端粒_端粒酶与间充质干细胞衰老的研究进展
实用医学杂志年第卷第期
4603
·综述·
端粒、端粒酶与间充质干细胞衰老的研究进展
间充质干细胞（MSCs ）是来源于发育早期中、外胚层的多能干细胞，存在于骨髓、胎盘、脐带血、外周血等组织中，出生后在所有组织中定居［1－2］，具有向成骨细胞、成脂细胞、肝脏细胞、心肌细胞和神经细胞等多系列细胞分化潜能，且支持造血、调节免疫、对损伤的组织和器官具有良好的修复效果。MSCs 体外培养扩增后保留多向分化潜能，易于外源基因转染和表达，是细胞治疗和基因治疗的理想靶细胞。然而，间充质干细胞随传代培养次数增加逐渐出现衰老，限制其在临床的广泛应用，这促使科学家努力寻求一种有效延长MSCs 寿命而不改变其生物学特性的方法。本文对外源性端粒酶逆转录酶转入间充质干细胞对其寿命、自我更新能力和多向分化潜能及安全性做一综述。
1端粒与端粒酶
端粒（telomere ）是真核细胞染色体
末端的特殊结构，由染色体末端DNA 与蛋白质组成。1938年，美国遗传学家
Hermann J ，Müller等用X 射线照射果
蝇时，发现染色体末端有某种特殊的保护结构，命名为末端基因（terminal
gene ），后改称端粒（telomere ）［3］。之后许
多科学家证实端粒可保护染色体末端免于被化学修饰或被核酶降解，防止染色体在复制过程丢失或形成不稳定形式。端粒长度对细胞分裂次数具有决定性作用，端粒在复制过程中逐渐缩短，当缩短到一个临界值后，染色体末端稳定机制被破坏，导致细胞生理功能紊乱，进入危象期，最终死亡。端粒长度决定细胞寿命，通过测定端粒长度可预测细胞寿命，因此有人将端粒长度称为“生命时钟”。
端粒酶是一种具有特殊逆转录酶
doi ：10．3969／j．issn．1006-5725.2010. 24.068作者单位：510630广州市，暨南大学
附属第一医院血液科
覃永亮
曾慧兰
活性的核糖核蛋白复合物。1989年，Morin 教授［4］在子宫癌细胞株中发现人
类活性端粒酶，主要由三部分组成：端粒酶RNA （telomere RNATR ）、端粒蛋白（telomerease protein TEP ）和端粒酶逆转录酶
（human telomerase reverse
transciptase TERT ）。其中hTERT 和
hTR 是最关键结构。人端粒酶RNA 有455个核苷酸，模板区为5′-CUAACCCUAAC-3′，指导端粒重复序列（TTAGGG ）的合成，hTR 的结构改变或
成分的丢失均会影响端粒酶活性。
hTERT 为端粒酶的催化亚基，是一个包含1132个氨基酸残基的多态链，具有逆转录酶共同结构7个蛋白质域以及端粒酶催化亚基独特T 框架保守区域，其编码基因位于染色体5p 上，hTERT 是端粒酶起作用的关键结构和主要调控亚单位，可通过逆转录hTR 模板序列，合成端粒DNA 重复序列并
添加到染色体末端，从而延长端粒长度。hTERT 只在有端粒酶活性的细胞中，如生殖细胞、各种具有分裂增殖能力的细胞和绝大多数肿瘤细胞表达，并与端粒酶活性呈正相关。端粒酶活性阳性细胞中的hTERT 基因突变或沉默，则细胞端粒酶活性消失；在端粒酶阴性的细胞中导入编码hTERT 的基因，则可重建细胞的端粒酶活性，使细胞的端粒增长，寿命延长，甚至出现永生化现象
［5］
。
2端粒酶与间充质干细胞
绝大多数正常体细胞检测不到端
粒酶活性。端粒酶活性主要在生殖细胞、造血干细胞及大多数肿瘤细胞中可检测到。目前关于MSCs 的端粒酶活性表达水平尚存在争议，Zimmerman 等［6］发现无论是新鲜还是冻存后复苏的
MSCs ，其端粒酶均阴性。Singh 等［7］发现骨髓和骨赘中的MSCs 均有端粒酶活
性表达，但骨髓中的端粒酶活性强于骨赘，且随传代增加其活性渐减弱。
Tichon 等［8］发现端粒酶活性、端粒酶蛋白、端粒酶RNA 在健康供者MSCs 中
为阴性，而在肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS ）供者则阳性。MSCs 端粒酶活性的检测结果差异原因可能有三：一是检测敏感性不同；二是具有端粒酶活性的干细胞仅占干细胞群体的极少部分；三是维持端粒长度及细胞衰老还有别的因素，如端粒替代延长机制，也有学者认为是缺乏hTERT 基因［9］。机制尚未阐明。
3体外转入端粒酶逆转录酶对间充质干细胞生物学特性的影响
端粒酶活性及端粒长度的维持与
细胞衰老及分化潜能有密切关系，一般情况下细胞培养12代之后，端粒酶活性开始减弱［10］。hTERT 是端粒酶起作用的关键结构和主要调控亚单位。近年来，体外导入hTERT 提高细胞端粒酶活性、延长细胞寿命的研究备受关注。
科学家已成功将hTERT 转入
MSCs ，显著延长细胞寿命。张赛等［11］报道hTERT 转染后的脐血MSCs 高表达hTERT mRNA ，细胞体外扩增到35代未出现衰老现象。Wei 等［12］发现hTERT 转染后的第三代MSCs 增殖能力比普通MSCs 明显活跃，第60代转染MSCs 的凋亡速度明显低于第15代普通MSCs 。hTERT 转染后细胞增殖活力增强的原因可能是hTERT 直接作用或是
细胞永生化后的继发改变［13］。
有学者认为，端粒酶缺失的MSCs 不能分化为脂肪细胞和软骨细胞，而端粒酶永生化的MSCs 维持其原有分化潜能［14］。Yang 等［15］发现hTERT 转染后的MSCs 端粒酶活性增加，增长良好，并成功向成骨细胞、软骨细胞分化。
Abdallah 等［5］将hTERT 导入骨髓MSCs ，
细胞寿命延长，且不影响其向神经元与星形胶质细胞分化及异体海马移植存活能力。这说明MSCs 需要一定的端粒酶活性来维持其多向分化潜能，而转入
hTERT 基因就达到了激活细胞端粒酶
活性的目的。
端粒酶活性与肿瘤有密切联系，研究证实85％～90％的人类恶性肿瘤表
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达端粒酶活性。因此许多人认为端粒酶的异常激活是细胞癌变的重要一步。在干细胞中，端粒酶重新激活与累积将导致细胞永生化，并可能向高度恶性的白血病细胞或癌细胞转化［16］。因而对体外转染hTERT 后MSCs 的生物学特性及安全性进行评价非常关键。研究表明，导入外源性hETRT 不但不产生恶变，且能维持干细胞的自我更新能力及多向分化潜能。Nakahara 等
［17］
将hTERT
转染hMSCs 并建立永生化细胞株
YNKN-12，YNKN-12能向脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞分化，将YNKN-12细
胞移植于大鼠颅盖骨，损伤的颅盖骨得到很好的修复而无不良反应。许多研究表明肿瘤干细胞是许多癌症的起源。但间充质干细胞还较幼稚，分化程度较低，其端粒酶活性明显低于肿瘤干细胞的端粒酶活性，虽然其增殖能力强，但这种增殖能力与肿瘤细胞的无限增殖是不同的。Li 等［18］发现MSCs 传代扩增到30代开始出现衰老，其向成骨细胞、成脂细胞分化的能力下降，端粒长度下降，但端粒酶活性和核型均无变化，而与肿瘤相关基因如DBCCR1、
ARF 、p53，c-Myc ，K-ras ，B-raf ，N-ras 则
随传代次数增加而表达下降，将长期培养的MSCs 输注给小鼠并未诱导肿瘤形成。
由此可见，将hTERT 基因导入端粒酶阴性的细胞，重建其端粒酶活性，维持端粒长度，可延长细胞寿命，从而达到防治衰老的目的，这为干细胞的治疗应用提供了广阔的前景。
4结语
随着组织修复工程及移植医学的
兴起，种子细胞备受关注，MSCs 特有的生物学特性、多样化来源以及伦理的合法化，使其成为干细胞研究领域的热点。在解决细胞数量少，周期短的问题上，转染外源性hTERT 基因是个可以用来延长细胞寿命的有效的方法。然而不少问题有待解决，如hTERT 的调控机制及其与端粒酶协同作用机制；端粒酶表达和活性的调控机制等。生命衰老是非常复杂的进程，有复杂的影响因素，端粒参与的仅仅是其中机制之一。
关于间充质干细胞的衰老机制研究，尚需进一步深入。
5
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（收稿：2010－08－04
编辑：张倩）