关于未来癌症治疗的设想

2012-08-15许楚瑶

中国科技信息 2012年7期

关键词：端粒酶微管端粒

许楚瑶

中国药科大学

关于未来癌症治疗的设想

许楚瑶

中国药科大学

当今社会癌症已成为人类最常患的疾病之一，但人类至今尚未研制出有效的根治方法而使其成为威胁人类生存的第一大杀手，因此如何有效的治疗癌症延长人类寿命显得迫在眉睫。本文通过对目前人类发现的癌症的主要产生机制进行分析，并在分析机制的基础上结合各种研究成果对治疗癌症的方法提出新的设想。如果该设想能够具体应用到临床治疗中，相信在不久的将来癌症将会很快被人类攻克。

癌症治疗；端粒酶的激活；细胞骨架；PKC

随着社会的进步和科学技术的发展，人类对癌症的研究步步深入，现已发现许多恶性肿瘤的致病机理。同时，基因技术的应用为癌症的治疗提出了新的思路和契机。

1.端粒，端粒酶与癌细胞的关系

真核生物细胞染色体的两个末端存在某种不能与其他染色体片段融合和重组的染色体片段，由串联重复的DNA序列和蛋白质构成，同时其具有保护染色体防止其被降解的功能，从而保证了染色体的独立和稳定，这种染色体片段即为端粒。但由于真核细胞的染色体线性DNA复制通常采用半保留和半不连续的复制方式。前导链的复制通常按5'-3'方向连续复制，而在后随链的复制中由于DNA双链的解链方向同DNA聚合酶复制的方向相反导致后随链的复制过程中产生许多冈崎片段，在DNA连接酶的作用下只有紧邻的冈崎片段之间形成磷酸二酯键。同时，由于DNA复制在RNA引物的参与下将占据后随链末端的一段DNA片段，导致其末端无法复制，因而使DNA连接酶无法连接后随链末端的冈崎片段，导致DNA每复制一次都将丢失其亲本DNA末端的一段序列，即随着真核细胞的持续分裂，染色体不断复制，端粒会不断缩短。在人体的正常细胞中，由于上述现象的存在使得在细胞的分裂过程中端粒不断缩短，到达Hayflick界限时，能够退出细胞周期而衰老死亡保证了机体的物质更新和正常生命活动[1]。

在端粒不断缩短的同时，真核细胞中还存在着一种使端粒延长的酶，即为端粒酶，该酶是一种以自身携带的RNA组分作为复制模板的反转录酶，主要由蛋白质和RNA组成。其中，RNA组分中的模板区包含两个功能域，分别用作与端粒结合和其复制延伸的模板。复制时，端粒酶的RNA模板与需要延长的端粒DNA互补定位，合成新的一组端粒重复序列使端粒延长。正常情况下，端粒酶的活性很低甚至无活性使得细胞可以按一定的周期生长和衰老，从而抑制了细胞的永生。而癌变后的细胞中端粒酶活性很高，使缩短的端粒不断延长从而维持了细胞的生命活性，使其不会衰老而永生。

现已发现大约90%癌症的发生与端粒酶的激活有关，且许多癌细胞的端粒较其起源组织的端粒短[2]。由于端粒酶在各种癌细胞中特异的活性，从而使得抑制癌细胞中端粒酶的活性成为一种治疗癌症的新途径。

2.细胞骨架与癌细胞的关系

真核细胞中存在一种蛋白纤维构成的以维持细胞的基本形态结构，参与细胞内物质的运输，在细胞的收缩与运动中起支架作用网络体系即为细胞骨架。狭义上来讲，我们通常说的细胞骨架是指微丝(MF），微管(MT）和中间丝（IF）。

通常MT的聚合要经历成核和延伸两个过程。细胞内的微管在成核中心位点即MTOC启动聚合，由α和β微管蛋白构成的游离异二聚体与GTP结合后可添加到微管末端，使微管逐步增长。随着微管的不断增长，GTP与微管蛋白的结合速率小于GTP的水解速率就会使微管不断缩短，从而使微管的聚合和解聚过程相对稳定。由肌动蛋白（actin）构成的MF的聚合解聚过程与微管类似，肌动蛋白在ATP的参与下经聚合启动期与快速聚合期，使微丝延长。同时，结合在微丝上的ATP不断水解为ADP，就会使微丝不断失去肌动蛋白而缩短。当微丝解聚和聚合的速度一致时，微丝的长度保持恒定。另一种细胞骨架IF,主要由IF蛋白装配而成，与MT，MF不同的是绝大多数IF蛋白都会参与到装配中形成IF纤维。两条中间丝多肽链首先形成超螺旋二聚体，接着两个二聚体又聚合成四聚体，最后各个四聚体连接起来并组装成IF纤维。

细胞骨架在细胞中主要起支架作用以维持细胞的形态结构。除此之外，MT和MF的主要功能还包括共同调节细胞内物质的运输和连接纺锤体运动。发现于1985年的Kinesin蛋白（驱动蛋白）和Dynein蛋白（动力蛋白）依靠ATP水解释放的能量，以微管为轨道驱动营养物质和信号分子延微管两侧分别向MOTC的反向和正向运输。对于MF而说，肌动蛋白和肌球蛋白分别在细胞前后方使MF延长和收缩从而驱动细胞迁移。一般而言，微管主要参与的是长距离物质运输，而微丝主要参与短距离物质运输[3]。MF和MT的异常还会导致细胞凋亡无法正常进行，引起癌细胞的发生。而IF主要参与到癌症的诊断中，起源组织细胞的IF在癌细胞转移后仍基本保留，也就是说癌细胞至少部分保留部分IF的特点可作为鉴定肿瘤的依据[4]。在癌症治疗的研究中，如果能破坏癌细胞中的微管（丝）或破坏微管（丝）的组装过程，癌细胞就会因无法获得营养而死亡，同时纺锤体也会因MT和MF的破坏而破坏，使癌细胞无法分裂，那么癌细胞的生长就会得到抑制使得癌症的治疗成为可能。

3.PKC（蛋白激酶C）与癌细胞的关系

细胞之间的信息传递主要通过信号传导与信号转导进行，首先信号分子经过合成释放，向靶细胞运输三个过程进行传导，接着靶细胞对信号分子进行识别检测，然后细胞外信号进行跨膜转导产生细胞内信号，最后细胞内信号作用于效应分子，使其磷酸化而激活并引起一系列级联磷酸化反应最终表现为细胞整体的生物学效应，从而完成细胞间信息传递的整个过程。实际上，此过程中的级联磷酸化反应就是任一被磷酸化的蛋白对其上游或下游蛋白磷酸化的促进或抑制作用[5]。

受体是一种能识别并选择性结合某种信号分子的糖蛋白，包括细胞内受体和细胞表面受体，我们研究的多是包括离子通道耦联受体，G蛋白耦联受体和酶连受体的细胞表面受体。其中，G蛋白耦联受体中的Gq与信号分子结合后激活PLC（磷脂酶C），使PIP2水解为IP3和DG，接着IP3作用于细胞内质网上对IP3敏感的Ca离子通道，使内质网中Ca离子进入细胞质与钙调素结合引起细胞反应，同时Ca离子还帮助DG激活细胞内的PKC，调节基因转录。根据目前的研究已知DG激活的PKC是许多致癌物的作用靶点，也受许多癌基因和转化基因产物的促进作用[6]，我们可以通过对级联磷酸化的控制，抑制PKC的激活从而对细胞内信号通路的激活或失活进行调节，以达到防治肿瘤的目的。

4.治疗癌症的新思路

如今人类对癌症的认识已进一步深化，现已发现细胞中存在着原癌基因与抑癌基因。他们的激活和抑制是许多细胞癌变的原因。这样我们就把癌症的认识深入到分子水平上了，我们可以通过对遗传物质的改造从而达到治疗癌症的目的。

4.1 癌症的诊断

在第一部分的论述过程中，我们知道端粒酶的激活通常被认为肿瘤产生的一大标志。近些年来，很多报道和资料分析中都指出端粒的长短和端粒酶活性在正常细胞和肿瘤细胞中有较大差异，因此端粒和端粒酶可以作为肿瘤的标志物[2]。但正如前面所讲还有一些肿瘤的产生与端粒酶激活无关，而且癌细胞中还可能存在其他一系列调节端粒长度的途径。为了更加精准的确诊癌症，我们还可以结合癌细胞保持其起源组织IF（角蛋白）的特征，共同作为诊断癌症的标准。同时利用DNA分子杂交原理的基因诊断方法，将已知碱基序列的端粒酶特异核苷酸序列和源细胞IF特异的核苷酸作为探针导入疑似癌细胞与疑似癌细胞的特定基因进行接触，根据是否形成双链可以对癌症进行诊断，以减少误诊的概率和提前确诊癌症提高癌症可治愈的可能性。

4.2 基因技术在癌症治疗中的应用

随着癌症治疗在分子水平研究的进一步深入，基因治疗已成为治疗癌症最有前景的一种治疗方式。

4.2.1 基因工程

基因工程就是我们常说的基因体外重组，即将离体条件下的DNA分子进行切割并与载体DNA连接再转入患者体内的过程[7]。通常我们进行基因治疗时，分为两种方式。一是直接将人体细胞缺乏的正常基因或具有治疗功能的基因导入体内特定组织进行基因表达，表达产物对细胞各项生命活动进行调节，从而对疾病进行治疗。另一种方式是先找出病人体内的缺陷致病基因并进行修正，经筛选鉴定后大量培养再转入患者体内使基因正常进行表达，同样可以达到治疗疾病的目的。

由于癌症致病的复杂性，我们自然而然可以想到在癌症的治疗中单独一种基因治疗可能只在一定范围内发挥作用且所需量也较大，毒副作用也会较大。但如果我们可以将多种基因结合特异性的药物共同导入到靶向细胞，作用于细胞内多个作用位点，所需单种药物的浓度不但会下降，疗效也会更加显著。在细胞信号传递的过程中，细胞内的级联反应和信号的网络传输系统为上述设想提供了理论依据。在本文的第三部分中我们已经清楚地认识到一种细胞信号通路致癌的过程，即通过对级联磷酸化反应的控制可以在一定程度上对癌症进行控制。所以将能作用于理想靶点hTR的端粒酶抑制剂[8]，与能破坏MF，MT及对级联反应有抑制性的基因或药物通过基因工程技术共同结合在载体上导入细胞，便可对癌症进行治疗。

4.2.2 单克隆抗体技术

在人体的免疫反应中，人类白细胞抗原（HLA）中的HLA-Ⅰ和HLA-Ⅱ类作为

主要的免疫抗原,分别激活效应细胞CTL和TH后产生抗癌效应。因此在癌细胞中增强HLA-Ⅰ的表达，会对癌细胞的治疗产生一定的疗效，同时干扰素（IFN）等细胞因子的联合作用会增强其疗效[9]。除了采用上述基因工程技术——将某些基因和细胞因子共同转入癌细胞中以达到治疗癌症的目的，我们还可以利用单克隆抗体技术，即将具有免疫效果的抗原同无限增殖的肿瘤细胞相结合大量生成具有抗癌效应的抗体。

在癌症的治疗中，我们可先利用单克隆抗体技术生产大量有益的抗体，药物，细胞因子，端粒酶抑制剂等再利用基因工程技术将他们与其他基因结合导入癌细胞，寻找一条对癌症治疗省时，疗效好的途径。