端粒长度对心血管疾病预测价值的研究进展

吕　娟，王　红



端粒长度对心血管疾病预测价值的研究进展

吕娟，王红

端粒；心血管疾病；预测；研究进展

端粒是DNA双螺旋末端的一段TTAGGG高度重复的碱基序列，在细胞分裂过程中具有保护线粒体末端的作用[1]。但随着细胞分裂次数增多，端粒将发生不可逆的缩短。一旦细胞端粒缩短到一定程度，细胞即停止分裂，直至衰老死亡。从碱基结构来看，GGG三联序列意味着端粒更容易受到超氧自由基的攻击，因此，氧化应激损伤会加速细胞端粒的消耗[2]。另一方面，氧化应激是心血管疾病的主要发病机制之一，会造成血管内皮损伤，所以在细胞生物学层面，不难看出端粒长度与心血管疾病的潜在联系。

研究者之所以关注端粒在心血管疾病领域的意义，源于学术界较认可的一个观点——衰老是心血管疾病的风险因素，而基础医学证实了细胞端粒长度与细胞衰老程度呈负相关[3]。既往临床研究显示，端粒长度与心血管疾病之间的联系，但这方面的基础研究尚不多。端粒长短反映了细胞增殖或衰老，而后者代表了在一定遗传倾向下细胞对于环境压力的适应性[4]。临床中或可利用端粒缩短这一指标去鉴别哪些患者具有心血管疾病高风险，并可通过监测端粒长度评估心血管疾病治疗的有效性。

1　端粒生物学

端粒通常由富含鸟嘌呤核苷酸（G）的短的串联重复序列组成，端粒DNA是由简单的DNA高度重复序列组成的，染色体末端沿着5'到3'方向的链富含GT[5]。在酵母和人中，端粒序列分别为C1-3A/TG1-3和TTAGGG/CCCTAA，并有许多蛋白与端粒DNA结合。一个基因组内的所有端粒，即一个细胞里不同染色体的端粒都由相同的重复序列组成，但不同物种的染色体端粒的重复序列是各异的[6]。哺乳动物和其他脊椎动物染色体端粒的重复序列中有一个TTAGGG保守序列，串联重复序列的长度在2～20 kb之间[7]。

端粒的重复序列不是在染色体DNA复制时连续合成的，而是由端粒酶（telomerase）合成后添加到染色体的末端。端粒除了含有重复DNA序列外，还包含有特殊的非核小体蛋白，即端粒结合蛋白[8]。根据该蛋白的结合特性分为两类，一类与端粒重复序列特异性结合，在维持端粒长度方面起到重要作用，并且对端粒具有保护和调节作用；另一类与3′末端的单链突出结合，用于合成染色体末端的帽子结构以及调节端粒酶活性[9]。端粒除了提供非转录DNA的缓冲物外，它还能保护染色体末端免于融合和退化，在染色体定位、复制、保护和控制细胞生长及寿命方面具有重要作用，并与细胞凋亡、转化和永生化密切相关[10]。

2　端粒长度与冠心病的关系

端粒的作用就像一个内在生物钟，每经过一次细胞分裂，其长度就缩短，端粒越短，细胞的衰老程度越大[11]。有研究证实，冠心病患者端粒较短。但端粒的缩短是否为心脏疾病的后果或者是否为心脏疾病的风险标志物，尚不得而知[12]。Samani等选取了484名冠心病和1058名无冠心病的年龄在45～64岁之间的人员进行分组，分别测量白细胞端粒长度。研究发现，冠心病组的端粒长度要短于无冠心病组。进一步比较他汀类药物与安慰剂治疗结果与端粒长度和心脏疾病危险度之间的关系，结果发现安慰剂组中，端粒较短的患者，患心脏疾病的危险度大约是端粒相对较长者的两倍。而在他汀药物治疗组中，端粒较短者患冠心病的比例显著升高。该研究表明，白细胞DNA的端粒长度与患冠心病的危险度密切相关，而他汀类药物的治疗可以使这些端粒缩短的人获益[13]。还有研究显示，吸烟患者即使戒烟后，其细胞基线端粒水平依然低于不吸烟人群[14]。近期研究指出，他汀类药物的抗衰老作用是通过减少端粒DNA氧化损伤，进而阻止端粒缩短而发挥作用的[15]。动物实验结果证实，细胞端粒状况会影响内皮细胞衰老，从而影响心血管疾病的进展[16]。虽然年龄是心血管疾病的有效预测因素之一，但目前并没有将其纳入心血管疾病的致病因素范畴。事实上，年龄反映了机体老化程度，而DNA的端粒结构已被证实可作为生物老化的评判指标。因此，机体组织的端粒长度有望可成为心血管疾病的预测因素之一。

3　端粒长度预测心血管风险的价值

基于上述推理，一些研究及临床试验逐步开展。Philip Haycock博士近期组织了多个研究机构汇总分析了该领域的研究成果。研究团队收集了截止到2014年5月Medline、Web of Science及Embase 3个数据库发表的该领域文章，发表了相应的Meta分析报告[17]。此Meta分析选取了有关白细胞端粒长度与心血管疾病或脑血管疾病关系的前瞻性或回顾性研究。最终入组24个研究，共计43 725例参与者以及8400例心血管疾病患者（其中2834例为脑血管疾病患者）。对比白细胞端粒最短组与最长组的统计结果显示，冠心病相对风险率为1.54，其中前瞻性研究为1.40，回顾性研究为1.80。脑血管疾病合并相对风险率为1.42，在回顾性研究及基础研究中，短端粒长度与脑血管疾病风险率之间的关联性并不显著。以上Meta分析结果显示，白细胞端粒长度与心血管疾病风险率呈负相关；而与脑血管疾病的相关性尚待进一步证实。

最近，European Heart Journal杂志发表了一篇述评，指出最新的纵向研究证实了白细胞端粒长度与心血管风险因素相关，或可用于心血管疾病诊断及靶向治疗[18]。Masi博士研究团队开展了有关白细胞端粒长度与心血管疾病情况相关性研究，在长达10年的随访中，患者白细胞端粒长度与其接受的动脉粥样硬化亚临床治疗措施相关，而且这种相关性不受传统心血管风险因素影响。除了患者实际年龄增加及传统心血管风险因素，心血管疾病患者的血管老化很大程度上受到白细胞老化速率的影响，也可以说是患者的细胞生理年龄，而白细胞端粒长度恰好能反映这一点。在众多造成基因失稳态及细胞衰老的途径中，白细胞端粒长度或白细胞端粒缩短现象或许只是其中的一个原因。除此之外，表观遗传学调节机制及DNA修复机制都会影响血管细胞活性。该研究的重要性在于，白细胞端粒情况反映了细胞增殖或衰老，而后者代表了在一定遗传倾向下细胞对于环境压力的适应性情况。临床医生或可利用白细胞端粒缩短这一指标去鉴别诊断哪些患者具有心血管疾病高风险，而且可以通过监测白细胞端粒长度评估心血管疾病治疗的有效性。

Haycock博士等首次对24项研究端粒长度与心血管疾病风险关系的研究进行了荟萃分析，发现冠心病风险与白细胞端粒长度之间存在负相关。其中前瞻性研究分析结果显示两者之间关系明显，并且与传统心血管危险因素无关。而端粒长度并不能预测脑血管疾病风险。该研究是目前探讨血细胞端粒长度与心血管疾病风险相关性的权威性研究。Masi博士长达10年的队列研究中指出，白细胞端粒长度与心血管风险因素相关，或可用于心血管疾病诊断及靶向治疗。短端粒是否引起冠心病？是否应该对一般人群测量端粒长度从而进行危险评估？这些尚需要深入研究。

促炎介质和活性氧可以加重组织细胞老化、损伤组织再生，并且加速年龄相关功能障碍和疾病，而端粒缩短或功能障碍的衰老细胞是促炎介质和活性氧的重要产生原因。Haycock博士指出，通过端粒长度获得的心血管疾病风险评估，与通过短端粒基因多态性获得的心血管疾病风险评估结果相似，意味着遗传决定的短端粒更可能是冠心病的原因而非结果。除了缩短，端粒的其他改变也可以导致细胞衰老。动物研究显示，短端粒可以预防apoE基因敲除小鼠的动脉粥样硬化[19]。流行病学研究表明，端粒长度与临床前期动脉粥样硬化病变之间无明确相关性。还有研究表明，短端粒患者接受他汀类药物治疗后，冠心病风险与长端粒患者相同[20]。

综上所述，尽管有较多的研究在端粒长度可以作为冠心病风险独立预测因子方面提供了强有力的依据，但目前仍尚无证据表明端粒长度的预测能力优于其他传统危险因素。因此，端粒长度作为心血管疾病风险标记物的设想还有争议。

如何提高端粒作为心血管疾病风险标记物的特异性和敏感性，文献报道可以从以下几个方面改进：（1）测量方法：减少测量变异，测量变异过大是目前检测端粒长度之间具有重要差异的原因所在[21]。（2）细胞选择：针对特异性细胞测量端粒长度或许可以提供更有效的信息，一些研究表明，衰老淋巴细胞中端粒长度比白细胞所能提供的信息更为有价值[22]。另外，还应该考虑生命周期短的髓系细胞（例如造血干细胞、祖细胞）中的端粒长度和在外周血中可以存活数年的淋巴细胞的端粒长度。总之，端粒长度是细胞老化的因素之一，而端粒的功能可能也是造成细胞衰老的原因。今后还需要更多的研究证实端粒长度对心血管疾病风险的预测价值。

[1]Haycock PC,Heydon EE,Kaptoge S.Leucocyte telomere length and risk of cardiovascular disease:systematic review and meta-analysis[J].BMJ,2014,349(3):27-42.

[2]D'Mello MJ,Ross SA,Briel M.Association between shortened leukocyte telomere length and cardiometabolic outcomes: systematic review and meta-analysis[J].Circ Cardiovasc Genet, 2015,8(2):82-90.

[3]Butt HZ,Atturu G,London NJ.Telomere length dynamics in vascular disease:a review[J].Eur JVasc Endovascsurg,2010,40 (7):17-26.

[4]Moslehi J,Depinho RA,Sahin E.Telomeres and mitochondria in the aging heart[J].Circ Res,2012,110(8):226-371.

[5]Saliques S,Zeller M,Lorin J.Telomere length and cardiovascular disease[J].Arch Cardiovasc Dis,2010,103(3):454-921.

[6]Peng Y,Huang S,Cheng B.Mesenchymal stem cells:a revolution in therapeutic strategies of age-related diseases[J]. Ageing Res Rev,2013,12(5):103-150.

[7]Nilsson PM.Impact of vascular aging on cardiovascular disease: the role of telomere biology[J].JHypertens,2012,30(9):9-12.

[8]RubtsovaMP,Vasilkova DP,Malyavko AN.Telomere lengthening and other functions of telomerase[J].Acta Naturae,2012,4(11): 44-61.

[9]Chen C,Mu XY,Zhou Y.Ginsenoside rg1 enhances the resistance of hematopoietic stem/progenitor cells to radiation-induced aging inmice[J].Acta Pharmacol Sin,2014,3 (4):143-150.

[10]Garcia-Beccaria M,Martinez P,Mendez-Pertuz M.Therapeutic inhibition of trf1 impairs the grow th of p53-deficient k-rasg12v-induced lung cancer by induction of telomeric DNA damage[J].Embo MolMed,2015,7(1):30-49.

[11]Bairley RC,Guillaumeg,Vega LR.A mutation in the catalytic subunit of yeast telomerase alters primer-template alignment while promoting processivity and protein-DNA binding[J].JCell SCI,2011,124(5):42-52.

[12]Lotfi RA,EL Zawahry KM,Kamar ZA.Effects of smoking on human telomerase reverse transcriptase expression in the skin[J]. Int JDermatol,2014,53(7):5-12.

[13]循证视窗,编译.白细胞端粒或成为心血管疾病预测新指标[J].中国循证心血管医学杂志,2014,3(3):327.

[14]Watanabe S,Saitoh Y,Namba M.Administration with telomeric DNA telomere-like oligonucleotides induces enhancement of telomerase activity and resistance against oxidative stress in telomere reverse transcriptase gene-transfected human fibroblasts [J].Biomed Pharmacother,2010,64(3):65-71.

[15]Sahin E,DePinho RA.Linking functional decline of telomeres, mitochondria and stem cells during ageing[J].Nature,2010,464 (3):520-528.

[16]Nilsson PM.Telomeres and cardiovascular disease:new perspectives in hypertension[J].JHum Hypertens,2011,25(12): 4-7.

[17]Ellehoj H,Bendix L,Osler M.Leucocyte telomere length and risk of cardiovascular disease in a cohort of 1937 Danish men and women[J].Cardiology,2015,133(3):7-17.

[18]Masi S,D'Aiuto F,Martin-Ruiz C.Rate of telomere shortening and cardiovascular damage:a longitudinal study in the 1946 British Birth Cohort[J].Eur Heart J,2014,35(46):296-303.

[19]杨淑均,惠汝太,张伟丽.端粒长度在动脉粥样硬化风险中的预测作用及端粒酶治疗前景[J].中国医学前沿杂志,2014,1 (2):89-92.

[20]景晓杨,雷燕,王强,等,端粒、端粒酶与血管老化的关系[J],中西医结合心脑血管病杂志,2015,7(11):893-896.

[21]商青青,周建业,胡盛寿.端粒长度的影响因素及其与心血管疾病的关系[J].中国分子心脏病学杂志,2012,2(20):125-128.

[22]张婷婷.早发冠心病患者外周血白细胞端粒长度变化及其相关机制研究[D].北京:北京协和医学院,2015.

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A

1004-0188（2016）03-0327-03

10.3969/j.issn.1004-0188.2016.03.039

国家自然科学基金项目(81270224)

650032昆明,昆明医科大学、成都军区昆明总医院干部病房

王红，E-mail:wangh43@126.com

（2016-01-01）