端粒酶抑制劑

2023年12月31日發(作者：戰狼1觀后感)

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端粒酶抑制劑在腫瘤治療中的最新研究進展

摘要：端粒酶是一種特殊的逆轉錄酶，能以自身的 RNA為模板，反轉錄成端粒的重復單元TT AGGG加到人染色體末端，阻止端粒隨細胞分裂而縮短，使細胞繞過衰老途徑成為永生化細胞，導致人類腫瘤的發生。以端粒酶為靶點，可以有多種治療途徑，本文主要介紹了端粒酶抑制劑的研究現狀及新進展，重點對新型G‐四聯體穩定劑類端粒酶抑制劑、逆轉錄酶抑制劑及其他新型端粒酶抑制劑的研究進展進行介紹。

關鍵詞：端粒酶抑制，G‐四聯體，逆轉錄酶抑制劑，腫瘤，研究進展

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：端粒酶作為一種負責延長端粒的核蛋白逆轉錄酶，對于細胞染色體的穩定性和細胞活性的維持有重要作用，端粒酶的活性在正常組織中被抑制，而在惡性腫瘤細胞中其陽性率可達 84% ～95%，人體絕大部分惡性腫瘤的發生發展過程與端粒酶活性有非常緊密的聯系，針對這一現象，并結合端粒酶本身的特點，人們開發出端粒酶抑制劑，應用不同端粒酶抑制劑針對端粒酶的不同組分及作用途徑進行破壞或阻斷，從而抑制端粒酶活性最終限制腫瘤的生長及發展，這是近年來國內外學者積極探索的一個方向。

1端粒與端粒酶概述

端粒是位于真核細胞染色體末端的一種特殊結構，由DNA片段和蛋白組成，其主要功能是維護染色體的完整性，端粒長度隨著有絲分裂逐漸縮短，當縮短至不能維護染色體穩定時，則導致細胞凋亡。人端粒是染色體末端的一段富含GC的重復序列，其生物學功能主要有：①保護染色體末端完整性；②參與染色體的精品文檔，歡迎下載

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，保證細胞的正常分化與繁殖；③與細胞凋亡和永生化關系密切[1]

，在細胞分裂過程中，染色體末端逐漸縮短(圖 1、2)，當端粒縮短至l隔界值(4kb)以下時細胞趨向凋亡。

圖1端粒縮短示意圖

圖2 端粒與端粒酶示意圖

端粒酶是一種能延長端粒末端的核糖核酸蛋白酶，由端粒RNA和蛋白質組成,通過識別并結合于端粒末端，以自身的模板逆轉錄合成端粒。自身攜帶模板是端粒酶的特征之一，其主要功能有：通過自身的RNA模板；催化亞單位和輔助蛋白將端粒DNA添加到染色體的末端；維持和平衡端粒序列長度；修復斷裂的染色體末端。人端粒酶 (telomera) 是一種由人端粒酶逆轉錄酶

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

以及人端粒酶相關蛋白(hTEPI等)組成的具有特殊逆轉錄活性的核糖蛋白復合物。hTERT是端粒酶的催化亞基，是控制細胞端粒酶活性的限制性成分。通過逆轉錄hTR模板序列，合成端粒DNA序列并添加到染色體末端，催化末端的端粒DNA復制和延長"端粒酶的生物活性機制已被認為是細胞獲得永生的必要途徑，是惡性轉化的基礎，與細胞的衰、腫瘤發生密切相關[2-3]。

近年來隨著腫瘤分子生物學的不斷發展，越來越多的研究表明絕大部分惡性腫瘤細胞的端粒酶長度較正常細胞縮短。自1994年，kim應用TRAP(Telomeric

Repeat Amplification Protocol)法來檢測人體組織中的端粒酶活性，結果發現90%的惡性腫瘤組織中都存在端粒酶活性。端粒酶活性與惡性腫瘤之間的高度相關性使端粒酶成為近年來腫瘤治療研究的新熱點，對端粒酶活性的抑制是治療惡性腫瘤的可能新途徑之一[4]。

2 端粒酶抑制劑在腫瘤中的應用

2.1端粒酶抑制劑G‐四聯體穩定因子的研究進展

端粒是端粒酶作用的靶位，端粒酶要結合到端粒上才能起作用，端粒部位富含G，體外它能在K +存在下自發折疊形成(分子間或分子內) G‐四聯體[5-6]。研究表明G- 四聯體在體外能抑制端粒酶的活性，因而能穩定G‐四聯體的小分子藥物就能干擾端粒酶參與的端粒復制，體內 G‐四聯體存在的直接證據還有待證實，但是已經發現結合蛋白質的 G‐四聯體結構，如雙鏈 DNA 能轉化成 G‐四聯體，螺旋酶解聚 G‐四聯體快于雙鏈DNA等，這樣 G‐四聯體就成了新的抗腫瘤藥物靶位，幾個研究組就在從事 G‐四聯體及其配體的藥物設計和開發工作，并已取得幾個先導化合物。幾種基于G‐四聯體的端粒酶抑制劑：①胺基取代的蒽醌化合物；

②陽離子卟啉類化合物：卟啉類化合物由于能富集在腫瘤細胞，早就在進行光動力癌癥治療研究，由于其芳香性平面促使研究者把該類化合物應用于G4-DN結合。肖云娜等[7]為了提高G4-DNA的穩定性，打破傳統的一個G4-DNA分子和一種化合物相互作用的兩元模式精品文檔，歡迎下載

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，采用NMM和PRER共同和G4-DNA作用的三元模式，通過光譜學手段證實了三者的最佳結合比為1：1：1，并且能誘導G4-DNA從反平行結構轉變為平行結構。熱穩定性數據顯示，三者相互結合后能G4-DNA的解鏈溫度升高27.2C，而單獨的NMM或PIER都不能穩定四鏈螺旋結構，這也是首次發現G4- DNA穩定劑之間的協同作用，為將來新型端粒酶抑制劑的開發提供了一個新思路。

③芘類化合物；

④香港大學[8]新近合成的一種 platinum( II) 類化合物［Pt( dppz -

COOH)( N/C )］CF3SO3它能夠使端粒的G－四聯體結構折疊293倍，其體外實驗顯示對人端粒酶的 IC50 為760nM 細胞毒性試驗顯示，此化合物的 IC50 為17－25 M，并且對多要耐藥性細胞 KB－V－1及順鉑( cisplatin) 耐藥性細胞CNE1

有很好的活性，該化合物 G－四聯體的親和力比對正常的雙鏈DNA 高800 倍左右；

⑤近年來發現不少中藥也具有端粒酶抑制活性[9-10]比如：去氫紫堇堿是一種較好的G- 四鏈體 DNA 結合分子，它具有 G -四鏈體結合分子的一般特點，為設計合成新型G- 四鏈體識別分子提供了新的結構模型[11]。

2.1.1 該類型抑制劑的最新研究進展

端粒酶負責不同表型的癌細胞，抑制端粒酶可能專門針對癌細胞增殖。配體能夠選擇性地結合到G‐四端粒DNA被視為端粒酶抑制劑，往往從定量檢測端粒酶活性（法）進行聚合酶鏈反應步驟推斷其作用機制，不提供深入的機制抑制。此外，G‐四聯體配體也被證明發揮作用的影響端粒結合蛋白與端粒體系。SDanilo D’Ambrosio等[12]使用水溶性苝酰亞胺（hpdis）直接定量檢測端粒酶活性、評價強度和作用機制。hpdis是含苝和不同數量的正電荷的側鏈。IC50 值的 HPDIs 是在低 micromolar（0.5–5μM）根據數量和側鏈的功能范圍。HPDIs

具有四個側鏈成為最佳的這一系列化合物。Telospot的競爭實驗證明單鏈端粒DNA的HPDIs具有很高的特異性，能夠形成G-四鏈，超過基因組雙鏈或端粒的dsDNA。他們的研究支持，HPDIs是有效的端粒酶抑制劑，他們能夠通過誘導來穩定長單鏈端粒引物的單分子的G-四鏈的結構。精品文檔，歡迎下載

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2.2 端粒酶抑制劑新型雜環唑類衍生物的研究

新型雜環的三個系列的唑類衍生物，含有吡嗪的化合物已設計、合成，其[13]結構也確定，作為潛在的端粒酶抑制劑Yan-Bin Zhang等對它們的生物活性進行了評價。在惡二唑衍生物中，化合物2 -（（2 - 溴芐基氧基）-5 -（吡嗪-2 -基）-1，3，4 - 惡二唑(5c）是對反對SW1116癌細胞株（IC50 = 2.46μM對SW1116和IC50 = 3.55 μM端粒酶的最有效的生物活性。化合物中2 -（（4 - 溴芐基）硫代）-5 - （吡嗪-2 - 基）-1，3，4 - 噻二唑（8h）是對肝癌細胞表現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 - 氟代芐基硫基-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對SW1116和IC50 = 15.03μM端粒酶之間的三唑衍生物。對接模擬定位化合物5C，4，8和11F到端粒酶結構的活性部位進行了探索可能的結合模式。細胞凋亡的結果表明，化合物8h HEPG2細胞株具有良好的抗腫瘤活性。因此，在抑制腫瘤生長的抑制活性的化合物8h可能是一個潛在的抗腫瘤藥物對肝癌細胞癌細胞。因此，惡二唑，噻二唑和三唑結構的引入增強我們的化合物與該受體的結合，導致生物活性的增強。為深入了解其結構–活性關系觀察端粒酶，分子對接的強效抑制劑5，8，11層的結合位點的端粒酶進行的具有約束力的模型基礎上的端粒酶復雜結構。分析了三種化合物結合的構象表明，這些化合物arg194有穩定的氫鍵相互作用。細胞凋亡檢測表明該化合物是潛在的抗腫瘤劑。結果端粒酶抑制劑作為抗癌藥物的設計提供了寶貴的信息. 雜環唑類衍生物，含有吡嗪三個系列已被合成并評價其抗腫瘤活性。化合物5c表現出強大的抑制活性，對HepG2細胞的生長受到抑制的IC50分別為2.46μM和SW1116細胞的生長受到抑制的IC50分別4.22μM。而化合物11F證明有效的抑制HeLa細胞生長的抑制活性，IC50分別為7.30μM和SW1116細胞的生長受到抑制的IC50分別為4.12μM 。化合物8h展示了最有力的抑制活性，對HepG2細胞的生長受到抑制的IC50分別為0.78 μM和SW1116細胞的生長受到抑制的IC50為1.47 μM ， 它也抑制端粒酶活性的IC 50為1.24μ米，它能比較積極的控制星形孢菌素。精品文檔，歡迎下載

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2.3端粒酶抑制劑殼聚糖共聚物納米粒子的研究

反義寡核苷酸，2'-O-甲基-RNA（OMR），被稱為有效的端粒酶抑制劑，用于治療肺癌，但受限于細胞內吸收不良。與OMR相比，殼聚糖被覆聚合物納米顆粒與作為非病毒載體的脫乙酰殼多糖溶液。這項研究調查了殼聚糖的性質和濃度的作用，在nanocarriers加載后，提高效率了人類肺癌細胞株的端粒酶抑制的活力。一定濃度的殼聚糖納米粒子的表面是必要的，顯著提高細胞吸收。然而，過度的殼聚糖負面影響轉染效率。與脫乙酰殼多糖聚合物的自組裝nanoplexes優先吸附到細胞膜，而不是被內在化。因此，聚合物納米顆粒證明是優越的陽離子聚合物作為反義寡核苷酸的載體。不能被認為是提高了轉染的背后的主要因素。空中接口上的細胞培養進行模擬體內條件攝取研究支持正常的文化，示出增強nanoplexes超過裸寡核苷酸的攝取的結果。這些數據是正在進行的研究對肺灌注模型和體內實驗的先決條件。在這種情況下，納米載體質粒DNA和艾滋病服務有前途的基因傳遞系統，取得了很大的關注，是對新一代療法的診斷，治療和預防方面的承諾。在納米載體，納米粒子具有廣泛的應用[14-15]。

研究表明，殼聚糖共聚物納米粒子改善加載，細胞攝取。因此，藥理活性的反義寡核苷酸可以觀察到。這些粒子被很好的耐受性的實calu-3細胞。盡管有重要作用的殼聚糖，過多的負面影響轉染效率殼聚糖含量。自組裝技術nanoplexes殼聚糖聚合物單獨優先吸附到細胞膜，但不是內部。因此，聚合物納米粒子優于陽離子聚合物為載體的反義寡核苷酸。總之，電荷不能被認為是原則因素提高了轉染。對赤裸的寡核苷酸吸收增強進行了研究，支持了對空中接口的細胞培養的結果，這是比較重要的一步體內期望。

2.4 逆轉錄酶抑制劑的研究進展

隨著分子生物學等技術發展，人們對端粒酶的結構!功能和調控機制不斷理解，人們認為端粒酶抑制劑能使腫瘤細胞不能有效合成端粒序列，從而發生凋亡，達到抗腫瘤的目的。AZT是研究最成熟、最有應用前景的一種端粒酶抑制劑藥物，作為核普類似物的代表，以往主要用于艾滋病的抗病毒治療，其在腫瘤細胞DNA復制時可以參入鏈中使復制終止精品文檔，歡迎下載

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，竟爭性阻止單核昔酸與端粒復制模板hTR的結合，抑制端粒酶的逆轉錄過程，達到對端粒酶活性和端粒擴充的阻遏作用，使腫瘤細胞失去維持有效端粒長度的機制，導致腫瘤細胞衰老凋亡，產生抗腫瘤作用。

2.4.1 經動脈灌注端粒酶抑制劑AZT

人體絕大部分惡性腫瘤的發生、發展與端粒酶的活化關系密切，肝癌也不例外，抑制端粒酶活性理論上可以控制腫瘤生長， 張火俊等[16]率先開展了經動脈灌注端粒酶抑制劑后觀察其對肝臟惡性腫瘤影響的研究工作。通過觀察經動脈灌注端粒酶抑制劑對大鼠種植型AZT walker -256肝癌的影響，探討采用經動脈介入法應用端粒酶抑制劑治療肝臟惡性腫瘤的可能性，結果表明：經動脈灌注AZT能明顯降低大鼠肝臟 walker -256腫瘤組織的端粒酶活性，提高腫瘤細胞凋亡率，抑制腫瘤生長。采用經動脈灌注端粒酶抑制劑治療肝臟惡性腫瘤是一種可能應用于臨床并值得進一步深入研究的新方法。將端粒酶抑制劑作為新靶點進行綜合介入治療研究也有助于推動腫瘤介入放射學的發展。

2.4.2 端粒酶抑制劑AZT在腦膠質瘤的研究

AZT是一種用于艾滋病治療的逆轉錄酶抑制劑，最早在四膜蟲中證實能使端粒縮短，大量研究發現，AZT對體外培養的多種腫瘤細胞都有抑制增殖和促進凋亡的作用，且端粒酶在絕大多數正常組織中不表達，因此抑制端粒酶活性對正常組織細胞影響不大，為AZT的臨床應用奠定了基礎。黃金等[4]通過使用逆轉錄酶抑制AZT作用于人腦膠質瘤干細胞，以觀察對細胞周期和端粒酶活性的影響，為膠質瘤的治療提供實驗依據。初步證明腦膠質瘤細胞中存有膠質瘤干細胞，我們可以通過無血清培養方法來獲得膠質瘤干細胞，其可能是腦膠質瘤細胞的起源細胞。AZT對腦膠質瘤的作用可能作用于細胞的G1期，干擾逆轉錄過程而抑制細胞的生長。端粒酶抑制劑AZT腦膠質瘤干細胞和腦膠質瘤細胞都有明顯的抑制作用，膠質瘤干細胞藥敏性低于腦膠質瘤細胞。端粒酶抑制劑AZT是有前景的膠質瘤化療藥物，有必要進行大量深入研究。精品文檔，歡迎下載

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3 結束語

雖然目前的研究表明，各種端粒酶抑制劑對腫瘤細胞增殖有抑制效應，但是有必要強調以下幾個重要方面[17]：①并非所有腫瘤患者和腫瘤類型都能檢測到端粒酶的激活，可能會對端粒酶靶向的治療方法不敏感；②在端粒酶抑制后，端粒縮短到足以使細胞生長停滯的長度需要相當時間。故在今后的臨床應用中，端粒酶抑制劑需要聯合其他腫瘤治療手段；③某些正常細胞也表達端粒酶活性，端粒酶抑制劑是否對端粒酶陽性的正常細胞同樣有影響尚不明了；④端粒酶抑制劑對ALT途徑無效，腫瘤細胞可能會啟動其他補償機制而逃脫治療的壓力。到目前為止，還沒有一個端粒酶靶向藥物類抗腫瘤藥物成功運用于臨床，只有端粒酶抑制劑類及主動免疫療法類藥物進入了臨床實驗。但相信端粒酶靶向治療作為一種重要的腫瘤治療手段終將發揮其應有的作用[18]。

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