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生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)結(jié)合論文
1端�？s短與衰老
端粒是真核生物染色體末端的重復(fù)DNA序列，由端粒DNA（TTAGGG）n和端粒蛋白質(zhì)（如TRF1和TRF2等）組成，端粒的功能除保證DNA完整復(fù)制外，還在維持染色體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（保護(hù)染色體不分解和染色體重排及末端不相互融合等），染色體在細(xì)胞中的定位（使之不隨機分布）和引起細(xì)胞衰老等方面起著重要作用。人類的端粒DNA重復(fù)序列長約2－15kb。眾所周知，真核DNA是線性DNA，復(fù)制時由于模板DNA起始端為RNA引物先占據(jù)，新生鏈隨之延伸；引物RNA脫落后，其空缺處的模板DNA無法再度復(fù)制成雙鏈。因此，DNA每復(fù)制一次端粒即丟失50~200bp[1]，即出現(xiàn)真核細(xì)胞分裂中的“末端復(fù)制問題”。當(dāng)末端縮短到達(dá)5~7kb時不能維持染色體的穩(wěn)定，染色體發(fā)生融合或丟失，與端粒DNA相鄰的基因丟失，最后導(dǎo)致細(xì)胞衰老而死亡，故端粒又稱“細(xì)胞分裂計時器”。即人正常體細(xì)胞在經(jīng)過有限次的有絲分裂，分裂次數(shù)達(dá)到“Hayflick極限”，染色體端粒長度縮短到一定程度后，細(xì)胞進(jìn)行的有絲分裂便不可逆地被阻斷在細(xì)胞周期G1期和G2/M期之間的某個時期，這時細(xì)胞進(jìn)入了老化期并隨后死亡[3]。大多數(shù)正常體細(xì)胞在增殖60~70代會出現(xiàn)細(xì)胞衰老和死亡[4]。故有人稱端�？s短是觸發(fā)細(xì)胞衰老的分子鐘[5]。端粒隨年齡的增長而逐漸縮短，老年人要比青年人的端粒明顯縮短，可見端粒的長度與細(xì)胞的壽命密切相關(guān)[6]。
2端粒假說
1973年Olovfnikov博士首次提出了端粒去失與衰老關(guān)系的理論[7]。后人對此進(jìn)行不斷完善，1990年Harley指出在端粒酶處十抑制狀態(tài)的細(xì)胞分裂時，DNA不完全復(fù)制會引起端粒DNA的少量丟失。端粒隨細(xì)胞分裂次數(shù)增加而不斷縮短，當(dāng)端�？s短到一定程度，細(xì)胞就會停止復(fù)制而衰老死亡，這就是端粒假說。此外，他們還發(fā)現(xiàn)端粒酶可催化端粒復(fù)制，從而延長細(xì)胞生命，所以胚胎細(xì)胞、永生化細(xì)胞和其它一些表達(dá)端粒酶活性的干細(xì)胞壽命均比無端粒酶活性的細(xì)胞長。有研究表明，正常人類組織的實體細(xì)胞中的端粒酶序一般不具有活性，而在胚胎組織、生殖細(xì)胞和少數(shù)造血干細(xì)胞及癌細(xì)胞等永生化細(xì)胞中端粒酶則具有穩(wěn)定的活性。Kim等[8]用TRAP法對18種人體組織培養(yǎng)細(xì)胞做端粒酶測試，發(fā)現(xiàn)100個永生化細(xì)胞株中有98個有端粒酶活性，22個非永生化細(xì)胞則無一例表達(dá)。而進(jìn)過誘導(dǎo)，可使已發(fā)生老化的人正常雙倍體成纖維細(xì)胞呈現(xiàn)出端粒酶活性，端粒酶活性在這些細(xì)胞中的重建導(dǎo)致了端粒長度增加，細(xì)胞壽命延長[9，10]。
Harley等人在研究體外培養(yǎng)的人成纖維細(xì)胞時，得到細(xì)胞衰老過程中端粒損失的直接證據(jù)。他們分別取新生兒、24歲、71歲和91歲的供體的成纖維細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，并使之衰老。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著成纖維細(xì)胞的不斷分裂，染色體末端限制性片段（TRF）的長度都逐漸減少，而染色體內(nèi)部的重復(fù)序列并不減少。進(jìn)一步實驗證明，如果細(xì)胞不分裂，則TRF的長度不減少。說明染色體末端重復(fù)序列TITFAGGG（端粒）在細(xì)胞衰老過程中特異地依賴DNA復(fù)制而丟失。相反，精子中的端粒長度與受試者的年齡無關(guān)。這是因為精子中有端粒酶的表達(dá)，使端粒保持恒定長度的緣故。所以，端粒的長度被認(rèn)為是人體細(xì)胞壽命的標(biāo)志[11]。
3端粒酶與衰老
端粒的長度主要由端粒酶決定，端粒酶的活性高，端粒DN段就長。端粒酶自身攜帶有RNA組份作為復(fù)制時的模板，這是端粒酶區(qū)別于一般DNA聚合酶的主要特征。
端粒酶（telomerase）主要由三個亞單位構(gòu)成：（1）端粒RNA（humantelomeraseRNA，hTR）；（2）端粒酶相關(guān)蛋白質(zhì)（humantelomeraseassociatedprotein，hTP）；（3）人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶[（humantelomerasereversetranscriptase，hTERT）。端粒由端粒酶合成。端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，它直接參與端粒區(qū)的形成，hTR以此為模板（5’—CUAACCCUAAC—３’）以端粒的3’—overhang為引物，在端粒末端加上新的重復(fù)序列，維持端粒長度，使細(xì)胞壽命延長，并具有無限分裂的能力[12]。
hTERT在端粒酶的激活中起關(guān)鍵作用，hTERT可以通過保護(hù)或穩(wěn)定作用延長端粒酶RNA的半衰期，從而增加端粒酶活性。hTERT是維持端粒穩(wěn)定性所必需的。它以端粒酶RNA組份（hTR）為模板催化端區(qū)DNA的合成。人正常組織廣泛表達(dá)hTR和端粒相關(guān)蛋白（hTP），而hTERT在出生后即被抑制，hTERT是人類端粒酶活性的主要調(diào)控亞單位，hTERT一旦表達(dá)就和其他亞單位一起組裝具有高活性的端粒酶[13]。
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4端粒保護(hù)有關(guān)的因子
端粒的保護(hù)有端粒酶陽性途徑和端粒酶陰性途徑，陽性途徑是指通過對端粒酶活性的影響，實現(xiàn)對端粒功能和結(jié)構(gòu)的調(diào)整，如Bcl—2，p53，PKC，PP2A等等。端粒酶陽性途徑研究報道很多，主要是對腫瘤等永生化細(xì)胞的研究越來越深入，因為85%以上的癌細(xì)胞具有很高的端粒酶活性。但端粒酶基因不是致癌基因，端粒酶的激活不是癌變的前提和必要條件[14]。
端粒酶雖然具有延長端粒的功能，但是單純提高端粒酶活性，并不能阻止端�？s短。例如在端粒酶陽性的細(xì)胞中過表達(dá)TRF1可導(dǎo)致端粒長度縮短，而抑制TRF1的表達(dá)可以增加端粒的長度。TRF1不能控制端粒酶的表達(dá)，但可抑制端粒酶在端粒末端的作用。端粒DNA結(jié)合TRF1達(dá)到一個臨界數(shù)目時，便產(chǎn)生抑制端粒酶復(fù)合物活性的信號，端粒延伸終止，端錨聚合酶可使TRF1核糖基化而喪失結(jié)合端粒DNA的能力，允許端粒酶結(jié)合端粒DNA，使端粒得以延伸[15]。
總之，對端粒的保護(hù)是多種因素共同作用的結(jié)果，而且隨著對端粒與衰老關(guān)系研究的深入，越來越多的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，端粒結(jié)構(gòu)和功能的改變在衰老中起著主要作用，而不是端粒酶[16][17]。況且對端�？s短進(jìn)程的調(diào)節(jié)，還存在著不依賴改變端粒酶活性的機制，即端粒酶陰性途徑。這方面的研究很少，值得進(jìn)一步的挖掘。
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