端粒功能對(duì)肝細(xì)胞增殖分化的影響及機(jī)制

汪艷

端粒是線型染色體末端的特殊DNA，由簡單的非編碼重復(fù)序列組成，保護(hù)染色體免受損傷。細(xì)胞每次發(fā)生分裂后，端粒會(huì)縮短。最終端粒不能再縮短之時(shí)，細(xì)胞不再分裂。對(duì)于端粒的實(shí)驗(yàn)觀察始于Hayflick和Moorhead培養(yǎng)人成纖維細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)這些體外培養(yǎng)的細(xì)胞不會(huì)無限增殖，在大約60～80次分裂后增殖停止。這種細(xì)胞進(jìn)入衰老前的分裂次數(shù)被稱為Hayflick極限[1]。 DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，DNA聚合酶不會(huì)復(fù)制整條滯后鏈，據(jù)此染色體DNA會(huì)隨著每次細(xì)胞分裂逐漸變短。如果這樣的話，經(jīng)過每次DNA復(fù)制，遺傳信息丟失的危險(xiǎn)就會(huì)增加。端粒是細(xì)胞對(duì)此問題的解決辦法。端粒通常有500～3 000個(gè)5′-TTAGGG-3′重復(fù)片段，可以保持線型染色體游離末端完整性。端粒的功能作用包括：防止遺傳信息丟失、防止染色體異常融合，以及活化由染色體出現(xiàn)游離末端而引發(fā)的共濟(jì)失調(diào)性毛細(xì)血管擴(kuò)張癥變異(ATM)和共濟(jì)失調(diào)性毛細(xì)血管擴(kuò)張癥和Rad3相關(guān)(ATR)DNA損傷反應(yīng)通路。

出生時(shí)的端粒DNA長度為8～12 kb，隨著組織更新細(xì)胞不斷分裂，端粒DNA長度會(huì)逐漸縮短。一旦端粒縮短到一定限度，類似于DNA雙鏈斷裂引起的細(xì)胞反應(yīng)，細(xì)胞會(huì)激活DNA損傷通路，活化p53、p21等，進(jìn)入衰老或凋亡。在端粒失功細(xì)胞轉(zhuǎn)入衰老或凋亡狀態(tài)從而抑制腫瘤發(fā)生的過程中，p53起關(guān)鍵推動(dòng)作用[2]。p21則是在p53活化的條件下調(diào)控DNA修復(fù)和壓力阻抗反應(yīng)[3]。大多數(shù)細(xì)胞中端粒的長度都會(huì)隨著年齡增長而縮短，如在健康人肝組織中肝細(xì)胞端粒的長度會(huì)從20歲時(shí)9.7 kb減少到60歲時(shí)的8.1 kb。但某些類型的細(xì)胞，如胚胎組織、肝臟組織、骨髓組織和惡性腫瘤組織的細(xì)胞需要持續(xù)增殖，它們往往通過表達(dá)端粒酶，在經(jīng)過許多次細(xì)胞分裂后仍然能維持端粒的功能長度。端粒酶是一種通過模板方式擴(kuò)增端粒的核糖核蛋白復(fù)合物，它的組成包括端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(TERT)，端粒酶RNA成分(TERC)作為RNA模板，以及用來穩(wěn)固端粒酶復(fù)合物的dyskerin蛋白分子。TERT是端粒酶的主要功能部分，在大多數(shù)細(xì)胞如成人的分化成熟肝細(xì)胞中處于抑制狀態(tài)。

先天性角化不全癥(DC)是一種以端粒功能缺陷為致病機(jī)制特征的遺傳性疾病?；颊咄ǔＴ?0～50歲時(shí)表現(xiàn)出骨髓衰竭和肝/肺纖維化病變。DC的發(fā)生率估計(jì)為百萬分之一，但是由于該疾病是不完全外顯性，其準(zhǔn)確的發(fā)生率還不清楚。至少10種端粒相關(guān)基因缺陷會(huì)導(dǎo)致早熟干細(xì)胞形成和組織衰竭。DC患者還易于發(fā)生腫瘤，約有5%會(huì)發(fā)生肝細(xì)胞癌。一般人群中肝細(xì)胞癌通常在肝硬化肝細(xì)胞端?？s短的情形下發(fā)生，并且超過90%的肝細(xì)胞癌會(huì)出現(xiàn)肝細(xì)胞端粒酶活化[4]。Dyskerin錯(cuò)義突變是DC的最常見變異。變異的dyskerin造成端粒酶復(fù)合體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，不能維持端粒而造成端粒隨著時(shí)間不斷縮短。A353V突變是其中常見的一種[5]。近期Munroe等[6]將人源胚胎干細(xì)胞(hESC)作為體外模型，觀察端?？s短對(duì)DC可能產(chǎn)生的影響。他們使用CRISPR/Cas9技術(shù)造成了hESC中dyskerin發(fā)生A353V突變，這些hESC在多次分裂后端?？s短，p53維持穩(wěn)定水平。然而，p53的穩(wěn)定性并未使細(xì)胞進(jìn)入衰老或凋亡，相反hESC細(xì)胞不再進(jìn)行肝樣細(xì)胞分化，而是繼續(xù)發(fā)生增殖。這一表現(xiàn)與已知的p53對(duì)于DNA損傷引起的抑癌作用似乎相左。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，分化受阻最早出現(xiàn)于肝內(nèi)胚層期，端?？s短的hESC細(xì)胞未能表達(dá)肝細(xì)胞核因子4α(HNF4α)。如果過表達(dá)TERC對(duì)抗A353V突變的影響、敲除p53，或者條件性表達(dá)HNF4α，則可以不同程度地挽救細(xì)胞分化。該研究中關(guān)于HNF4α表達(dá)與端粒縮短之間存在機(jī)制關(guān)聯(lián)的發(fā)現(xiàn)是首次報(bào)道。

通?；几屋^健康肝臟的細(xì)胞端粒長度更短。慢性肝損傷引起細(xì)胞死亡，其他肝細(xì)胞則反應(yīng)性地進(jìn)行分裂增殖，修復(fù)組織損傷。在持續(xù)損傷的情況下，肝細(xì)胞端粒則會(huì)不斷縮短。有研究顯示，肝細(xì)胞端?？s短率與纖維化進(jìn)展率有關(guān)；在肝硬化期，它還與肝細(xì)胞癌發(fā)生危險(xiǎn)性有關(guān)[7]。 在Munroe等[6]研究中，端粒縮短引起p53穩(wěn)定又使得HNF4α表達(dá)抑制，肝細(xì)胞不再進(jìn)一步分化而是持續(xù)增殖，這也許是肝細(xì)胞癌在肝硬化和DC發(fā)生的可能原因。已有數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞癌可能與p53活化、HNF4α表達(dá)抑制，以及細(xì)胞持續(xù)增殖有關(guān)。但目前p53活化與HNF4α表達(dá)抑制之間的分子作用機(jī)制還尚不清楚。這些進(jìn)展提示，未來可以關(guān)注端粒功能在肝病發(fā)生、發(fā)展過程的作用機(jī)制，這也許可以為治療研究提供有意義的線索。