细胞老化特异性改变和老化因子调控研究进展

细胞老化特异性改变和老化因子调控研究进展 细胞老化特异性改变和老化因子调控研究 进展 9 13ChitturiS,FarrellGC.Etiopathogenesisofnonalcoholicsteatohepatitis [J].SeminLiverDis,2001;21(1):27-41. 14NakajimaT,KamijoY,TanakaN,eta1.Peroxisomeproliferatoractivated receptoralphaprotectsagainstalcohol—inducedliverdamage[J].Hepa— tology,2004;40:972-80. 15NanjiAA,DannenbergAJ,JokelainenK,eta1.Alcohohcliverinjuryin zheratisassociatedwithreducedexpressionofPemxisomepmliferator alpha(PPARalpha)regulatedgenesandisamelioratedbyPPARMpha activation[J].JPharmacolExpTher,2004;310:417-24. 16NanjiiAA,JokelmnenK,RahemttdlaA,eta1.ActivationofNF—KBand cvt0kinimbalanceinexperimentalalcoholicliverdiseaseinrat【J]. 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[2006-03.27收稿2006-05—12修回] (编辑牛铁兵) 细胞老化特异性改变和老化因子调控研究进展 陈晓东林建华(福建中医学院脊骨伤科,福建福州350003) [关键词)细胞;老化 [中图分类号)Q255[文献标识码)A[文章编号)1005-9202(2006)09?1291-03 细胞老化是在正常或病理因素作用下,细胞生长缓慢,活 力减低出现增殖能力下降,分化减退,功能减弱,趋向死亡的一 个不可逆的过程.近年来随着细胞生物学,分子遗传学的发 展,对人类衰老过程的本质及延缓衰老的研究逐渐深入研究 明,细胞衰老是遗传上程序化控制的结果,是受某些老化相关 基因控制的,本文就细胞老化的特异性改变和其基因调控进展 综述如下. 1细胞老化的特异性改变 Dimri等1995年先后发现了细胞衰老的一个特征,即体 外培养人二倍体成纤维细胞在pH为6时,其p.半乳糖苷酶染 色的阳性率随代龄增加而增加,他们将这种中性B?半乳糖苷酶 定义为衰老相关的B?半乳糖苷酶.正常皮肤成纤维细胞体外 培养时随着增殖能力的丧失,SA.B.Gal阳性细胞的积累速度也 加快.永生化细胞检测不到B?半乳糖苷酶的活性,而转基因技 术诱导细胞永生化的同时,也诱导衰老相关B.半乳糖苷酶的活 性;同时,寿命延长的细胞也呈现出与年轻的细胞相似的正常 1福建医科大学第一临床医学院 作者简介:陈晓东(1973?),男,博士,主治医师,主要从事脊柱与关节外 科,软骨组织工程研究. 的表型及基因型.而且,老年皮肤组织切片衰老相关SA?B?Gal 染色的阳性率高于年轻个体,提示这种中性B一半乳糖苷酶是一 种可用于体内外衰老研究的很好的生物学标志.端粒(te- lomere)位于真核生物线性染色体末端,是染色体末端的特化结 构,是染色体功能实现的3大要素(着丝粒,端粒和复制起点) 之一,它是存在于染色体末端的一段特殊的DNA.蛋白质复合 物,人的端粒DNA是由(TrAGGG)重复序列重复若干次而成. 端粒在维护染色体的完整性,防止染色体自身及染色体之间融 合,抵御细胞内的外切核酸酶,内切核酸酶,连接酶,拓扑异构 酶及蛋白酶等对染色体末端异常操作等具有重要作用.端粒 相关蛋白包括TRFI,TRF2,Tankyrase,Tin2,Pinxl和hRapl,而编 码这些蛋白的基因分另为TERF1,TERF2,TNKs和TINF2.其 中仅TRF1和TRF2与端粒DNA直接结合,它们是通过一个结 构保守的Myb/homeo结构域实现的,而Myb/homeo属于大多 数转录调节因子共有的DNA识别序列HTH(helix.turn.helix) 家族.其他蛋白均通过TRF1和TRF2作用于端粒.TRF1对端 粒的维持起负调节作用,研究证明l2TRF1过度表达可导致端 粒缩短,而当其发生变异缺失时则使端粒延长.TRF2是体外 端粒t—loop结构形成的关键,如在人端粒中去除TRF2,则引 起染色体端端融合,并激活p53和pl6/Rb通路],诱导细胞老 化.近来研究也表明TRF2能激活端粒的降解,但两者对端 ? 1292? 粒酶的活性均无影响.端粒结合蛋白对端粒具有保护作用,在 一 定程度上可以维持端粒的稳定,从而抑制细胞的复制衰老, TRF2和端粒内的环套结构均对端粒具有保护作用. 端粒酶(telomerase)是RNA依赖的DNA多聚酶,合成端粒 的DNA序列,是细胞具有无限增殖潜能的分子基础.它由两 个重要亚单位组成:RNA亚单位(hTR)和催化亚单位 (hTERT).hTR的功能是作为端粒DNA合成的,而 hTERT是具有逆转录酶的活性,其在正常细胞中被抑制而在永 生化细胞中表达上升.因此在大多数体细胞中均无端粒酶活 性,因而导致细胞体外有限的增殖能力.端粒酶的功能主要在 于合成染色体末端的重复序列,以维持端粒的长度和稳定性. 端粒酶以RNA为模板,在TERT的作用下催化合成端粒DNA. 端粒酶在细胞衰老过程中的作用主要体现在两个方面,一方 面,大多数正常的人体细胞缺乏hTERT而没有端粒酶活性,使 得细胞的端粒逐渐缩短而最终衰老.另一方面,hTERT在正常 二倍体细胞中表达使其传代次数大大增加而没有癌化特征. Bodnar等在两种人类端粒酶负责表达的体细胞(视网膜色素 上皮细胞和包皮成纤维细胞)中已经表达了hTERT基因,研究 结果表明,hTERT载体的克隆在这些细胞中表达了端粒酶的活 性,并使他们的寿命延长了至少20代,且细胞衰老的生物学标 记8一半乳糖苷酶的表达也显着减少,而细胞的核型保持正 常.因此,在正常的人体细胞中适当地激活端粒酶活性可延长 细胞的寿命并有抗衰老的作用. 2老化相关调控因子的研究 细胞周期受细胞周期蛋白(cyclin),细胞周期蛋白依赖激 酶(CDK),磷酸化酶和细胞周期蛋白依赖激酶抑制蛋白(CDI) 的调控,近年来的研究表明一些老化相关因子通过对cyclin, CDK等的影响及相互之间作用促使细胞老化. p16是CDK4和CDK6的抑制物.p16通过与CDK4,CDK6 结合,阻滞CDK4,CDK6与cyclinD结合,抑制cychnD-CDK复 合物的活性,使细胞阻滞在G,期.近年来研究发现细胞衰 老时.p16基因的mRNA转录及蛋白表达水平增高,抑制有丝 分裂原刺激发生反应产生Rb蛋白的磷酸化,从而维持了衰老 细胞不可逆的生长停滞状态.尽管细胞衰老不可逆地发生增 殖停滞状态,可能发生多种变化,但p16及Rb基因的表达及功 能的改变可能是细胞周期停滞于G,期的根本原因.有研究提 示p16基因水平的升高是衰老即持续性端粒缩短的原因. 进一步研究发现,p16基因不仅是细胞衰老遗传控制程序中 的主要环节,还可影响细胞寿命和端粒(细胞的生物钟)长度, 它通过调节Rb蛋白的活性,而非激活端粒酶起作用.同时发 现负调控机制减弱是细胞复制性衰老时p16基因高表达的重 要原因.研究发现,细胞衰老时,p16表达明显增高;当年轻细 胞中导入p16基因可出现衰老表型.因此McconneH】叫认为 p16等是细胞寿限的关键调控基因. pRb(视网膜神经母细胞瘤蛋白)是目前发现在衰老过程 中重要的调控因子,它属于核酸蛋白.Rb蛋白有活性的低磷 酸化和失活的高磷酸化两种形式存在,低磷酸化的Rb蛋白阻 滞细胞于G,期.pRb的活力主要受到磷酸ft./脱磷酸化的控 中国老年学杂志2006年9月第26卷 制.在细胞周期G.期和G,早期,pRb是以低磷酸化形式存 在;在G,,S,G期和M期,它主要是以磷酸化形式存在的.G, 期CDK主要通过改变pRb的磷酸化状态发挥细胞周期调控作 用.研究表明?cDK与CyclinD复合物在早期负责pRb的 磷酸化,而CDl(2,CyclinE和CyclinA的复合物则在细胞周期 的晚期负责其磷酸化.目前发现在衰老细胞中,pRb主要以低 磷酸化形式存在,pRb的低磷酸化可能与CyclinD—CDK4/6及 CychnE-CDK复合物激酶活力降低有关.低磷酸化的pRb 通过多种机制抑制细胞周期前进,pRb能够与其他的细胞周期 调控蛋白相互作用,并通过所有的3种RNA多聚酶而发挥负 调控因子的作用.更为重要的是与转录因子E2F相结合, 抑制其活力而引起细胞周期停滞".通常在正常细胞中pRb 表达水平较高,其功能是防止已分化细胞发生凋亡,老化细胞 中pRb功能失活可导致细胞凋亡,其机理可能与E2F释放使细 胞周期再进入s期,同时在p73存在下激活E2F的凋亡程 序".研究还表明当fu)途径丧失时,p53途径引起的生长停 滞作用则加强.另外fu)基因家族中还包括p107,p130,其与 pRb有同源性及相似的功能. E2F家族的转录因子能够调控许多在细胞周期前进过程 中起重要作用的基因表达.E2F与细胞周期通过G1/S期检测 点及细胞增殖直接相关,目前已知有30多个基因被认为是 E2F的目的基因.其中包括DNA复制和核酸代谢的基因,如 DNA多聚酶0【,增殖细胞核抗体(PCNA),二氢叶酸还原酶,胸 苷酶和胸苷成酶;编码细胞周期调控因子的基因如CDK2,Cy- clinA,CyclinE,CyclinD1,p18,p19,pl9怖;以及不同的 转录因子,包括E2F家族的其他成员.低磷酸化的pRb 能够与E2F相互作用,并且这种作用可能与衰老细胞不能表达 E2F相关的Gl晚期蛋白,使之不能通过G,/S点有关引. 目前比较一致的结论是p16基因是人类细胞衰老遗传控 制程序中的主要环节之一,当细胞衰老时,p16基因表达增高, 能够抑制cyclinD,-CDK,的活性,使靶蛋白不能磷酸化.未磷 酸化或低磷酸化的pRb能够与多种蛋白结合,其中E2F被Rb 结合时,不能发挥转录因子的作用,其活性则处于被抑制状态, 进而引发细胞生长停滞导致细胞衰老. 3问题与展望 国内外众多学者对B-半乳糖苷酶,端粒,端粒酶与p16, E2F,pRb等因子进行了大量的实验研究,已经在细胞老化及生 命衰老某些方面得到一定的认识,但是并未诠释细胞老化机 制,各因子之间的作用方式尚未完全明了,各方面的研究仍停 留于实验室阶段,对于如何防止细胞老化仍有待深入研究.随 着实验方法和实验手段的提高,对于老化的认识和干预手段也 将得到很大提高,抗老化基因的转染,细胞永生化的安全实施 和随之可能带来的临床和药物抗老化治疗的提高为防治机体 衰老,器官功能退变带来了乐观的前景.细胞老化是生物衰老 的基本单位,也是人类老年病发病的共同基础,多角度深入研 究其发生机制将有助于我们进一步防治机能老化,减缓功能退 化,并可以提高对疾病的认识和对疾病防治的能力. 王9 4参考文献 1DimriGP,LeeXH,B~ileG,et.Abiomarkerthatidentifies毫enescent humancellsincultureandinagingskininvivo[J].ProNailAcadSci USA,1995;92(3):9363-7. 2SmogorzewskaA,vaxlSteenselB,Bianch5A,eta1.Controlofhumante— lomerelengthbyTRnandTRr2(J].MolCellBio[,2000;20(5):1659— 68. 3HickmanES.MoroniMC,HelinK.Theroleofp53andpRBinapoptosis andcancer[J].CurrOpinCenetDev,2002;12(1):60-6. 4SmogorzewskaA.deLangeT.Differenttelomeredamagesignalingpath— waysinhumanandmouseceUs[J].EMBOJ,2002;21(16):4338-48. 5LiuJ,ZouWG,LangMF,et.Cancer—specifickillingbytheCDsuicide geneusingthehumantelomerasereversetranscriptasepromoter[J].IntJ Oncol,2002;21(3):661. 6BondnarAG,OuelleaeM,FrolkisM,eto2.Extentionoflife—spanbyintro- ductionoftelomeraseintonormalhumancells[J].Science,1998;279: 349-52. 7BartkovaJ.LukasJ,GuldbergP,et.Thep16一cyclinD/CDK4一pRB pathwayasfunctionalunitfrequendyalteredinmelanomapathogene— sis.CancerRes,1996;56(23):5475-83. 8TsutsuiT,KumakuraSL,YamamoA,et.Associationofpl61NK4aand pRBinactivationwithimmotalizationofhumancells[J].Cacinogenesis, 2002;23(12):2111-7. 9WeiW,JunFW,ZongYZ.et.Characterizationofregulatoryelements onthepromoterregionofpl61NK4athatcontributetooverexpressionof p16insenescentfibroblasts[J].JBiolChem,2001;276:48655.61. 10SteinGH,DullingerM,SoulardA,eto2.Differentrolesforcyclin—de一 ? l293? pendentkinasesinhibitorsp16andp21inthemechanismsofF:~ne8一 cenceanddifferentiationinhumanfibroblasts[J].MolCellBiol,1999; l9:2lO9一l7. 11GranaX,ReddyEP.Cellcyclecontrolinmammaliancells:roleofcychn dependentkinases(CDKs),growthsupperessorgenesandcychn—de— pendentkinasesinhibitors(CKIs)(J].Oncogene,1995;l1:211-9. 12CroweDL,NguyenDC.RBandE2F1regulatetelomeraseactivityin humancarcinomacelh[J].BiochimBiophysActa,2001;1518(1_2):l一 6. 13SaidTK,MedinaD.Cellcyclinsandcyclin—dependentkinasesactivities [J].Carcinogenesis;1995,16:828-30. 14AlexanderK,YangHS,HindsPW.pRbinactivationinsenescentcells leadstoanE2F—dependentapoptosisrequiringp73[J].MolCancer Res,2003;1(1O):716_28. 15LengX,NobleM,AdamsPD,eta1.Reversalofgrowthsuppressionby p107viadirectphosphorylationbycyclinD1/cyc~n—dependentkinase4 [J].MolCellBiol,2002;22(7):2242-54. 16AdamsPD,KaclinY.TranscriptionalcontrolbyE2F[J].SeminCancer Bio1.1995;6:99—108. 17KouzaridesT.Transcriptionalcontrolbytheretinoblastomaprotein[J]. 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[2o05—10..08收稿2006-05—10修回] (编辑牛铁兵) 多重阻滞肾素-血管紧张素.醛固酮系统治疗心力衰竭策略研究 王若琦(右江民族医学院附属医院心脏内科,广西百色533000) [关键词)肾素一血管紧张素一醛固酮系统;心力衰竭 (中图分类号)11541.6(文献标识码)A(文章编号)1005.9202(2006)09-12934}3 神经内分泌的长期过度激活在慢性心力衰竭(CHF)的发 生和发展中发挥了重要作用,拮抗神经内分泌过度激活成为治 疗CHF的重要内容,阻滞肾素-血管紧张素-醛固酮系统 (hAAS)的治疗策略已经成为共识,推动了CHF的治疗进展. 对RAAS的阻滞可以选择多个部位,目前重要的研究靶点 在于血管紧张素转化酶(ACE),血管紧张素受体(Ag)和醛固 酮受体(AR)水平.循证医学已经充分证实了血管紧张素转 换酶抑制剂(ACEI),血管紧张素?受体阻滞剂或拮抗剂 (ARB)和醛固酮受体拮抗剂(AB)单独使用均可以改善CHF 血流动力学变化,减轻CHF症状,降低病残率和病死率】.然 而由于体内存在有非RAAS依赖途径的酶,非心血管系统的组 织分泌系统以及其他刺激因子的作用等多种原因,单纯使用某 作者简介:王若琦(1972一),男,硕士,主治医师,主要从事心力衰竭的基 础和临床研究. 一 种药物不能完全阻断血管紧张素?或醛固酮等心血管有害 物质的产生.因此,对RAAS3个靶点进行联合阻滞,多重阻 滞已经成为研究热点.目前临床上基本认同的是在应用ACEI 的基础上加用ARB的联合阻滞策略和在应用ACEI的基础上 加用AB的联合阻滞策略. 1ACEI联用ARB治疗心力衰竭的临床研究 左室衰竭治疗策略的随机评估(randomizedevaluationof strategiesforleftventriculardysfunctionpilottrial,RESOLVD)研 究发现坎地沙坦联用依那普利可以有效地降低血中脑钠肽和 醛固酮水平,增加左室射血分数(LVEF),改善左心室功能,预 防心室重构的发生J. 缬沙坦心力衰竭试验(valsartanheartfailuretrail,Val— HeFT)表明,缬沙坦可使CHF的死亡率和病残率联合终点事 件下降13.3%,因CHF再住院率下降27.5%,明显改善症状,