性隨著胚胎的發(fā)育而逐漸消失(生殖細(xì)胞例外)，而細(xì)胞獲得不死性及腫瘤的發(fā)生，又與端粒酶的再次激活密切相關(guān)，其機(jī)理目前還不清楚。
三、端粒、端粒酶與腫瘤
(一)端粒、端粒酶與人類腫瘤的關(guān)系
正常細(xì)胞的分裂次數(shù)是有限的。端粒酶的激活是細(xì)胞走向永生化的必要途徑，而永生化又被認(rèn)為是腫瘤惡化的必要步驟。腫瘤細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度很短，其繼續(xù)縮短將導(dǎo)致染色體融合、細(xì)胞死亡，而端粒酶的激活可以維持端粒的長(zhǎng)度，從而維持腫瘤的繼續(xù)分裂、增殖和生存［21］。端粒酶的表達(dá)，可能是腫瘤形成和發(fā)展的共同途徑。
人類細(xì)胞端粒酶活性水平較低，以及很難獲得大量的腫瘤標(biāo)本，使得早期對(duì)人類端粒酶的研究受到了很大限制。1994年，Kim等［22］創(chuàng)立了測(cè)定端粒酶活性的telomere repeat amplification protocol(TRAP)法，用裂解緩沖液代替原低滲液，提高了細(xì)胞的裂解程度，并引入聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)，使反應(yīng)的靈敏性提高了104倍。至今已在大多數(shù)人類惡性腫瘤中測(cè)到了端粒 酶的活性。有些實(shí)驗(yàn)表明，端粒酶的活性與某些腫瘤的惡性程度和預(yù)后相關(guān)［17，21］。端粒酶在惡性腫瘤發(fā)展中的作用日益明晰［21］。
(二)端粒酶在婦科腫瘤方面的研究
大多數(shù)婦科惡性腫瘤有端粒酶的表達(dá)［23］。由于卵巢含生殖細(xì)胞成分，子宮內(nèi)膜周期性脫落具有再生能力，使得端粒酶具有不同于一般組織的特殊性。
1.卵巢腫瘤：良性卵巢腫瘤(如生殖細(xì)胞腫瘤、乳頭狀囊腺瘤)、交界性腫瘤及絕經(jīng)前正常卵巢可測(cè)出端粒酶活性。但在惡性卵巢癌、低分化卵巢腫瘤及有淋巴轉(zhuǎn)移者，端粒酶活性顯著增高。初步的研究表明，端粒酶活性與上皮性卵巢癌的發(fā)展及蔓延相關(guān)［17，24］。腹水細(xì)胞的結(jié)果并不一致，有報(bào)道認(rèn)為，端粒酶的陽性率不高［23］。
2.子宮內(nèi)膜癌：端粒酶在子宮內(nèi)膜癌中表現(xiàn)為強(qiáng)陽性，同時(shí)正常子宮內(nèi)膜可以有端粒酶活性，絕經(jīng)前甚至可表現(xiàn)為強(qiáng)陽性。有關(guān)研究未發(fā)現(xiàn)端粒酶活性與腫瘤的分期、浸潤(rùn)的深度及DNA的成分相關(guān)［25］。這與子宮內(nèi)膜的周期性再生有關(guān)。
3.宮頸癌：有研究表明，端粒酶的激活發(fā)生在宮頸癌的早期，與其進(jìn)展有關(guān)，有希望成為宮頸癌診斷及預(yù)后的標(biāo)記物［26］。雖然絕大多數(shù)宮頸癌端粒酶陽性，但在正常宮頸及宮頸上皮內(nèi)瘤樣變中的陽性率報(bào)道不一。Zheng等［26］的研究結(jié)果為，宮頸脫落細(xì)胞涂片的端粒酶陽性率分別為7%及40%，而Gorham等［23］報(bào)道的陽性率為0%。
(三)臨床應(yīng)用前景
1.腫瘤的治療方面：端粒酶與惡性腫瘤之間令人驚異的相關(guān)性，使他在腫瘤的診斷和治療上有望成為行之有效的新的靶目標(biāo)。因?yàn)槎肆Ｃ钢饕嬖谟趷盒阅[瘤，而在大多數(shù)正常組織中沒有活性或活性極低，同時(shí)由于端粒酶在惡性腫瘤的發(fā)生，尤其是在腫瘤的發(fā)展中起著關(guān)鍵的作用［21］。所以，通過各種途徑抑制端粒酶的活性，可能將有效地抑制大多數(shù)腫瘤的生長(zhǎng)，而對(duì)大多數(shù)正常細(xì)胞沒有影響。這種抑制作用可以通過直接抑制端粒酶活性、抑制端粒酶RNA(如導(dǎo)入反義核酸)，或端粒酶蛋白成分以及誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生分化等方法實(shí)現(xiàn)。
2.診斷與鑒別診斷及臨床預(yù)后方面：端粒酶可以出現(xiàn)在某些腫瘤的早期甚至癌前病變，在分化低有轉(zhuǎn)移傾向的腫瘤中高度表達(dá)，使其在診斷及評(píng)價(jià)預(yù)后方面，具有一定價(jià)值。
在人類端粒及端粒酶的基礎(chǔ)研究中，還存在著許多問題，有待進(jìn)一步研究，如人類端粒末端的精細(xì)結(jié)構(gòu)，端粒的非端粒酶延伸機(jī)理；人類端粒酶的具體結(jié)構(gòu)及其基因所在的位置；端粒酶的激活機(jī)理及其活性調(diào)節(jié)；端粒酶在腫瘤的發(fā)生中的作用；如何有效地抑制端粒酶活性；缺乏端粒酶活性的腫瘤的生長(zhǎng)機(jī)理等�？傊肆�、端粒酶在腫瘤的研究中具有廣闊的前景，將為人類攻克腫瘤開辟新的視野。
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