端粒、端粒酶及hTERT基因研究在乳腺癌基因治疗中进展

端粒、端粒酶及hTERT基因研究在乳腺癌基因治疗中进展

王世清(综述)，崔 明(审校)

端粒；端粒酶；乳腺；肿瘤；基因治疗

端粒酶通过维持端粒的长度使细胞永生化，为抗衰老提供了光明前景，也为乳腺肿瘤治疗提供了新的希望。乳腺肿瘤在治疗上一般首选手术治疗，术后再辅以放疗、化疗。但是这种传统治疗创伤大，对肿瘤的敏感性差，副作用多。而对端粒酶的研究，为乳腺癌基因治疗打开了一扇新的大门。乳腺癌是全球妇女最常见的恶性肿瘤，也是女性恶性肿瘤发病率较高的一种疾病，尤其是在经济发展中国家，自2008年以来，全世界有1 383 500例新增乳腺癌患者，死亡458 400例[1]。现在端粒酶在肿瘤监测中的作用及研发端粒酶抑制剂作为治疗乳腺肿瘤的创新药物，已成为近年医学研究的热点。本研究通过查阅相关文献，对端粒、端粒酶研究及应用进展做一综述。

1 端粒、端粒酶的概述及与乳腺癌的关系

恶性肿瘤增殖失控的关键在于端粒酶的激活以及端粒长度的维持。近年研究表明，端粒(telomere)作为真核细胞染色体末端的一种特殊结构，其主要功能是保证染色体的稳定性，阻止染色体发生降解和端-端融合[2-3]。端粒酶是一种核酸核蛋白酶，以自身的RNA为模板合成端粒的重复序列，从而维持端粒的稳定性。端粒、端粒酶的功能异常将影响细胞的生物学行为，包括细胞周期的稳定性、细胞增殖、癌变、凋亡、衰老[4]。端粒酶由3个主要亚单位构成：端粒酶RNA(hTR)、端粒酶反转录酶(TERT)和端粒酶结合蛋白(TEP)[5-6]。有研究表明，人端粒酶逆转录酶(hTERT)的主要作用是维持端粒酶活性。端粒酶激活是细胞获得永生的关键，又是肿瘤恶性增殖的必要步骤。

研究发现，大多数人类恶性肿瘤细胞都存在端粒酶[7]，通过检验端粒酶活性来诊断肿瘤的敏感性高达81%[8]，证明了端粒酶在肿瘤诊断中的价值。Heephy等[9]设计一种多重PCR检测技术，被称为端粒联接重复序列(TAR)融合PCR，可用于对人类乳腺肿瘤组织进行检测和分析。研究表明，端粒融合发生在一个比较早的阶段，如原位导管癌3级与浸润性癌相比水平保持相似[10]。在癌变后期，通过端粒酶的激活和其他因素的影响，端粒的功能可能受到限制，以防止基因组的衰亡，这可以维持失去基本细胞功能的细胞具有肿瘤细胞的的活力。他们还发现，原位导管癌中端粒融合与以前报告中端粒缩短、端粒酶活性和其他基因组突变具有相似性[11-12]。这些结果表明，在乳腺癌的发生过程中，端粒功能障碍是普遍存在的。端粒末端与末端通过断裂-融合-连接发生融合，从而推动了基因组的不稳定。

2 端粒酶在乳腺癌中的应用

2.1 端粒酶介导干扰素诱导细胞凋亡 IFN和细胞表面受体结合后，通过JAK/STAT信号转导途径，使IFN刺激基因表达，从而调控细胞周期与促进细胞凋亡。IFN可增强大多数肿瘤细胞对Fas-介导细胞凋亡的敏感性[13]。研究发现，IFN增强MCH-7人乳腺癌细胞的FAS-介导细胞凋亡的敏感性与hTERT的转录和端粒酶活性有关，IFN-α处理MCF-7人乳腺癌细胞，可通过抑制hTERT启动子的活性，降低hTERT表达水平和端粒酶活性。hTERT启动子活性的负性调节元件区域有NF-κB结合位点，NF-κB抑制hTERT转录通过磷酸化激活核因子抑制蛋白1κBα；IFN可经1κBα的作用而抑制hTERT表达，以降低端粒酶活性，从而增强Fas介导的细胞凋亡[14-16]。

2.2 hTERT是肿瘤靶向治疗的新靶点 hTERT的表达需要转录水平的精细调节，它在正常组织、未分化的组织以及那些增殖旺盛的前体细胞中，如表皮细胞、胃黏膜细胞等，hTERT的生物活性几乎不表达[17]。但是在绝大多数人类恶性肿瘤细胞中，都有hTERT的表达，而且hTERT的生物活性与肿瘤的恶性程度以及转移能力关系密切。hTERT的表达维持了端粒的稳定性，促使肿瘤细胞的持续增生，从而使肿瘤细胞脱离细胞死亡的M1/M2期[18]。由于hTERT在良、恶性组织中的表达存在明显差异的特性，hTERT被认为是肿瘤靶向治疗的新靶点：对宿主组织低毒性，对大多数恶性肿瘤有效。体外实验证明，将hTERT与SV40、H-ras联合转染体外培养的正常细胞，可以改变其生物学特性，转变成恶性细胞。相反，在体外降低hTERT的表达，可以使端粒缩短、细胞凋亡以及肿瘤细胞的生长受到抑制[19]。

有证据表明，除了目前的化疗和放疗外，靶向治疗可以有效地治疗癌症[20]，选择有效安全的载体是肿瘤靶向治疗成功的关键[21]。Xie等[22]通过对不同乳腺癌细胞系的观察，发现端粒酶反转录酶T基因为靶向治疗载体的最佳选择。他们开发了一个通用的T-乳腺癌特异性载体(T-VISA)。将BIKDD基因(一种突变的属于Blc-2家族的凋亡基因，具有肿瘤杀伤能力)[23-25]载入到T-VISA 载体上，并使其表达生成T-VISA-BIKDD纳米粒子，以检验其对小鼠体内体外的肿瘤杀伤能力。结果发现，T-VISA-BIKDD纳米粒子可以有效抑制并杀死乳腺癌细胞，从而延长小鼠生存时间，而且在小鼠体内无毒性。

3 展望

随着端粒酶的发现及相关研究的深入，人类对衰老、肿瘤的认识进入了一个崭新的时代[26]。随着科学技术的不断发展，人们对端粒酶的研究将更加深入，对其相关机制及功能作用的发挥也将越加清晰透彻。端粒酶与人类衰老和肿瘤发生、发展的关系将进一步明确，将端粒酶用于乳腺癌的基因治疗的前景可观，相信对端粒酶的研究将会打开一扇新的治疗乳腺癌的大门。

[1] Siegel R,Naishadham D,Jemal A.Cancer statistics,2012[J].CA Cancer J Clin,2012,62(1):10-29.

[2] Gasser SM.A sense of the end[J].Science,2000,288(5470):1377-1379.

[3] Wang SJ,Fukasawa I,Hayashi M,et al.The relationship between telomere length and telomerase activity in gynecologic cancers[J].Gynecol Oncol,2002,84(1):81-84.

[4] Counter CM,Meyerson M,Eaton EN,et al.Telomerase activity is restored in human cells by ectopic expression of hTERT(hEST2),the catalytic subunit of telomerase[J].Oncogene,1998,16(9):1217-1222.

[5] Blackburn EH.Telomeres and telomerase[J].Keio J Med,2000,49(2):59-65.

[6] Tahara H,Yasui W,Tahara E,et al.Immuno-histochemical detection of human telomerase catalytic component,hTERT,in human colorectal tumor and non-tumor tissue sections[J].Oncogene,1999,18(8):1561-1567.

[7] Mu J,Wei LX.Telomere and telomerase in oncology[J].Cell Res,2002,12(1):1-7.

[8] Takakura M,Kyo S,Kanaya T.Expression of human telomerase subunits and correlation with telomerase activity in cervical cancer[J].Cancer Res,1998,58(7):1558-1561.

[9] Heaphy CM,Bisoffi M,Joste NE.Genomic instability demonstrates similarity between DCIS and invasive carcinomas[J].Breast Cancer Res Treat,2009,117(1):17-24.

[10] Meeker AK,Hicks JL,Gabrielson E.Telomere shortening occurs in subsets of normal breast epithelium as well as in situ and invasive carcinoma[J].Am J Pathol,2004,164(3):925-935.

[11] Chin K,de Solorzano CO,Knowles D,et al.In situ analyses of genome instability in breast cancer[J].Nat Genet,2004,36(9):984-988.

[12] Herbert BS,Wright WE,Shay JW.Telomerase and breast cancer[J].Breast Cancer Res,2001,3(3):146-149.

[13] Chai JH,Zhang Y,Tan WH,et al.Regulation of hTERT by BCR-ABL at multiple levels in K562 cells [J].BMC Cancer,2011,11(512):2-16.

[14] Lindkvist A,Ivarsson K,Jernberg-Wiklund H,et al.Interferon-induced sensitization to apoptosis is associated with repressed transcriptional activity of the hTERT promoter in multiple myeloma [J].Biochem Biophys Res Commun,2006,341(4):1141-1148.

[15] Nakajima A,Tauchi T,Sashida G,et al.Telomerase inhibition enhances apoptosis in human acute leukemia cells:possibility of antitelomerase therapy [J].Leukemia,2003,17(3):560-567.

[16] Yeo M,Rha SY,Jeung HC,et al.Attenuation of telomerase activity by hammerhead ribozyme targeting human telomerase RNA induces growth retardation and apoptosis in human breast tumor cells [J].Int J Cancer,2005,114(3):484-489.

[17] Verdun RE,Karlseder J.Replication and protection of telomeres[J].Nature,2007,447:924-931.

[18] Hahn WC.Immortalization and transformation of human cells [J].Mol Cells,2002,13:351-361.

[19] Hunger RE,Kernland LK,Markowski CJ,et al.Vaccination of patients with cutaneous melanoma with telomerase-specific peptides[J].Cancer Immunol Immunother,2011,60:1553-1564.

[20] Lee M.Hypoxia targeting gene expression for breast cancer gene therapy[J].Adv Drug Deliv Rev,2009,61(10):842-849.

[21] Chanda D,Isayeva T,Kumar S,et al.Systemic osteoprotegerin gene therapy restores tumor-induced bone loss in a therapeutic model of breast cancer bone metastasis[J].Mol Ther,2008,16(5):871-878.

[22] Xie X,Guo J,Kong Y,et al.Targeted expression ofE.colipurine nucleoside phosphorylase and Fludara for prostate cancer therapy[J].J Gene Med,2011,13(12):680-691..

[23] Chen Y,Zhu X,Zhang X,et al.Nanoparticles modified with tumor-targeting scFv deliver siRNA and miRNA for cancer therapy[J].Mol Ther,2010,18(9):1650-1656.

[24] Li J,Huang L.Targeted delivery of RNAi therapeutics for cancer therapy[J].Nanomedicine(Lond),2010,5(10):1483-1486.

[25] Xie X,Li L,Xiao X,et al.Targeted expression of BikDD eliminates breast cancer with virtually no toxicity in noninvasive imaging models[J].Mol Cancer Ther,2012,11(9):1915-1924.

[26] Chen W,Chen SM,Yu Y,et al.Telomerase inhibition alters telomere maintenance mechanisms in laryngeal squamous carcinoma cells[J].J Laryngol Otol,2010,124(7):778-783.

650032 昆明，成都军区昆明总医院普通外科

崔 明，电话：13888273289；E-mail：13888273289@qq.com

R 737.9

A

1004-0188(2014)05-0573-02

10.3969/j.issn.1004-0188.2014.05.050

2014-03-03)