端粒酶抑制剂

2023年12月31日发(作者：战狼1观后感)

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端粒酶抑制剂在肿瘤治疗中的最新研究进展

摘要：端粒酶是一种特殊的逆转录酶，能以自身的 RNA为模板，反转录成端粒的重复单元TT AGGG加到人染色体末端，阻止端粒随细胞分裂而缩短，使细胞绕过衰老途径成为永生化细胞，导致人类肿瘤的发生。以端粒酶为靶点，可以有多种治疗途径，本文主要介绍了端粒酶抑制剂的研究现状及新进展，重点对新型G‐四联体稳定剂类端粒酶抑制剂、逆转录酶抑制剂及其他新型端粒酶抑制剂的研究进展进行介绍。

关键词：端粒酶抑制，G‐四联体，逆转录酶抑制剂，肿瘤，研究进展

The newest rearch progress of the telomera inhibitors

in cancer therapy

Keywords:

telomera inhibitors，G-quadrplex DNA，Rever

transcripta inhibitors，Tumor，rearch progress

引言：端粒酶作为一种负责延长端粒的核蛋白逆转录酶，对于细胞染色体的稳定性和细胞活性的维持有重要作用，端粒酶的活性在正常组织中被抑制，而在恶性肿瘤细胞中其阳性率可达 84% ～95%，人体绝大部分恶性肿瘤的发生发展过程与端粒酶活性有非常紧密的联系，针对这一现象，并结合端粒酶本身的特点，人们开发出端粒酶抑制剂，应用不同端粒酶抑制剂针对端粒酶的不同组分及作用途径进行破坏或阻断，从而抑制端粒酶活性最终限制肿瘤的生长及发展，这是近年来国内外学者积极探索的一个方向。

1端粒与端粒酶概述

端粒是位于真核细胞染色体末端的一种特殊结构，由DNA片段和蛋白组成，其主要功能是维护染色体的完整性，端粒长度随着有丝分裂逐渐缩短，当缩短至不能维护染色体稳定时，则导致细胞凋亡。人端粒是染色体末端的一段富含GC的重复序列，其生物学功能主要有：①保护染色体末端完整性；②参与染色体的精品文档，欢迎下载

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，保证细胞的正常分化与繁殖；③与细胞凋亡和永生化关系密切[1]

，在细胞分裂过程中，染色体末端逐渐缩短(图 1、2)，当端粒缩短至l隔界值(4kb)以下时细胞趋向凋亡。

图1端粒缩短示意图

图2 端粒与端粒酶示意图

端粒酶是一种能延长端粒末端的核糖核酸蛋白酶，由端粒RNA和蛋白质组成,通过识别并结合于端粒末端，以自身的模板逆转录合成端粒。自身携带模板是端粒酶的特征之一，其主要功能有：通过自身的RNA模板；催化亚单位和辅助蛋白将端粒DNA添加到染色体的末端；维持和平衡端粒序列长度；修复断裂的染色体末端。人端粒酶 (telomera) 是一种由人端粒酶逆转录酶

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(telomera rever trantranripta，hTERT) 人端粒酶RNA组分 (hTR)

以及人端粒酶相关蛋白(hTEPI等)组成的具有特殊逆转录活性的核糖蛋白复合物。hTERT是端粒酶的催化亚基，是控制细胞端粒酶活性的限制性成分。通过逆转录hTR模板序列，合成端粒DNA序列并添加到染色体末端，催化末端的端粒DNA复制和延长"端粒酶的生物活性机制已被认为是细胞获得永生的必要途径，是恶性转化的基础，与细胞的衰、肿瘤发生密切相关[2-3]。

近年来随着肿瘤分子生物学的不断发展，越来越多的研究表明绝大部分恶性肿瘤细胞的端粒酶长度较正常细胞缩短。自1994年，kim应用TRAP(Telomeric

Repeat Amplification Protocol)法来检测人体组织中的端粒酶活性，结果发现90%的恶性肿瘤组织中都存在端粒酶活性。端粒酶活性与恶性肿瘤之间的高度相关性使端粒酶成为近年来肿瘤治疗研究的新热点，对端粒酶活性的抑制是治疗恶性肿瘤的可能新途径之一[4]。

2 端粒酶抑制剂在肿瘤中的应用

2.1端粒酶抑制剂G‐四联体稳定因子的研究进展

端粒是端粒酶作用的靶位，端粒酶要结合到端粒上才能起作用，端粒部位富含G，体外它能在K +存在下自发折叠形成(分子间或分子内) G‐四联体[5-6]。研究表明G- 四联体在体外能抑制端粒酶的活性，因而能稳定G‐四联体的小分子药物就能干扰端粒酶参与的端粒复制，体内 G‐四联体存在的直接证据还有待证实，但是已经发现结合蛋白质的 G‐四联体结构，如双链 DNA 能转化成 G‐四联体，螺旋酶解聚 G‐四联体快于双链DNA等，这样 G‐四联体就成了新的抗肿瘤药物靶位，几个研究组就在从事 G‐四联体及其配体的药物设计和开发工作，并已取得几个先导化合物。几种基于G‐四联体的端粒酶抑制剂：①胺基取代的蒽醌化合物；

②阳离子卟啉类化合物：卟啉类化合物由于能富集在肿瘤细胞，早就在进行光动力癌症治疗研究，由于其芳香性平面促使研究者把该类化合物应用于G4-DN结合。肖云娜等[7]为了提高G4-DNA的稳定性，打破传统的一个G4-DNA分子和一种化合物相互作用的两元模式精品文档，欢迎下载

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，采用NMM和PRER共同和G4-DNA作用的三元模式，通过光谱学手段证实了三者的最佳结合比为1：1：1，并且能诱导G4-DNA从反平行结构转变为平行结构。热稳定性数据显示，三者相互结合后能G4-DNA的解链温度升高27.2C，而单独的NMM或PIER都不能稳定四链螺旋结构，这也是首次发现G4- DNA稳定剂之间的协同作用，为将来新型端粒酶抑制剂的开发提供了一个新思路。

③芘类化合物；

④香港大学[8]新近合成的一种 platinum( II) 类化合物［Pt( dppz -

COOH)( N/C )］CF3SO3它能够使端粒的G－四联体结构折叠293倍，其体外实验显示对人端粒酶的 IC50 为760nM 细胞毒性试验显示，此化合物的 IC50 为17－25 M，并且对多要耐药性细胞 KB－V－1及顺铂( cisplatin) 耐药性细胞CNE1

有很好的活性，该化合物 G－四联体的亲和力比对正常的双链DNA 高800 倍左右；

⑤近年来发现不少中药也具有端粒酶抑制活性[9-10]比如：去氢紫堇碱是一种较好的G- 四链体 DNA 结合分子，它具有 G -四链体结合分子的一般特点，为设计合成新型G- 四链体识别分子提供了新的结构模型[11]。

2.1.1 该类型抑制剂的最新研究进展

端粒酶负责不同表型的癌细胞，抑制端粒酶可能专门针对癌细胞增殖。配体能够选择性地结合到G‐四端粒DNA被视为端粒酶抑制剂，往往从定量检测端粒酶活性（法）进行聚合酶链反应步骤推断其作用机制，不提供深入的机制抑制。此外，G‐四联体配体也被证明发挥作用的影响端粒结合蛋白与端粒体系。SDanilo D’Ambrosio等[12]使用水溶性苝酰亚胺（hpdis）直接定量检测端粒酶活性、评价强度和作用机制。hpdis是含苝和不同数量的正电荷的侧链。IC50 值的 HPDIs 是在低 micromolar（0.5–5μM）根据数量和侧链的功能范围。HPDIs

具有四个侧链成为最佳的这一系列化合物。Telospot的竞争实验证明单链端粒DNA的HPDIs具有很高的特异性，能够形成G-四链，超过基因组双链或端粒的dsDNA。他们的研究支持，HPDIs是有效的端粒酶抑制剂，他们能够通过诱导来稳定长单链端粒引物的单分子的G-四链的结构。精品文档，欢迎下载

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2.2 端粒酶抑制剂新型杂环唑类衍生物的研究

新型杂环的三个系列的唑类衍生物，含有吡嗪的化合物已设计、合成，其[13]结构也确定，作为潜在的端粒酶抑制剂Yan-Bin Zhang等对它们的生物活性进行了评价。在恶二唑衍生物中，化合物2 -（（2 - 溴苄基氧基）-5 -（吡嗪-2 -基）-1，3，4 - 恶二唑(5c）是对反对SW1116癌细胞株（IC50 = 2.46μM对SW1116和IC50 = 3.55 μM端粒酶的最有效的生物活性。化合物中2 -（（4 - 溴苄基）硫代）-5 - （吡嗪-2 - 基）-1，3，4 - 噻二唑（8h）是对肝癌细胞表现最好的噻二唑衍生物（IC50 = 0.78μM，端粒酶IC50 = 1.24μM）。而化合物2 -（5

-（（4 - 氟代苄基硫基-4 - 苯基- 4H-1，2，4 - 三唑-3 -基吡嗪（11F）表明是最有效的生物活性（IC50 = 4.12 μM对SW1116和IC50 = 15.03μM端粒酶之间的三唑衍生物。对接模拟定位化合物5C，4，8和11F到端粒酶结构的活性部位进行了探索可能的结合模式。细胞凋亡的结果表明，化合物8h HEPG2细胞株具有良好的抗肿瘤活性。因此，在抑制肿瘤生长的抑制活性的化合物8h可能是一个潜在的抗肿瘤药物对肝癌细胞癌细胞。因此，恶二唑，噻二唑和三唑结构的引入增强我们的化合物与该受体的结合，导致生物活性的增强。为深入了解其结构–活性关系观察端粒酶，分子对接的强效抑制剂5，8，11层的结合位点的端粒酶进行的具有约束力的模型基础上的端粒酶复杂结构。分析了三种化合物结合的构象表明，这些化合物arg194有稳定的氢键相互作用。细胞凋亡检测表明该化合物是潜在的抗肿瘤剂。结果端粒酶抑制剂作为抗癌药物的设计提供了宝贵的信息. 杂环唑类衍生物，含有吡嗪三个系列已被合成并评价其抗肿瘤活性。化合物5c表现出强大的抑制活性，对HepG2细胞的生长受到抑制的IC50分别为2.46μM和SW1116细胞的生长受到抑制的IC50分别4.22μM。而化合物11F证明有效的抑制HeLa细胞生长的抑制活性，IC50分别为7.30μM和SW1116细胞的生长受到抑制的IC50分别为4.12μM 。化合物8h展示了最有力的抑制活性，对HepG2细胞的生长受到抑制的IC50分别为0.78 μM和SW1116细胞的生长受到抑制的IC50为1.47 μM ， 它也抑制端粒酶活性的IC 50为1.24μ米，它能比较积极的控制星形孢菌素。精品文档，欢迎下载

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2.3端粒酶抑制剂壳聚糖共聚物纳米粒子的研究

反义寡核苷酸，2'-O-甲基-RNA（OMR），被称为有效的端粒酶抑制剂，用于治疗肺癌，但受限于细胞内吸收不良。与OMR相比，壳聚糖被覆聚合物纳米颗粒与作为非病毒载体的脱乙酰壳多糖溶液。这项研究调查了壳聚糖的性质和浓度的作用，在nanocarriers加载后，提高效率了人类肺癌细胞株的端粒酶抑制的活力。一定浓度的壳聚糖纳米粒子的表面是必要的，显着提高细胞吸收。然而，过度的壳聚糖负面影响转染效率。与脱乙酰壳多糖聚合物的自组装nanoplexes优先吸附到细胞膜，而不是被内在化。因此，聚合物纳米颗粒证明是优越的阳离子聚合物作为反义寡核苷酸的载体。不能被认为是提高了转染的背后的主要因素。空中接口上的细胞培养进行模拟体内条件摄取研究支持正常的文化，示出增强nanoplexes超过裸寡核苷酸的摄取的结果。这些数据是正在进行的研究对肺灌注模型和体内实验的先决条件。在这种情况下，纳米载体质粒DNA和艾滋病服务有前途的基因传递系统，取得了很大的关注，是对新一代疗法的诊断，治疗和预防方面的承诺。在纳米载体，纳米粒子具有广泛的应用[14-15]。

研究表明，壳聚糖共聚物纳米粒子改善加载，细胞摄取。因此，药理活性的反义寡核苷酸可以观察到。这些粒子被很好的耐受性的实calu-3细胞。尽管有重要作用的壳聚糖，过多的负面影响转染效率壳聚糖含量。自组装技术nanoplexes壳聚糖聚合物单独优先吸附到细胞膜，但不是内部。因此，聚合物纳米粒子优于阳离子聚合物为载体的反义寡核苷酸。总之，电荷不能被认为是原则因素提高了转染。对赤裸的寡核苷酸吸收增强进行了研究，支持了对空中接口的细胞培养的结果，这是比较重要的一步体内期望。

2.4 逆转录酶抑制剂的研究进展

随着分子生物学等技术发展，人们对端粒酶的结构!功能和调控机制不断理解，人们认为端粒酶抑制剂能使肿瘤细胞不能有效合成端粒序列，从而发生凋亡，达到抗肿瘤的目的。AZT是研究最成熟、最有应用前景的一种端粒酶抑制剂药物，作为核普类似物的代表，以往主要用于艾滋病的抗病毒治疗，其在肿瘤细胞DNA复制时可以参入链中使复制终止精品文档，欢迎下载

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，竟争性阻止单核昔酸与端粒复制模板hTR的结合，抑制端粒酶的逆转录过程，达到对端粒酶活性和端粒扩充的阻遏作用，使肿瘤细胞失去维持有效端粒长度的机制，导致肿瘤细胞衰老凋亡，产生抗肿瘤作用。

2.4.1 经动脉灌注端粒酶抑制剂AZT

人体绝大部分恶性肿瘤的发生、发展与端粒酶的活化关系密切，肝癌也不例外，抑制端粒酶活性理论上可以控制肿瘤生长， 张火俊等[16]率先开展了经动脉灌注端粒酶抑制剂后观察其对肝脏恶性肿瘤影响的研究工作。通过观察经动脉灌注端粒酶抑制剂对大鼠种植型AZT walker -256肝癌的影响，探讨采用经动脉介入法应用端粒酶抑制剂治疗肝脏恶性肿瘤的可能性，结果表明：经动脉灌注AZT能明显降低大鼠肝脏 walker -256肿瘤组织的端粒酶活性，提高肿瘤细胞凋亡率，抑制肿瘤生长。采用经动脉灌注端粒酶抑制剂治疗肝脏恶性肿瘤是一种可能应用于临床并值得进一步深入研究的新方法。将端粒酶抑制剂作为新靶点进行综合介入治疗研究也有助于推动肿瘤介入放射学的发展。

2.4.2 端粒酶抑制剂AZT在脑胶质瘤的研究

AZT是一种用于艾滋病治疗的逆转录酶抑制剂，最早在四膜虫中证实能使端粒缩短，大量研究发现，AZT对体外培养的多种肿瘤细胞都有抑制增殖和促进凋亡的作用，且端粒酶在绝大多数正常组织中不表达，因此抑制端粒酶活性对正常组织细胞影响不大，为AZT的临床应用奠定了基础。黄金等[4]通过使用逆转录酶抑制AZT作用于人脑胶质瘤干细胞，以观察对细胞周期和端粒酶活性的影响，为胶质瘤的治疗提供实验依据。初步证明脑胶质瘤细胞中存有胶质瘤干细胞，我们可以通过无血清培养方法来获得胶质瘤干细胞，其可能是脑胶质瘤细胞的起源细胞。AZT对脑胶质瘤的作用可能作用于细胞的G1期，干扰逆转录过程而抑制细胞的生长。端粒酶抑制剂AZT脑胶质瘤干细胞和脑胶质瘤细胞都有明显的抑制作用，胶质瘤干细胞药敏性低于脑胶质瘤细胞。端粒酶抑制剂AZT是有前景的胶质瘤化疗药物，有必要进行大量深入研究。精品文档，欢迎下载

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3 结束语

虽然目前的研究表明，各种端粒酶抑制剂对肿瘤细胞增殖有抑制效应，但是有必要强调以下几个重要方面[17]：①并非所有肿瘤患者和肿瘤类型都能检测到端粒酶的激活，可能会对端粒酶靶向的治疗方法不敏感；②在端粒酶抑制后，端粒缩短到足以使细胞生长停滞的长度需要相当时间。故在今后的临床应用中，端粒酶抑制剂需要联合其他肿瘤治疗手段；③某些正常细胞也表达端粒酶活性，端粒酶抑制剂是否对端粒酶阳性的正常细胞同样有影响尚不明了；④端粒酶抑制剂对ALT途径无效，肿瘤细胞可能会启动其他补偿机制而逃脱治疗的压力。到目前为止，还没有一个端粒酶靶向药物类抗肿瘤药物成功运用于临床，只有端粒酶抑制剂类及主动免疫疗法类药物进入了临床实验。但相信端粒酶靶向治疗作为一种重要的肿瘤治疗手段终将发挥其应有的作用[18]。

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