当前位置: 首页 > 期刊 > 《医学与哲学》 > 2000年第12期
编号:10279233
端粒酶的调控在肿瘤治疗中的启示
http://www.100md.com 《医学与哲学》 2000年第12期
     作者:张蕾 温洪涛 张云汉

    单位:河南医科大学,河南 郑州 450052

    关键词:

    医学与哲学001211中图分类号:R730.5 文献标识码:A

    文章编号:1002-0772(2000)12-0032-03

    1 端粒酶与肿瘤的关系

    早在1990年,人们就注意到端粒酶与肿瘤的关系。在人体内,正常的体细胞因缺乏端粒酶活性,随着细胞的分裂,端粒持续丢失,直到细胞死亡。而在具有永生性的细胞株中,存在着极高的端粒酶活性,端粒酶对端粒的不断合成,使端粒的长度保持稳定,细胞获得无限的增殖能力,进而发展成为肿瘤。

    自1994年Christopher等人发现,体外癌细胞株及人体的卵巢癌都有端粒酶活性的高表达以来,迄今已积累了较多的资料。目前的研究资料表明,端粒酶几乎在人类恶性肿瘤中均有不同程度的高表达,其活性的检出率为85%~95%,而肿瘤周围的正常组织及良性病变中的检出率仅为4%[1]。而且有研究表明,端粒酶活性与肿瘤的恶性程度、肿瘤的大小、淋巴结的转移、肿瘤的分级和预后密切相关。肿瘤的端粒酶活性高,则恶性程度高,复发转移率高,预后差;相反,则恶性程度低,复发转移率低,预后好[1]。这些都提示,端粒酶的激活在肿瘤发生和发展中起着重要的作用,并在肿瘤的诊断及预后评估中具有潜在的价值。
, 百拇医药
    2 端粒及端粒酶的调控在肿瘤治疗中的意义

    由端粒酶的活性与肿瘤的关系可以看出,端粒酶是肿瘤发生与发展的因素之一,是正常细胞不存在或活性较低的细胞成分。另外,端粒酶的活性还可能是细胞永生化或恶化的共同通道,是肿瘤细胞克隆繁衍,使恶性肿瘤得以发展的重要因素。因此,以限制端粒酶活性及端粒扩充为目标的肿瘤基因治疗,已成为当前肿瘤研究的新靶点,它比以往单纯针对某个癌基因为目标的肿瘤基因治疗,具有更广阔的临床应用前景。目前限制端粒酶活性的研究正在广泛而深入的展开中,其主要途径有:

    2.1 以端粒结合蛋白为靶点的基因治疗端粒结构由端粒重复序列和端粒结合蛋白(TRF)组成,TRF包括两类,其中TRF1调节端粒长度,而TRF2维持端粒的完整。现已分别构建了缺乏功能区的TRF1和TRF2的腺病毒表达载体,载体的表达产物具有抑制TRF1和TRF2的作用。转染肿瘤细胞后,TRF1及TRF2的抑制蛋白同时表达时,则能减少TRF1的产量,并引起细胞迅速凋亡[2]。提示端粒不完整或缩短可不通过衰老途径而直接引发凋亡之信号。因此,抑制端粒结合蛋白在今后的肿瘤治疗中可能具有很大的潜力。
, 百拇医药
    2.2 以端粒酶RNA组分为靶点的基因治疗:(1)反义抑制端粒酶RNA:由于只有与模板区RNA及其周围序列互补的反义寡核苷酸(ASON)才具有端粒酶活性的抑制作用,因此,封闭人类端粒酶RNA(hTR)模板区是反义治疗的核心[3]。广泛开展的研究资料显示,寡核苷酸(ODN)、肽核酸(PNA)、2'-O-甲基ASON、硫代磷酸ASON(PS-ASON)因其各自的优点而成为非常有效的抑制端粒酶活性的反义抑制剂。另外,利用带有端粒酶反义RNA的载体转染肿瘤细胞后,通过诱导凋亡和分化两条途径,来抑制端粒酶活性以及利用某些反义癌基因(反义C-myc基因)、抑癌基因(p21,p27,Rb)下调端粒酶活性,也是肿瘤治疗的另一手段。(2)针对端粒酶模板区的操作:根据核酶具有特殊核酸内切酶活性的功能而设计的锤头状核酶(Telo-R2),具有特异性切割hTR模板区序列的功能[4],因此,核酶成为一种高效、低毒的肿瘤抑制剂。另外,通过诱导端粒酶模板区突变,从而合成含有突变的端粒重复序列,或竞争地结合于端粒相关蛋白上,抑制正常端粒的合成,以及激活内源性核酸酶,都可以达到有效抑制端粒酶模板的作用。
, http://www.100md.com
    2.3 以端粒酶蛋白组分为靶点的基因治疗:由于端粒酶蛋白是维持端粒酶结构和功能所必需的,因此,抑制此类蛋白质必将降低端粒酶活性。现已有报道,人类端粒酶催化亚基(hEST2/hTRT)及一种海洋微藻类多糖与端粒酶活性关系密切[5,6]

    2.4 分化诱导剂在肿瘤治疗中的应用:由于端粒酶活性在未分化的组织干细胞或肿瘤细胞中高表达,而在正常分化的体细胞中检测不到,提示端粒酶与细胞分化密切相关,并随着细胞分化的进行,其活性逐渐降低以至消失。研究发现促分化剂二甲基亚砜能可逆地抑制肿瘤细胞端粒酶活性,是细胞生长抑制,并停滞于(G1)期。分化诱导剂1,25-二羟维生素D3、TPA、维甲酸等则可诱导肿瘤细胞终末分化,并降低其端粒酶活性[7]。由此可见,分化诱导剂对端粒酶活性、细胞增殖及分化产生深远的影响,是很有希望的抗肿瘤药物。

    2.5 逆转录酶抑制剂在肿瘤治疗中的应用:端粒酶是合成端粒DNA的特殊逆转录酶,其转录过程可被逆转录酶抑制剂所阻断。研究显示,应用逆转录酶抑制剂叠氮胸苷(AZT)及双脱氧核苷酸ddG共同处理肿瘤细胞可有效地抑制端粒酶活性,缩短端粒长度[8]。近来有资料表明,7-脱氮-dGTP与7-脱氮-dATP也是端粒酶活性的有效抑制剂,其IC50低于100 μmol[9]。上述结果显示出竞争性逆转录酶抑制剂的良好应用前景。
, http://www.100md.com
    2.6 底物竞争抑制剂在肿瘤治疗中的应用:现已设计出模拟端粒序列的寡核苷酸(ODN)六聚体(5'dTTAGGG3'),作为端粒酶的底物,能与正常端粒竞争端粒酶的结合位点,达到抑制端粒酶活性,限制端粒扩充的目的。体外实验显示,该ODN能有效抑制肿瘤细胞生长,延长倍增时间,诱导细胞凋亡;动物体内实验显示,该ODN可引起肿瘤体积明显缩小及转移淋巴结数目减少,并且这种抑制作用具有剂量的依赖性[10]。因此,一些序列类似端粒的ODN可竞争性抑制端粒DNA与端粒酶的结合,是有效的肿瘤抑制剂。

    2.7 染色体转导在肿瘤治疗中的应用:如果调节端粒酶活性的染色体缺失或突变,可使端粒酶基因复制及转录失控,则上调端粒酶活性。近来研究表明,正常3号、7号及11号染色体上的某些基因,对端粒酶催化亚基的表达和端粒酶活性有明显的抑制作用[11]。由于端粒酶活性调节过程涉及多个调节基因的功能,因此将整条正常染色体导入该染色体缺陷的肿瘤细胞中,与单个基因的转导相比,具有明显的优势,是肿瘤治疗的重要途径。
, 百拇医药
    3 展望

    综上所述,由于端粒、端粒酶与肿瘤的密切关系,以及端粒酶调控在肿瘤治疗中具有的特异性和普遍性特点,使端粒酶成为目前已知的最为广谱的肿瘤分子标记物,并使其成为当今肿瘤防治领域中最受重视的新靶点之一。但是,任何事物都是一分为二的,端粒酶的调控在肿瘤治疗中的应用也有一定的隐忧,其存在的尚未解决的问题是:(1)正常的组织干细胞、骨髓造血干细胞及生殖细胞也有一定的端粒酶活性,端粒酶抑制疗法有可能会影响这些细胞的功能。但在一般情况下,干细胞处于静止状态,而且其端粒酶长度往往长于肿瘤细胞,因此,适当地控制疗程或加以特定的靶向,将不会发生严重的副作用。尽管如此,端粒酶抑制剂的毒性评价仍然是一个十分棘手的问题。(2)在以端粒酶为靶点的抑制剂开发中,一个相关问题就是动物实验的难题,经常使用的啮齿类动物与人类的端粒酶活性和端粒状态有很大差别,在鼠类的肝脏中,端粒酶活性较高,甚至高于某些肿瘤,而在人体的正常肝脏中,其活性非常低,甚至检测不出来。因此,观察端粒酶抑制剂对癌组织的抑制效果时,动物身上发生的作用和副作用,与人类可能存在相当大的差别。因此,建立合适的动物模型是当前一个很迫切的问题。(3)个别肿瘤细胞具有较长的端粒(>10 Kb),其随细胞有丝分裂而缩短是一个缓慢的过程,另外还存在不依赖端粒酶活性而延伸端粒的途径,这时端粒酶抑制剂能否导致所有肿瘤细胞死亡,也是一个有待进一步证实的问题。(4)实体瘤的治疗是当前肿瘤治疗的难点,端粒酶抑制剂同样很难对实体瘤发挥作用。因此,有待进一步深入研究实体瘤端粒酶活性的维持机制,并针对这种机制设计端粒酶抑制剂,从而在实体瘤的治疗中获得突破。
, http://www.100md.com
    4 几点启示

    4.1任何肿瘤从诱发到进展都是一个多阶段的过程,肿瘤的发生和发展的多阶段理论可分为:启动、促癌、进展和转移几个阶段。虽然目前尚未完全阐明肿瘤癌变的机制,但在许多方面都取得了突破性进展。端粒、端粒酶及其与肿瘤的关系方面已取得的进展,为以端粒酶为靶点的肿瘤治疗提供了良好的前景。目前认为肿瘤的发生是由于端粒随细胞分裂而缩短,缩短到一定程度后,激活端粒酶,使端粒延长,并保持相对稳定的长度,细胞获得无限的增殖。端粒酶的激活是肿瘤发生的内在基础。要治疗肿瘤,就必须从根本上限制端粒酶的活性及端粒扩充。因此,肿瘤的基因治疗从根本上讲是一种治本的方法,即病因治疗。因此,端粒酶的调控为肿瘤治疗提供了更强有力的治疗手段,已成为当代肿瘤基因治疗更具特异性和普遍性的新热点。

    4.2 通过调控端粒酶进行肿瘤治疗这一思路的提出不是凭空想象出来的,期间经历了环环相扣、紧密相连的多阶段基础理论研究。先有人发现了端粒这一染色体末端的“帽状”结构及其对染色体的保护和稳定作用,接着有人发现了染色体复制的自身缺陷,为了解释为什么在复制的自身缺陷的情况下,某些细胞不发生死亡,进一步的研究才发现了端粒酶。然后才逐步揭示了端粒与端粒酶的关系、端粒酶的调控机制、端粒酶与肿瘤的关系以及端粒酶的调控在肿瘤治疗中的意义。
, http://www.100md.com
    作者简介:张蕾(1968-),女,河南郑州人,主治医师,河南医科大学病理学在读博士。

    参考文献:

    [1] 苑 昕,张 波,应建明,等.端粒酶基因在人肿瘤组织中的表达[J].中华病理学杂志,2000,29(1):16-19.

    [2] JAN K,DOMINIQUE B,YUMIN D,et al.p53 and ATM dependent apoptosis induced by telomerase lacking TRF2[J].Science,1999,283:1 321-1 325.

    [3] FENG J,FUNK W D,WANG S S,et al.The RNA component of human telomerase[J].Science,1995,269:1 236-1 241.
, http://www.100md.com
    [4] 屈 艺,欧阳雪松,刘书秋,等.核酶抑制端粒酶活性的实验研究[J].中华医学遗传学杂志,1999,16(3):133-137.

    [5] SHYAM R,URS E,HEINZ M,et al.Expression profile of the putative catalytic subunit of the telomerase gene[J].Cancer Research,1998,58:622-625.

    [6] SOGAWA K,SUMIDA T,HAMAKAWA H,et al.Inhibitory effect of a marine microalgal polysaccharide on the telomerase activity in k562 cells[J].Res Commun Mol Pathol Pharmacol,1998,99:259-265.

, 百拇医药     [7] LIU J,GUO J,LUO Y,et al.All trans-retinoic acid suppresses in vitro growth and down-regulates LIF gene expression as well as telomerase activity of human medulloblastoma cells[J].Anticancer Res,2000,20(4):2 659-2 664.

    [8] CATHERINE S,ELIZABETH B.Effects of reverse transcriptase inhibitors on telomere length and telomerase activity in two immortalized human cell lines[J].Molecular and Cellular Biology,1996,16:53-65.

    [9] TERACE M F,MIGUEL S,SHIH F C.Human telomerase inhibition by 7-deaze-2-deoxypurine nucleosibe triphosphates[J].Biochemistry,1996,35:15 611-15 617.
, http://www.100md.com
    [10] MATA J E,JOSHI S S,PALEN B,et al.A hexameric phosph-

    orothioate oligonucleotide telomerase inhibitor arrests grouth of Burkitt's lymphoma cells in vitro and in vivo[J].Toxicel Appl Pharmacol,1997,144:189-197.

    [11] HORIKAWA I,OSHIMURA M,BARRETT J C.Repression of the telomerase catalytic subunit by a gene on human chromosome 3 that induces cellular senescence[J].MolCarcinog,1998,22:65-72.

    收稿日期:2000-10-26, 百拇医药