端粒和端粒酶与心血管疾病关系

(2009-03-01 23:01:02)

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标签： 健康

关键词：岭南心血管病杂志　端粒　端粒酶　心血管疾病　戴海龙

　　提要　端粒长度、端粒酶活性在心血管疾病发生发展过程中的变化引起了心血管界的关注。现就端粒、端粒酶与高血压、动脉粥样硬化、心肌细胞损伤、心力衰竭等心血管疾病的关系和研究状况作一综述。

　　端粒是真核生物染色体末端的特殊结构, 由端粒DNA和蛋白质构成, 人类端粒DNA大约长2～15 kbp ,由TTAGGG重复序列组成, 不具有编码蛋白质的功能,是非结构基因。端粒DNA的3′末端较5′末端长出12～16 bp的一段弯回，呈帽状, 保护着染色体。端粒DNA可以与特异性蛋白结合, 比如端粒限制性片段(telomere repeat factors，TRF) 1和2, hPOT1。另有许多其他的蛋白可以通过这些蛋白间接地与端粒结合, 以确保端粒功能的正常行使。

　　端粒的功能主要是防止染色末端被核酸外切酶降解而形成染色体端-端融合，促进染色体与核膜粘着，以及在减数分裂时进行联会。随着细胞分裂的不断进行，端粒会不断缩短，当长度减少到临界值时，细胞即趋向死亡。端粒又可看作是细胞有丝分裂的“生物钟”。多数情况下，细胞分裂次数越多，端粒长度越小。

　　端粒酶是一种核糖核蛋白（ribonucleoprotein，RNP），能以自身携带的RNA为模板，不断合成新的端粒DNA序列添加到染色体末端，弥补端粒丢失，阻止端粒缩短，并可能使得细胞最终逃脱程序性死亡，获得无限增殖能力，即永生化。端粒酶由端粒酶RNA组分（telomerase RNA component，TERC）、端粒酶逆转录酶（telomerase reverse transcriptase ,TERT）及连结二者的端粒酶连结蛋白组成[1]。人端粒酶复合物有6个亚单位：hTR(human telomerase RNA)，TEP1(telomerase associated protein 1)，hTERT (human telomerase reverse transcriptase)，hsp90(heat shock protein 90)，p23和dyskerin。

　　端粒酶含蛋白质和端粒DNA互补的RNA，端粒DNA的合成必须依赖端粒酶的RNA模板，通过逆转录完成，自身携带模板是端粒酶区别于一般纯逆转录酶的重要特征。端粒酶中RNA-DNA成分对其作用非常重要，切割RNA-DNA时，酶即失去活性。

　　高血压、动脉粥样硬化、心肌细胞损伤、心力衰竭等心血管疾病存在心肌细胞端粒长度及端粒酶活性的相关变化。针对端粒酶活性的基因治疗可能是心血管疾病治疗的一种手段。 

1  端粒和端粒酶与高血压关系

　　原发性高血压发病机制尚未完全阐明。年龄依赖的端粒损耗可能参与高血压病理过程，甚至可能是导致高血压发生的机制之一。随着年龄增长，人类端粒损耗特别是染色体的丢失会导致基因不稳定，并导致继发致病基因的表达^[1]。邓辉胜等^[2]采用聚合酶链反应-酶联免疫吸附检测30例原发性高血压和20名血压正常者肠系膜动脉平滑肌细胞端粒酶活性，发现原发性高血压动脉平滑肌细胞端粒酶活性的表达升高；谭浩等^[3]检测91例原发性高血压和43名血压正常者外周血淋巴细胞端粒酶活性，结果发现高血压组外周血淋巴细胞的端粒酶活性比血压正常者明显增高；Jeanclos等^[4]对49对双胞胎进行白细胞TRF长度及血压的测量，发现TRF与脉压呈负相关，他们具有高度的家族遗传性，端粒长度由基因控制，在脉压调节机制中可能起重要作用。许多资料显示端粒长度与高血压之间存在相关 ^[5,6]。

　　作为生物学衰老标记的端粒、端粒酶可能给高血压的发生提供了新的分子水平指标。端粒由遗传决定出生时长度，加速的正常生物衰老参与高血压发生发展和血管重构，并通过端粒缩短、激发端粒酶活性增高表现出来。

2  端粒和端粒酶与动脉粥样硬化关系

　　内皮或平滑肌细胞对损伤或生长因子的应答似乎与细胞老化的功能有关，生长因子在年轻内皮细胞引起增生应答而在老年细胞导致死亡和内皮剥蚀；同样在年轻的动脉中层损伤也许导致平滑肌细胞增生、迁移，终致稳定的斑块形成，而在老年动脉增生细胞也许会很快衰老、死亡导致血管内膜的脆弱。Samani^[7]率先对冠心病患者外周血细胞端粒长度与动脉粥样硬化关系进行研究，冠心病组10例，经冠状动脉造影确诊，对照组20例，经冠状动脉造影排除冠状动脉病变，结果发现端粒长度随年龄增长而缩短，冠心病患者端粒长度较对照者明显缩短，相当于较其年长8.6岁者的端粒长度。Ogami等[8]发现冠心病患者冠状动脉内皮细胞的端粒长度短于同龄的非冠心病患者。　　　　Benetos等^[9]测量163例高血压男性白细胞端粒长度，用B超检查颈动脉粥样斑块。结果显示有颈动脉粥样斑块的高血压患者的白细胞端粒长度短于无颈动脉粥样斑块的高血压患者,白细胞端粒长度的缩短与颈动脉粥样硬化的易患性相关。薛枫^[10]提取各16例冠状动脉粥样硬化患者和年龄、性别相匹配的对照者外周血白细胞DNA，纯度检测合格后用地高辛标记的端粒探针行Southern杂交，发现冠状动脉粥样硬化患者外周血白细胞端粒长度较对照者明显缩短,表明端粒长度缩短在冠状动脉粥样硬化中起关键作用。

3  端粒和端粒酶与心肌细胞损伤

　　心肌细胞为终末分化细胞，坏死的心肌细胞不能再生。端粒长度和端粒酶活性与心肌细胞的损伤相关。在心血管健康研究中，Annette等^[11]随机选取的419例,平均年龄74.2岁,测定其白细胞TRF长度,发现TRF每减少1 000个碱基,心肌梗死和卒中的危险率增长3倍。Brouilette等^[12]测量了203例早期心肌梗死和180例对照的白细胞端粒长度，发现早期心肌梗死病人白细胞端粒长度短于对照组，仅相当于较其年长11.3岁者的端粒长度。端粒长度的缩短者早期心肌梗死的危险性比正常者增加2.8～3.2倍。涂欣等^[13]通过结扎大鼠左冠状动脉制备心肌梗死模型，用Southern杂交测定端粒片段长度, 发现大鼠心肌梗死后心肌细胞端粒酶表达增强，端粒长度改变，二者可能参与心脏的生长储备。Brouilette等^[14]的研究显示白细胞端粒长度与中年、高危男性的冠心病事件相关。

4  端粒和端粒酶与心力衰竭关系

　　心力衰竭的5年的存活率与恶性肿瘤相似。确切病理生理机制至今仍不十分明了，端粒损耗可能参与心力衰竭的病理过程。与同龄无心力衰竭者比较，心力衰竭病人的心肌纤维的端粒长度较短。0h等^[15]报道，在人类心力衰竭组织中检测到端粒缩短、TRF2表达缺失， DNA损伤检定点激酶(DNA damage checkpoint kinase，Chk2)激活，同时发现端粒系统的下调与心肌细胞的凋亡高度相关。在体外培养的心肌细胞，减少TRF2表达引起端粒缩短，心肌细胞凋亡。对升主动脉缩窄致心肌肥厚的小鼠，进行超负荷刺激1 周后即出现了TRF2下调，端粒缩短及Chk2激活；而在强化表达TERT转基因小鼠中超负荷刺激引发的3种效应明显减轻。Leri等^[16]切除小鼠心肌细胞的端粒酶后，心肌细胞的端粒明显缩短，心肌中的p53上调(p53是一种肿瘤抑制蛋白，是小鼠体内端粒功能紊乱的一个重要的调节因子)，同时心脏的血流动力学和心脏解剖学均异常。在年龄相关性肥大的心肌中，心肌细胞凋亡增加，端粒明显缩短^[17]。

5  现状与展望

　　将外源性TERT导入成年心肌细胞中重新激活端粒酶，是实现心肌细胞永生化和保护冠状动脉内皮细胞端粒不缩短的有效方法。这将会修复损伤的心肌，为心力衰竭患者提供心脏移植的自体供体以减少排斥反应，防止冠状动脉内皮细胞衰老以预防冠状动脉硬化，同时可通过测量端粒长度来判断冠状动脉硬化进展程度。Murasawa等^[18]在鼠后肢缺血的模型中移植转染了hTERT的内皮祖细胞，结果发现患肢毛细血管密度增加，挽救了缺血的后肢。McKee等^[19]在人主动脉平滑肌细胞上使hTERT的过度表达，增加了端粒长度，延长了细胞寿命。Oh等^[20]发现，在小鼠心肌中强制TERT表达足以援救端粒酶活性和端粒长度，用病毒导入TERT基因，无论在体外体内都可提供保护避免凋亡。边昶等^[21]构建含有hTERT和猿猴病毒40大T cDNA片段的逆转录病毒载体，转染人原代脐静脉内皮细胞，能使人脐静脉内皮细胞永生化，保持内皮细胞性状不改变。然而，转染细胞能否及如何精确定位于靶细胞？不加区分的引发的细胞增殖将可能促使心肌纤维化和癌症的发生^[22,23]，血管内皮细胞的过度增殖可能会加重动脉粥样硬化。需进一步研究来揭示hTERT的内在基因和外来因素的两种调节之间的关系^[25]。