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编号:10260965
人端粒酶与肿瘤诊断治疗的关系
http://www.100md.com 《海军医学杂志》 1999年第1期
     作者:李 峻

    单位:海军医学研究所,上海市 200433

    关键词:端粒;端粒酶;肿瘤标记物;肿瘤治疗

    海军医学杂志990146 1 端粒和端粒酶

    端粒(telomere)是真核细胞生物染色体末端必不可少的结构。现已表明,人类染色体端粒DNA为一种特殊的核苷酸顺序,主要由与‘5TTAGGG3'片段反复串联组成,大约长2~15kb。这条链比其互补链在3'末处多出12~16个核苷酸,这些多出的核苷酸呈分子内简单折叠的结构,以G三G配对方式连接,弯回呈帽状保护着染色体,防止其断裂、重组、或降解,并促进核膜的粘着和减数分裂时生殖细胞的配对。

    端粒DNA常和非组蛋白结构蛋白质结合,它不具备编码蛋白质的功能,结构蛋白可使端粒免受酶和其他理化因素的影响,起着稳定染色体的作用[1]
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    端粒的长度被认为是细胞有丝分裂的“生物钟”。lwamaH等[2]报道,正常人在4岁至39岁期间,其外周血单核细胞染色体端粒长度每年大约缩短84bp;在40岁以后,每年大约缩短41bp。Harley等认为端粒的长度缩短至一定的临界值(2~4kb)时,细胞就启动停止细胞分裂的信号,细胞增殖能力就受到限制,开始衰老死亡,进入第一死亡期M1期;另外一些细胞由于癌基因、抑癌基因和生长因子相关基因突变,获得额外增殖能力,进入第二死期M2期。此时由于端粒酶仍为阴性,不能补充端粒长度的损失,大部分细胞死亡,而生存下来的细胞具有无限增殖的能力,成为永生型细胞,此时细胞端粒酶也变为阳性[3]

    端粒酶(telomerade)是一种能够不断地补充端粒DNA的核酸蛋白酶,由蛋白质和RNA组成,对温度和Rnase很敏感,是一种逆转录酶。它以自身RNA为模板在DNA3'端添加(TTAGGG)的序列,使端粒延长。Villeponteal等1995年克隆了人端粒酶RNA组分(hTR)含端粒重复序列的模板。Steenbergen等人的研究表明,人染色体3p和10p上可能存在着编码调整端粒酶的基因。Aulexier等人又发现人端粒酶RNA(hTR)的功能区主要在44~203区,全长hTR在170~179、180~189、190~199的突变几乎可使端粒酶丧失活性,说明这30个碱基序列结构是活性所必须的,其功能可能是通过结合端粒蛋白质成分对活性产生影响。但至今人端粒酶基因未被分离和克隆,这将是以后的研究热点所在[4]
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    正常人组织除了早期胚胎细胞、卵巢细胞、干细胞、以及其他增生活跃的组织以外,都无端粒酶阳性,只有当细胞获得永生性后,端粒酶可被激活,活性增强。但Hyeon等发现肿瘤细胞系SW480、NA50600、NA59和NA61在2~4GyX线照射下,尽管端粒酶活性增强3~7倍,端粒仍缩短到0.29~2.1kb,染色体仍出现末端融合、缺失等现象[5]。说明端粒酶补充修复也是有限度的。

    2 端粒酶活性测定方法学研究进展

    端粒酶活性原先靠测定细胞提取物将端粒片段互补至3'端的能力来反映。Kim(1994)等提出了端粒重复片段扩增法(TRAP)。TRAP主要原理是用去污剂将端粒酶中的RNA提取出,逆转录为cDNA,并以此作为模板,与端粒酶结合,在端粒酶作用下延伸cDNA模板,以模板的非重复顺序(5'AATCCGTCGAGCAGAGTT3')及延伸重复单位互补顺序5'(CCCTTA)3 CCCTAA3'为PCR扩增引物,这样便可以扩增出一系列相差6个核苷酸的DNA片段,在聚丙烯酰胺凝胶电泳后经银染或杂交可以观察到DNA梯度。
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    近年来,TRAP法因其灵敏、特异等优点,在基础研究与临床上被广泛应用。它检测的对象不仅是癌肿组织,也可以是各种体腔积液或冲洗液[6],为检测的无创伤性、易行性都提供了条件。Poremba和Hiyama等[6]用TRAP法检测癌肿活检组织的端粒酶阳性率分别为93%、90%。Elizabeth等[7]检测膀胱癌脱落细胞的阳性率Ⅰ期为74%,Ⅱ期84%,Ⅲ期87.5%,而脱落细胞阳性检出率分别只有13%、44%、82%。TRAP对卵巢癌、宫颈癌的检出率也高达83%[8]

    然而,TRAP法作为一种非线性非定量的方法,也受到诸因素的影响,其中最常见的是RNA聚合酶抑制剂的存在。因此在对某些粘液癌检测中,虽其恶性程度很高,但端粒酶活性却检测不出。所以,目前德国宝灵曼公司和美国Oncor公司等试剂盒制造商都引用了一定长度的核苷酸序列作内标物来控制这种方法学上的假阴性[9]
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    由于TRAP存在放射自显影方法的费时、污染、成本昂贵、高本底等缺点,研究者又相继推出生物素、荧光素[10]等标记技术。Hirose[11]等用acridinium- ester标记的杂交保护技术来检测端粒酶活性,具有更加快速、简便、可靠的优点,适用于临床。

    3 端粒酶与肿瘤的诊断和预后

    目前大量相关研究已发现85%的胃肠道恶性肿瘤、80%~85%的肝细胞癌、94%的神经胶质细胞癌、80%的肺癌、93.3%的头部恶性肿瘤及87%的胰腺癌,其端粒酶活性明显提高。

    EisoHiyama等[12]对140例乳癌患者肿瘤细胞端粒长度和端粒酶活性作了检测。根据肿瘤病理分期的不同,其端粒酶阳性检出率分别为Ⅰ期68%,Ⅱ期98%,Ⅲ期100%。他们还对这140例患者中的55例癌旁组织的端粒酶活性进行了检测,只有2例(4%)为阳性。以往一直认为肿瘤分期、组织类型、淋巴结转移这些影响癌症预后的重要因素与端粒酶活性无关联,但Hiyama等的研究表明,端粒酶阴性患者较端粒酶阳性患者病程分期要早,淋巴结转移率要低,肿瘤体积要小,而且转移灶的端粒酶活性比原发灶的活性明显提高,这可能与肿瘤组织成份更加单一有关。Albanell等[13]也在99例原发性肺癌患者中发现了端粒活性与病理分期、淋巴结转移、Ki-C7基因免疫染色等因素在统计学上存在着明显的相关性。Asai等[14]对食管癌的研究也有类似的报道。他们检测了食管癌细胞端粒的长度、端粒酶活性、端粒酶的mRNA表达水平、肿瘤细胞的分化程度以及对化疗药物顺铂的敏感程度,发现端粒的长度、细胞的分化程度与端粒酶的活性成负相关,端粒长度短、分化程度差的食管癌细胞对化疗药物的敏感性大大低于端粒长度长、分化程度高的食管癌细胞,这样的患者的预后往往更差一些。
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    Kim[15]等指出肿瘤组织分化程度越低,其端粒酶活性越高,基因突变率也越高,因而术后预后愈差。Gryfe[16]在结直肠组织中发现伴随着强阳性端粒酶活性,癌肿组织还存在着三类基因突变——Kras等癌基因,Apc、Dpc4、MADR2等抑瘤基因和hmsh2、hmch1等DNA修复基因。Sayvoysky等用1-25-(OH)2-D3或全反型视黄酸诱导HL60细胞分化,可检测到端粒酶活性降低,认为主要与P21和RbmRNA的过高表达有关,进一步实验证明了端粒酶在诱导人类肿瘤分化过程中是一种调节酶,肿瘤细胞的分化程度与其活性成反比。

    越来越多的研究结果表明,端粒酶活化是细胞获得不死性的必需途径,而获得不死性是肿瘤恶变的重要一环,所以端粒酶活性作为一种标记物在肿瘤早期诊断、鉴别、预后观察上的应用价值正日益受到重视。

    4 端粒酶的抑制剂与肿瘤治疗
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    由于端粒酶活性升高是肿瘤细胞逃逸程序性死亡而获得肿瘤过度增生性的一个必不可少的因素,所以许多研究者试图通过抑制端粒酶活性来进行抗肿瘤治疗。

    Yegorov、Strahl等[17]发现,反转录酶抑制剂如叠氮胸腺嘧啶和carboeir、dideoxyguanosine能抑制永生型细胞的端粒酶活性,使细胞趋于死亡。Burger等[18]利用TRAP法和RT-PCR法观察到顺铂作为端粒结构的偶联剂,不仅能抑制端粒酶的作用,而且是治疗睾丸癌症的一个重要方法。Fletch等发现7-dea2a-dATP、7-dea2a-dGTP是潜在的端粒酶抑制剂,两者都可通过端粒酶的催化作用掺入到端粒DNA中,从而使端粒过早地缩短,这些工作都为研究端粒酶抑制剂提供了新的途径。然而,端粒酶抑制是否会对淋巴细胞、表皮细胞等具有再生能力的正常细胞产生毒性,及这种毒性是否可逆,这些都是有待研究的问题。

    根据端粒酶活性与肿瘤分化的相关性,科学家们发现了二甲基亚砜[19]、1.25-(OH)2-D3等多种分化诱导剂,能够引起肿瘤细胞端粒酶活性可逆性降低,促进细胞凋亡。
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    Kondo等[20]最近把含端粒酶反义cDNA的质粒转染到神经胶质瘤细胞株U251-MG,发现顺铂可引起转染后细胞端粒酶的显著下降,顺铂对瘤细胞的半数致死量IC50由转染前的8.2mg/L下降到转染后的2.5~3.5mg/L,敏感性大大提高。研究表明,端粒酶和bcl-2、MDM2癌基因的表达和P53抑癌基因的突变都与某些肿瘤细胞对抗化疗药物的耐药性有关。但是体内条件下反义RNA易被核酸酶降解,致使疗效受到限制。Norton、Meta等指出反义肽苷酸和硫代反义核苷酸,两者具有高度亲和性、高度特异性和抗降解能力等优点,故将成为一种非常有希望的抗癌制剂[21]

    端粒酶的研究近几年方兴未艾,大量研究表明,端粒及端粒酶与肿瘤的发生、发展及诊断和治疗密切相关,在研究和应用上必将具有广阔的前景。

    参考文献

    1 Robert K,Juoy M,L Scott et al. A highly conservedrepetitive DNA sequence, (TTAGGG)n present at the telomeres of human chromosomes. Proc Natl Acad Sui USA, 1998, 85:6622
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    2 Iwama H, Ohyashiki K, Ohyashiki JH et al. Telomeric length and telomerase activity vary with age in perpheral blood cells obtained from normal individuals. Humgenet, 1998, 102(4):397

    3 Keiko Hiyama, Hiyana E, Ishioka S et al. Telomerase activity in Small-Cell and Non-Small-Cell lung cancers, 1995, 87(12):895

    4 Steenbergen RD, Walboomers JM, Meijercy et al. Transition of human papillomavirus type 16 and 18 transfected human foreskin keratinocytes towards immortality. Oncogene, 1996, 13(6):149
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    5 Hyeon Joo O, Hande MP, Lansdorp PM et al. Induction of telomerase activity and chromosome aberrations in human tumor cell lines following X-irradiation. Hutat Res, 1998, 401(1-2):121

    6 Poremba C, Bocker W, Willeenbring H et al. Telomerase: activity in human proliferative breast lesions. Int J Oncol, 1998, 12(3):641

    7 Lee DH, Yang SC, Hong SJ et al. Telomerase: a potential marker of bladder transitional cell carcinoma in bladder washes. Clin Cancer Res, 1998, 4(3):535
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    8 Murakami J, Nagai N, Ohama K et al. Telomerase activity in body cavity flud and peritoneal washings in uterine and ovarian cancer. J Int Med Res, 1998, 26(3):129

    9 Kavaler E, Landman J, Chang Y et al. Detecting human bladder carcinoma cells in voided urine samples by assaying for the presence of telomerase activity. Cancer, 1998, 184(4):708

    10 Aldous WK, Grabill WK. A fluorescent method for detection of telomerase. Diagn Mol Pathol, 1997, 6(2):102
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    11 Hirose M, Abe-Hashimoto J, Ogura K et al. A rapid, useful and quantitative method to measure telomerase activity by hybridization protection assay connected with a TRAP. J Cancer Res Clin Oncol. 1997, 123(6):337

    12 Eiso Hiyama. Telomerase activity in human breast tumors, J Natl Cancer lnst, 1995, 88(2):116

    13 Albanell J, Lonardo F, Rusch V et al. High telomerase activity in primary lung cancers. J Natl Cancer Inst, 1997, 89(21):1609
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    14 Asi A. Telomere length, telomerease activity telomerease RNA expression in human esophageal cancer: correlation with cell proliferation, differation and chemosensitivity to anticancer drugs. Anticancer Res, 1998, 18(3A):1465

    15 Kim JW, Cho YH, Kwon DJ et al. Aberration of the P53 tumor suppressor gene in human epithelial ovarian carcinoma. Gynecol Oncol, 1995,57:199

    16 Gryfe R, Swallow C, Bapat B et al. Molecular biology of colorectal cancer. Curr Probl Cancer, 1997, 21(5):233
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    17 Strahl C, Blackburn EH. Effects of reverse transcriptase inhibitors on telomerase actvity in immortalized human cell lines. Mol Cell Biol, 1998, 16:53

    18 Burger AM, Double JA, Newell DR et al. Inhibition of telomerase activity by cisplatin in human testicular cancer cells. Eur J Cancer, 1997, 33(4):638

    19 Harma S, Raymond E, Soda H et al. DMSO causes a reversible inhibtion of telomerase activity in a Burkitt lymphoma cell line. Leuk Res, 1998, 22(8):663

    20 Kondo Y, Kondo S. Inhibition of telomerase increases the susceptibility of human malignant glioblastoma cells to cisplatin-induced apoptosis. Oncogene, 1998, 16(7):2243

    21 Norton JC. Inhibition of human telomerase activity by peptide nucleicacids. Nat Biotech, 1996,14(5):615

    (收稿:1998-11-13), http://www.100md.com