端粒端粒酶与肿瘤摘要端粒是保护真核细胞末端的“帽子”，当端粒的长度因细胞复制而缩短达到极限时，细胞就会走向衰老甚至死亡，而端粒酶的存在能补充已经缩短的端粒，从而延长细胞的寿命甚至使其获得永生。

而众所周知，癌症细胞的分裂就是永无止境的，这就暗示端粒-端粒酶系统于人类肿瘤的形成与发展有着密切的联系，所以分析研究他们之间的关系对于肿瘤的研究有着重要的意义。

现代科学家已经针对他们关系，设计了一些治疗癌症的办法，虽然还没有达到治愈的效果，但是我们应该有充分的理由认为随着科技的进步，癌症的治疗会变的像感冒一样简单。

关键字端粒, 端粒酶（Telomerase）, 端粒结合蛋白, , 肿瘤近年来，随着人类基因组计划的完成，端粒与端粒酶的研究已成为国际肿瘤分子生物学的研究热点，很多实验都表明了，在肿瘤发生的很多阶段中,端粒缺失造成细胞染色体结构变化以及端粒酶的再激活都可能直接看参与细胞的癌变过程。

端粒酶几乎在所有类型的肿瘤中均有不同程度的表达,已被公认为目前已知的最为广泛的肿瘤标志物之一。

1端粒的结构和功能1.1 端粒的结构端粒是存在于真核细胞线形染色体末端的一段特殊的DNA和蛋白质的复合物, 平均长度约为5 ～15kb,是DNA链自身回折并与多种端粒结合蛋白复合而成。

人类端粒是以5′2 TTAGGG23′为重复单位的富含鸟苷酸的序列, 其结构末端是3′端, 3′端并不悬挂在端粒末端,而是折回到端粒内部双链重复序列的某一区域,并将该端区域的一段自身链置换出来,取而代之与互补链配对,形成的一个环称为T环, 3′最末端单链区反转探入端粒的双链区再形成D 环。

端粒结合蛋白包括端粒酶、保卫蛋白复合体及非保卫蛋白。

保卫蛋白复合体由端粒重复序列结合因子,结合因子2（ TRF2）,端粒保卫蛋白1 , TRF1 相互作用核蛋白,TIN2 相互作用蛋白1及阻抑和活化蛋白1 这6个蛋白组成,主要分布在染色体端粒上,保持端粒结构的稳定。

非保卫蛋白,如DNA 修复蛋白RAD50, NBS1, MRE11, Ku86 和DNAPKcs等,分布和功能都不局限在端粒上。

这三类端粒结合蛋白协同参与端粒动态平衡的维持和调节。

在保卫蛋白复合体中, TRF1是端粒酶的负性调节因子,主要负责调节端粒的长度,控制端粒的延伸。

TRF2蛋白则主要负责保护染色体的末端,招募活化蛋白1。

TRF2丢失将会导致染色体末端失去保护,造成端粒3′端丢失和染色体末端2末端融合。

端粒保护蛋白1的作用涉及调控端粒酶的活性。

1.2 端粒的功能端粒的生物学功能包括: ( 1)稳定染色体; ( 2)防止染色体末端融合; ( 3)保护染色体结构基因;(4)作为细胞凋亡的信号。

端粒的长度决定了细胞的寿命,因此端粒被认为是细胞有丝分裂的“生物钟”。

根据细胞衰老的理论,细胞衰老分为M1和M2期。

正常细胞培养时,由于端粒酶活性缺如, DNA合成的后随链不能有效的复制出染色体3′端,即末端复制问题,每次细胞分裂端粒短缩55～200 bp,当端粒短到一定长度就会被细胞周期蛋白检测出来,随即进入第1个衰老期,这一时期称为M1 期。

细胞自M1 期继续分裂,端粒进一步缩短,染色体失去端粒保护,可出现末端融合,当端粒长度缩短到一个极限值(死亡临界点) ,即进入M2期,大部分细胞死亡。

一些细胞周期相关蛋白基因,如抑癌基因p53, Rb突变后,则使细胞逃逸M1期,进入M1 ～M2间期分裂。

M2期的少数细胞因发生了一些新的突变而会激活端粒酶,细胞端粒长度延长并稳定下来,S期和M2期细胞增多,细胞越过M2期获得永生而M2期以前的细胞均无端粒酶活性,这似乎提示了端粒酶激活是细胞永生化的一个必要条件。

2 端粒酶的结构和功能2.1 端粒酶的结构端粒酶是一种特殊的核糖核蛋白逆转录酶,相对分子质量在200～500ku,端粒的DNA必须依赖酶中的RNA为模板通过逆转录合成,自身携带模板是端粒酶区别于一般的纯蛋白逆转录DNA聚合酶的主要特征。

人端粒酶包括3个主要部分,即人端粒酶RNA 、端粒酶相关蛋白和人端粒酶催化亚单位。

端粒酶RNA 是合成端粒的模板也是相关蛋白的结合支架,其RNA序列的43位至51位的序列为CAA CCC CAA,刚好编码端粒重复片段GGG GTT。

端粒酶RNA是维持端粒酶活性的必需成分, 在哺乳类动物中, 任何细胞里都含有此成分。

TP1上有与端粒酶RNA特异性结合的部位,其空间构象能指导端粒酶与染色体末端部位结合,防止末端降解、重组。

端粒酶相关蛋白（TP1）的mRNA的表达并不限于有端粒酶活性的组织和细胞系,因此, TP1蛋白与端粒长度调节和端粒酶活性无关端粒酶催化亚单位是含有7个基元的转录酶,在端粒酶的激活中起关键作用,是端粒酶活性的限速亚单位,在无细胞的情况下将端粒酶RNA和端粒酶催化亚单位混合在一起即可表现端粒酶活性。

在人类正常的体细胞中, 端粒酶催化亚单位的表达水平不足以维持全部端粒长度的完整性。

2.2 端粒酶的功能端粒酶，是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端。

端粒在不同物种细胞中对于保持染色体稳定性和细胞活性有重要作用，端粒酶能延长缩短的端粒（缩短的端粒其细胞复制能力受限），从而增强体外细胞的增殖能力。

端粒酶在正常人体组织中的活性被抑制，在肿瘤中被重新激活，端粒酶可能参与恶性转化。

在染色体末端,因为最后一个冈崎片段的模板链一般不够长,使引物无法结合,将导致滞后链通常不能被完全复制。

端粒酶能以自身RNA为模板通过逆转录在端粒末端加入TTA GGG的重复序列,使DNA复制时补齐新链5′端的缺失,从而对端粒的维持和延长起到了关键性的作用。

可见正是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。

端粒酶另外一个功能就是合成串联重复的TTA GGG序列, 为TRF2提供结合位点,防止染色体的末端融合。

端粒酶还可修复断裂的染色体末端,从而避免了外切酶对染色体DNA更多切割,维护了基因组遗传的稳定性。

3 端粒、端粒酶与肿瘤的关系端粒和端粒酶的结构及功能维持着正常细胞的生长和分裂,是人类生命有限的依据。

随着对肿瘤发生机制的研究,人们越来越认识到凡是与细胞生长有关的因素也必与人类肿瘤的发生有关。

目前已经发现,癌细胞往往会产生额外多的端粒酶,使癌细胞能不断地分裂繁殖。

现已证实, 75%的口腔癌、80%的肺癌、84%的前列腺癌、87%的肝癌、93%的乳腺癌、95%的大肠癌和98%的膀胱癌都存在端粒酶活性的高表达。

虽然还没有直接的证据证明端粒酶和肿瘤发生之间的调控途径,但很多研究表明,转端粒酶催化亚单位染后,细胞耐调亡的能力加强。

从而人们提出了恶性肿瘤发生的端粒酶理论,认为端粒酶的激活是恶性肿瘤发生的一个共同途径,而端粒酶则是各种恶性肿瘤细胞的一个共同的分子标志物。

端粒酶活性在正常哺乳动物和人的体细胞中检测不到,但在胚胎细胞、成人男性生殖细胞和一些更新组织的增殖细胞中则存在较弱的活性,甚至在一些细胞分化程度较低的非恶性皮肤病组织中也有表达。

在绝大多数恶性肿瘤细胞中均能检测到明显的端粒酶活性,而良性肿瘤中则检测不到。

有报道称,肿瘤的分化程度与端粒酶活性相关,而肿瘤的组织类型和临床分期与端粒酶活性无明显相关性。

细胞永生化是正常细胞向恶性细胞转化的前提条件,有些突变细胞可通过M2 期转化后而永生化,细胞内端粒长度比较恒定,端粒酶活性增高,最终转化事件和端粒酶活性上调使细胞获得显性肿瘤基因,正常细胞转变为肿瘤细胞。

端粒酶和癌基因也有着密切的关系, p53基因可能是端粒酶基因的上游调节因子,可以抑制端粒酶基因的表达,p53突变可促使端粒酶基因从抑制状态变为激活状态。

Bcl22基因过度表达达到一定阈值则可进一步激活端粒酶。

目前人们普遍认为,肿瘤发生发展的主要机制是由于细胞内的染色体不稳定而造成的。

当一个细胞获得多重遗传突变,合起来引起细胞逃脱对复制和转录的正常控制时,就会产生肿瘤。

关于端粒和端粒酶引起细胞染色体的结构不稳定,人们提出了桥接—融合-断裂(BFB )循环理论。

在细胞分裂过程中,如果细胞里的姊妹染色体的端粒发生缺失,两条姊妹染色单体的末端将互相融合。

在细胞分裂后期,由于细胞要发生分裂,两条融合的姊妹染色体在此时也会分离。

因为两条染色体的分离点不一定会在融合点。

BFB循环理论示端粒酶缺失造成细胞染色体不稳定处,因此,一个细胞中的染色体末端可能将会多带有一段反向重复DNA序列,而同时另一个细胞中的染色体末端将会少一段DNA 序列。

由于缺少端粒,这些不正常的染色体在DNA复制的过程中,仍会发生末端融合。

这样有的染色体的DNA序列将不断地增加,而有的则不断地减少,这种现象被称为BFB循环。

BFB循环将会一直持续下去,直到染色体末端重新获得端粒为止。

如果那些异常细胞没能及时修复自身的不正常染色体,细胞染色体的结构稳定性最终将会被破坏,细胞可能就会发生癌变。

研究发现,在缺少端粒的前列腺癌细胞中有大量复杂的染色体核型,表明在癌细胞中尽管有端粒酶的表达,缩短的端粒仍能够引发BFB现象,从而诱发细胞染色体的不稳定。

通过测定肺癌患者、良性肺病患者和健康人外周血的端粒酶活性（TA），探讨其对肺癌的诊断价值。

方法：采用PCR—TRAP—ELISA法检测42例肺癌患者、20例良性肺病患者和15例正常人外周血单个核细胞的TA表达。

结果：肺癌组29例TA阳性（69．05％），OD值为0．45±0．37，良性肺病组2例TA呈阳性，OD值为0．11±0．06，而15例正常人全部呈阴性，OD值为0．08±0．03。

血白细胞计数与TA检测结果无相关性。

该法检测肺癌组TA特异度达90％，灵敏度为69．05％，TA表达的高低与临床分期呈明显正相关（r=0．585），与病理类型无相关性。

可得结论：肺癌患者外周血单个核细胞TA阳性率高，可应用于肺癌的诊断，指导肺癌的治疗、预后判断等。

综上所述,端粒和端粒酶在细胞生长及肿瘤发生中都占有重要的地位,尤其是端粒酶的表达水平与恶性肿瘤的发生、发展和预后密切相关,因此已成为新的肿瘤标志物和抗肿瘤治疗的靶点。

参考文献得，21世纪对于端粒及端粒酶的进一步研究方向可以在以下几个方面: (1)端粒和端粒酶的高级结构及其结合蛋白的功能作用; ( 2)端粒和端粒酶的分子克隆及相关的分子激活调控机制; (3)寻找端粒酶的专一性抑制剂及其在抗肿瘤中的应用; (4)解决维持端粒的其他途径———选择性端粒延长途径干扰端粒酶抑制剂对肿瘤的治疗问题; (5)有人提出针对端粒的靶向治疗可能比针对端粒酶的靶向治疗更适合。

随着这一系列的研究进展,将使肿瘤治疗变得比治疗感冒简单的前景更加光明。

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