朱先玉，李江輝 綜述 毛蘋蘇 審校

西南醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)學(xué)研究所（瀘州 646000）

端粒（telomere）是真核生物線性染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)，具有保護(hù)染色體和維持基因組穩(wěn)定性的功能。哺乳動(dòng)物正常體細(xì)胞不具有端粒酶活性以及端粒延伸替代機(jī)制。由于DNA 末端復(fù)制問題（end-replication problem），端粒隨著細(xì)胞增殖而不斷縮短。當(dāng)端粒長(zhǎng)度不足以維持基因組穩(wěn)定時(shí)，細(xì)胞出現(xiàn)復(fù)制性衰老（replicative senescence）。細(xì)胞衰老與個(gè)體衰老緊密相關(guān)，是個(gè)體衰老的重要基礎(chǔ)。據(jù)《2021世界衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)報(bào)告》統(tǒng)計(jì)全球平均預(yù)期壽命73 歲，中國(guó)平均預(yù)期壽命約77歲，人口老齡化問題日漸嚴(yán)重。許多疾病的發(fā)生發(fā)展與年齡密切相關(guān)，比如心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病等。如何延長(zhǎng)健康壽命，緩解衰老，這是衰老領(lǐng)域亟待研究的問題。DNA損傷對(duì)維持基因組穩(wěn)定具有重大威脅，端粒如何應(yīng)對(duì)DNA 損傷，將為衰老領(lǐng)域研究提供重要理論依據(jù)。

一直以來，腫瘤對(duì)人類健康造成嚴(yán)重影響。雖然當(dāng)前治療手段眾多，但在部分腫瘤治療中，依然存在治療效果不理想的問題，更多新治療靶點(diǎn)的研究迫在眉睫。腫瘤細(xì)胞具有無限增殖的能力，其端粒長(zhǎng)度的維持依賴于端粒酶（telomerase）或者端粒延伸替代機(jī)制（alternative lengthening of telomere，ALT）。絕大多數(shù)腫瘤細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度維持依賴于端粒酶，約15%腫瘤細(xì)胞采用ALT 機(jī)制維持端粒長(zhǎng)度。端粒酶陰性腫瘤（ALT腫瘤）由于預(yù)后差、侵襲性強(qiáng)等特點(diǎn)，其治療存在一定難度，有待開展更深入的研究。ALT 機(jī)制以一種類似同源重組的方式進(jìn)行，而同源重組是DNA 損傷修復(fù)的重要途徑。腫瘤細(xì)胞中端粒延伸方式是腫瘤防治的重要靶點(diǎn)，研究端粒DNA 損傷修復(fù)為腫瘤的防治，特別是端粒酶陰性腫瘤的治療，提供重要的理論依據(jù)和應(yīng)用前景。

本文將圍繞端粒DNA 損傷修復(fù)展開論述，介紹端粒如何平衡末端保護(hù)與DNA 損傷修復(fù)，并探討端粒DNA損傷修復(fù)在衰老與腫瘤防治中的重要意義。

1 DNA損傷修復(fù)與端粒

1.1 DNA損傷修復(fù)

DNA 損傷可以由外源因素和內(nèi)源因素引起，外源因素包括電離輻射、UV照射、化學(xué)藥物等，內(nèi)源因素則包括DNA 復(fù)制錯(cuò)誤、ROS 氧化性損傷等[1-2]。常見的DNA損傷修復(fù)包括堿基切除修復(fù)（base excision repair，BER）、核苷酸切除修復(fù)（nucleotide excision repair，NER）、錯(cuò)配修復(fù)（mismatch repair，MMR）、單鏈斷裂損傷修復(fù)（single-strand break repair，SSBR）以及雙鏈斷裂損傷修復(fù)（double-strand break repair，DSBR）等方式。

在所有的損傷中，DNA 雙鏈斷裂是最具有細(xì)胞毒性的損傷類型，因此，雙鏈斷裂損傷修復(fù)對(duì)于細(xì)胞的存活至關(guān)重要。DNA 雙鏈斷裂主要有兩種修復(fù)方式：同源重組（homologous recombination，HR）和非同源末端連接（non-homologous end joining，NHEJ）[3]。同源重組是一種精確的修復(fù)方式，主要發(fā)生在細(xì)胞S期和G2期，DNA 末端剪切（end resection）是同源重組中非常重要的過程。首先，損傷位點(diǎn)先經(jīng)過末端剪切產(chǎn)生一段3'懸突單鏈DNA，該單鏈DNA 被單鏈結(jié)合蛋白R(shí)PA 保護(hù)，緊接著RAD51結(jié)合在單鏈DNA上進(jìn)行同源序列的搜尋，并與同源區(qū)形成D環(huán)。最后，DNA聚合酶以姐妹染色單體上同源序列為模板延伸DNA，進(jìn)而完成修復(fù)[4]。NHEJ 可以發(fā)生在細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)期，分為經(jīng)典非同源末端連接（C-NHEJ）與替代型非同源末端連接（A-NHEJ），該修復(fù)方式可能會(huì)引起DNA插入、缺失等錯(cuò)誤[4]。

1.2 端粒的特殊結(jié)構(gòu)

端粒由端粒DNA 和結(jié)合蛋白shelterin 復(fù)合體組成。端粒DNA富含鳥嘌呤，在哺乳動(dòng)物中端粒DNA由以TTAGGG 為單位的串聯(lián)重復(fù)序列組成。端粒DNA包括雙鏈DNA和末端單鏈DNA兩部分，端粒末端單鏈DNA 被稱為G-overhang。shelterin 復(fù)合體主要由TRF1、TRF2、RAP1、TIN2、TPP1、POT1 六種蛋白組成。TRF1和TRF2結(jié)合端粒雙鏈DNA區(qū)域，POT1結(jié)合端粒單鏈G-overhang，TPP1 與TIN2 介導(dǎo)蛋白之間相互作用，RAP1與TRF2蛋白結(jié)合。端粒DNA 在蛋白復(fù)合體shelterin 幫助下形成T 環(huán)（T-loop），參與染色體末端保護(hù)[5]。

端粒G-overhang在招募端粒酶延伸端粒以及形成T環(huán)中具有重要的作用，G-overhang的產(chǎn)生和維持受到了嚴(yán)格的調(diào)控。由于DNA 半保留復(fù)制和半不連續(xù)復(fù)制的特性，端粒DNA 在復(fù)制時(shí)分前導(dǎo)鏈和后隨鏈進(jìn)行。復(fù)制后前導(dǎo)鏈的末端近乎平末端，而后隨鏈末端隨著引物的降解，留下一段短的單鏈DNA。Goverhang的形成大致分為三個(gè)步驟，首先Apollo 核酸酶處理前導(dǎo)鏈的平末端，形成短的單鏈DNA，若Apollo缺失，端粒前導(dǎo)鏈可導(dǎo)致ATM 激活，并引起端粒末端連接[6]，而對(duì)后隨鏈來說，原本存在短單鏈DNA，Apollo處理是非必需的；緊接著Exo1 核酸外切酶進(jìn)行末端剪切，形成一段較長(zhǎng)的單鏈DNA；最后CST復(fù)合體和聚合酶參與端粒DNA 單鏈的填補(bǔ)，確保overhang 維持到一定的長(zhǎng)度，避免發(fā)生過度剪切[7-9]。最終端粒DNA末端形成50～500 bp長(zhǎng)度的3'G-overhang。

1.3 端粒末端保護(hù)與DNA損傷修復(fù)之間的關(guān)聯(lián)

端粒G-overhang 的產(chǎn)生依賴于核酸外切酶，與同源重組末端剪切過程極為類似。端粒末端DNA 與同源重組中間產(chǎn)物具有高度相似性，那么細(xì)胞如何做到染色體末端不會(huì)被識(shí)別為雙鏈斷裂損傷？研究發(fā)現(xiàn)在端粒蛋白的協(xié)同保護(hù)下，端粒末端單鏈DNA 將插入到端粒雙鏈DNA 中，與DNA 鏈互補(bǔ)形成D 環(huán)，整個(gè)的端粒末端結(jié)構(gòu)形成T-loop[10]。該特殊結(jié)構(gòu)能避免端粒末端直接暴露，避免其被識(shí)別為DNA 損傷，防止DNA 損傷信號(hào)通路激活[11-12]。T-loop 受到細(xì)胞周期嚴(yán)格的調(diào)控，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）通過磷酸化TRF2（Ser365）調(diào)控T-loop。在S 期，TRF2 發(fā)生去磷酸化，招募解旋酶RTEL1 到端粒上，使T-loop 瞬時(shí)被RTEL1 打開，進(jìn)而促進(jìn)DNA復(fù)制[13]。當(dāng)細(xì)胞處于非S期，TRF2 被CKD2磷酸化，RTEL1與端粒DNA解離，T-loop重新形成并保護(hù)端粒[14-15]。

端粒結(jié)合蛋白在抑制DNA 損傷信號(hào)通路中具有重要作用，其中TRF2 尤其重要。TRF2 可抑制ATM 信號(hào)通路激活，阻止端粒發(fā)生末端融合[16-17]。TRF2 具有一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)域，即iDDR 結(jié)構(gòu)域。該結(jié)構(gòu)域可抑制RNF168泛素連接酶的匯聚，從而阻止雙鏈斷裂損傷反應(yīng)的激活。當(dāng)細(xì)胞缺失TRF2 時(shí)，細(xì)胞出現(xiàn)DNA 損傷反應(yīng)，激活A(yù)TM信號(hào)通路，發(fā)生端粒末端的融合，最終導(dǎo)致端粒功能紊亂。此外，TRF2 結(jié)合蛋白R(shí)AP1 在抑制非同源末端連接中也具有一定的作用。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為TRF2在保護(hù)端粒上起著不可或缺的作用。然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，在多能干細(xì)胞中，TRF2 在端粒末端保護(hù)中并不是決定性因素。在小鼠胚胎干細(xì)胞中敲除TRF2會(huì)引起輕微的DNA損傷反應(yīng)，但端粒不會(huì)發(fā)生末端連接。同時(shí)，胚胎干細(xì)胞中端粒T-loop 的形成不依賴TRF2，當(dāng)TRF2 缺失時(shí)，T-loop 依然可以形成，只有去除整個(gè)shelterin 復(fù)合體后，端粒才會(huì)出現(xiàn)功能紊亂[18-19]。在胚胎發(fā)育早期，TRF2 在端粒保護(hù)上是非必需的，但隨著胚胎早期發(fā)育的完成，端粒保護(hù)切換到依賴于TRF2。該發(fā)現(xiàn)將端粒末端保護(hù)的認(rèn)知進(jìn)一步完善，并將端粒保護(hù)與細(xì)胞分化聯(lián)系起來。除了TRF2/RAP1，POT1也可通過抑制RPA結(jié)合端粒，避免ATR信號(hào)通路被激活。當(dāng)POT1/TPP1 缺失時(shí)，ATR 信號(hào)通路被激活，端粒末端DNA 發(fā)生過度剪切，端粒單鏈DNA信號(hào)明顯增強(qiáng)[20-21]。由此可見，端粒結(jié)合蛋白通過不同的方式抑制DNA 損傷信號(hào)通路，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)端粒的保護(hù)[22-23]。

DNA損傷修復(fù)的蛋白在端粒穩(wěn)定性維持上具有重要作用。DNA-PK復(fù)合體是DNA雙鏈斷裂損傷修復(fù)的重要組分，由Ku 蛋白和催化亞基DNA-PKcs 組成，主要參與NHEJ。研究發(fā)現(xiàn)Ku70/80異二聚體與端粒結(jié)合蛋白（如TRF1、TRF2 以及RAP1）存在相互作用，DNAPKcs也可與TRF2和RAP1互作，他們之間的互作避免端粒發(fā)生末端連接[24-26]。原本參與NHEJ的重要蛋白，當(dāng)結(jié)合在端粒上時(shí)其功能被抑制，這是由于TRF2 與Ku70蛋白α5結(jié)構(gòu)域相互作用，而Ku70蛋白α5結(jié)構(gòu)域是NHEJ所必需的。此外，在小鼠中，Ku蛋白的缺失可能導(dǎo)致端粒長(zhǎng)度異常和末端融合，該末端融合可能依賴A-NHEJ，揭示Ku 蛋白結(jié)合端粒在防止染色體末端融合中起到一定作用[27]。除此之外，參與同源重組修復(fù)的蛋白MRN 復(fù)合體（MRE11、RAD50 以及NBS1）在端粒維持中也具有一定功能。MRN 復(fù)合體影響端粒結(jié)合蛋白TRF1 在端粒上的結(jié)合，從而調(diào)控端粒長(zhǎng)度。MRN 復(fù)合體中NBS1 蛋白可在特定細(xì)胞周期與TRF2結(jié)合，參與端粒調(diào)控。CDK2介導(dǎo)的NBS1磷酸化，可調(diào)控NBS1與TRF2的結(jié)合。NBS1當(dāng)發(fā)生去磷酸化時(shí)，不再與TRF2相互作用。最新研究發(fā)現(xiàn)MRE11類泛素化UFM1 修飾（UFMylation）在維持端粒穩(wěn)定上有重要作用。UFM1是近年鑒定出的類泛素蛋白，UFMylation 修飾過程類似于泛素化。MRE11在缺乏UFMylation修飾時(shí)，不能被招募至端粒，最終導(dǎo)致端粒長(zhǎng)度丟失[28]。端粒與DNA 損傷修復(fù)之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，一方面端粒末端需要避免識(shí)別為DNA損傷，阻止DNA損傷應(yīng)答信號(hào)的激活，另外一方面端粒的維持依賴于DNA 損傷修復(fù)蛋白的參與，細(xì)胞如何精準(zhǔn)平衡這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)？損傷修復(fù)蛋白如何在端粒保護(hù)和DNA 損傷應(yīng)答中自由切換？這些都有待進(jìn)一步研究。

2 端粒DNA損傷與修復(fù)機(jī)制

2.1 端粒DNA雙鏈斷裂損傷修復(fù)機(jī)制

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為端粒末端保護(hù)能避免染色體末端發(fā)生HR 和NHEJ。然而，DNA 雙鏈斷裂是具有最強(qiáng)細(xì)胞毒性的損傷，若修復(fù)不當(dāng)，可能引起基因組紊亂甚至細(xì)胞的死亡。當(dāng)端粒內(nèi)部發(fā)生DNA 雙鏈斷裂時(shí)，細(xì)胞是否會(huì)修復(fù)？細(xì)胞將如何平衡末端保護(hù)與端粒內(nèi)部損傷修復(fù)？本課題組之前的研究發(fā)現(xiàn)在增殖細(xì)胞中，端粒DNA 雙鏈斷裂可以被修復(fù)，該修復(fù)機(jī)制依賴于同源重組。隨后有研究人員也提出端粒DNA 雙鏈斷裂損傷修復(fù)的確依賴于HR，同時(shí)提出了一種新的修復(fù)方式，即PARP1/Lig3介導(dǎo)的替代型非同源末端連接[29-31]。端粒DNA雙鏈斷裂修復(fù)是如何調(diào)控？有研究發(fā)現(xiàn)ATRX可調(diào)控端粒雙鏈斷裂，小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中ATRX的缺失，導(dǎo)致ALT 標(biāo)志物APBs 的增多、端粒姐妹染色單體交換頻率的增加[32]。在DNA雙鏈斷裂損傷中，CNHEJ是重要的修復(fù)方式，在G1期主要是以C-NHEJ為主。當(dāng)C-NHEJ 受到抑制時(shí)，A-NHEJ 可參與損傷修復(fù)，A-NHEJ 主要為微同源介導(dǎo)的末端連接（MMEJ）。然而，當(dāng)前研究發(fā)現(xiàn)，C-NHEJ并不參與端粒DNA雙鏈斷裂修復(fù)。有趣的是，A-NHEJ 卻在端粒DNA 損傷時(shí)激活并參與修復(fù)，提示端粒內(nèi)部損傷發(fā)生時(shí)C-NHEJ仍然受到嚴(yán)格調(diào)控。目前，端粒DNA 損傷修復(fù)調(diào)控機(jī)制的研究尚少，需要開展更多的研究來揭示參與端粒DNA 雙鏈斷裂修復(fù)的蛋白調(diào)控機(jī)制。此外，端粒結(jié)合蛋白是否參與雙鏈斷裂修復(fù)方式的抉擇，目前也尚不清楚。

同源重組修復(fù)需要復(fù)制產(chǎn)生的姐妹染色單體提供同源序列作為模板，因此同源重組修復(fù)主要發(fā)生在S/G2 期。當(dāng)然，同源重組的調(diào)控不只局限于模板，還依賴于損傷修復(fù)蛋白的翻譯后修飾，比如磷酸化修飾、泛素化修飾等。參與同源重組的蛋白MRE11、CtIP 以及BRCA1 需要被磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)與下游蛋白的結(jié)合或酶活性的提升[33]。RAD51 與DNA 的結(jié)合和解離也參與調(diào)控雙鏈斷裂修復(fù)[34]。此外，同源重組蛋白的表達(dá)還可能受到細(xì)胞周期的調(diào)控，在G1 期低表達(dá)，在S/G2期高表達(dá)[16]。由于端粒DNA 序列為串聯(lián)重復(fù)序列，端粒DNA 同源重組是否同樣局限于S/G2 期發(fā)生？在G1期發(fā)生端粒DNA雙鏈斷裂，細(xì)胞會(huì)如何應(yīng)對(duì)端粒DNA損傷？最近研究表明，在G1期誘導(dǎo)端粒DNA雙鏈斷裂損傷后，端粒DNA損傷位點(diǎn)沒有檢測(cè)到DNA損傷標(biāo)志物53BP1 的出現(xiàn)，同時(shí)研究人員也未找到同源重組和非同源末端連接發(fā)生的證據(jù)[35]。該研究表明端粒同源重組修復(fù)依然受到各種因素的綜合影響及調(diào)控，端粒DNA同源重組很可能限定在S/G2期，與基因組其他位點(diǎn)雙鏈斷裂修復(fù)相同。

2.2 端粒DNA氧化性損傷及修復(fù)機(jī)制

氧化性損傷可產(chǎn)生多種DNA 損傷類型，包括堿基損傷、核苷酸損傷以及單鏈斷裂等，威脅基因組穩(wěn)定。端粒DNA 由于富含鳥嘌呤，易受到氧自由基的攻擊，氧化性損傷修復(fù)對(duì)于端粒維持正常的功能至關(guān)重要。眾所周知，8-氧鳥嘌呤（8-oxoguanine，8-oxoG）是最常見的一種氧化性損傷類型。之前研究表明，堿基損傷主要通過堿基切除修復(fù)。首先DNA 糖基化酶（glycosylase）識(shí)別和水解損傷的堿基，產(chǎn)生一個(gè)無嘌呤或無嘧啶位點(diǎn)（即AP位點(diǎn)）。然后AP核酸內(nèi)切酶切割DNA鏈，PARP1、XRCC1 和聚合酶參與損傷修復(fù)，最后連接酶進(jìn)行連接[36]。DNA 糖基化酶包括OGG1、NEIL1、NEIL2、NEIL3、NTHL1、UNG、TDG等，不同的DNA糖基化酶對(duì)應(yīng)不同的堿基損傷。

8-氧鳥嘌呤DNA 糖基化酶（8-oxoguanine-DNA glycosylase，OGG1）是8-氧鳥嘌呤損傷修復(fù)中主要的糖基化酶。端粒DNA 是活性氧自由基的重要靶點(diǎn)，這將影響端粒穩(wěn)態(tài)和基因組穩(wěn)定性，細(xì)胞將如何應(yīng)對(duì)端粒DNA 氧化性損傷？研究人員通過不同的方法在端粒DNA 上誘導(dǎo)鳥嘌呤氧化性損傷，探討氧化性損傷對(duì)端粒穩(wěn)定性的影響[37-38]。有研究通過KillerRed-TRF1 系統(tǒng)在端粒DNA上誘導(dǎo)產(chǎn)生ROS，從而引起氧化性損傷。該系統(tǒng)可引起端粒DNA出現(xiàn)8-oxoG，結(jié)果顯示24 h后端粒上大量的8-oxoG 損傷得到修復(fù)。隨后，研究人員通過開發(fā)化學(xué)光遺傳學(xué)系統(tǒng)針對(duì)性地在端粒區(qū)域產(chǎn)生單線態(tài)氧（singlet oxygen，1O2），從而特異性地在端粒DNA 上產(chǎn)生8-oxoG，研究氧化性損傷對(duì)端粒以及細(xì)胞的影響。在OGG1缺失的細(xì)胞中，8-oxoG會(huì)增加，進(jìn)而端粒發(fā)生丟失，揭示OGG1 在端粒氧化性損傷中具有重要作用。當(dāng)端粒DNA 反復(fù)地暴露在氧化自由基下時(shí)，細(xì)胞生長(zhǎng)將受到抑制，端粒長(zhǎng)度進(jìn)一步縮短[38]。綜上所述，端粒鳥嘌呤氧化損傷可以修復(fù)，修復(fù)機(jī)制為堿基切除修復(fù)，該過程依賴糖基化酶OGG1。此外，目前發(fā)現(xiàn)NEIL3 以及NTH1 也參與端粒堿基修復(fù)。NEIL3蛋白在S 期時(shí)表達(dá)量上升，受到TRF1 招募，結(jié)合于端粒DNA。當(dāng)發(fā)生氧化損傷時(shí)，NEIL3 蛋白在端粒的結(jié)合將增強(qiáng)。當(dāng)敲低NEIL3 表達(dá)時(shí)，端粒發(fā)生丟失以及末端連接，出現(xiàn)端粒功能紊亂。NEIL3 通過BER 途徑在S/G2期促進(jìn)端粒DNA氧化損傷的修復(fù)[39]。NTH1則主要識(shí)別嘧啶氧化性損傷，如5-OH-Cyt，5-OH-Ura，Tg 等。在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中，當(dāng)NTH1 糖基化酶缺失時(shí)，細(xì)胞氧化性損傷修復(fù)變慢，端粒DNA 損傷信號(hào)增加，導(dǎo)致端粒不穩(wěn)定[40]。

除了堿基損傷，活性氧自由基還可誘導(dǎo)端粒DNA單鏈斷裂。抗氧化酶PRDX1（peroxiredoxin）參與修復(fù)活性氧誘導(dǎo)的端粒DNA 單鏈斷裂。當(dāng)細(xì)胞缺失PRDX1時(shí)，端粒DNA單鏈斷裂不能有效地修復(fù)從而累積，這將對(duì)增殖細(xì)胞端粒長(zhǎng)度造成威脅。當(dāng)DNA 復(fù)制時(shí)，該單鏈斷裂可轉(zhuǎn)變成雙鏈斷裂，進(jìn)一步引起端粒不穩(wěn)定[41]。另外，活性氧自由基誘導(dǎo)的端粒雙鏈斷裂和單鏈斷裂，可誘導(dǎo)產(chǎn)生R-loop，R-loop 的形成依賴于TRF2和TERRA。修復(fù)蛋白CSB與RAD52結(jié)合到端粒的R-loop 上，招募POLD3，細(xì)胞通過損傷誘導(dǎo)DNA 復(fù)制（break-induced DNA replication，BIR）的方式進(jìn)行修復(fù)[42]。

3 端粒DNA 損傷修復(fù)研究在衰老和腫瘤防治中的意義

3.1 端粒DNA損傷修復(fù)與衰老

衰老是一個(gè)復(fù)雜的過程，伴隨著整體功能減退，細(xì)胞衰老是個(gè)體衰老的基礎(chǔ)。端粒功能紊亂、持久DNA損傷反應(yīng)、癌基因激活可導(dǎo)致細(xì)胞衰老，細(xì)胞衰老分為復(fù)制性衰老、致癌基因誘導(dǎo)衰老以及壓力誘導(dǎo)衰老[43-44]。DNA 損傷是壓力誘導(dǎo)衰老的主要驅(qū)動(dòng)力，損傷修復(fù)缺陷引起細(xì)胞衰老[45]。端粒隨著細(xì)胞分裂逐漸變短，當(dāng)縮短到一定程度，可誘導(dǎo)細(xì)胞衰老，即復(fù)制性衰老。端粒由于其特性，易發(fā)生DNA 損傷，損傷若不能修復(fù)，將導(dǎo)致壓力誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老，端粒功能紊亂與衰老及衰老相關(guān)疾病緊密相聯(lián)[46]。有研究發(fā)現(xiàn)氧化性損傷隨著年齡的增加而增加，一方面由于抗氧化能力下降，另一方面可能與衰老細(xì)胞中DNA 損傷修復(fù)能力下降有關(guān)[47]。在之前研究中發(fā)現(xiàn)在增殖細(xì)胞中，端粒DNA 雙鏈斷裂可以被修復(fù)，然而不管在復(fù)制性衰老還是壓力誘導(dǎo)衰老細(xì)胞中，端粒DNA 損傷都不能被修復(fù)。這與之前研究報(bào)道相符，之前發(fā)現(xiàn)在衰老細(xì)胞中，端粒上出現(xiàn)持久性的DNA損傷信號(hào)[48]。端粒由于序列的特殊性，8-oxoG是其常見的DNA損傷類型。在最新的研究中，研究人員特異性地誘導(dǎo)產(chǎn)生端粒8-oxoG，該損傷足以引起正常細(xì)胞的快速衰老[49]。短期急性DNA損傷雖未引起端粒的縮短，但是其激活端粒DNA 損傷信號(hào)和p53 通路，引起細(xì)胞衰老，而長(zhǎng)期慢性的端粒DNA損傷則會(huì)引起端粒縮短。進(jìn)一步開展端粒損傷修復(fù)調(diào)控的研究，將為緩解衰老細(xì)胞中端粒損傷的程度提供理論依據(jù)，從而促進(jìn)基因組穩(wěn)定。

除了隨著年齡增長(zhǎng)出現(xiàn)的衰老，還存在兒童時(shí)期出現(xiàn)加速衰老的疾病，即早老癥（Hutchinson-Gilford Progeria syndrome，HGPS），患病兒童存活止于青少年時(shí)期[50]。早老癥是一種常染色體顯性遺傳疾病，患者出現(xiàn)皮膚色素沉著、骨質(zhì)疏松、動(dòng)脈粥樣硬化等癥狀。該疾病是由于核纖層蛋白LMNA 基因發(fā)生突變，細(xì)胞表達(dá)一個(gè)突變的毒性蛋白progerin。該蛋白可引起核形態(tài)異常、基因表達(dá)調(diào)控失常、DNA 損傷修復(fù)缺陷、端粒紊亂以及基因組不穩(wěn)定等問題[51-53]。有研究發(fā)現(xiàn)端粒DNA雙鏈斷裂可誘導(dǎo)產(chǎn)生長(zhǎng)非編碼RNA，長(zhǎng)非編碼RNA 進(jìn)一步加工為短的非編碼RNA。這些非編碼RNA 在端粒DNA 損傷反應(yīng)激活中具有重要作用[54]。特異結(jié)合該非編碼RNA 的寡聚核苷酸可減少DNA 損傷以及延緩細(xì)胞衰老。通過HGPS模型，抑制端粒非編碼RNA 可觀察到早衰模型中小鼠壽命的延長(zhǎng)。這類疾病的研究可以為兒童早老癥提供治療依據(jù)，同時(shí)為干預(yù)生理性衰老提供啟示。

3.2 端粒DNA損傷修復(fù)與腫瘤治療

端粒與端粒酶在腫瘤的發(fā)展以及治療中扮演著重要角色。端粒酶抑制劑可靶向端粒酶陽性腫瘤進(jìn)行治療，目前已經(jīng)有相關(guān)藥物作用于該靶點(diǎn)[55]。同時(shí)，靶向端粒治療腫瘤的藥物也有開發(fā)。6-硫代-2'-脫氧鳥苷（6-thio-2'-deoxyguanosine，6-thio-dG）是一種核苷類似物，在端粒酶合成DNA 時(shí)插入端粒DNA 中，形成端粒DNA 損傷，激活免疫通路，促進(jìn)免疫細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的識(shí)別，幫助克服腫瘤治療中PD-L1 阻斷劑耐藥性的問題[56]。此外，由于端粒酶陰性腫瘤具有更高的轉(zhuǎn)移性和侵襲性，卻又缺乏特異性靶點(diǎn)，這類腫瘤的治療靶點(diǎn)有待進(jìn)一步研究。端粒酶陰性腫瘤細(xì)胞的端粒延伸替代機(jī)制是類似同源重組的方式，但其具體機(jī)制尚不清楚。端粒DNA 雙鏈斷裂可通過同源重組修復(fù)，通過研究端粒DNA 雙鏈斷裂損傷修復(fù)機(jī)制及調(diào)控方式，有助于揭示ALT 機(jī)制，進(jìn)而為ALT 腫瘤的治療提供重要依據(jù)和研究基礎(chǔ)。本課題組之前的研究發(fā)現(xiàn)端粒同源重組可以在姐妹染色單體和非姐妹染色單體之間發(fā)生，非姐妹染色單體的同源重組可引起端粒的延長(zhǎng)以及長(zhǎng)度異質(zhì)性[29，57]。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間暴露在端粒DNA雙鏈斷裂下，端粒酶陽性細(xì)胞可出現(xiàn)ALT標(biāo)志物，如APBs，Ccircle 和C-overhang 等。端粒酶與ALT 機(jī)制之間轉(zhuǎn)換的相關(guān)研究，可能有助于開發(fā)腫瘤靶向藥物和解決耐藥性的問題。端粒DNA 雙鏈斷裂損傷修復(fù)的調(diào)控，更多的相關(guān)研究有待開展。

氧化性損傷作為一種常見的損傷類型，影響端粒穩(wěn)定性。當(dāng)端粒酶陽性細(xì)胞中發(fā)生氧化性損傷時(shí)，氧化損傷的堿基導(dǎo)致端粒酶不能正常延伸端粒。此時(shí)，抗氧化酶PRDX1可以富集在端粒上，協(xié)助解決氧化性損傷導(dǎo)致端粒延伸提前終止的問題[58]。因此，通過靶向PRDX1來抑制端粒酶延伸端粒，可為腫瘤治療提供思路。由于OGG1 參與端粒DNA 氧化性損傷修復(fù)，靶向OGG1 的抑制劑可導(dǎo)致氧化性堿基的累積、端粒丟失、細(xì)胞增殖障礙等[59]。在降低OGG1 表達(dá)時(shí)，腫瘤生長(zhǎng)受到抑制[60]。此外，研究發(fā)現(xiàn)在肝癌細(xì)胞中，NEIL3表達(dá)量升高，這與肝癌患者預(yù)后不良相關(guān)，NEIL3的表達(dá)量與肝癌患者整體生存率呈負(fù)相關(guān)。NEIL3 缺失時(shí)，細(xì)胞增殖變慢，DNA損傷增加，隨后出現(xiàn)細(xì)胞衰老。NEIL3 在有絲分裂時(shí)期參與端粒DNA 氧化性損傷修復(fù)，通過招募AP 核酸酶進(jìn)行BER 修復(fù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)端粒的保護(hù)，從而阻止肝癌細(xì)胞的衰老[61]。細(xì)胞衰老是抗腫瘤的一種重要機(jī)制，化療、放療、CDK4/6抑制劑以及端粒酶抑制劑等方式可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞衰老，限制細(xì)胞生長(zhǎng)[62]。進(jìn)一步開發(fā)靶向端粒DNA 修復(fù)機(jī)制的藥物，引起腫瘤細(xì)胞衰老，這將為腫瘤治療提供新靶點(diǎn)。

4 小結(jié)

端粒DNA 由于其特殊的結(jié)構(gòu)，需要末端保護(hù)，避免DNA 損傷信號(hào)通路的激活以及端粒功能的紊亂。然而，當(dāng)端粒DNA 內(nèi)部發(fā)生損傷時(shí)，端?？梢酝ㄟ^相應(yīng)的方式修復(fù)DNA 損傷。在正常細(xì)胞中，端粒若修復(fù)受阻，可能導(dǎo)致?lián)p傷積累以及基因組不穩(wěn)定，細(xì)胞出現(xiàn)衰老。衰老的細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)衰老相關(guān)的分泌表型，分泌多種炎癥因子，影響組織微環(huán)境以及疾病的發(fā)生與發(fā)展。端粒DNA 損傷修復(fù)的研究可能為改善衰老以及衰老相關(guān)疾病提供重要依據(jù)。此外，在某些腫瘤細(xì)胞中，DNA損傷修復(fù)蛋白出現(xiàn)高表達(dá)，這些蛋白在端粒損傷修復(fù)中尤為重要，通過抑制劑引起細(xì)胞衰老，可特異靶向腫瘤治療。研究端粒DNA 損傷修復(fù)的調(diào)控機(jī)制，可為腫瘤防治提供新的方向與應(yīng)用前景。

（利益沖突：無）