黃畢綜述，楊艷敏審校

端粒長度與心血管疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

黃畢綜述，楊艷敏審校

端粒是位于染色體兩端的帽狀結(jié)構(gòu)，其長度受細(xì)胞分裂次數(shù)、端粒酶活性、遺傳、種族等因素影響。近年來的研究顯示，心血管疾病發(fā)生、發(fā)展過程中伴隨氧化應(yīng)激及持續(xù)炎癥反應(yīng)，這些病理過程均可促進(jìn)端粒進(jìn)一步縮短。臨床研究證實，動脈粥樣硬化、高血壓、心力衰竭等心血管疾病患者外周血白細(xì)胞端粒長度較健康對照人群顯著縮短。此外，端粒長度和心血管事件之間也有一定的相關(guān)性，提示端?？赡軈⑴c了心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展，也可能是心血管疾病治療的新靶點。但端?？s短和心血管疾病之間的因果關(guān)系尚不明確，目前的研究結(jié)論也不完全一致，需要更多的研究明確端粒在心血管疾病中扮演的角色。

端粒；心血管；動脈粥樣硬化；高血壓；心力衰竭

端粒是位于染色體兩端的帽狀結(jié)構(gòu)，主要功能是維持基因組的穩(wěn)定，避免染色體的融合和降解。端粒長度隨著細(xì)胞的分裂而不斷縮短，當(dāng)縮短到一定程度時細(xì)胞增殖能力下降，即出現(xiàn)衰老。因此，端粒的長度可反映細(xì)胞的分裂能力，被稱為細(xì)胞“分裂時鐘”。除受細(xì)胞分裂次數(shù)的影響外，端粒的長度還受端粒酶、遺傳等因素的影響。既往端粒的研究主要集中于腫瘤領(lǐng)域，近年來，越來越多的研究證實，心血管疾病和端粒之間存在密切的聯(lián)系，本文就端粒長度和心血管疾病關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

1 端粒的結(jié)構(gòu)和功能

端粒是位于真核細(xì)胞線性染色體兩端的帽狀結(jié)構(gòu)，由富含鳥氨酸的串聯(lián)序列（TTAGGG）及相關(guān)蛋白構(gòu)成。端粒的主要功能是保持基因組在復(fù)制過程中的完整性和穩(wěn)定性。端粒相關(guān)蛋白包括：①端粒酶 RNA 組分（telomerase RNA component，TERC），該結(jié)構(gòu)的主要作用是在合成新的端粒重復(fù)序列中起模板作用。②端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶組分(telomerase reverse transcriptase component，TERT)，其主要作用是催化端粒新的重復(fù)序列合成。③ TRF1、TRF2 等蛋白，作為橋梁結(jié)構(gòu)，使其他端粒相關(guān)蛋白相互結(jié)合形成端粒帽。端粒結(jié)構(gòu)呈動態(tài)變化，在閉合的保護狀態(tài)和開放的伸展?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換，閉合狀態(tài)有利于保護基因組的完整，而伸展?fàn)顟B(tài)允許端粒酶延伸端粒[1]。

2 端粒長度的影響因素

不同種屬生物端粒長度差異很大，人類端粒平均長度多在 9～15 kb，而小鼠端粒長度在 40～80 kb。由于“末端復(fù)制問題（the end replication problem）”，細(xì)胞每分裂一次，端粒就縮短 20～200 bp，人類細(xì)胞端?？s短到 5～7 kb 時，細(xì)胞就不能再分裂，這時細(xì)胞在形態(tài)和功能上表現(xiàn)出衰老的特征。端粒的長度受到多方面的影響。一是細(xì)胞分裂的次數(shù)。端粒的長度隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加而縮短，因此，人類正常組織端粒長度隨年齡增加而縮短。二是端粒酶。端粒酶是一種反轉(zhuǎn)錄酶，激活時可以端粒酶 RNA 組分為模板，TERT 催化新的端粒重復(fù)序列不斷延伸，因而保持或延長端粒長度。正常體細(xì)胞端粒酶缺乏，因此隨著細(xì)胞分裂，端粒不斷縮短，最終出現(xiàn)衰老。而 85%～90% 的腫瘤細(xì)胞端粒酶呈陽性，因此，腫瘤細(xì)胞呈“永生化”，不僅可無限分裂，而且可保持端粒長度不變。種族及遺傳因素亦可影響端 粒長度，特別是 和 X 連鎖相關(guān)[2]。此外端粒 的長度還受到其他因素的影響，如氧化應(yīng)激、DNA 損傷等，均可使端粒長度縮短。

3 端粒長度與心血管疾病

心血管疾病發(fā)病率隨著年齡的增加不斷升高，屬增齡性疾病。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，冠心病、心力衰竭、高血壓等心血管疾病的病理過程中均伴有不同程度的氧化應(yīng)激和持續(xù)炎癥反應(yīng)，這些因素均可以導(dǎo)致端?？s短。由于心血管組織樣本不易獲得，而研究證實，外周血白細(xì)胞端粒的長度和心血管組織端粒的長度有較好的相關(guān)性[3]， 目 前 多數(shù)研究通過檢測外周血白細(xì)胞端粒長度研究和心血管疾病的關(guān)系。

3.1 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是和年齡相關(guān)的系統(tǒng)性疾病，隨著年齡的增加，血管內(nèi)皮細(xì)胞逐漸出現(xiàn)衰老，衰老的內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是促發(fā)動脈粥樣硬化的重要病理基礎(chǔ)。而繼發(fā)于內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激在動脈粥樣硬化發(fā) 生、 發(fā) 展 過 程 中 扮 演 著 重 要 角 色。Minamino 等[4]首 先發(fā)現(xiàn)在人類動脈粥樣硬化區(qū)域有典型的衰老細(xì)胞特征，并發(fā)現(xiàn)抑制端粒酶可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞衰老，而促進(jìn)端粒酶表達(dá)可抑制內(nèi)皮細(xì)胞衰老，延長細(xì)胞的生長周期。后繼的研究發(fā)現(xiàn)，冠心病患者冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞端粒長度縮短，推測端?？s短誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞衰老可能參與了動脈粥樣硬化的發(fā)生[5]。 同 時，臨床研究也證實了端粒 縮 短 和 動 脈 粥 樣硬 化 的 相 關(guān) 性。2001 年 Samani 等[6]分 析 了 19 例 冠 心 病患者和 20例健康對照者白細(xì)胞端粒長度，結(jié)果表明，嚴(yán)重的三支血管病變患者平均端粒長度顯著縮短。Mainous等[7]檢 測 了 325 名 既 往 無 心 血 管 疾 患 人 群 的 端 粒 長 度 和冠狀動脈鈣化積分發(fā)現(xiàn)冠狀動脈鈣化嚴(yán)重程度和端粒長度呈負(fù)相關(guān)。不僅如此，研究還顯示，端粒長度和冠狀動脈事件之間也有相關(guān)性。一項對 383 名患者的回顧性分析顯示，早發(fā)心肌梗死患者端粒長度顯著縮短，發(fā)生心肌梗 死的 風(fēng) 險較 健康 人 群 增 加 2.8～3.2 倍[8]。 在 心血 管健 康研究（Cardiaovascular Health Study）中發(fā)現(xiàn)，端粒每縮短1 kb，心肌 梗 死 和卒中的發(fā) 生 增 加 3 倍[9]。但這些研 究 多屬橫斷面的，需要更多的縱向研究觀察端粒縮短速率和動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展之間的關(guān)系。此外，對于動脈粥樣硬化和端粒長度的相關(guān)性，研究結(jié)論也不完全一致。如一項對 163 名男性頸動脈斑塊和端粒長度的研究發(fā)現(xiàn)外周 血 白 細(xì) 胞 端 粒 長 度 和 頸動 脈 粥樣 硬 化 明 顯 相 關(guān)[10]， 但在 Asklepios 研 究 中未發(fā) 現(xiàn) 這種相 關(guān) 性[11]。 雖 然結(jié)論不 盡相同，但多數(shù)研究傾向于兩者之間有相關(guān)性，但其因果關(guān)系尚待確定。目前認(rèn)為動脈粥樣硬化患者端?？s短可能源于：①動脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病，造血干細(xì)胞增殖加速取代炎癥反應(yīng)中消耗的白細(xì)胞。②端粒結(jié)構(gòu)中富含GGG，對氫自由基的敏感性增加，加速端?？s短。也有研究認(rèn)為縮短的端粒長度可能是動脈粥樣硬化的原因，因為在有心血管疾病家族史的年輕、健康后代表現(xiàn)出明顯的端?？s短[12]，推測端?？s短可能是始動因素，通過誘導(dǎo)細(xì)胞衰老等途徑造成動脈粥樣硬化的發(fā)生[13]。此外，有研究通過干預(yù)端粒及端粒酶系統(tǒng)觀察其作為治療靶點的可能性。Spyridopoulos 等[14]報道體外培養(yǎng)的內(nèi)皮祖細(xì)胞由于 TRF2丟失導(dǎo)致端粒帽狀結(jié)構(gòu)破壞呈現(xiàn)衰老的特征，而他汀類藥物處理能使 TRF2 表達(dá)上調(diào)，抑制衰老相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá)?？偟膩碚f，目前的研究提示端粒系統(tǒng)可能是動脈粥樣硬化干預(yù)的靶點，但這些研究多處于基礎(chǔ)研究階段，需更多研究證實。

3.2 高血壓

衰老是高血壓的一個重要危險因素。目前的研究提示衰老引起內(nèi)皮生物活性分子的合成受損，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙及血管收縮可能在高血壓發(fā)病過程中具有重要作用。同時近年來的研究顯示，高血壓發(fā)生、發(fā)展過程伴隨血管氧化應(yīng)激。動物實驗方面，自發(fā)性高血壓動物模型和端粒TERC 敲除小鼠模型為研究端粒長度和高血壓的關(guān)系提供了幫助。在自發(fā)性高血壓小鼠上觀察到：在發(fā)展到高血壓之前，主動脈中端粒酶的活性增強、端粒長度增加、細(xì)胞增殖能力增強，但發(fā)展到高血壓后出現(xiàn)內(nèi)皮祖細(xì)胞端粒酶活性降低，衰老加速[15]。據(jù)此推測，早期端粒酶活性增強及端粒長度增加導(dǎo)致內(nèi)膜血管平滑肌增生是高血壓早期血管重塑的表現(xiàn)。隨著氧化應(yīng)激時間延長，端粒酶活性降低，端粒長度縮短加速，出現(xiàn)細(xì)胞衰老[16]。在 TERC 敲除小鼠中也觀察到除表現(xiàn)為顯著的端?？s短外，還伴隨高血壓及反應(yīng)性氧自由基產(chǎn)生增加[17]。這些結(jié)果提示端?？s短及氧化應(yīng)激在高血壓發(fā)生中具有重要作用。臨床研究也發(fā)現(xiàn)，高血壓患者較血壓正常者端粒明顯縮短[18]。在風(fēng)險預(yù)測和靶 器 官 損 害方 面， 楊 志 偉 等[18]對 388 個 高 血 壓和 379 個健康人群 5年的隨訪顯示，短端粒者發(fā)生冠心病比例增加，端?？s短是冠心病獨立的危險因素。左心室質(zhì)量和左心室厚度是高血壓靶器官損害的主要指標(biāo)，F(xiàn)ramingham 研究[19]觀察了高血壓患者和健康對照者端粒長度，發(fā)現(xiàn)高血壓患者中左心室質(zhì)量與白細(xì)胞端粒長度相關(guān)，但也有研究認(rèn)為端粒長度和左心室質(zhì)量之間可能沒有直接的相關(guān)性，他們之間的聯(lián)系可能是通過第三個未檢測的因素如氧化應(yīng)激等產(chǎn)生的間接聯(lián)系[20]。因此，有待更多的研究進(jìn)一步明確兩者的關(guān)系。

3.3 心力衰竭

心力衰竭是大多心血管疾病發(fā)展的結(jié)局。近年來的研究提示，慢性心力衰竭患者機體處于長期的慢性氧化應(yīng)激和持續(xù)的低度炎癥狀態(tài)。心力衰竭發(fā)生的易感性及其發(fā)生、發(fā)展在不同人群中差異很大，用傳統(tǒng)的危險因素的影響不能完全解釋這種差異。研究發(fā)現(xiàn)，DNA損傷的積累和端?？s短會使心肌細(xì)胞衰老和凋亡增加，進(jìn)而引起有功能的心肌細(xì)胞減少，導(dǎo)致心功能障礙。因此，端粒長度的差異和心力衰竭之間的關(guān)系，可能有助于解釋個體之間心力衰竭臨 床 表 現(xiàn)的 差異[21]。Van 等[22]檢 測了 620 名 NYHA 心 功能 II～I(xiàn)V 級的心力衰竭患者及 183 名健康人群的端粒長度，發(fā)現(xiàn)心力衰竭患者端粒長度顯著縮短，且縮短的程度和心力 衰 竭嚴(yán) 重 程 度 相關(guān)。Collerton 等[23]研究 了 端 粒 長度 和左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)端?？s短和 LVEF降低相關(guān)。同時，端粒長度在心力衰竭預(yù)后方面也有重要價 值。Van 等[24]對 NYHA 心 功 能 II～I(xiàn)V 級 的 心 力 衰 竭 患者檢測了端粒長度，并進(jìn)行了 18個月的隨訪研究。結(jié)果顯示，端粒縮短者主要終點事件（心力衰竭死亡或住院）的風(fēng)險增加，在調(diào)整了性別、年齡、BNP等參數(shù)后，端?？s短仍然是死亡或住院的危險因素[25]。但端?？s短和心力衰竭之間的因果關(guān)系尚不清楚。一方面，受遺傳、環(huán)境等因素的影響，端?？s短可導(dǎo)致心力衰竭，如端粒 TERC 敲除小鼠，隨著端粒縮短，逐漸出現(xiàn)心力衰竭表現(xiàn)；另一方面，心力衰竭伴隨的相關(guān)改變，如慢性炎癥、氧化應(yīng)激或心力衰竭本身可能導(dǎo)致端?？s短。和動脈粥樣硬化與端粒的相關(guān)性研究相似，研究結(jié)論也不相一致。最近 Raymond 等[26]比較了擴張型心肌病患者和健康非洲黑人的端粒長度，發(fā)現(xiàn)平均相對端粒長度和擴張型心肌病或其嚴(yán)重性無關(guān)，和Van 等[22]的 結(jié) 論 相 反。 作者 推 測 結(jié) 論 不 同 可能 是 由 于 入組患者的疾病譜和種族的差異及橫斷面資料的缺陷所致。因此，有待大規(guī)模的、特別是縱向的研究給予解釋。

3.4 心血管其他危險因素

心血管的相關(guān)危險因素，如糖尿病[27]、吸煙[28]、胰島素抵抗[29]等，相關(guān)的研究均提示和端粒長度呈負(fù)相關(guān)，因為這些危險因素都使機體處于氧化應(yīng)激及低度炎癥狀態(tài)，且不同的危險因素互相協(xié)同，加劇端?？s短和機體衰老，推動心血管疾病的發(fā)展進(jìn)程。而危險因素的控制可減輕機體的氧化應(yīng)激，減慢端?？s短，延緩心血管疾病的進(jìn)展。

4 問題與展望

盡管端粒長度和心血管疾病關(guān)系的研究取得不少進(jìn)展，但仍有許多問題亟待解決。一是端粒長度和心血管疾病的因果關(guān)系。盡管許多研究證實兩者之間的相關(guān)性，但端?？s短是心血管疾病的原因還是結(jié)果，抑或是心血管疾病發(fā)生、發(fā)展過程中的附帶現(xiàn)象尚不明確。因為目前的研究多屬橫斷面的，縱向研究評估端?？s短的速率和心血管疾病的關(guān)系，特別是通過干預(yù)端粒長度觀察對心血管疾病影響的研究較少。二是端粒長度受到許多因素的影響，包括遺傳和環(huán)境因素，對不同種族、不同人群的研究得出的結(jié)論也不盡相同，使得端粒長度和心血管疾病的關(guān)系更為復(fù)雜。三是外周血白細(xì)胞端粒長度能否真正代表心血管組織的端粒長度。盡管多數(shù)研究傾向其一致性，但也有研究認(rèn)為端粒長度影響因素太多，并不能真正代表心血管組織的端粒長度。四是端粒長度檢測方法的不統(tǒng)一。除了傳統(tǒng)的 Southern blot方法 外，近 年 來 又 采用了實時熒 光 定 量PCR、熒光原位雜交等方法，盡管有研究認(rèn)為不同方法得到的端粒長度是一致的，但也有一些爭議，認(rèn)為不同的研究方法得出的結(jié)論不是很一致?；谝陨蠁栴}，未來的研究主要包括：①除了需要橫斷面的研究，更需要一些大樣本的、縱向研究以明確端粒長度，特別是端粒長度變化和心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系以及評估端粒長度作為心血管危險分層和風(fēng)險預(yù)測的效能；②需要更多地評估外周血白細(xì)胞或是其家族（如單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等）端粒長度和心血管組織端粒長度的一致性，找到能真正代表心血管組織端粒長度的外周組分；③規(guī)范和改進(jìn)檢測端粒長度的不同方法，確保檢測結(jié)果的真實可信。相信隨著研究的深入，如能證實端粒和心血管疾病之間的因果關(guān)系，端粒系統(tǒng)可望成為心血管疾病干預(yù)的新靶點。

[1]Stewart JA, Chaiken MF, Wang F, et al. Maintaining the end: roles of telomere proteins in end-protection, telomere replication and length regulation. Mutat Res, 2012, 730: 12-19.

[2]Nawrot TS, Staessen JA, Gardner JP, et al. Telomere length and possible link to X chromosome. Lancet, 2004, 363: 507-510.

[3]Wilson WR, Herbert KE, Mistry Y, et al. Blood leucocyte telomere DNA content predicts vascular telomere DNA content in humans with and without vascular disease. Eur Heart J, 2008, 29: 2689-2694.

[4]Minamino T, Miyauchi H, Yoshida T, et al. Endothelial cell senescence in human atherosclerosis: role of telomere in endothelial dysfunction. Circulation, 2002, 105: 1541-1544.

[5]Ogami M, Ikura Y, Ohsawa M, et al. Telomere shortening in human coronary artery diseases. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2004, 24: 546-550.

[6]Samani NJ, Boultby R, Butler R, et al. Telomere shortening in atherosclerosis. Lancet, 2001, 358: 472-473.

[7]Mainous AR, Codd V, Diaz VA, et al. Leukocyte telomere length and coronary artery calcification. Atherosclerosis, 2010, 210: 262-267.

[8]Brouilette S, Singh RK, Thompson JR, et al. White cell telomere length and risk of premature myocardial infarction. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2003, 23: 842-846.

[9]Sanders JL, Fitzpatrick AL, Boudreau RM, et al. Leukocyte telomere length is associated with noninvasively measured age-related disease: The Cardiovascular Health Study. J Gerontol A Biol Sci Med Sci, 2012, 67: 409-416.

[10]Benetos A, Gardner JP, Zureik M, et al. Short telomeres are associated with increased carotid atherosclerosis in hypertensive subjects. Hypertension, 2004, 43: 182-185.

[11]De Meyer T, Rietzschel ER, De Buyzere ML, et al. Systemic telomere length and preclinical atherosclerosis: the Asklepios Study. Eur Heart J, 2009, 30: 3074-3081.

[12]Brouilette SW, Whittaker A, Stevens SE, et al. Telomere length is shorter in healthy offspring of subjects with coronary artery disease: support for the telomere hypothesis. Heart, 2008, 94: 422-425.

[13]Minamino T, Komuro I. Role of telomere in endothelial dysfunction in atherosclerosis. Curr Opin Lipidol, 2002, 13: 537-543.

[14]Spyridopoulos I, Haendeler J, Urbich C, et al. Statins enhance migratory capacity by upregulation of the telomere repeat-binding factor TRF2 in endothelial progenitor cells. Circulation, 2004, 110: 3136-3142.

[15]Cao Y, Li H, Mu FT, et al. Telomerase activation causes vascular smooth muscle cell proliferation in genetic hypertension. FASEB J, 2002, 16: 96-98.

[16]Fuster JJ, Diez J, Andres V. Telomere dysfunction in hypertension. J Hypertens, 2007, 25: 2185-2192.

[17]Perez-Rivero G, Ruiz-Torres MP, Rivas-Elena JV, et al. Mice deficient in telomerase activity develop hypertension because of an excess of endothelin production. Circulation, 2006, 114: 309-317.

[18]Yang Z, Huang X, Jiang H, et al. Short telomeres and prognosis of hypertension in a chinese population. Hypertension, 2009, 53: 639-645.

[19]Vasan RS, Demissie S, Kimura M, et al. Association of leukocyte telomere length with echocardiographic left ventricular mass: the Framingham heart study. Circulation, 2009, 120: 1195-1202.

[20]Nilsson PM. Telomeres and cardiovascular disease: new perspectives in hypertension. J Hum Hypertens, 2011, 25: 703-704.

[21]Wong LS, van der Harst P, de Boer RA, et al. Aging, telomeres and heart failure. Heart Fail Rev, 2010, 15: 479-486.

[22]van der Harst P, van der Steege G, de Boer R A, et al. Telomere length of circulating leukocytes is decreased in patients with chronic heart failure. J Am Coll Cardiol, 2007, 49: 1459-1464.

[23]Collerton J, Martin-Ruiz C, Kenny A, et al. Telomere length is associated with left ventricular function in the oldest old: the Newcastle 85+ study. Eur Heart J, 2007, 28: 172-176.

[24]van der Harst P, Wong LS, de Boer RA, et al. Possible association between telomere length and renal dysfunction in patients with chronic heart failure. Am J Cardiol, 2008, 102: 207-210.

[25]van der Harst P, de Boer RA, Samani NJ, et al. Telomere length and outcome in heart failure. Ann Med, 2010, 42: 36-44.

[26]Raymond AR, Norton GR, Sareli P, et al. Relationship between average leucocyte telomere length and the presence or severity of idiopathic dilated cardiomyopathy in black Africans. Eur J Heart Fail, 2013, 15: 54-60.

[27]Adaikalakoteswari A, Balasubramanyam M, Mohan V. Telomere shortening occurs in Asian Indian Type 2 diabetic patients. Diabet Med, 2005, 22: 1151-1156.

[28]Morla M, Busquets X, Pons J, et al. Telomere shortening in smokers with and without COPD. Eur Respir J, 2006, 27: 525-528.

[29]Gardner JP, Li S, Srinivasan SR, et al. Rise in insulin resistance is associated with escalated telomere attrition. Circulation,2005,111: 2171-2177.

2013-07-30）

（編輯：王寶茹）

100037 北京市，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 阜外心血管病醫(yī)院 急重癥中心

黃畢 博士研究生 主要研究方向：心血管急重癥 Email:huangbi120@163.com 通訊作者：楊艷敏 Email:yymwin@gmail.com

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1000-3614（2013）07-0555-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2013.07.022