周婉婉， 梁 冰， 胡丙清

(蚌埠医学院第一附属医院老年病科，安徽蚌埠 233000)



端粒、端粒酶与肺癌的相关性研究进展

周婉婉， 梁 冰， 胡丙清

(蚌埠医学院第一附属医院老年病科，安徽蚌埠 233000)

肺癌是严重危害人类健康的疾病，是当今世界最常见的恶性肿瘤之一，也是癌症死亡的主要原因之一。全球统计数据显示，肺癌占所有新诊断癌症的13 %，占所有癌症相关死亡原因的18 %。尽管针对肺癌的多学科综合治疗已达到了新的水平，但由于缺乏行之有效的肺癌早期诊断体系，大多数患者确诊时已处于中晚期，导致肺癌发病率和死亡率居高不下。到目前为止，我国肺癌患者的总体5年生存率仅约为15 %。端粒酶作为目前已知的最具肿瘤特异性及广谱性的肿瘤标志物之一，因其在激活的状态下，通过以自身为模板合成端粒，补偿细胞分裂时端粒的缩短，使细胞具有无限分裂增殖能力。故端粒酶的活性表达与肿瘤的发生、发展密切相关，并成为近年来人们在研究肺癌以及其他肿瘤的诊治新思路及新方法的热点。

1 端粒的结构与功能

端粒是位于真核细胞染色体末端特殊的核糖核蛋白复合物，是由富含鸟嘌呤的简单DNA高度重复序列沿着5’到3’方向延伸的DNA链及相关蛋白组成[1]。在人体中，端粒DNA序列为TTAGGG/CCCTAA，端粒末端通过3′单链突出侵入到端粒的双链中，形成一个套锁样的结构，并在其周围包绕着许多蛋白。这些端粒结合蛋白包括端粒重复序列结合因子1(telomeric repeat binding factor 1,TRF1)、端粒重复序列结合因子2(TRF2)、端粒保护蛋白1(protection of telomerel,POT1)、TRF1相互作用核因子2(TIN2)和TPP1(POT1和TIN2组蛋白)、抑制/激活蛋白(RAP1)，该蛋白混合体又称为Shelterin复合体[2]。这些蛋白特异性地结合端粒形成复合体后，具有保护染色体不被核酸酶降解、防止染色体相互融合、为端粒酶提供底物、解决DNA复制的末端隐缩、保证染色体的完全复制等功能。

人体细胞内端粒的长度可高达50 kb，但由于DNA半保留复制的特点，DNA聚合酶不能完全复制到DNA双链中随从链的最末端，因此在每一个细胞分裂时端粒将失去50～200 bp个碱基[3]，当端粒长度缩短到一定程度时，会导致细胞复制功能衰退，引起细胞的衰老或死亡。

2 端粒酶的结构和功能

端粒酶最早被发现于四模虫中，是人体细胞内负责端粒延伸的特异性反转录酶。端粒酶主要由与端粒DNA互补的人端粒酶RNA(telomerase RNA component,TERC)、具有反转录酶活性的人端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transciptase，TERT)、端粒酶相关蛋白组成[4]。其中TERC含有与端粒互补的序列，是端粒重复序列复制的模板。而TERT作为端粒酶的催化亚单位，其基因由约37 kb大小的基因组DNA组成，包括33 kb的内含子序列以及共4 kb大小的16个外显子组成，该基因起到使TERT基因转录的作用[3]。端粒酶的组成中含有多种蛋白质，如具有保护TERC功能的蛋白质复合物，该蛋白复合体由角化不良蛋白、NOP10、NHP2和GAR1组成[5]以及对端粒酶的活性起到调控作用的蛋白质，一些具有H/ACA box的snoRNA结合蛋白、甘氨酸-精氨酸富含蛋白1以及potin/reptin和端粒酶Cajal body蛋白1等[2]。

在正常人体细胞中，除了造血细胞、干细胞和生殖细胞，绝大多数体细胞中端粒酶的活性受到抑制。而在癌细胞进展过程中，端粒酶则被激活，因此端粒酶的激活在细胞的恶变过程中起到重要作用。研究表明，在癌变细胞中端粒酶主要通过TERT催化TERC逆转录来维持肿瘤细胞端粒长度的动态平衡，从而使细胞得以无限增殖[6]，且TERT基因只在端粒酶活性阳性的细胞中表达。同时一些报告显示，在不同的肿瘤类型中，端粒酶活性和TERT表达之间有很强的相关性，提示TERT基因的转录可以作为主要的调节步骤。

3 端粒酶在肺癌方面的研究

端粒酶在肺癌组织中具有较高的阳性表达率，非小细胞肺癌端粒酶阳性率约62 %～94 %，小细胞肺癌的阳性率约为90 %～100 %[7]。卢敏等[8]在30例非小细胞肺癌患者的手术切除的肺组织中发现端粒酶阳性率达83.3 %，而在正常肺组织中无阳性表达；对不同分期及分型的患者进行比较发现，端粒酶活性阳性率随肿瘤分期的进展而升高，而肿瘤分期高的患者预后差，与肿瘤分型无相关性。盛赠美等[9]通过对90例NSCLC组织研究发现，端粒酶阳性率为75.6 %，明显高于20例非肺癌组织25 %的阳性率，且端粒酶在有淋巴结转移组的阳性率高于无淋巴结转移组，临床诊断为中晚期非小细胞肺癌的端粒酶阳性率明显高于临床早期，而端粒酶的表达与非小细胞肺癌的病理分型无关。最近，全基因组关联研究已经表明，5p15.33染色体区域影响着肺癌的易感性，这个区域中含有编码TERT的基因，而TERT则是影响端粒酶活性的主要因素[10]。TERT基因启动子的多态性也被证明调控TERT的表达，从而影响端粒的长度和罹患肺癌的风险。此外，在一个全基因组关联分析中已证明近似TERC的常见变异体与端粒长度具有相关性。Yang等[11]通过meta分析方法对3 354病例和3 518例对照的TERT基因上rs2736098单核苷酸多态位点与亚洲人群患肺癌风险性的关联进行了病例对照研究，结果提示TERT rs2736098遗传的等位基因可以明显增加患肺癌的风险。这些研究表明，端粒酶活性影响端粒长度，并由此影响肺癌发生的风险，进一步证实端粒酶活性和肺癌的风险之间具有相关性的观点。

随着端粒酶活性与肺癌相关性研究的逐渐深入，涉及端粒酶机制的治疗方法也成为现在的研究热点之一。端粒酶抑制剂主要针对端粒酶活性及维持端粒长度的3个必要组成部分起作用。而TERT作为调控端粒酶活性的主要部分，其过度激活有助于保持端粒长度与细胞永生化。有学者通过Western印迹和RT-PCR方法发现，褪黑激素联合黄连素处理的H1299细胞与仅经过黄连素处理的H1299细胞相比较，明显加强了黄连素介导的对AP-2β和hTERT表达水平的抑制作用，有效提高了黄连素对hTERT启动子活性的抑制作用；其结果还表明，褪黑激素对肿瘤细胞生长的抑制是通过AP-2β/hTERT基因、半胱天冬/细胞色素C、NF-κB/COX-2和Akt/ERK依赖性信号途径的同时调制介导。有研究中发现肺癌细胞中CBP其特异siRNA被敲除或在RFPL3的表达被其抑制剂抑制时，RFPL3结合hTERT启动子的能力则会明显降低。当上调或下调RFPL3和CBP两种蛋白的其中一个，而另一个不变时，就会相应地激活或抑制hTERT基因表达和端粒酶活性，进而促进或抑制肺癌细胞的生长，并发现RFPL3与CBP是通过CBP诱导RFPL3蛋白的乙酰化和它们在TERT启动子区域的共同锚点来上调TERT的表达。Vicki[12]报道一个研究团队用腺病毒携带端粒酶靶向药物来搜索并摧毁肿瘤细胞，其Ⅰ期研究中有16例患者应用了由腺病毒携带的telomelysin或OBP-301药物的患者，其中有11例病情得以缓解。

除TERT外，另一个目标是充当模板的RNA组分，Julia等[13]开发了脱乙酰壳多糖包衣聚丙交酯共乙交酯(PLGA)纳米颗粒，该颗粒能介导2-O-甲基RNA导入人肺癌细胞的过程。该研究结果表明由脱乙酰壳多糖包衣PLGA纳米介导的抑制剂相对于单独反义寡核苷酸明显增强了细胞摄取能力，在长期治疗(15周)后肺癌细胞中端粒酶活性降低了约80 %。此外，纳米颗粒介导2-O-甲基核糖核酸转染的A549细胞中端粒的长度从5.9 kb的缩短到4 kb。而Geron公司也是基于寡核苷酸的治疗策略设计了药物GRN163L或imetelstat，该药是一个结合于端粒酶催化位点的短链脂化寡核苷酸。第3种方法则是针对相关的蛋白质来抑制端粒酶，如TRF1、GV-1001等。上述研究均围绕端粒酶激活的分子机制和调控机制进行,部分药物尚处于试验阶段，但也有一些药物已应用于临床。

端粒酶在肿瘤的发生发展中起着重要的作用，因其几乎在所有的癌症中存在着较高的水平，使其一直被认为是潜在的药物靶点。在肺癌方面，大量研究结果显示，端粒酶活性测定在肺癌的诊断及预后方面具有较高的价值。端粒酶活性调节机制在肺癌发生发展过程的深入探讨,将使得端粒酶及端粒酶抑制剂的研究在肺癌的诊断和治疗方面取得突破性的进展。

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