端粒酶在DNA 辐射损伤和修复过程中作用的研究进展＊

尤培蒙，黎 晨，王晨曦，何俊霞，肖文媛，拜思琼，赵 晋

（西北民族大学医学院，甘肃 兰州 730030）

端粒（Telomere）是一种存在于真核细胞染色体末端的DNA-蛋白质复合体，它的作用是防止染色体末端被轻易地识别为DNA 双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)损伤，从而引起DNA 损伤周期检查点和相关损伤修复通路的激活[1]。而端粒酶是肿瘤细胞中特异性表达的一种核糖核蛋白复合体，近年来研究表明，端粒酶可作为一种潜在的生物靶点，指导临床恶性肿瘤放射治疗；而且随着端粒酶抑制剂也在不断发展，这种新型抗肿瘤药物因辐射敏感性差异等问题，效果并达不到预期。本文就影响端粒酶的活性表达因素，细胞周期、细胞凋亡和辐射敏感性几个方面进行阐释，旨在通过端粒酶在肿瘤细胞DNA 损伤和修复作用的研究，增强临床放疗辐射敏感性为恶性肿瘤治疗提供有价值的参考。

1 端粒和端粒酶结构与DNA 损伤和修复

端粒包括小段重复的DNA 序列（TTAGGG）的核酸和端粒保护蛋白复合体组成的特殊“TLOOP”帽状结构[2]。端粒酶是负责端粒延长的一种反转录酶，它由催化亚基（TERT）、端粒相关RNA 组分（TERC）、端粒酶相关蛋白（TP1）和热休克蛋白90（HSP90）等多种组分构成，主要作用是修补DNA 复制缺陷。在恶性肿瘤病人放疗过程中，电离辐射诱导体内细胞产生大量自由基以及活性氧（Reactive Oxygen Species,ROS）引起端粒的损伤，DNA 损伤修复蛋白如磷酸化组蛋白H2AX、53BP1 募集并发挥作用。

2 影响端粒酶的活性表达因素

2.1 高迁移率族蛋白(highmobility group box 1,HMGB1)

电离辐射通过影响HMGB1 表达调控端粒酶结合蛋白和端粒酶TERT 的表达水平。HMGB1 是细胞核内重要的非组蛋白，结构是由215 个氨基酸残基组成的单链多肽，其表达与电离辐射密切相关[3]。Ke·S 等人在研究人乳腺癌细胞中DNA 修复损伤发现，HMGB1 可通过调控端粒结合蛋白如TPP1、TRF1 和TRF2 水平来破坏端粒稳态，阻止DNA 的修复[4]。王文波等人研究认为电离辐射特别是碳离子辐射会影响HMGB1 的分子水平引起的端粒酶TERT 表达下降进而导致细胞ATP 产生减少、ROS产生增加、线粒体膜电位降低以及mtDNA 拷贝数减少等功能障碍，引发造成细胞核DNA 损伤[5]。但是HMGB1 蛋白在DNA 损伤和修复过程的具体作用机制不明，也可将其作为研究端粒酶的一种思路。

2.2 肿瘤抑制因子BRCA1 和Src 激酶

电离辐射通过BRCA1 和Src 激酶依附方式下调端粒酶逆转录酶TERT 的活性。辛艾玲等人通过对乳腺癌细胞BRCA1 的研究中发现电离辐射造成DNA 损伤后，端粒酶逆转录酶TERT 表达水平明显降低，乳腺癌细胞BRCA1 为高表达，相关解释为保证端粒的长度和稳定性，维持端粒在细胞核内正常功能[6]。但氧化损伤的DNA 端裂情况无法解释，而且在氧化损伤中端粒逆转录酶TERT 中Src 磷酸化位点的出现是否参与了端粒酶调控也是亟待深入探究的层面。

2.3 Ras-PI3K-Akt 途径

电离辐射通过Ras-PI3K-Akt 途径调控肿瘤细胞端粒酶TR 的活性。Millet 等人研究测得多形性胶质瘤CB193 细胞端粒酶TR 的活性存在差异，说明电离辐射的剂量与端粒酶活性存在相关性[7]。此实验虽证实了电离辐射能通过Ras-PI3k-Akt 途径上调端粒酶的活性，但不足之处在于此途径并不是唯一途径，并未对其他途径进行深入探究，而且可能具有组织差异性。

2.4 NF-κB 途径

电离辐射通过NF-κB 途径提高端粒酶TERT的活性。机体NF-κB 通路主要涉及组织损伤和应激、细胞分化和凋亡以及肿瘤生长抑制过程的信息传递与多种炎性因子的转录调控[8]。吴宏等人利用辐射增敏剂对NF-κB 途径的研究发现辐射后胃癌细胞中的NF-κB 亚基p65 和p50 的核内表达水平降低，蛋白激酶AKT 的磷酸化水平也有明显降低，说明了此法可提高胃癌细胞放疗敏感性的可操作性[9]。另外此途径探究方向还可在p53 与SP1 或其他转录因子相互作用方面，以及辐射增敏剂的选择性探究方面。

2.5 泛素-蛋白体酶复合通路（Ubiquitin-protesome pathway，UPP）

泛素-蛋白体酶复合通路参与DNA 损伤和修复过程并对核内端粒酶活性进行精确调控。UPP 通路是Hershko 等研究者在发现的一种高效的蛋白质降解通路，参与细胞损伤修复、细胞信号转导、蛋白跨膜定位等多种生理功能，能够影响端粒酶的活性表达，与肿瘤的发生发展密切相关[10]。朱强等人设计泛素交联酶序列等检测其在DNA 损伤中的表达，认为端粒酶TERT 可能是UPP 的靶蛋白之一，原因是因为端粒酶逆转录酶TERT 的降解是通过泛素化修饰完成[11]。但由于此通路有诸多设计泛素通路的分子学问题，国内外研究不多，缺乏相关证据。

3 细胞周期、细胞凋亡与端粒酶

3.1 Wnt/β-catenin 信号通路

阻滞端粒酶Wnt/β-catenin 信号通路可降低恶性肿瘤的发生。端粒酶Wnt/β-catenin 信号通路是以P-catenin 为核心蛋白的经典的Wnt 通路。最新的研究表明，宫颈癌和卵巢癌的发生与端粒酶Wnt/pcatenin 信号通路有着密切的联系[12]。王家兴等人使用抑制剂XAV-939 通过阻滞端粒酶Wnt/p-catenin信号通路，使得胃癌细胞凋亡水平出现明显提高[13]；此外在调控细胞周期方面，胃癌细胞在G1 期出现明显的周期性阻滞，细胞比例较高，S 期细胞比例相对较少。由此认为端粒酶可在DNA 损伤和修复过程阻滞Wnt/β-catenin 信号通路来降低恶性肿瘤发生，该通路抑制剂的研究也是临床预防肿瘤和治疗肿瘤的新方法。

3.2 Pin2／TRF1 结合蛋白X1(PinX-1)

端粒结合蛋白PinX-1 可以下调端粒酶活性，促进肿瘤凋亡。PinX-1 是端粒酶抑制因子，为定位在染色体8p23 的抑癌基因。迟涛等人通过测定大肠癌组织中PinX-1 表达情况并与食管鳞癌进行高表达进行对比分析，认为腺癌和鳞癌中PinX-1 参与肿瘤发生发展的生物学功能不同，提示PinX-1 可作为大肠癌患者预后独立的观测指标[15]。但该蛋白由于临床上诊断缺乏特异性，仍停留在实验室研究阶段。

3.3 microRNA、lncRNA 分子网络

端粒酶通过调控microRNA、lncRNA 的分子网络调控细胞周期从而影响肿瘤的发生与发展。哈佛大学在2011 年提出了竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA) 假说用于解释microRNA 与lncRNA 之间复杂的调控网络关系。宫颈癌与卵巢癌的发生便与网络中长链非编码RNA(LncRNA)和微小RNA(microRNA)密切相关[16]，故此方面仍是研究热点。但面临亟待解决的RNA 序列编码问题，研究进程滞缓。

4 辐射敏感性与端粒酶

目前研究已经证实端粒酶活性与辐射抗性有直接相关性，如何减弱或消除肿瘤细胞的辐射抗性，如何针对肿瘤细胞自身DNA 的损伤修复研发新型药物，在电离辐射增敏过程中端粒酶又在DNA损伤修复中发挥什么作用，基于肿瘤细胞的辐射增敏机制研究相关端粒酶靶向复合物和端粒酶抑制剂便是现阶段面临的最大的难题。

5 结语

以端粒酶作为恶性肿瘤的治疗靶点是目前相对成熟的理论，但是由于肿瘤细胞与正常细胞内端粒酶的活性差异，不同来源的肿瘤细胞端粒酶的表达水平也有差异，使得端粒酶抑制剂联合放疗治疗恶性肿瘤仍未进入临床应用阶段，因此端粒酶作为恶性肿瘤治疗分子靶点还在不断的探索当中。但是随着端粒酶研究的不断加深，相信未来在这个角度能够揭开肿瘤的神秘面纱。