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[摘要]端粒是保护真核细胞染色体末端的“帽子”，当端粒长度因细胞复制而缩短到极限时，细胞就会走向衰老甚至死亡，而端粒酶的存在能补充已缩短的端粒从而延长细胞寿命甚至使其得到永生。端粒-端粒酶系统与人类的衰老和肿瘤的形成与发展无疑有着某些密切的联系，透彻分析其关系对抗衰老以及肿瘤的诊断和治疗有着极其重要的意义。
[关键词]端粒 端粒酶 细胞衰老 肿瘤
中图分类号：Q93 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0820008－02
衰老是指生物体在结构和功能上表现出来的种种退化。100年前人们认为，只有体质才会衰老而死亡，而种质是不会衰老的，直到1961年Hayflick才证实了细胞衰老，从此人们对衰老的研究进入一个崭新的阶段。细胞衰老是细胞结构和功能的改变积累到一定程度后的结果，自“端粒缩短是触发细胞衰老的分子钟”的假说[1]提出后，科学家们已通过实验提供了大量证据来证明该假说，随着对端粒和端粒酶的结构和功能研究的深入，它们与衰老的关系日渐明确，并成为国内外研究衰老机理的热点之一。
一、端粒的结构和功能
端粒(telomere)是保护真核细胞染色体末端并维持其完整的特殊的DNA/蛋白质复合物，它像“帽子”一样扣在染色体的两端，从而维护染色体的完整性和稳定性，防止染色体被降解、融合和重组，便分裂后得到的子代细胞能准确的获得完整的遗传信息.
（一）端粒DNA的结构
端粒DNA由两条长短不同的DNA链构成，一条富含G，另一条富含C。富含G的那条链5′→3′指向染色体末端，此链比富含C 的链在其3′末端尾处可多出12～16个核苷酸的长度，即3′悬挂链(3′overhang strand)，一定条件下能形成一个大的具有规律性很高的鸟嘌呤四联体结构，此结构是通过单链之间或单链内对应的G残基之间形成Hoogsteen碱基配对，从而使4段富含G的链旋聚成一段的四链体DNA。也有人认为，端粒G链序列可以形成稳定的发卡结构，它和四联体结构都被认为与端粒DNA的保护功能有关[2]。
不同物种端粒的重复序列和长度是不一样的，人类的端粒DNA由 [5′-TTAGGG-3′]反复串联而成，不具有编码任何蛋白质功能，进化上高度保守，总长度约5-15kb，随着每次细胞分裂的进行，染色体末端丢失50-200bp。
（二）端粒结合蛋白的结构
端粒结合蛋白包括端粒酶、保卫蛋白复合体(Sheherin)和非保卫蛋白。保卫蛋白复合体由端粒重复序列结合因子1(TRF1)，端粒重复序列结合因子（TRF2），端粒保卫蛋白1( POT1)，TRF1相互作用核蛋白( TIN2)，TIN2相互作用蛋白1(TINT1)及阻抑和活化蛋白1(Rap1)组成，各分布在染色体端粒上，能保持端粒结构的相对稳定。非保卫蛋白有DNA修复蛋白RADS0，NBS1，MRE11，Ku86和DNAPKcs等，各分布不局限在端粒上。这三类端粒结合蛋白协同参与端粒动态平衡的维持和调节。
（三）D-loop-T-loop结构假说
1999年Griffith 等提出端粒结构的D-loop-T-loop假说 。端粒的3′突出部侵入到端粒重复序列后形成T-loop，同时通过单链G尾的TTAGGG在环的端口内侧与CCCTAA 碱基互补形成100～200 碱基对的D-loop。T-loop的形成为端粒的保护作用提供了一个结构基础，并很好地解析了端粒对染色体的保护作用，因为端粒缩短到极限长度时已无法形成T-loop，使端粒失去了保护功能，染色体不能完整地复制导致细胞死亡。
（四）端粒与细胞衰老病关系的新假说
2000年Blackbern提出了新的端粒与细胞衰老关系假说:端粒在正常的细胞分裂时能动态地从戴帽状态向非戴帽状态来回变换，处于前者时，细胞能继续分裂，处于后者则会引发细胞周期阻滞。当一定量的端粒因多次分裂而缩短到不能形成戴帽状态时，细胞将走向衰老甚至死亡。而激活端粒酶后，端粒便能以同源重组的方式使非戴帽状态返回到戴帽状态，逃过复制衰老而继续分裂。这个假说与端粒的D-loop-T-loop帽子结构可以说是相互呼应，因为T-loop的形成需要一定长度的端粒。从另一个角度说，端粒的进行性缩短使其难以恢复戴帽状态。
由于3′悬挂末端的丢失会引起T-loop结构的破坏，导致端粒末端的非戴帽状态。因此，Stermart等[3]提出，3′悬挂末端的丢失才是触发复制衰老的信号，揭示了与衰老相关的端粒结构改变分子学机制。
（五）端粒在生物体中的功能
目前认为端粒的主要功能包括: 1.保护染色体末端防止被核酶降解或被化学修饰或融合以及非正常重组，维持其完整性；2.与其中蛋白质共同参与染色体的定位和复制，使细胞得以正常分化或繁殖；3.反映细胞分裂的能力与寿命。事实证明，大多细胞的端粒长度与细胞的分裂能力有关，越长分裂能力越高，反之亦然。我们也能通过细胞的端粒长度和分裂一次端粒缩短的长度来估计细胞的寿命去挑选合适的细胞做相关的研究。
二、端粒酶的结构和功能
端粒酶于1984 年由Shampay 等发现，它是由端粒酶RNA 链和蛋白质组成的核糖核蛋白酶，直接参与端粒的形成，是一种能将真核生物染色体末端DNA 加以延长的核酸蛋白复合物。
（一）端粒酶的结构成分
端粒酶包括3个组分:端粒酶 RNA( telomerase RNA，TR)，端粒酶相关蛋白质1(telomerase associated-protein 1，TP1），端粒酶催化亚单位(Telomerase Reverse Transcriptase，TERT) 。
（二）各成分的特点
hTR即人类端粒酶RNA，是人类端粒酶合成端粒DNA的模板，它是端粒酶发挥作用所必须的。由于正常体细胞中都会存在hTR，却几乎没有端粒酶的活性，而且在多种肿瘤细胞中测得的hTR 与端粒酶活性也不平行[4]，因而它不能反映端粒酶活性高低。TP1在端粒酶活性的调节中有重要作用，但有证据表示它不是端粒酶发挥活性作用所必须的。hTERT是含有7个基元的转录酶，在端粒酶的激活中起关键作用，在无细胞的情况下将hTR和hTERT混合在一起即可表现端粒酶活性，是端粒酶活性的限速亚单位。hTERT mRNA水平与端粒酶的活性成正相关：将载有hTERT基因的质粒转染端粒酶隐性的成纤维细胞，可重建端粒酶活性;使hTERT基因突变，细胞则不表现端粒酶活性[5]。同一组织的不同部分，细胞分裂能力与端粒酶活性成正比，如在毛发生长初期的毛囊中，含有分裂活性细胞的部分表达端粒酶活性，而低度分裂活性细胞部分则表达较低水平的酶活性[6]。
（三）端粒酶的主要功能
目前认为端粒酶的主要功能是维持染色体末端的端粒序列，即延长端粒DNA富含G的链，使其形成G-四联体或发夹结构，保护染色体。端粒酶还能修复已断裂的染色体末端，从而抵消因细胞分裂而导致的端粒DNA的消耗，维护遗传信息的完整性。此外，端粒酶能合成串联重复的TTAGGG序列，这提供了TRF2结合位点，有助于防止染色体末端的融合。
三、端粒、端粒酶与细胞衰老的关系
端粒缩短是在端粒酶活性的缺失的情况下，由于DNA聚合酶无法完成复制线型DNA双链体的两端而发生。细胞每分裂一次端粒就缩短一定长度，当TRF的长度为5～7Kb，亦即在端粒的长度缩短到可能造成基因损伤前，能够激发细胞周期P53 和/或Rb关卡(checkpoint ) ，P53 把缩短的端粒识别为DNA双链断裂（DSB），从而使细胞周期停止，于是细胞便进入了M1 期（mortality stage 1），端粒长度继续缩短，最终当细胞端粒的长度缩短到极限，即TRF的长度为2～4Kb时，细胞进入M2 期（mortality stage 2），染色体变得不稳定并发生染色体重排，双着丝粒染色体的形成和非整倍性变化等畸变，导致复制性衰老 （replicative senescence）而死亡 [7]。因此，端粒的缩短被称作是能触发衰老的分子钟。
研究表明，人类的生殖细胞、造血干细胞和肿瘤细胞含有较高的端粒酶活性，而体细胞中只表现极低甚至无端粒酶活性，因此正常体细胞是不能无限增殖的。同时，也有证据表示，年轻人某些个体细胞中的端粒比老年人的长，如人的纤维母细胞。如果我们能通过向细胞殖入端粒酶而保持其端粒长度，染色体的稳定性便得以恢复，这样细胞的寿命就不会受分裂次数的限制从而成为永生细胞，而激活端粒酶活性是有效的途径：Bodnar [8]等使端粒酶活性本来为阴性的视网膜色素上皮细胞和表皮成纤维细胞变成端粒酶活性为阳性后，发现有丝分裂次数增加，寿命得以延长至少20代。解慧琪等[9] 重建端粒酶活性后，在体外使经ptsA58H质粒转染的人胚肌腱细胞寿命大大延长。Kyo 等[10] 在端粒酶阴性的复制衰老前(presenescent) 细胞中异位表达hTRT会导致端粒酶活化，端粒延长，细胞绕过复制衰老而永生。最近，刘官智等[11]通过外源性hTERT基因转染延长体外培养正常人毛乳头细胞的寿命且可保持其正常的生物学特性。周小民等[12]采用端粒酶逆转录酶基因转染人胎肝细胞技术有望获得永生化肝细胞，并预测该方法可能为细胞移植和生物人工肝治疗各种难治性肝病提供新的细胞来源。此外，体外实验中，在多种端粒酶阴性的细胞中重建端粒酶活性，可以维持端粒长度，增加细胞的寿命，甚至使细胞永生化[8]。目前，已有更多种类的细胞被成功地永生化，但这是否以上述的方法使整个机体的细胞得到“永生”后就能使人类“永恒青春”甚至“返老还童”？科学家正在寻找更多的证据去证明这种可能性的存在，相信在不久的将来会带来有让人满意的答案。
四、端粒、端粒酶与肿瘤的防治
细胞的生长是需要对自身作精细的调控的。若这种调节失控，细胞有可能获得无限的增殖能力，当这样的细胞逐渐扩增，最后就会形成肿瘤。事实证明，肿瘤的无限分裂能力与端粒酶活性有关。在异常组织中，对于具有无限增殖能力的癌细胞，其中85%～95%的细胞中均表达端粒酶的活性，而且恶性肿瘤细胞的端粒酶活性和hTERT表达水平分别是正常细胞的100倍和25倍[13]。目前，端粒酶已成为最广谱的肿瘤分子标记物，而hTERT基因的启动子被发现是肿瘤特异性启动子的一种，因此在转录水平调控目的基因的表达就能抑制肿瘤细胞，而且不伤害正常组织细胞，这提示以调控端粒-端粒酶系统的方法来控制肿瘤细胞能最大限度地降低治疗肿瘤时对身体的毒害。
由于端粒酶在肿瘤的预防与治疗上发挥重要作用，它可能成为肿瘤治疗的新靶点。因此，人们正着手用某些药物直接作用于端粒及其结合蛋白，通过抑制端粒酶的活性来缩短端粒的长度，以使肿瘤细胞进入衰老期，从而得到治疗肿瘤的目的。林梅等[14]认为雌黄纳米粒的抗肿瘤效果优于传统剂型的雌黄的原因之一是雌黄纳米粒能显著下调慢性粒细胞白血病急变期K562细胞端粒酶活性。赵淑磊等[15]以逆转录病毒载体携带反义端粒酶RNA基因转染HepG2肝癌细胞能诱导其凋亡。
另外，郭晓兰等[16]以抑制TPP1表达的方法诱发端粒ATM依赖的DNA损伤反应，进而抑制细胞增殖，促进细胞衰老，提示诱导端粒功能障碍会成为新的治疗癌症的方法。由于端粒酶自身有着各种独特的优势，端粒酶与多种肿瘤的发生、发展以及抗肿瘤效应的关系已成为研究热点。
五、结语
因为细胞的死亡能减少因细胞基因损伤积累过多而癌变的可能性，有人会担心细胞的永生化会增加细胞癌变的几率，或者因细胞的永生化使细胞更新速度减慢导致的衰老细胞积累会引发新的问题，但实验证明使正常体细胞的端粒酶活性表达不造成增殖控制异常或癌基因转变，端粒酶的表达及端粒完整性的维持并不能逃避细胞周期关卡的控制，从而造成基因不稳定；端粒酶使细胞永生化也能防止或逆转衰老细胞生理功能的丧失，而不会引起与癌相关的其他改变[17]。因此，使特定器官细胞数保持一个正常的平衡值即保持组织自体稳定性可能是抗衰老和预防癌症的关键所在。
尽管端粒、端粒酶与衰老关系研究中很多理论还处在假说的阶段，在研究中尚存在很多问题，如：怎样才能保持细胞中被激活的端粒酶活性？端粒各组分对端粒的具体的作用是什么？如何才能高效地使端粒长度缩短到临界长度以下从而让癌细胞调亡？如何解释与该假说相悖的现象？随着科研工作者研究的不断深入，端粒、端粒酶的研究将会把这些问题一一解决，端粒-端粒酶系统无疑为细胞衰老机制研究的突破提供了极大的可能性，而且它在肿瘤的预防与治疗等方面也有广阔的前景。
参考文献：
[1]Gomez DE ，Teiera A M ，Olivero OA. Irreversible telomere shortening by 3′- azido - 2′，3′- dideoxythymidine(AZT) treatment[J].Biochem Biophys Res Commun. 1998 ，246(1) :107-110.
[2]Griffith J D，Comeaul L，Rosenfields S ，et al . Mammalian telomeres end in a large duplex loop[J]. Cell，1999 ，97(4) : 503504 .
[3]Stewart S A ，Ben-Porath I，Garey V J，et al Erosion of the telomere state，not telomere loss[J].Science ，2002 295(5564):2446-2449.
[4]Avilion A A.Telomeres，telomerase and cancer[J].Cancer Res，1996，56:645-650.
[5]Yudoh K，Matsuno H，Nakazaw A F，et al.Differential regulation of telomerase activity by six telomerase subunits[J]. Eur J Biochem，2002，26(14):3442-3450.
[6]Ramirez RD，WrightWE，Rocen A，et al.Telomerase activity concentrates in the mitotically active segments of human hair follicles[J].J Invest Dermatol，1997，108 (1) : 113-117.
[7]Gryfe R，Swallow C，Bapat B et al. Molecular biology of colorectal cancer[J]. Curr Probl Cancer，1997，21 (5) :2332300.
[8]Bodnar A G，Ouellette M，Frolkis M，et al.Extension of life-span by introduction of telomerase into normal human cells [J].Science，1998，279(5349):349-352.
[9]解慧琪，屈艺，李秀群等. 重建端粒酶活性延长ptsA58H 转染的人胚肌腱细胞寿命[J].中国医学科学院学报，2002，24(3) :276-280.
[10]Kyos. Expression of human telomerase subunits in gynecological tumors[J].Proc Am Assoc Can Res ，1998 ，39 : 569 - 574.
[11]刘官智，伍津津等，外源性人端粒酶逆转录酶基因转染对正常人毛乳头细胞的影响[J].第三军医大学学报，2008，30(3)，189-191.
[12]周小民，宋向晖等，人端粒酶逆转录酶转染人胎肝细胞生物学特性[J].岭南现代临床外科，2008，8(1)，7-11.
[13] Hiyama E，Hiyama K． Telomerase as tumor marker．Cancer Lett，2003，194：221233．
[14]林梅 ，张东生，纳米雌黄对K562细胞端粒酶活性的影响[J].实用临床医药杂志，2007，11(6):5-7.
[15]赵淑磊，刘吉勇等，反义端粒酶RNA基因对肝癌细胞的抑制作[J].中国肿瘤生物治疗杂志 ，2007，14(2):143-146.
[16]郭晓兰，袁国华等，抑制端粒保护蛋白TPP1表达诱导ATM 依赖的DNA损伤反应[J].第四军医大学学报，2008，29(3):262-265.
[17] Funk WD，Wang CK，Hoeffler WK，et al. Telomerase expression restores dermal integrity to in vitro-aged fibroblasts in a reconstituted skin model. Exp Cell Res，2000，258 : 270-278.
作者简介：
刘东成，男，汉族，广东省东莞市，中国矿业大学化工学院生物工程专业 本科在读。
[关键词]端粒 端粒酶 细胞衰老 肿瘤
中图分类号：Q93 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0820008－02
衰老是指生物体在结构和功能上表现出来的种种退化。100年前人们认为，只有体质才会衰老而死亡，而种质是不会衰老的，直到1961年Hayflick才证实了细胞衰老，从此人们对衰老的研究进入一个崭新的阶段。细胞衰老是细胞结构和功能的改变积累到一定程度后的结果，自“端粒缩短是触发细胞衰老的分子钟”的假说[1]提出后，科学家们已通过实验提供了大量证据来证明该假说，随着对端粒和端粒酶的结构和功能研究的深入，它们与衰老的关系日渐明确，并成为国内外研究衰老机理的热点之一。
一、端粒的结构和功能
端粒(telomere)是保护真核细胞染色体末端并维持其完整的特殊的DNA/蛋白质复合物，它像“帽子”一样扣在染色体的两端，从而维护染色体的完整性和稳定性，防止染色体被降解、融合和重组，便分裂后得到的子代细胞能准确的获得完整的遗传信息.
（一）端粒DNA的结构
端粒DNA由两条长短不同的DNA链构成，一条富含G，另一条富含C。富含G的那条链5′→3′指向染色体末端，此链比富含C 的链在其3′末端尾处可多出12～16个核苷酸的长度，即3′悬挂链(3′overhang strand)，一定条件下能形成一个大的具有规律性很高的鸟嘌呤四联体结构，此结构是通过单链之间或单链内对应的G残基之间形成Hoogsteen碱基配对，从而使4段富含G的链旋聚成一段的四链体DNA。也有人认为，端粒G链序列可以形成稳定的发卡结构，它和四联体结构都被认为与端粒DNA的保护功能有关[2]。
不同物种端粒的重复序列和长度是不一样的，人类的端粒DNA由 [5′-TTAGGG-3′]反复串联而成，不具有编码任何蛋白质功能，进化上高度保守，总长度约5-15kb，随着每次细胞分裂的进行，染色体末端丢失50-200bp。
（二）端粒结合蛋白的结构
端粒结合蛋白包括端粒酶、保卫蛋白复合体(Sheherin)和非保卫蛋白。保卫蛋白复合体由端粒重复序列结合因子1(TRF1)，端粒重复序列结合因子（TRF2），端粒保卫蛋白1( POT1)，TRF1相互作用核蛋白( TIN2)，TIN2相互作用蛋白1(TINT1)及阻抑和活化蛋白1(Rap1)组成，各分布在染色体端粒上，能保持端粒结构的相对稳定。非保卫蛋白有DNA修复蛋白RADS0，NBS1，MRE11，Ku86和DNAPKcs等，各分布不局限在端粒上。这三类端粒结合蛋白协同参与端粒动态平衡的维持和调节。
（三）D-loop-T-loop结构假说
1999年Griffith 等提出端粒结构的D-loop-T-loop假说 。端粒的3′突出部侵入到端粒重复序列后形成T-loop，同时通过单链G尾的TTAGGG在环的端口内侧与CCCTAA 碱基互补形成100～200 碱基对的D-loop。T-loop的形成为端粒的保护作用提供了一个结构基础，并很好地解析了端粒对染色体的保护作用，因为端粒缩短到极限长度时已无法形成T-loop，使端粒失去了保护功能，染色体不能完整地复制导致细胞死亡。
（四）端粒与细胞衰老病关系的新假说
2000年Blackbern提出了新的端粒与细胞衰老关系假说:端粒在正常的细胞分裂时能动态地从戴帽状态向非戴帽状态来回变换，处于前者时，细胞能继续分裂，处于后者则会引发细胞周期阻滞。当一定量的端粒因多次分裂而缩短到不能形成戴帽状态时，细胞将走向衰老甚至死亡。而激活端粒酶后，端粒便能以同源重组的方式使非戴帽状态返回到戴帽状态，逃过复制衰老而继续分裂。这个假说与端粒的D-loop-T-loop帽子结构可以说是相互呼应，因为T-loop的形成需要一定长度的端粒。从另一个角度说，端粒的进行性缩短使其难以恢复戴帽状态。
由于3′悬挂末端的丢失会引起T-loop结构的破坏，导致端粒末端的非戴帽状态。因此，Stermart等[3]提出，3′悬挂末端的丢失才是触发复制衰老的信号，揭示了与衰老相关的端粒结构改变分子学机制。
（五）端粒在生物体中的功能
目前认为端粒的主要功能包括: 1.保护染色体末端防止被核酶降解或被化学修饰或融合以及非正常重组，维持其完整性；2.与其中蛋白质共同参与染色体的定位和复制，使细胞得以正常分化或繁殖；3.反映细胞分裂的能力与寿命。事实证明，大多细胞的端粒长度与细胞的分裂能力有关，越长分裂能力越高，反之亦然。我们也能通过细胞的端粒长度和分裂一次端粒缩短的长度来估计细胞的寿命去挑选合适的细胞做相关的研究。
二、端粒酶的结构和功能
端粒酶于1984 年由Shampay 等发现，它是由端粒酶RNA 链和蛋白质组成的核糖核蛋白酶，直接参与端粒的形成，是一种能将真核生物染色体末端DNA 加以延长的核酸蛋白复合物。
（一）端粒酶的结构成分
端粒酶包括3个组分:端粒酶 RNA( telomerase RNA，TR)，端粒酶相关蛋白质1(telomerase associated-protein 1，TP1），端粒酶催化亚单位(Telomerase Reverse Transcriptase，TERT) 。
（二）各成分的特点
hTR即人类端粒酶RNA，是人类端粒酶合成端粒DNA的模板，它是端粒酶发挥作用所必须的。由于正常体细胞中都会存在hTR，却几乎没有端粒酶的活性，而且在多种肿瘤细胞中测得的hTR 与端粒酶活性也不平行[4]，因而它不能反映端粒酶活性高低。TP1在端粒酶活性的调节中有重要作用，但有证据表示它不是端粒酶发挥活性作用所必须的。hTERT是含有7个基元的转录酶，在端粒酶的激活中起关键作用，在无细胞的情况下将hTR和hTERT混合在一起即可表现端粒酶活性，是端粒酶活性的限速亚单位。hTERT mRNA水平与端粒酶的活性成正相关：将载有hTERT基因的质粒转染端粒酶隐性的成纤维细胞，可重建端粒酶活性;使hTERT基因突变，细胞则不表现端粒酶活性[5]。同一组织的不同部分，细胞分裂能力与端粒酶活性成正比，如在毛发生长初期的毛囊中，含有分裂活性细胞的部分表达端粒酶活性，而低度分裂活性细胞部分则表达较低水平的酶活性[6]。
（三）端粒酶的主要功能
目前认为端粒酶的主要功能是维持染色体末端的端粒序列，即延长端粒DNA富含G的链，使其形成G-四联体或发夹结构，保护染色体。端粒酶还能修复已断裂的染色体末端，从而抵消因细胞分裂而导致的端粒DNA的消耗，维护遗传信息的完整性。此外，端粒酶能合成串联重复的TTAGGG序列，这提供了TRF2结合位点，有助于防止染色体末端的融合。
三、端粒、端粒酶与细胞衰老的关系
端粒缩短是在端粒酶活性的缺失的情况下，由于DNA聚合酶无法完成复制线型DNA双链体的两端而发生。细胞每分裂一次端粒就缩短一定长度，当TRF的长度为5～7Kb，亦即在端粒的长度缩短到可能造成基因损伤前，能够激发细胞周期P53 和/或Rb关卡(checkpoint ) ，P53 把缩短的端粒识别为DNA双链断裂（DSB），从而使细胞周期停止，于是细胞便进入了M1 期（mortality stage 1），端粒长度继续缩短，最终当细胞端粒的长度缩短到极限，即TRF的长度为2～4Kb时，细胞进入M2 期（mortality stage 2），染色体变得不稳定并发生染色体重排，双着丝粒染色体的形成和非整倍性变化等畸变，导致复制性衰老 （replicative senescence）而死亡 [7]。因此，端粒的缩短被称作是能触发衰老的分子钟。
研究表明，人类的生殖细胞、造血干细胞和肿瘤细胞含有较高的端粒酶活性，而体细胞中只表现极低甚至无端粒酶活性，因此正常体细胞是不能无限增殖的。同时，也有证据表示，年轻人某些个体细胞中的端粒比老年人的长，如人的纤维母细胞。如果我们能通过向细胞殖入端粒酶而保持其端粒长度，染色体的稳定性便得以恢复，这样细胞的寿命就不会受分裂次数的限制从而成为永生细胞，而激活端粒酶活性是有效的途径：Bodnar [8]等使端粒酶活性本来为阴性的视网膜色素上皮细胞和表皮成纤维细胞变成端粒酶活性为阳性后，发现有丝分裂次数增加，寿命得以延长至少20代。解慧琪等[9] 重建端粒酶活性后，在体外使经ptsA58H质粒转染的人胚肌腱细胞寿命大大延长。Kyo 等[10] 在端粒酶阴性的复制衰老前(presenescent) 细胞中异位表达hTRT会导致端粒酶活化，端粒延长，细胞绕过复制衰老而永生。最近，刘官智等[11]通过外源性hTERT基因转染延长体外培养正常人毛乳头细胞的寿命且可保持其正常的生物学特性。周小民等[12]采用端粒酶逆转录酶基因转染人胎肝细胞技术有望获得永生化肝细胞，并预测该方法可能为细胞移植和生物人工肝治疗各种难治性肝病提供新的细胞来源。此外，体外实验中，在多种端粒酶阴性的细胞中重建端粒酶活性，可以维持端粒长度，增加细胞的寿命，甚至使细胞永生化[8]。目前，已有更多种类的细胞被成功地永生化，但这是否以上述的方法使整个机体的细胞得到“永生”后就能使人类“永恒青春”甚至“返老还童”？科学家正在寻找更多的证据去证明这种可能性的存在，相信在不久的将来会带来有让人满意的答案。
四、端粒、端粒酶与肿瘤的防治
细胞的生长是需要对自身作精细的调控的。若这种调节失控，细胞有可能获得无限的增殖能力，当这样的细胞逐渐扩增，最后就会形成肿瘤。事实证明，肿瘤的无限分裂能力与端粒酶活性有关。在异常组织中，对于具有无限增殖能力的癌细胞，其中85%～95%的细胞中均表达端粒酶的活性，而且恶性肿瘤细胞的端粒酶活性和hTERT表达水平分别是正常细胞的100倍和25倍[13]。目前，端粒酶已成为最广谱的肿瘤分子标记物，而hTERT基因的启动子被发现是肿瘤特异性启动子的一种，因此在转录水平调控目的基因的表达就能抑制肿瘤细胞，而且不伤害正常组织细胞，这提示以调控端粒-端粒酶系统的方法来控制肿瘤细胞能最大限度地降低治疗肿瘤时对身体的毒害。
由于端粒酶在肿瘤的预防与治疗上发挥重要作用，它可能成为肿瘤治疗的新靶点。因此，人们正着手用某些药物直接作用于端粒及其结合蛋白，通过抑制端粒酶的活性来缩短端粒的长度，以使肿瘤细胞进入衰老期，从而得到治疗肿瘤的目的。林梅等[14]认为雌黄纳米粒的抗肿瘤效果优于传统剂型的雌黄的原因之一是雌黄纳米粒能显著下调慢性粒细胞白血病急变期K562细胞端粒酶活性。赵淑磊等[15]以逆转录病毒载体携带反义端粒酶RNA基因转染HepG2肝癌细胞能诱导其凋亡。
另外，郭晓兰等[16]以抑制TPP1表达的方法诱发端粒ATM依赖的DNA损伤反应，进而抑制细胞增殖，促进细胞衰老，提示诱导端粒功能障碍会成为新的治疗癌症的方法。由于端粒酶自身有着各种独特的优势，端粒酶与多种肿瘤的发生、发展以及抗肿瘤效应的关系已成为研究热点。
五、结语
因为细胞的死亡能减少因细胞基因损伤积累过多而癌变的可能性，有人会担心细胞的永生化会增加细胞癌变的几率，或者因细胞的永生化使细胞更新速度减慢导致的衰老细胞积累会引发新的问题，但实验证明使正常体细胞的端粒酶活性表达不造成增殖控制异常或癌基因转变，端粒酶的表达及端粒完整性的维持并不能逃避细胞周期关卡的控制，从而造成基因不稳定；端粒酶使细胞永生化也能防止或逆转衰老细胞生理功能的丧失，而不会引起与癌相关的其他改变[17]。因此，使特定器官细胞数保持一个正常的平衡值即保持组织自体稳定性可能是抗衰老和预防癌症的关键所在。
尽管端粒、端粒酶与衰老关系研究中很多理论还处在假说的阶段，在研究中尚存在很多问题，如：怎样才能保持细胞中被激活的端粒酶活性？端粒各组分对端粒的具体的作用是什么？如何才能高效地使端粒长度缩短到临界长度以下从而让癌细胞调亡？如何解释与该假说相悖的现象？随着科研工作者研究的不断深入，端粒、端粒酶的研究将会把这些问题一一解决，端粒-端粒酶系统无疑为细胞衰老机制研究的突破提供了极大的可能性，而且它在肿瘤的预防与治疗等方面也有广阔的前景。
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作者简介：
刘东成，男，汉族，广东省东莞市，中国矿业大学化工学院生物工程专业 本科在读。