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近年来，端粒（telomer）、端粒酶（telomerase）同衰老、癌症的关系是生命科学研究的热点之一，研究中人们发现“衰老者的端粒缩短”，而且在约85%的肿瘤细胞中检测到了端粒酶活性。因此对端粒及端粒酶系统的研究，有助于阐明细胞衰老和恶变的机制，对抗衰老以及肿瘤的诊断、治疗都具有重要的理论和实际意义。本文就端粒和端粒酶及其衰老、癌症的关系作一综述。
1 端粒端粒是真核生物染色体末端的特殊结构，由许多重复序列及相关蛋白质组成的复杂结构。70年代末，Blackburn和Gall在四膜虫中发现了端粒具有重复序列，而且这些重复序列在每个染色体末端是可变的 ［1］ 。其共同结构特征为由富含（G+C）的重复序列组成，在低等真核生物中重复单元有（TTGGGG）、（TTAGGG）、（TTAGGG）等，而所有脊椎动物都有同样的重复单元（TTAGGG）。端粒具有两种相关蛋白，一为端粒结合蛋白（telomere binding proteins，TAP）是一类特异结合在端粒DNA上的蛋白质，如发酵母中的蛋白质AˉPI，哺乳类动物细胞中的蛋白质TRFI。二为端粒相关蛋白（telomere associated proteins TAP），是一类与TBP结合的蛋白质，如酿酒酵母中的SIR3/SIR4和RIFI。端粒具有重要的生物学功能:（1）稳定染色体;（2）防止染色体末端融合;（3）保护染色体结构基因;（4）决定细胞的寿命，体外培养细胞端粒的长度随着细胞逐代相传而缩短，每复制一代即有50-200nt的DNA丢失。端粒丢失到一定程度即失去对染色体的保护，细胞随之发生衰老和死亡 ［2］ 。
不同年龄时期的端粒长度不同，随年龄的增长端粒逐步变短，老年人的端粒长度明显短于青年人，因此，这种端粒长度随细胞分裂次数增多而缩短，可能是细胞衰老发生的一种内在机制。在体外培养的成纤维细胞，细胞分裂次数直接与初期培养对端粒长度成正比，早衰症患者细胞端粒的平均长度比正常人显著缩短，细胞繁殖能力也明显下降。即端粒可能限制了细胞进行分裂的次数，其长度预示细胞复制的能力，故有人称端粒为正常细胞的分裂钟 ［3］ 。
2 端粒酶
1985年，Greider和Blackburmn首次证实了一种不需要模板即可在四膜虫染色体3端按上TGGGG端粒的酶—端粒酶 ［1］ 。端粒酶是一种核糖蛋白复合体，由RNA单链和结合的蛋白成分共同构成，能以其自身RNA为模板合成端粒的DNA重复序列，以补偿因“末端复制问题”而致的端粒片段的丢失，为一种逆转录酶。人的端粒酶RNA（hTR）约含有450个核苷酸，模板区为5CUAACCCUAAC-3能指导端粒TTAGGG的合成，其编码基因定位于3q26.3 ［4］ 。人端粒酶蛋白成分包括两种，端粒酶相关蛋白1（TPI）和端粒酶催化亚单位hTRT。TP1是分子量为300KD的蛋白质，不仅作为端粒酶结构蛋白，而且是介导端粒酶与其它分子相互作用的调节亚单位;hTRT又称为TP2或hEST2，为130KD的蛋白质，在细胞永生化及肿瘤中与端粒酶活性表达相伴随，其基因为一单拷贝基因，定位于5p15，33长度约为40kb。 研究表明，端粒酶主要具有两个功能，一是端粒酶能自主地对端粒DNA富含G的链进行延长，而富含G的链又能通过G-G配对使其终端回折，形成特殊的发卡结构，这样DNA复制时新链5端缺失就可以得到补齐，这就为真核生物解决了DNA末端复制问题。另一功能是修复断裂的染色体末端，从而避免了外切酶对染色体DNA更多的切割，维护了基因组遗传的稳定性。断裂、染色体末端即使没有完整的端粒重复序列存在，但如有富含G、T的DNA存在，它也能被端粒酶作为引物DNA并为之延伸端粒序列，从而修复染色体断裂末端 ［5］ 。
3 端粒与衰老
衰老是生物在生命过程中整个机体形态、结构和功能逐渐衰退的综合现象。生物的机体由细胞构成，生命存在于活细胞中，故生命的衰老起始于细胞。 单细胞真核生物中的端粒长度必须一直维持，而人类细胞在正常情况下是非永生的，其端粒在许多体细胞中较短，实验证明，在某些组织中，老年人的端粒比年轻人的短，肿瘤中的端粒比相邻细胞中的短。当培养原代人成纤维细胞时，端粒随着每次细胞同期缩短 ［6］ 。 1973年Olovfnikov博士首次提出了端粒丢失与衰老关系的理论。他认为端粒的丢失可能是因为某种与端粒相关的基因发生了致死性的缺失 ［7］ 。以后许多人对该理论进行了进一步阐明，目前认为，细胞内端粒酶活性的缺失将导致端粒缩短，这种缩短使得端粒最终成为不能被细胞识别的末端。这并不是说端粒不存在了，而是说端粒短到了一个临界长度。端粒一旦短于此长度，就可能导致染色体双链的断裂，并激活细胞自身的检验系统，从而使细胞进入M1期死亡状态。随着端粒的进一步丢失，将会发生染色体重排，双着丝粒染色体和非整倍体染色体的形成，这将导致进一步的危机产生，即M2期死亡状态。如果细胞要维持其正常分裂，那么就必须阻止端粒的进一步丢失，并激活端粒酶，细胞进行正常染色体复制。对于那些无法激活端粒酶的细胞将只能面临衰老的结果。 端粒长度的缩短可以激发细胞老化，一种可能是染色体末端端粒DNA序列的丢失释放了端粒结合转录因子，该因子或者激活了衰老诱导基因，或者灭活了细胞周期进行所必需的某些基因。另一种可能是端粒长度缩短诱导了DNA损伤反应，导致细胞周期受阻。沉默基因机制认为:染色体末端端粒长度缩短破坏了端粒周围染色质结构的完整性，导致这一区域的基因表达而诱导细胞衰老 ［8］ 。可见，端粒结构不仅仅是在于维持染色体长度所必需的，而且端粒的变化可引起生命状态的变化。
4 端粒、端粒酶与癌症
众所周知，肿瘤是一种体细胞遗传病，因此人们很早以前就把目光集中到遗传物质的载体———染色体上。通过研究染色体在肿瘤形成中的变化，不少学者发现人恶性肿瘤细胞中染色体的端粒和端粒酶的活性均不同于正常体细胞;在许多正常体细胞中检测不到端粒酶活性，而几乎所有的人类恶性肿瘤细胞中的端粒酶均呈现活性。统计资料表明，84.8%的恶性肿瘤具有活化状态有端粒酶，而仅在4.2%的正常组织、癌旁组织和良性肿瘤中端粒酶呈阳性。这似乎在告诉人们，端粒酶活性的变化也许是伴随着细胞恶化而产生的。 许多学者在对癌细胞进行研究的过程中发现，永生化是癌细胞所具有的显著行为，也就是说，癌细胞具有端粒酶被激活的细胞所具备的特性。195年Hyarna等人 ［9］ 在对100例成纤维神经细胞瘤的研究中证实，有端粒酶活性表达有肿瘤组织占94%端粒酶活性越高的组织越容易伴有其它遗传学变化，并且预后不良，而低端粒酶活性肿瘤组中未见有相应的变化，且都预后良好，甚至有3处于IVS阶段的无端粒酶活性的病例竟出现了肿瘤消退的现象。这似乎说明端粒酶同癌症之间存在着相关性，但是否为因果关系， 还很难定论。 根据目前的假说可以看出，衰老可能是由端粒的缩短导致，这似乎可以通过激活端粒酶来阻止。可是，一旦重新获得有活性的端粒酶，这些细胞又将成为永生化细胞，继而衍变为癌症。为了避免衰老而导致癌症，这显然不是人们激活端粒酶的初衷，那么如何能恰当、正确的发挥端粒酶在解决衰老与癌症中的作用呢?这不由得为生命研究领域提出了一个极具挑战性的课题。 据称Shay实验小组的研究策略是通过抑制端粒酶活性，从而促使永生化细胞转变为正常细胞进入正常的衰老和死亡模式。对于端粒酶抑制剂的研究也在紧锣密鼓的展开，现已研究的端粒酶抑制剂有:反义hTR、肽核酸、锤头状核酶、端粒酶蛋白抗体、PKC调节剂、细胞周期断剂、针对端粒富G单链DNA的抑制剂等 ［10］ 。
看来，端粒与端粒酶同衰老和癌症是密不可分的。虽然人们提出的各种假说很难全面的解释其中的奥妙，但是，我们似乎仍看到了前景的美好，毕竟人们已找到了同衰老和癌症有着紧密相关性的因素———端粒与端粒酶。现在所谓的关键是我们如何了解并掌握存在于它们之间的联系和规律。
参考文献
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10 Mecarm J.Chromosome ends product a potenhial means of treatrnent.JNCI，19
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（收稿日期:2004-05-27） （编辑子 萱）
作者单位:455000河南省安阳市中医院