端粒、端粒酶在心血管疾病与癌症中的作用

摘要：本文就端粒和端粒酶活性的变化在心血管疾病发病机制及病理生理过程中的作用，以及对细胞增殖、细胞衰老、肿瘤等方面的重要意义作一综述。

70年代末，Blackburn和Gall在四膜虫中发现了端粒具有重复序列，其在每染色体末端是可变的共同结构特征是富含（T,G）的短序列多次重复。在低等真核生物中重复单元有（TTGGGG）、（TTAGGG）等，而真核生物的线形染色体DNA与原核生物的环状DNA是有所不同的。在真核生物DNA复制中存在的一个问题，当随从链合成时，从各合成片段上去除RNA引物后，继续在DNA聚合酶Ⅰ（DNA polⅠ）作用下填补空隙。但是最后的片段去除引物后，则无法补充此空间，这是由于DNApolⅠ不能催化3′5′的合成反应。结果造成子代DNA分子上有一条不完全的5′末端，如此反复进行复制后链乃变短[1]，但在正常情况下事实并非如此。这是由于在真核生物线形DNA的末端具有一种特殊的结构，称为端粒或端区。端粒可作为细胞的“分裂时钟”，反应细胞的分裂能力，保证染色体完整性，使真正的遗传信息得到完整复制，保护染色体末端，防止染色体异常重组影响细胞分裂；指导染色体与核膜相连接。

端粒酶是1985年，Greider和Blackburn首次证实的一种不需要模板即可在四膜虫染色体3′端接上TTAGGG端粒的酶，是能复制和添加端粒重复序列的逆转录酶。人端粒酶主要有三种结构[2]：端粒酶协同蛋白；端粒酶RNA（hTR）约含有450个核苷酸，编码基因定位于3q26.3，可在增殖力强、非永生化的细胞中表达，能自主对端粒DNA富含G的链进行延长,富含G的链又能通过G与C互补使其形成发夹状结构，填补、修复染色体末端。端粒酶催化亚单位（hTERT），含1132个氨基酸的多肽链，基因编码基因定位于5P上，仅在肿瘤细胞、永生化的细胞中表达。hTERT基因更显示出肿瘤特异的诊断和治疗潜在应用价值。因此，端粒和端粒酶的研究具有重要意义。

2 端粒，端粒酶与EH

原发性高血压（EH）的发病机制目前尚未完全明了，众说纷纭，端粒学说的出现给人们新的提示，染色体端粒长度是人类体细胞的计时器，可作为人类体细胞的生物学年龄标志。人胚成纤维细胞每增龄一代，端粒长度缩短约50碱基对（bp）。中国人每增一岁，外周血淋巴细胞端粒长度约缩短35bp[3]。端粒耗损给细胞衰老提供了较满意的解释，也可能决定了年龄依赖的符合遗传性状令人费解的特点。随着时间的推移，人类端粒耗损或者是染色体的丢失，会导致基因不稳定，并继发致病基因的表达。如EH、2型糖尿病、动脉粥样硬化和癌症。杨善民[4]在自发性高血压动脉组织端粒酶活性研究中发现，出生后被抑制的端粒酶活性在高血压状态时重新被激活.。陈慧等[5]发现EH患者外周单个核细胞的端粒酶活性与EH密切相关。用端粒酶TRAP-ELISA方法，测定EH与对照组外周血单核细胞端粒酶活性，发现EH端粒酶阳性率50.7%以上，在调整了年龄因素后1，2，3级高血压组端粒酶活性均比对照组高[6]。用相同方法测定淋巴细胞端粒酶活性也有相似改变[7]。端粒酶是细胞增殖活性的分子水平标记物，它的激活可能是原发性高血压的发病因素之一，并能促进病变的发展。杨善明等[8]发现在成年高血压状态的自发性高血压胸、腹主动脉端粒酶有较高的活性而同龄同源正常血压大鼠则没有。这是端粒酶有选择性的激活并阻止了端粒的耗损，下调端粒酶水平，阻止血管平滑肌细胞加速的增生。谢长江等[9]通过Wistar大鼠形成高血压后动脉组织端粒酶再次激活,而端粒酶作为细胞增殖的分子水平标志，提示敏感性高血压形成后，在血管壁增殖即高血压与血管壁增殖或血管重构互为因果。作为生物学衰老标记的端粒、端粒酶可给EH发生提供了新的分子水平指标。有理由假设，端粒长短由遗传决定，加速正常生物衰老，参与高血压发生、发展和血管重塑过程，并通过端粒缩短，激发端粒酶的活性。越来越多的证据表明端粒参与EH，特别是收缩期高血压发生发展过程，甚至提示高血压可能就是加速心血管细胞衰老的表现。

3 端粒，端粒酶与心肌梗死

心肌梗死是因持续而严重的心肌缺血所致的部分心肌缺血坏死，是导致心衰的主要原因。我国近年来急性心肌梗死的发病率呈上升趋势，而且发病和死亡呈现年轻化。随着各种治疗手段出现，病人短期存活率有所上升，但心肌梗死引起的心肌损伤，始终无法自我修复，相当部分将形成慢性充血性心力衰竭。心梗发生后坏死区周围能观察到心肌细胞微弱的增殖[10]，心肌细胞的分裂复制能力的可能性仍有争议。在大鼠幼稚、成熟、衰老的心室肌中均可测得端粒酶活性，由此认为心肌细胞总数不变且不可替代的观点是错误的。由于增龄在雄性心肌端粒酶活性减少31%，在雌性却增加72%，说明雌性心肌存在很大生长潜能。心肌增生、肥大和存活均需要hTR的活性形式，因此认为hTR可延迟心肌细胞存在周期，促进心肌细胞存活，不可逆的细胞生存周期限制了在心肌梗死后慢性凋亡心肌损失的泵功能修复。但近年来研究表明干细胞在组织损伤和植移到新环境时可转分化为心肌细胞，但在心肌梗死部位不能转分化为心肌细胞[11]。Brouilette等测量了203例早期心肌梗死和180对照者的白细胞端粒长度，发现早期心肌梗死病人的白细胞长度短于对照组，仅相当于较其年长11.3岁者的端粒长度，端粒长度缩短者早期心肌梗死危险为正常者的2.8-3.2倍。

4 端粒，端粒酶与肿瘤

人类细胞端粒酶活性水平较低，必须创立一种高灵敏的检测方法，才能精确地进行肿瘤的诊断。人们对人体正常组织，多种良性病变及恶性肿瘤组织端粒酶的活性进行检测[13]，结果显示良性病变除干细胞显弱端粒酶活性外均无端粒酶活性。恶性肿瘤组织正好相反，绝大多数恶性肿瘤组织均显示明显端粒酶活性，并且90%以上癌旁组织端粒酶阳性，这说明端粒酶的表达活性可望作为多数类型肿瘤的标志，对肿瘤组织进行端粒酶活性检测和分析可作为术前准确判断病人预后建立良好基础。端粒酶检测还显示，不仅在癌组织中呈活性表达，而且在部分良性和癌前病变中也有表达[14]，如肝炎、肝硬化、良性脑膜瘤、胃腺瘤等。但端粒酶用于早期诊断可能只对某些病例有效，但是若能将转移癌细胞与外用血细胞分开，端粒酶的活性表达也可作为早期转移癌的标志。王亚冬等[16]发现PCR扩增未经修饰hTERT核心启动子原始序列并以hGAPDH为内参照，产物经2％琼脂糖凝胶电泳结果显示：胃癌细胞、乳腺癌细胞及成纤维细胞均存在hTERT核心启动子序列。甲基化特异性PCR扩增hTERT核心启动子部分序列，产物经1.5％琼脂糖凝胶电泳结果显示：胃癌细胞、乳腺癌细胞hTERT启动子区存在甲基化。而人胚肺成纤维细胞hTERT启动子区不存在甲基化。一般来说DNA甲基化往往抑制基因的表达，基因启动子区的低甲基化与其转录活性曾正相关。在肿瘤细胞主要表现为抑癌基因的高甲基化而失活，以及癌基因的低甲基化而被激活。但是恰恰相反hTERT阳性的胃癌细胞CpG岛存在甲基化，甲基化不仅参与hTERT基因的调控，而且这种调控并不抑制hTERT mRNA的表达。高晓东等[17]通过hTERT基因的全硫代修饰反义寡核苷酸(ASPS-ODN)特异性抑制hTERT基因mRNA的表达降低膀胱癌细胞T24端粒酶活性。Xu等[17]用染色质免疫沉淀反应在急性白血病病人中，端粒酶中的hTERT表达升高，而h TR、端粒酶协同蛋白却无相应升高。在慢性淋巴细胞白血病同正常人相比端粒长度在病早期轻度缩短，端粒酶活性较低。但随着病程进展其端粒不断缩短，而端粒酶的活性却不断增高。认为端粒长度在6.0kb以下者端粒酶活性较高。而在6.0kb以上者其活性常较低。端粒的缩短和端粒酶活性增高与慢性淋巴细胞白血病病人中位生存期明显缩短有显著相关性，此酶活性已成为该病的预后指标。用各种方法抑制端粒酶的活性，可有效抑制大多数肿瘤的生长，而对大多数正常细胞没有大的影响，虽然抑制肿瘤细胞端粒酶的同时也抑制了生殖细胞和造血干细胞端粒酶活性，但是此治疗设想比起凡是增生的细胞均起作用的常规化疗法副作用更少，疗效更高。

由此看来，端粒、端粒酶与心血管疾病、癌症是密不可分，但在人类端粒及端粒酶的基础研究中，还存在着许多问题，有待进一步研究，目前抑制端粒酶活性的高效抗肿瘤药物正在开发应用中，据报导，人参、灵芝孢子等胞内的活性物质可以通过抑制各种肿瘤细胞端粒酶活性而有效地控制肿瘤的增殖，端粒酶不但可以作为研制抗肿瘤药物的特意靶点，还可以成为肿瘤基因治疗的途径。