端粒是真核细胞染色体末端含有的TTAGGG简单重复结构，它能防止染色体发生降解、端-端融合、重组和染色体丢失，因而起到稳定染色体的作用。在正常情况下，由于染色体复制的自身缺陷(末端复制问题)，细胞每分裂1次，端粒将丢失50～150个碱基对。随着细胞分裂次数的增加，端粒DNA将逐渐缩短，最终使细胞进入危机期，并导致细胞死亡。端粒酶是由RNA和蛋白体组成的复合体，属一种专一的依赖RNA的逆转录酶，能以自身的RNA为模板，从头合成染色体末端的端粒DNA，弥补细胞分裂时端粒DNA的丢失，维持端粒的长度，保持染色体的动态平衡。自1994年Kim建立了高敏感度的、以PCR为基础的检测端粒酶的方法以来，端粒酶引起了人们的广泛关注。人们发现，端粒酶与细胞的增生、分化和不死性有着极为密切的关系，已成为目前肿瘤和衰老基础研究的热点之一。

一、端粒和端粒酶假说

在端粒-端粒酶假说中，认为人体细胞的死亡过程由两种程序控制，即第一致死期M₁期和第二致死期M₂期。M₁期发生于端粒缩短后，并由p53、p16、pRb等正常抑癌基因所产生的蛋白控制。即使细胞阻止在G₀或G₁期，某些癌基因蛋白能降解或破坏p53、p16和pRb蛋白的正常功能，使细胞生长克服M₁期，并延长生存时间，到达M₂期。在M₂期，除细胞端粒继续缩短和大多数细胞死亡外，仅有极少数细胞渡过M₂期，成为永生化细胞。目前认为细胞进入M₂期与端粒酶活性的上调或重新激活有关。

二、端粒酶活性的调节

在人体胚胎形成后，生殖细胞能表达高水平的端粒酶，但大多数的体细胞则端粒酶表达阴性；淋巴细胞和再生组织中的增生性细胞有端粒酶活性，但这些细胞与端粒酶阴性的正常体腔细胞相比，其在分裂过程中仍然有一定程度的端粒的缩短。随着细胞分裂次数的增加，端粒酶阳性的细胞端粒逐渐缩短，以致于细胞进入死亡期或通过M₁和M₂期成为永生化细胞。通常，成为永生化的细胞可通过端粒酶活性调节来完成，但在某些端粒酶阴性的体外模型中，确实还存在着不依赖端粒酶调节的另一通路。检测这些细胞可以发现，虽然没有端粒酶活性的表达，但这些细胞均有较长的端粒。在淋巴细胞中，处于静止期的淋巴细胞几乎检测不到端粒酶活性，来源于再生组织中的干细胞也有这种调节端粒酶活性的能力。大多数人类肿瘤组织都含有端粒酶活性，可能是由于端粒酶重新激活或肿瘤细胞来源于端粒酶阳性的干细胞，这些端粒酶活性能足以维持肿瘤细胞端粒的长度。由于端粒酶阳性的肿瘤细胞能自身调节端粒酶的表达，因此这些细胞能在细胞周期的静止期到细胞的分化或死亡的过程中下调端粒酶的表达。

三、细胞周期与端粒酶的活性

在数个体外模型中发现，端粒酶在细胞周期的每一个时相都有一定水平的表达。最初的研究显示，在细胞周期的S期和M期有端粒酶活性。但最近的研究发现，端粒酶在细胞周期的G₁、S期和G₂/M期均有表达。这说明端粒酶的表达至少部分不依赖DNA的合成。许多端粒酶阳性的细胞在静止期可出现端粒酶活性的抑制。在IDH4细胞，SV40T抗原的表达下降，能使细胞进入危机期，其端粒酶的活性也随之下降；但当SV40T抗原重新表达时，端粒酶在细胞周期的第一个S期前也开始重新表达。同样，使用某些阻止T细胞进入S期的化合物，在重新使其进入增生状态后，并不能抑制端粒酶活性的增加。端粒酶活性与T细胞受体信号传导通路和cdk2激酶的激活有关。这些资料提示，端粒酶活性与DNA的复制可能是两个相互独立过程。

四、细胞增生和端粒酶活性

对于非增生的细胞至少能分成三类，即生长阻滞、静止状态和终末分化。细胞处于生长阻滞和终末分化是由阻断细胞分裂引起的一个可逆过程，在细胞周期的任何一个时相中，都有可能发生生长阻滞；而静止状态与细胞周期无关，通常又称G₀期阻滞；终末分化是涉及到细胞内部一系列复杂改变的不可逆的过程，常常引起不可逆的生长阻滞。目前研究表明，端粒酶的活性在HL60细胞和C2C12细胞终末分化时能抑制其活性。当NIH3T3细胞培养2～3周，细胞出现接触性抑制和停止细胞分裂后，端粒酶活性可逐渐减少20～30倍；但当这些细胞再进行传代后，端粒酶活性又重新上升。用BrdU处理的C2C12细胞趋于分化时，端粒酶活性也受到抑制，并出现剂量抑制效应；使用分化阻断剂3小时后，端粒酶开始表达并在24～36小时恢复到用药前水平。最近研究表明，端粒酶的再表达发生在DNA合成前，处于终末分化的HL60细胞的端粒酶表达水平的下降要明显大于处于静止期的细胞，这说明端粒酶的降解可以发生在终末分化期，细胞有丝分裂后端粒酶表达的抑制机理与细胞分化有关。

五、端粒酶的再表达通路

端粒酶阳性细胞的端粒酶调控机理十分复杂，可能与以下通路有关：(1)组织生长时受到抑制；(2)组织进入非增生状态或细胞周期停止；(3)在细胞周期过程中端粒酶受到调控。在胚胎发育过程中，大多数组织细胞端粒酶为阳性，而进入新生儿期后，这些组织细胞大都变为端粒酶阴性，说明端粒酶在组织发育过程中受到抑制。当端粒酶阳性细胞与阴性细胞进行杂交后，即使选择持续生长的杂交克隆，端粒酶的表达水平也明显下降或消失。此外，端粒酶抑制基因可能位于染色体3p，3p21区，在许多小细胞和非小细胞肺癌中经常发生缺失，提示此处可能含有一个肿瘤抑制基因，端粒酶可在肺的癌前病变组织中表达，这与3p的杂合性缺失几乎发生在同一时间。用显微注射将正常3号染色体注入端粒酶阳性的肿瘤细胞系能引起端粒酶表达水平下降、端粒缩短和细胞生长停止。综合以上资料，细胞增生时存在着一个抑制端粒酶活性的位点，这种抑制机理可能是由于许多永生化细胞基因突变引起的。

尽管推测端粒酶的抑制有突变通路的存在，但许多端粒酶阳性细胞在组织发展过程中，端粒酶并没有变为阴性，或仅在细胞进入静止期时成为阴性，这又提示在组织发育过程中，处于静止期细胞的端粒酶抑制可能是一个独立的调控通路。端粒酶的表达在细胞周期各个时相中缺少变化，这种在细胞周期中的特点说明端粒酶在整个细胞周期过程中不可能持续作用于端粒。现已证明，除端粒酶控制端粒的长度外，还有其他因素维持端粒的长度。

六、端粒酶在肿瘤诊断中意义

目前资料显示，通过高灵敏度的PCR-TRAP方法检测发现，端粒酶几乎在各种人类恶性肿瘤中均有不同程度的表达，总的表达率在85%左右，可能是目前已知的最为广谱的恶性肿瘤分子标记物。Kim等总结分析了895例恶性肿瘤和646例非恶性组织端粒酶的研究结果，发现端粒酶作为肿瘤诊断标记物的特异性为91%，敏感性为85%，阳性预测值为91%，阴性预测值为81%，这充分说明了端粒酶在肿瘤诊断中的潜在价值。

但随着端粒酶研究的深入和PCR-TRAP检测方法的普及，人们发现除生殖细胞、外周血白细胞、淋巴细胞和某些干细胞有端粒酶的表达外，某些正常组织如子宫内膜、子宫颈和皮肤的上皮、增生的肝脾组织和支气管上皮等组织也有一定水平的表达。这说明目前检测实体肿瘤组织中的端粒酶水平仅仅是肿瘤诊断的一个辅助手段。

目前诊断恶性肿瘤的金标准是组织病理诊断，它能对大多数怀疑为恶性的组织标本做出准确的诊断，对于某些细针穿刺、组织切缘、细胞涂片及体液来源的标本，如胸水、腹水、腹腔冲洗液、膀胱冲洗液和痰液等其诊断准确性不高。由于PCR-TRAP方法能探及10～15个肿瘤细胞的端粒酶活性，所以，利用这种方法检测这类标本中的端粒酶活性有可能成为某些恶性肿瘤诊断、筛选的标记物。目前已有报道通过检测膀胱冲洗液和腹水中端粒酶的活性并结合细胞学检查，能明显提高膀胱癌和卵巢癌的诊断率；检测喉癌、食道癌、支气管肺癌的手术切缘，有助于诊断切缘是否干净。

七、端粒酶在治疗中的意义

由于端粒酶对维持端粒长度、保持染色体的稳定性有重要作用，近年来人们开展了通过抑制端粒酶活性作为肿瘤治疗的新靶点的试验研究。根据端粒酶含有的RNA是延长端粒的模板的特点，以阻断RNA模板作为抑制端粒酶活性的治疗靶点，体外试验显示非常高浓度的DNA寡核苷酸能抑制端粒酶的活性。最近利用合成的肽核酸(PNA)在体外也能有效抑制端粒酶的表达，而PNA与DNA寡核苷酸相比，特异性更高，所需浓度较低，且能耐受核酸和蛋白激酶的降解，故能更有效的抑制端粒酶的活性。所以许多学者认为，PNA可能是将来肿瘤治疗中有发展前途的抗端粒酶分子。抗端粒酶治疗的另一个治疗靶点是通过抑制端粒酶与核酸的结合位点来抑制端粒酶的活性，目前发现有效的抗端粒酶抑制因子有dideoxyyuanine(ddG)和azidothymidine(AZT)，但它们的特异性不高，因而限制了它们进一步的使用，但端粒酶与DNA的结合位点将可能是另一个有潜在研究价值的抗端粒酶活性的治疗靶点。抗端粒酶治疗的第三个治疗靶点是采用细胞分化诱导剂抑制端粒酶的活性，其治疗作用与诱导细胞分化的程度有关，特异性较差。关于抗端粒酶治疗的疗效，目前未见体内研究的报道，从理论上讲，可能只能消除有增生潜能的肿瘤细胞和对手术及放化疗后残留的微小病灶，因而起到辅助治疗的作用。

抗端粒酶治疗的主要副作用是对端粒酶阳性细胞如生殖细胞、淋巴细胞、干细胞和其他组织中的增生细胞的影响，一般认为淋巴细胞和干细胞与肿瘤细胞相比有较长的端粒。此外，大多数干细胞和淋巴细胞与端粒酶受抑制的肿瘤细胞相比，细胞的端粒较长，细胞分裂较慢，并且其增