您的当前位置:首页正文

端粒酶及端粒酶抑制剂的研究

2022-07-12 来源:九壹网
维普资讯 http://www.cqvip.com 口腔颌面外科杂志2007年9月第17卷第3期 Journal of Oral and Maxillofacial Surgery Vo1.1 7 No.3 September,20(t7 ・285・ 端粒酶及端粒酶抑制剂的研究 李晋芳(综述)廖建兴(审校) (同济大学附属13腔医院13腔颌面外科.上海200072) 【关键词】端粒;端粒酶;端粒酶抑制剂;恶性肿瘤治疗 【中图分类号】R739.8;Q55 【文献标识码】A 【文章编号】1005-4979(2007)03.0285.04 Telomerase and Telomerase Inhibitor LI Jin-fang,LIA 0 Jian—xing (Department ofOral and Maxillofacial Surgery,Hospital ofStomatology, Tonal University,Shanghai 200072,China) [Key words】telomere;telomerase;telomerase inhibitor;carcinoma treatment 随着生物医学的进步,人类对端粒和端粒酶的认 识也不断深入。随着医学科学以及肿瘤分子生物学研 究的发展,肿瘤的诊断与治疗手段已经出现了生物、 一个60 kb的同源二聚体双链TI'AGGG重复序列 区和一个DNA结合折叠的同源区,N端是酸性疏水 区。另一个端粒结合蛋白是TRF2.它与TRF1很相 结合蛋白,包含一个Myb型的C端螺旋.转折一螺旋 基因等多种新的方法。其中对细胞端粒(teromere1、 端粒酶(telomerase)的研究已有了较大的进展。本文 就国内外有关端粒、端粒酶及端粒酶抑制剂的最新 研究进展作一综述,并讨论了其应用前景和可能面 临的问题。 1 端粒、端粒酶及其与肿瘤的关系 似,所不同的是其N端碱性很强.两种蛋白在体外都 专一性地与双链TI'AGGG重复序列结合.在体内则 位于端粒。在功能方面TRF1主要调控端粒的长度, TRF2则可以防止染色体末端相互融合。 1-2端粒酶(telomerase1 端粒酶是一种具有逆转录酶活性的核糖核蛋 白。它含有与端粒DNA互补的RNA模板,可以结合 1.1 端粒(telomere1 端粒是由短串联重复DNA序列及端粒蛋白构 成的帽状结构,位于染色体DNA的3’端。在完成染 色体末端复制、防止染色体末端融合、调控细胞寿命 等方面发挥重要作用。人的端粒DNA序列由长约 5~15 kb的(TI'AGGG)n的串联重复片段组成。随着 细胞分裂.每代大约丢失50~200 bp。端粒形成的特 在端粒DNA上.通过有转录活性的蛋白部分使之延 伸.从而解决了真核细胞分裂中的末端复制问题。如 果细胞内端粒酶活性异常表达.就会使细胞获得“永 生性”[i.21,进而转化为癌细胞。因此,它对维护基因组 的遗传稳定性与细胞的增殖转化都具有重要意义。 其核心成分为人端粒酶RNA fhuman telomerase 殊结构为染色体提供了保护性帽子.使DNA免遭核 酸酶及连接酶的破坏.预防DNA损伤后断端染色体 的粘连.在染色体定位和复制中起到重要作用。而大 多数肿瘤细胞能通过表达端粒酶维持其端粒长度稳 定.从而绕过衰老和危机两个死亡期而无限增殖。在 人类已经鉴定出两个端粒重复序列结合蛋白 ftelomeric repeat—binding factor,TRF)。其中,TRF1是 收稿日期: 20o6一l2—20 作者简介: 李晋芳(1977一).女.山西太原人,住院医师,硕士 E—mail:snow9876@l26.con RNA,hTR1、端粒酶相关蛋白(telomerase—associated protein,TP1厂I’LP11和人端粒酶催化蛋白亚单位(the catalytic protein subunit of telomerase.hTERT1。另外, 与端粒酶相关的调节蛋白还有hsp90、P23、TEP1 等。编码人类的TR基因(hTR)位于3q36.3,RNA总 长45 lnt.其模板区与人端粒的重复序列完全互补, 端粒的延长即通过该区与端粒DNA结合后进一步 完成。端粒酶蛋白成分之一(telomerase protein 通讯作者: 廖建兴.主任医师.Email:ljx@mail.tongji.edu.cn COmponent 1,TP11已被成功克隆,但功能尚不清楚, 维普资讯 http://www.cqvip.com 286・ ・口腔颌面外科杂志2007年9月第17卷第3期 Journal of Oral and Maxillofacial Surgery Vo1.17 No 3 September,2007 目前研究认为TP1基因经转录后修饰可调节端粒 酶活性;端粒酶催化亚单位是端粒酶逆转录酶 (human telomerase reverse transcriptase,hTRT/TP2/ hEST2),在端粒酶导致细胞永生化过程中起重要作 用,也是端粒酶的限速步骤l3J。人类端粒酶的催化亚 基为端粒酶逆转录酶hTERT fhummen telomerase reverse transcriptase),位于5p15.33,长度约为40 kb, 由l6个外显子和l5个内含子组成,潜在的调控区 域可能位于翻译起点ATG上游330 bp直到第2个 外显子,hTERT基因DNA的修饰及剪切对hTERT 的表达也有影响。启动子区有富含CG的CpG岛, 在不表达端粒酶活性的组织中该区域没有被甲基 化,而在许多肿瘤细胞中则被甲基化,但尚未确定该 甲基化作用的特殊位点。因而只能推测与hTERT表 达调控相关,在大多数情况下,hTERT的表达是端 粒酶活性的限速步骤,但也并非完全一致。在卵巢和 子宫组织中,可以检测到hTERT及hRTmRNA的出 现。但并不具有端粒酶的活性。 1.3端粒酶活性与肿瘤相关性 1994年Kim等l 4_利用端粒重复序列扩增方法 ftelomere repeat ampliifcation protocol,TRAP)检测了 101种肿瘤标本和100个独立的永生化细胞系.发 现90种肿瘤标本和98个永生化细胞系中含有端粒 酶活性,而同时检测的良性肿瘤及正常体细胞中未 发现端粒酶活性。许多证据表明,除了生殖细胞、胚 胎干细胞、活化的淋巴细胞、月经期的子宫内膜组织 及表皮的基底层细胞外,大部分的体细胞端粒酶呈 阴性151,而在约80%~90%的人类肿瘤中端粒酶激活 。 因此,端粒酶重新激活是癌变细胞一个带有普遍性 意义的生物学标志,被认为是细胞癌变的一个重要 细胞生物学异常事件。是细胞永生化及肿瘤发生的 关键步骤I 。 2端粒酶抑制剂治疗肿瘤的研究 目前国内外以抑制端粒酶活性为靶点的肿瘤治 疗研究较多,其主要策略有以下几方面:(1)直接作 用于端粒酶的抑制剂;(2)作用于端粒;(3)核苷类似 物竞争性抑制的反转录过程;(4)细胞分化诱导剂抑 制端粒酶活性;(5)对细胞内调节机制进行调控;(6)化 疗药物放射线及天然草药成分对端粒酶活性的调 节。具体分述如下。 2.1 作用于端粒酶的抑制剂 针对端粒酶的各个组分以及端粒结构本身皆有 抑制剂存在 2.1.1 针对hTR的端粒酶抑制剂即通过影响端 粒酶RNA的模板的作用来抑制端粒酶活性:因为端 粒酶是以自身RNA为模板作用来合成DNA序列 的,通过消除其模板作用可抑制其活性,达到控制其 合成的目的 反义寡核苷酸(antisense oligodeoxynucleotides. ODN)是根据碱基互补配对原则人工合成的一段与 目的基因特异结合的DNA或RNA片段。运用电穿 孑L法、显微注射法、DNA磷酸钙共沉淀法、脂质体介 质法、病毒载体和直接进入等途径导入靶细胞后. ODN可特异性地结合到与之配对的RNA链上.再 通过主动和/或被动的机制抑制RNA的转录 被动 机制仅仅是指ODN竞争性地与RNA结合,而主动机 制是指RNA—ODN杂交后激活Rnase H降解RNAiS1. 由于反义寡核苷酸技术具有安全性高,设计和制备 方便,具有剂量调节效应等优势而引起人们的高度 重视。 端粒酶组分中的hTR是端粒重复序列合成的 模板,在向染色体末端复制添加重复序列时模板区 必须暴露出来并结合到线性染色体的末端.因此针 对hTR设计的ODN与hTR结合主要是封闭了hTR 作为模板的功能。hTR2RiAS(Ribbon antisense)是一 种针对端粒酶RNA的反义序列,能显著降低肿瘤细 胞的端粒酶活性,诱导肿瘤细胞的凋亡,从而抑制肿瘤 细胞在体内外的生长191。GRN163L(geron corporation) 是一种以hTR为靶向的硫氨基磷酸酯类寡核苷酸 f132mer thio2phosphoramidate oligonucleotide1 I I,目 前已经进入临床前试验的后期,已进行毒性和药理 安全试验。并准备进入I期临床试验。 2.1-2通过抑制端粒酶催化蛋白亚单位 大量的 研究资料表明端粒酶3个主要组分中hTERT可能 与肿瘤关系最密切。有人将正常人3号染色体导入 肾癌细胞系Rcc23i“1。发现可使其端粒酶活性抑制, 端粒缩短.出现细胞衰老。而且证实端粒酶活性的抑 制是由于编码hTERT基因下调以后引起的,提示了 3号染色体上存在直接或间接控制hTERT基因表 达的基因。因此,hTERT被作为肿瘤基因治疗理想 的靶点而引起了进一步的重视。通过有效切割端粒 酶逆转录酶mRNA以降低端粒酶活性,从而抑制肿 瘤细胞生长。 2.2直接作用于端粒的抑制剂 维普资讯 http://www.cqvip.com

李晋芳,等.端粒酶及端粒酶抑制剂的研究 LI Jin—fang,et a1.Telomerase and Telomerase Inhibitor ・287・ 有研究表明DNA的二级结构对端粒酶活性有 明显影响,有人根据独特的端粒酶核酸二级结构设 计一种新型的端粒酶抑制方法,即靶向它的底物.端 粒,这种独特的二级结构就是由端粒酶合成的突出 的富含G的单链折叠而成的G一四联体。现已确认一 系列的阳离子卟啉作为G一四联体相互作用因子 血病细胞株K562的端粒酶活性【l4】。值得说明的是. 上述诱导剂本身并不能直接抑制端粒酶活性.而是 影响细胞分化而使端粒酶活性下调,但其作用机制 目前尚不清楚。 2.6化疗药物对端粒酶活性的影响 胡晓文等【l5】测定平阳霉素化疗的口腔癌肿瘤组 织中的活性端粒酶,表明用药组端粒酶活性检出率 (Q1As),能稳定G一四联体,通过妨碍端粒酶与端粒结 合而间接抑制端粒酶活性,而且卟啉很容易进入培 养的肿瘤细胞核内。 2.3通过核苷类似物竞争性抑制端粒酶的转录过程 端粒酶在催化合成端粒DNA的过程中,常需4 种三磷酸单核苷酸的参与,利用一些核苷酸类似物 可竞争性抑制端粒酶的反转录过程.使其活性抑制 并阻止端粒的延长。叠氮脱氧胸苷fAZ,r)属核苷类似 物,由于它是一种逆转录酶抑制剂,表明它可能对端 粒酶活性产生抑制作用.可在癌细胞中降低端粒酶 活性,使端粒缩短,影响细胞的增殖及生长。Melana 等【l21,在培养基中加入叠氮脱氧胸苷(AZT)发现四种 乳腺癌细胞系和T4白血病细胞都出现生长抑制和 端粒酶活性的抑制。 2.4对细胞内调节机制进行调控抑制端粒酶活性 端粒酶活性调节机制,除了两个主要成分 hTER和hTERT外,还有几个辅助蛋白的参与,如 TEP—l,p23和hsp90。另外端粒酶活化也离不开化学 修饰酶的作用,它们包括磷酸酶A、蛋白激酶C,Akt 激酶和其他的参与全酶组装及功能行使或调节翻译 后修饰的酶类。由于以上这些蛋白质在调节活性端 粒酶的过程中非常重要.因此就有可能通过它们相 应的抑制因子的作用达到抑制端粒酶活性的目的。 例如,hsp90抑制剂格尔德霉素(Geldanamycin)和新 生霉素(Novobiocin) ̄被证实是一个很有希望的端粒 酶抑制剂。 2.5通过细胞分化诱导剂抑制端粒酶活性 端粒酶活性可随肿瘤细胞的分化程度不同而变 化,分化低其恶性程度高,端粒酶活性亦高,提示细 胞分化水平与端粒酶活性之间存在着某种关系, Bestiliny ̄‘31的研究发现,维甲酸(RA)、二甲亚砜(DMSO) 和TPA在诱导HL60白血病细胞系永生化细胞终止 分化时,明显抑制端粒酶活性,使凋亡细胞增加, DMSO作用于Brakitt淋巴瘤Raji细胞系,发现产生 可逆性G0\G1停滞并伴端粒酶活性的抑制;国内亦 有人用维甲酸和苦参碱间接抑制了大肠癌细胞和白 及强阳性表达率明显比对照组的端粒酶活性检出率 及强阳性表达率低,有显著性差异。 商洪涛等【。63采用TRAP—PCR—ELISA法研究了 平阳霉素对人舌癌Tca8113细胞的抑制作用和对端 粒酶活性的影响。研究发现平阳霉素对人舌癌 Tca8113细胞有明显的抑制作用且呈浓度依赖性。 对细胞大体形态和超微结构有明显的改变,下调c. myc、bac一2的表达,且抑制端粒酶活性且有一定的 时间依赖性。表明平阳霉素可以明显抑制Tca8ll3 细胞的增殖活性及其转移复发倾向,还可作用于 线粒体,在下调c—myc、bac一2的表达的同时抑制端 粒酶活性。 2.7天然草药成分对端粒酶活性的抑制 研究证实许多天然草药成分具有端粒酶抑制作 用。先后有学者发现板蓝根提取物板蓝根二酮B对 人肝癌细胞BEL一7402、卵巢癌A2780细胞的端粒酶 有抑制作用 :欧洲槲寄生提取物被用于肿瘤化疗 的辅助治疗。其主要活性成分被认为是凝集素VCA, 有学者研究槲寄生凝集素能诱导人肝癌细胞细胞凋 亡,并观察到端粒酶活性降低【嘲。姚华等【-91观察茶多 酚能够抑制人舌鳞状细胞癌Tca8ll3细胞增殖和端 粒酶催化亚基(hTERT)的转录和表达,抑制端粒酶 催化亚基可能是茶多酚抗癌的机制之一。 3问题与展望 随着端粒、端粒酶研究的不断深入,以端粒酶为 靶的端粒酶抑制策略,不同于普通的具有细胞毒性 的抗肿瘤治疗,将有望成为更有效更安全的肿瘤治 疗新方案。这些抑制剂在体外实验中都能有效的抑 制端粒酶的活性,部分动物体内实验也证实了这些 抑制剂的有效抗肿瘤作用,但是仍有很多的问题是 未知或有待解决:(1)由于端粒酶活性在不同类型肿 瘤中和正常组织细胞中的表达均存在量化不一的复 杂性.由此增加了以量定性诊断的难度,同时也增加 了不同类型肿瘤以及正常组织细胞对端粒酶抑制剂 毒性评价的难度。如何把握恰当的剂量对不同类型 维普资讯 http://www.cqvip.com

288・ ・口腔颌面外科杂志2007年9月第17卷第3期 Joum ̄of Oral and Maxillofacial Surgery Vo1.17 No.3 September,2007 肿瘤端粒酶活性的有效抑制,增加端粒酶抑制剂的 细胞内浓度和减少降解是亟待解决的问题。减轻损 害或不损害有端粒酶活性表达的正常组织细胞f生 殖细胞和造血干细胞),仍有大量的研究工作需要完 成。(2)由于肿瘤细胞有一定的端粒长度,在端粒酶 抑制剂发挥作用后仍需经过一定的时间延搁才会产 生对肿瘤细胞的效应,患者能否长时间负瘤并且不 发生肿瘤的扩散,长时间的处理是否会对正常细胞 有细胞毒性作用。(3)在部分肿瘤中现已发现端粒延 长的旁路途径,抑制端粒酶活性可能会激活这些旁 路途径;虽然多数肿瘤中存在端粒酶的激活,但是 仍有部分肿瘤并无端粒酶活性成为端粒酶抑制剂治 疗的盲区。这些问题的解决,还有待大量的临床与实 验的研究解决。 参考文献: [11 Harah K,Yamashita K,Shinada G,et a1.Clinicopahtoligic signiifcance of telomerase activity and hTERT mRNA expression in non—small cell lung cancer【J].Lung Cancer, 2001,34(2):219—226. [21 Fukushina I, Shinomuia N, Nakamuia K, et a1. Demonstration of human telomerase reverse transcriptase by in situ hybridization in lung carcinoma[J1.Oncol Rep, 2004,12(6):1227—1232. [3】 Fujimoto R,Kamata N,Yokoyama K,et a1.Expression of telomerase components in oral keratinocytes and squamous cell carcinomas[J1_Oral Oncol,2001,37(2);132— 140. [41 Kim NW,Piatyszek MA,Prowse KR, et a1. Speciifc association of hummen telomerase activity with immortal cells and cancer[J1_Science,1994,266(5193):201 1-2015. [51 Cong YS,WrightWE,Shay JW.Human telomerase and its regulation[J1.MicrobiolMol Biol,2002,66(3):407-425. [61 Shay JW,Bacchetti S.A survey of telomerase activity in human cancer[J1.Eur J Cancer,1997,33(5):787—791. [71 Vega LR,MateyakMK,Zakian VA.Getting to the end: Telomerase access in yeast and humans[J1_Nat Rev Mol Cell Biol,2003,4(12):948—959. [81 Galderisi U,Cascino A, Giordano A,et a1. Antisense oligonucleotides as therapeutic agents [J1.Cell Physiol, 1999,181(2):251-257. [9】 BajpaiAK,Park JH, Moon IJ. Rapid blockade of telomerase activity and tumor cell growth by the DPL lipofection of ribbon antisense to hTR[J1. Oncogene, 2005,24(43):6492—6501. [10】 Herbert BS,Pongracz K, Shay JW, et a1. 0ligonucleotideN3’ _+P5’phosphoramidates as efifcient telomerase inhibitors[J1.Oncogene,2002,21(4):638—462. Horikawa I,Oshimura M, Ba ̄ett J C.Repression of the telomerase catalytic subunit by a gene on human chromosome 3 that induces cellular senescence[J1.Mol Carcinog,1998,22(2):65—72. [12】 Melana SM,Holand JF,Pogo BG.Inhibition of cell growth and telomerese activity of breast cancer cells in vitro by 3'-azido一3'-deoxythymidine[J】.Cancer Res,1998,4(3):693— 696. [13】 Bestilny LJ,Brown CB,Miura Y,et a1.Selective inhibition of telomerase activity during terminal differentiation of immortal cell lines[J1.Cancer Res,1996,56(16):3796—3802. [14】 徐梅,范慕帧,曹淑兰.二氟甲基鸟氨酸对K562细胞生 长特性的影响及其与端粒酶活性的相关性[J1.中国肿瘤 生物治疗杂志,2000,7(4):247.250. [15】 胡晓文,孙宏晨,欧阳喈,等.平阳霉素化疗对口腔癌患 者端粒酶活性的影响[J1.口腔医学纵横,2001,17(2):106— 108. [16】 商洪涛,刘锐,陈鹏,等.平阳霉素对人口腔癌细胞的抑 制作用和对端粒酶活性的影响fJ1.中国美容医学,2006, 15(6):638—640. [17】 梁永红,侯华新,黎丹戎,等.板蓝根二酮B体外抗癌活 性研究[J1.中草药,2000,31(7):531—533. [18】 Lyu SY,Choi SH,Park WB.Korean mistletoe lectin—induced apoptosis in hepatocarcinoma cells is associated with inhibtion of telomerase via mitochondrial controlled pathway independent of p53[J】.Arch Pharm Res,2002,25 (1):93—101. [19】 姚华.王慧明,吴求亮,等.茶多酚对舌鳞 细胞癌细胞 增殖和端粒酶催化亚基的抑制作用[J1_中华口腔医学杂 志,2005,40(6):45 1-454. 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容