靶向端粒酶治疗肿瘤研究进展
靶向端粒酶治疗肿瘤研究进展 ?
390?JournalofPracticalOncologyVo1.21No.42006
靶向端粒酶治疗肿瘤研究进展
胡霄综述,滕理送,曹江审校
(浙江大学医学院附属第一医院肿瘤外科,浙江杭州31OOO3) 关键词:肿瘤;基因疗法;端粒,末端转移酶;基因表达调控;免疫疗法;肿瘤细胞,培养的
:1001—1692(2006)04—0390—04 中图分类号:R73文献标识码:A文章编号
近年来,随着对端粒酶的研究深入,应用靶向端
粒酶的方法治疗肿瘤成为热点,并有较多的新进展,
如:应用端粒酶hTERT的免疫抗原性进行肿瘤的
免疫治疗;端粒酶启动子驱动的肿瘤基因治疗等.本
文简要介绍端粒酶与肿瘤的密切关系,并就针对端
粒酶靶向治疗肿瘤的研究进展进行综述.
1端粒酶和肿瘤
端粒酶是一种由RNA和相关蛋白质组成的核
糖核蛋白体复合物,属于专一依赖RNA的逆转录
酶,含有引物特异识别位点,可识别单链富含G的寡
收稿日期:2005—03—04
作者简介:胡霄(1980一),男,浙江瑞安人,浙江大学医
学院硕士生,从事肿瘤基因治疗研究.
[111FerrandezA,PrescottS,BurtRW.Cox一2and
colorectalcancerI-J].CurtPharmDes,2003,27(9):
2229—2251.
El2]
[133
E143
[15]
E163
[17]
GrossmanHB.SelectiveCox一2inhibitorsas
chemopreventiveandtherapeuticagents[J].Drugs Today,2003,39(3):203—212.
AdrianW,WebbM,PamelaL.Cycl00xygenase—
independentchemopreventionwithanaspirin derivativeinaratmodelofcolonicadenocarcinoma EJ3.LifeSci,1998,62(23):367—373.
TakahashiM,FukutakeM,YokotaS,eta1.
Suppressionofazoxymethane-inducedaberrantcrypt foeiinratcolonbynimesulide,aselectiveinhibitorof cyclooxygenase一2[J].JCancerResClinOncol,
1996,122(4):219—222.
WeiM,MorimuraK,WanibuchiH,eta1.JTE一522,a
selectiveCox一2inhibitor.inhibitsinductionbutnot growthandinvasionof1,2-dimethylhydrazine- inducedtubularadenocarcinomasofcoloninrats EJ3.IntJCance,2005,113(3):354—358.
PerseM,ZebicA,CerarA.Rofecoxibdoesnot inhibitaberrantcryptfoeiformationbutinhibitslater stepsinthedevelopmentofexperimentalcolorectal cancer:rofecoxibinexperimentalcoloncancer[J3. ScandJGastroenterol,2005,40(1):61—67.
TetsuroH,TakeoI,KeigoY,eta1.ARandomized, 核苷酸引物,并以自身RNA为模板合成端粒DNA,
维持端粒的长度和稳定,保持染色体的完整.研究表
明人端粒酶由RNA成分(humantelomeraseRNA, hTR),催化亚单位逆转录蛋白(humantelomerase
reversetranscriptase,hTERT)和端粒酶相关蛋白1
(telomereassociatedprotein,TEP1)三个亚单位组
成.
约9O%的肿瘤细胞均具有端粒酶活性,并通过
端粒酶维持端粒长度,而正常体细胞则不具有端粒
酶活性;另有约1O%的肿瘤细胞不具有端粒酶活性,
但可通过变异性端粒延长(alternativelengthening oftelomeres,ALT)机制稳定端粒,达到细胞永生
化[1].研究表明端粒酶活化和ALT机制在肿瘤形成
过程中的作用不同,有待深入阐明[2].另外研究发现
[183
E193
[203
[213
[22]
p
Double.Blind.Placebo—ControlledTrialoftheEffects ofRofecoxib,aSelectiveCyclooxygenase一2Inhibitor,
onRectalPolypsinFamilialAdenomatousPolyposis Patients[J].ClinCancerRes,2003,9(13):4756—
476O.
HaanenC.Sulindacanditsderivatives:anovelclass
ofanticanceragents[J3.CurrOpinInvestigDrugs, 2001,5(2):677—683.
HaoXP.AnneE.MarinaW.Earlyexpressionof cyclooxygenase一2duringsporadiccolorectal carcinogenesis[J3.JPathol,1999,87(3):295—301.
KishimotoY,YashimaK,MorisawaT,eta1.Effects
oflong.termadministrationofsulindacon APCmRNAandapoptosisincolonsofratstreated withazoxymethaneEJ].JCancerResClinOncol, 2002,128(11):589.
ChanTA,MorinPJ.VogelsteinB,eta1.Mechanisms underlyingnon-steroidalanti-inflammatorydrugs- mediatedapoptosis[J].ProcNatlAcadSciUSA, 1998,95(2):681—686.
YangZ,HollandeF,BaldwinGS.Blockadeoflong chainfattyacidoxidationbynon—-steroidalanti—-
inflammatorydrugsmaycontributetoinhibitionof proliferationofhumancolorectalcarcinoma(CRC) [J3.CancerLet,1998,124(2):187—191.
实用肿瘤杂志2006年第2l卷第4期
端粒酶RNA缺陷(mTERC一/一)小鼠经过数代以后,
端粒功能发生进行性失调,使得基因组不稳定,导致
肿瘤发生增加[3】.当然,端粒酶在肿瘤形成中的作用
不限于维持端粒,最近研究表明端粒酶可通过不依
赖延长端粒长度的方式促进肿瘤形成[4].另外,研究
表明端粒酶的表达水平与许多肿瘤的恶性程度和预
后有密切联系,认为端粒酶可用于肿瘤诊断[5].综上
所述,端粒酶在肿瘤形成过程中具有重要作用,可成
为肿瘤治疗的有效靶点.
2靶向端粒酶治疗肿瘤
由于端粒酶在恶性肿瘤中的广泛表达,将端粒
酶作为靶点进行肿瘤治疗策略受到重视,并有较多
成果.目前,针对端粒酶治疗肿瘤方法包括直接靶向
端粒酶成分,端粒和端粒酶调节机制,以及应用端粒
酶的肿瘤基因治疗和免疫治疗等.
2.1靶向端粒酶成分
2.1.1针对hTR端粒酶是以其自身RNA为模板 来合成端粒DNA序列的,因此可通过消除其模板作 用来抑制端粒酶活性.目前有多种反义方法用于抑 制hTR亚单位,如反义寡核苷酸,肽核酸和核酶等. 肽核酸是人工合成的反义寡核苷酸,包含非离子性 的骨架,在体内的稳定性较高,不易被核酸酶和蛋白 酶所降解.研究发现hTR一肽核酸处理黑素瘤细 胞,可抑制端粒酶活性,但这种抑制效果具有剂量和 时间依赖性,处理约2O天没有发现端粒缩短现 象[6].核酶是具有核酸内切酶活性的反义RNA,以 序列特异性的方式切割RNA底物.研究表明,hTR 核酶能有效地抑制端粒酶的活性,并通过诱导凋亡 抑制肿瘤生长[7].但是,这些方法的缺点是抗癌效果 对端粒长度依赖性,不适用于长端粒肿瘤.2,_5'反 义寡腺苷酸(2—5oligoadenlylateantisense,2—5A)则 可在短时间内抑制端粒酶.它是一种hTR特异性嵌 合体反义寡核苷酸,与hTR结合,在结合部位募集 和激活核糖内切酶RNAseL活性,降解hTR.体内 外实验证实针对hTR的2,5A能在短时间内有效地 抑制癌细胞的生长和肿瘤形成[8].
2,1.2针对hTERT针对hTERT的方法和针对 hTR方法大致相同.研究证实hTERT核酶能有效 地抑制乳腺癌细胞端粒酶活性,并使乳腺癌细胞对 拓扑异构酶抑制剂的敏感性增加[g].另有研究者通 过构建显着负效应hTERT(dominant—negative mutantofhTERT,DN—hTERT)抑制端粒酶活 性[1.DN—hTERT是由hTERT催化结构域的关键
氨基酸残基突变所形成,可与端粒酶全酶其它成分 竞争性结合.研究发现它可增强癌细胞对顺铂的敏 感性,但增加了癌细胞对替莫唑胺的耐药性.因此在 ?391?
DN—hTERT联合化疗药物治疗肿瘤时要对药物进 行合理选择L1.
2.1.3核苷类似物端粒酶具有反转录酶活性,在 合成端粒的过程中,需四种三磷酸核苷酸的参与.因 此可利用核苷类似物竞争性抑制dNTP与端粒酶的 结合,抑制反转录过程,从而达到端粒酶抑制目的. Yamaguchi对四种dNTPs的L型异构体进行端粒 酶活性抑制的研究,在四种L—dNTPs中,L—dTTP 和L—dGTP能抑制端粒酶活性而另二种不能或仅有 轻微抑制[1.目前发现有效的核苷类似物还有双脱 氧鸟嘌呤核苷(ddT)和叠氮脱氧胸苷(AzT)等,但 它们特异性不高,限制了它们的进一步使用. 2.2靶向端粒
端粒酶和端粒密切相关,因此可通过针对端粒 的方法达到抑制端粒酶的目的,如稳定鸟嘌呤四联 体和针对端粒相关蛋白等方法.
端粒DNA序列富含鸟嘌呤,可形成鸟嘌呤四联 体结构.该结构是由4条相互独立的DNA单链构成 的四聚体结构.端粒酶的RNA模板区需要线性而非 折叠的端粒DNA引物才能合成端粒并使端粒延伸. 因此,鸟嘌呤四联体的存在抑制了端粒酶活性.目前 常见稳定该结构的药物包括基于乙啡啶,双苯菲哕 啉,吖啶和奎宁等的复合物.BRACO19是一种吖啶 类复合物,研究证实它明显抑制人类乳腺癌细胞株 的生长,并增强紫杉醇的抗肿瘤效果[1.
端粒相关蛋白在调节端粒长度方面起重要作 用,它包括端粒重复序列结合因子(telomericrepeat
factor1,TRF1),TRF2,端锚聚合酶等.TRF1, TRF2负性调节端粒长度,端锚聚合酶则延长端粒. 研究报道Pin2/TRF1相关蛋白PinXl可同人类端 粒酶催化亚单位结合,它的过表达抑制端粒酶的活 性;PinX1缺失则增强端粒酶活性,延长端粒,增加 裸鼠的肿瘤形成[1.
2.3针对端粒酶hTERT表达调控机制
端粒酶活性调控是一个复杂过程,甲基化和多 个转录因子等参与调节.针对这些调控机制也是抑 制端粒酶的可行思路.
2.3.1去甲基药物研究发现多个肿瘤细胞株存 在hTERT基因启动子高甲基化现象[1.另外, hTERT基因启动子含有富含CG序列的CpG岛,且 该区域存在甲基化敏感的转录因子结合位点,表明 甲基化在调节hTERT基因表达起重要作用,通过 去甲基化也可达到端粒酶抑制效果.5一氮杂胞苷是 常见的去甲基药物.研究证实5一氮杂胞苷使hTERT 基因启动子脱甲基,降低hTERT表达,从而抑制端 粒酶活性,缩短端粒[】.
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2.3.2针对转录因子端粒酶在转录水平受到多 个转录因子的调节,包括p53,Madl,骨髓特异性锌 指蛋白1(MZF一2),Wilms瘤1(WT1),TGF—p和 Menin等抑制因子,以及c—Myc,Spl和雌激素等活 化因子.c—Myc可在转录水平激活hTERT启动子,
上调端粒酶活性.研究报道使用BRCA1和N—Myc 相关蛋白(Nmi)处理乳腺癌细胞,可同c—Myc形成 三联体,从而明显抑制C—Myc诱导的hTERT启动子 活性,使端粒酶失活L1引.此外,由于雌激素可在转录 水平上调hTERT表达,活化端粒酶,因此也是端粒 酶抑制的靶点.研究发现他莫昔芬处理雌激素阳性 的乳腺癌细胞,可抑制hTERT转录,抑制细胞生 长;但用于处理子宫内膜癌细胞,则上调细胞的 hTERT转录表达,促进细胞生长,故雌激素调节端 粒酶活性具有细胞或组织类型依赖性n. 2.4应用hTERT启动子的基因治疗
最近,利用端粒酶进行肿瘤基因治疗成为研究热 点.研究者利用hTERT启动子驱动自杀基因或肿瘤 特异性增殖病毒以达到特异性杀伤肿瘤的目的. 自杀基因又称前药敏感基因,将自杀基因导人 肿瘤细胞,可将无毒药物前体在肿瘤细胞内代谢为 毒性产物,进而杀伤肿瘤细胞.常见自杀基因包括单 纯疱疹病毒胸苷激酶(HSV—TK),水痘带状疱疹病 毒胸苷激酶(VZV—TK),细胞色素P45O基因,CD, GPT等,其中TK和CD广为研究.TK可将更昔洛 韦磷酸化成毒性产物,阻断核酸代谢途径,导致细胞 死亡.有研究将hTERT启动子调控的HSV—TK重 组腺病毒用于感染未分化甲状腺癌细胞株.癌细胞 感染腺病毒后,生存能力随着更昔洛韦剂量增加而 减弱,动物实验也发现明显的肿瘤抑制现象口副. 利用hTERT启动子驱动肿瘤特异性病毒增殖 治疗肿瘤是目前较新的思路.腺病毒是常见的肿瘤 增殖病毒.多个研究证实E1基因缺陷和表达E1A 的hTERT启动子驱动腺病毒可在多种肿瘤细胞中
增殖并杀伤癌细胞,而对正常细胞无杀伤力,并证实 hTERT启动子调控表达E1A基因的腺病毒杀伤癌 细胞的能力不弱于野生型的腺病毒,并强于溶瘤病 毒0NYX一015c"].另有体内外实验证实hTERT启 动子调控E1A和E1B表达的腺病毒特异性肿瘤增 殖和杀伤癌细胞的能力L2.
2.5免疫治疗
端粒酶在肿瘤中广泛的活性表达使其成为一个 广谱的肿瘤相关抗原.研究证实hTERT多肽可通 过树突状细胞递呈诱导产生细胞毒T淋巴细胞 (CTL),CTL具有HLA—A2限制性,能溶解多种癌 细胞;hTERT多肽还可以MHC一?分子限制性的方 JournalofPracticalOncologyVo1.21No.42006
式诱导CD4T辅助细胞反应L2?.最近一项临床I 期研究证实hTERT1540多肽对晚期癌症患者有一 定临床效果.研究中没有观察到明显的毒性反应;其 中一个患者的肿瘤抑制与肿瘤浸润性CD8+淋巴细 胞的诱导有关L2引.
3结语
综上所述,针对端粒酶治疗肿瘤是较有发展前 景的方法.但是,端粒酶抑制剂要作为一种肿瘤治疗 药物应用于临床,还有许多问题需要解决.(1)多数 端粒酶抑制方法通过缩短端粒达到肿瘤抑制的目 的,较适用于短端粒肿瘤,而不适用于长端粒肿瘤, 因此如何改进方法以治疗长端粒肿瘤有待研究解 决.(2)端粒酶作用的分子机制和活性调节机制还不 清楚,还须研究阐明.(3)除恶性肿瘤细胞有端粒酶 活性表达外,正常人类生殖细胞,造血干细胞,外周 血白细胞,表皮细胞等具有再生能力的细胞也有不
同水平的端粒酶活性表达,端粒酶抑制剂对这些细
胞也有影响,其毒性
也是一个重要的问题.
参考文献:
[1]HensonJD,NeumannAA,YeagerTR,eta1. Alternativelengtheningoftelomeresinmammalian ceils[J].Oncogene,2002,21(4):598—610.
[23ChangS,KhooCM,NaylorML,eta1.Telomere—based
crisis:functionaldifferencesbetweentelomerase activationandALTintumorprogression[J].Genes Dev,2003,17(1):88—1OO.
[33RudolphKL,MillardM,BosenbergMw,eta1. Telomeredysfunctionandevolutionofintestinal carcinomainmiceandhumans[J].NatGenet,2001, 28(2):155—159.
[43StewartSA,HahnWC,O'ConnorBF,eta1. Telomerasecontributestotumorigenesisbyatelomere length—independentmechanism[J].ProcNatlAcad SciUSA,2002,99(20):12606—12611.
[53HiyamaE,HiyamaK.Clinicalutilityoftelomerasein cancer[J].Oncogene,2002,21(4):643—649.
[63VillaR,FoliniM,LualdiS,eta1.Inhibitionof telomeraseactivitybyacel1一penetratingpeptide
nucleicacidconstructinhumanmelanomacells[J]. FEBSLett,2000,473(2):241—248.
[73FoliniM,PennatiM,ZaffaroniN.Targetinghuman telomerasebyantisenseO1igOnucleOtidesand ribozymes[J].CurrMedChemAnti—CancAgents,
2002,2(5):605—612.
[83KogaS,KondoY,KomataT,eta1.Treatmentof
bladdercancerceilsinvitroandinvivowith2—5A
antisensetelomeraseRNA[J].GeneTher,2001,8 (8):654—658.
实用肿瘤杂志2006年第2l卷第4期
[9]LudwigA,SaretzkiG,HolmPS,eta1.Ribozyme cleavageoftelomerasemRNAsensitizesbreast epithelialcelistoinhibitorsoftopoisomerase[J]. CancerRas,2001,61(7):3O53—3061.
[101TentoriL,PortarenaI,BarbarinoM,eta1.Inhibition oftelomeraseincreasesresistanceofmelanomacells totemozolomide,butnottotemozolomidecombined withpoly(adp—ribose)polymeraseinhibitor[J1.Mol Pharmacol,2003,63(1):192—202.
[11]YamaguchiT,YamadaR,TomikawaA,eta1. InhibitionofhumantelomerasebyL—enantiomersof
natural2'一deoxyribonucleoside5'一triphosphates
[J].NucleosidesNucleotidesNucleicAcids,2001,20 (4—7):1243—1246.
[121GowanSM,HarrisonJR,PattersonL,eta1.AG—
quadruplex—interactivepotentsmall—molecule
[13]
[141
[15]
[16]
inhibitoroftelomeraseexhibitinginvitroandinvivo antitumoractivity[J1.MolPharmacol,2002,61(5): 1154—1162.
ZhouXZ,LuKP.ThePin2/TRF1-interactingprotein PinX1isapotenttelomeraseinhibitor[J].Cell,
2001,1O7(3):347—359.
GuilleretI,YanP,GrangeF,eta1.Hypermethylation ofthehumantelomerasecatalyticsubunit(hTERT) genecorrelateswithtelomeraseactivity[J].IntJ Cancer,2002,101(4):335—341.
GuilleretI,BenhattarJ.Demethylationofthehuman telomerasecatalyticsubunit(hTERT)gene promoterreducedbTERTexpressionandtelomerase activityandshortenedtelomeres[J1.ExpCellRes, 2003,289(2):326,334.
LiH,LeeTH,AvrahamH.Anoveltricomplexof [171
[181
[19]
[2O]
[21]
[22]
BRCAl,Nmi,andc-Mycinhibitsc-Myc-induced humantelomerasereversetranscriptasegene (hTERT)promoteractivityinbreastcancer[J].J BiolChem,2002,277(23):20965—20973.
WangZ,KyoS,MaidaY,eta1.Tamoxifenregulates humantelomerasereversetranscriptase(hTERT) geneexpressiondifferentlyinbreastandendometrial cancercells[J].Oncogene,2002,21(22):3517—
3524.
TakedaT,InabaH,YamazakiM,eta1.Tumor—
specificgenetherapyforundifferentiatedthyroid carcinomautilizingthetelomerasereverse transcriptasepromoter[J].JClinEndocrinol
Metab,2003,88(8):3531—3538.
WirthT,ZenderL,SchuheB,eta1.Atelomerase dependentconditionallyreplicatingadenovirusfor selectivetreatmentofcancer[J].CancerRes,2003, 63(12):3181,3188.
KawashimaT,KagawaS,KobayashiN,eta1. Telomerase—-specificreplication?-selectivevirotherapy forhumancancer[J1.ClinCancerRes.2004,10(1Pt 1):285—292.
SchroersR,ShenL,RollinsL,eta1.Human telomerasereversetranscriptase—specificT-helper
responsesinducedbypromiscuousmajor histocompatibilitycomplexclass?一restricted
epitopes[J1.ClinCancerRes,2003,9(13):4743—
4755.
VonderheideRH,DomchekSM,SchuhzeJL,eta1. Vaccinationofcancerpatientsagainsttelomerase inducesfunctionalantitumorCD8Tlymphocytes [J1.ClinCancerRes,2004,10(3):828—839.
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病理取材,不完全切除率低,治愈率高,应用灵活的
局部皮瓣设计,在保证基底细胞癌得以彻底根治的
同时,能避免缺损所致的畸形,从而在形态和功能上
均取得理想的修复效果.
参考文献:
[1]DahlE,AbergM,RausingA,eta1.Basalcell [2]
[3]
[43
[5]
carcinoma:Anepidemiologicstudyinadefined population[J].Cancer,1992,70(1):1O4—108.
王炜.整形外科学[M].杭州:浙江科学技术出版社,
1999.471—473.
ZimblerM,MarcS,ThomasJ.Mohssurgery:
indicationsandmethodsofsurgicalreconstruction [J].Facialplastsurg,2000,8(4):342,345.
IraDP.曹谊林主译.面部整形与重建外科[M].济南:
山东科学技术出版社,2004.451—477.
HallockGG,LutzDA.Aprospectivestudyofthe accuracyofthesurgeon'sdiagnosisandsignificanceof positivemarginsinnonmelanomaskincancers[J]? PlastReconstrSurg,2001,107(4):942—947.
[6]KoplinL,ZaremHA.Recurrentbasalcellcarcinoma: ArevJewconcerningtheincidence,behavior,and managementofrecurrentbasalcellcarcinoma,with emphasisontheincompletelyexcisedlesion[J1.Plast ReconstrSurg,1980,65(5):656,660.
[7]BinstockJH.Recurrentbasalcellcarcinoma[J1.Plast ReconstrSurg,1981,67(5):697,682.
[8]CassonPR,RobinsP.Malignanttumorsoftheskin [A].InJGMcCarthy(Ed.),PlasticSurgery[M]. Vo1.5.Philadelphia:Saunders,1990.3614—3662.
[9]GrinCM.LevensteinMS.Recurrenceratesoftreated basalcellcarcinomas:Part3.Surgicalexcision[J].J DermatolSurgOncol,1992.18(6):471—476.
[1O]NetscherDT,SpiraM.Basalcellcarcinoma:an overviewoftumorbiologyandtreatment[J].Plast ReconstrSurg,2004,113(5):74—94.