腦膠質瘤是顱內最常見且最難治愈的腫瘤之一，目前尚缺乏特異性的診斷和預后生物學標志，因此，膠質瘤的診斷與治療一直都是神經腫瘤領域的研究難點。端粒酶歷來與腫瘤的研究密切相關，近幾年研究發現端粒長度調節酶1（RTEL1）的基因突變，使其在腦膠質瘤中表達明顯減少，可能與腦膠質瘤發生、發展以及預后密切相關，而在部分非顱腦腫瘤的研究中卻發現RTEL1的表達結果與膠質瘤截然相反。現結合相關文獻，就RTEL1的結構特性及在腦膠質瘤中的研究進展進行綜述，希望對其在顱內腫瘤的診斷、鑒別診斷及預后中等提供一定的參考意義。
引用本文： 羅杰文, 毛慶. 端粒長度調節酶1在腦膠質瘤中的研究進展. 華西醫學, 2016, 31(11): 1937-1939. doi: 10.7507/1002-0179.201600532 復制
膠質瘤是顱內常見的原發性惡性腫瘤之一，發病率幾乎占全部中樞神經系統腫瘤的一半以上，因其具有高度侵襲性、難治性及高復發性等多項特點，膠質瘤的診斷、治療一直成為研究難點。2007年伴隨著世界衛生組織對中樞神經系統腫瘤分級指南的頒布，腦膠質瘤有了一個較為細致的分類，但這種僅依賴形態學角度的分類常引起病理科醫生的主觀判斷誤差，使得應用存在一定的局限性。因此，近年來，越來越多的研究開始轉向P53、表皮生長因子受體、Ki-67、染色體 lp/19q等膠質瘤熱點標志物，從基因的水平分析了它們與膠質瘤之間的聯系，開辟有效的分子靶向治療，并推動了診斷和預后的研究。端粒長度調節酶1（RTEL1）與腦膠質瘤發生、發展有著密切聯系，現就其結構特性及與膠質瘤的研究進展作一綜述。
1 RTEL1的概述
RTEL1屬于解旋酶超級家族2中的DEAH亞家族，它包括rad3相關的DNA解旋域（此處具有5′-3′的解旋活性），同時它也是Fe-S集成解旋酶家族一員，這個家族還包括一些常見的成員，如FANCJ、XPD、DDX11D等[1]。RTEL1是一種很特殊的DNA解旋酶，它能解開多種DNA二級結構，促進DNA的復制、修復、重組，進而維持端粒的完整性。
2 RTEL1在DNA二級機構的復制和修復中的機制
有研究在裸鼠模型實驗中通過對RTEL1基因的定位，第1次確定了它能調控端粒長度來維系DNA等遺傳信息的穩定[2]。DNA的雙螺旋形結構在代謝和很多生理過程中至關重要，如果在復制和修復的過程中發生異常，很可能會導致一個病態的結構形成[3]。相關文獻分析顯示，RTEL1能作用于染色體端粒的一些特殊部位而發揮作用[4]，而這些重要的染色體結構在參與調控這一過程中同樣必不可少，如：① G4四聯體：一種位于染色體末端，富含鳥嘌呤核苷酸序列的復雜體，它由4條DNA單鏈組成，被視為一個在整個復制，修復過程中一種重要的中間產物。② T環：形態上，它是一個被染色體末端接納所形成的索套樣構型。研究表明，它實際上是一種DNA解開的單鏈侵入相鄰端粒DNA形成的二聯體，并能促進斷裂的單鏈在某種鏈侵過程中進一步形成一種名為“D環”的結構。這種D環和T環可能在保護染色體的末端不被降解和維護DNA修復活性的功能中扮演著重要的角色[5-6]。
在RTEL1調控過程中涉及到同源重組，它是一種高度保守的生物學代謝方式，在DNA的復制及減數分裂中與等位基因的交叉互換密切相關。當分子間的DNA發生復制，修復和重組時，它往往起始于雙鏈斷裂所形成的5′端，同時產生一個3′端單鏈TTAGGG端粒重復序列，通過一個特殊的過程—鏈入侵的方式—與臨近染色體等位基因的DNA片段相互作用形成D環，而RTEL1通過在分子內部作用于這些結構而發揮穩定端粒的作用，從而維系遺傳信息的完整。整個過程可能與與一種核蛋白纖維Rad51[7]有關，他能刺激催化對DNA雙鏈斷裂的末端進行侵襲，同時也需要另外一些重要的解離酶如GEN1、SLX、FANCJ、TRF1和TRF2等共同完成。
3 RTEL1與膠質瘤
目前，RTEL1基因的突變可能與膠質瘤有著緊密的聯系。這個原來被認為與DNA修復相關的分子有可能在抑制膠質瘤，髓母細胞瘤等一些顱內腫瘤方面有著密切聯系。英國癌癥研究所之前進行的全基因組關聯研究（GWAS）已證實了5種引起膠質瘤發生的風險的基因位點（片段），而20號染色體長臂13.33上的RTEL1基因就是其中之一，通過單核苷酸多態性（SNP）基因測序發現，RTEL1基因第12號內含子（rs6010620）突變與膠質瘤的發生有著密切關系[OR=1.28，95% CI（1.21，1.35），P=2.52×10-12] [8]。其變異不僅與膠質瘤易患性風險有著密切聯系，而且也是能夠判斷膠質瘤治療預后的指標。
3.1 RTEL1基因突變與膠質瘤易患風險的研究
英國癌癥研究所進行的GWAS提出了在RTEL1基因中SNP與大腦腫瘤易患性有著非常密切的聯系，包括常見的膠質瘤，如：星形細胞瘤、膠質母細胞瘤等，也見于隨母細胞瘤。Wrensch等[9]進行了這項GWAS研究，從一項包含692個成人膠質瘤案例與3 995個健康對照的試驗中驗證了275 000個常染色體的突變，最終發現了RTEL1基因存在2個SNP[分別位于第12號內含子（rs6010620）和第17號內含子（rs4809324）]與膠質瘤和星形細胞瘤有著很緊密的關系。值得思考的是，對RTEL1的各項研究雖然支持RTEL1的SNP與膠質瘤的發生與發展有聯系，但是作為發生在內含子中的突變對引起RTEL1突變的機制仍頗具爭議。眾所周知，在DNA的復制、轉錄及翻譯的過程中，按照中心法則，即便是內含子發生各種變化，那么在編碼蛋白質的過程中mRNA需要經過成熟的步驟，即對內含子剪切，外顯子的銜接的過程，那么這種內含子的突變理應是不會引起RTEL1功能的變化。有專家分析，內含子的SNP可能位于鄰近外顯子的區域，從而引發外顯子的包含或缺失，從而影響到外顯子[10]。還有研究認為內含子中的SNP影響并產生了一些隱蔽的剪接點，改變了RTEL1的合成[11]。但到目前為止，無實驗證明這種潛在可能存在的機制，所以仍然需要深入探尋。但RTEL1突變的出現與腫瘤易患性的聯系似乎為人類對中樞神經系統腫瘤的研究提供了一種可能性，即RTEL1可能在基因組中發揮著一種類似于抑癌基因的功能。最初這項功能發現來自于對小鼠體內RTEL1與增殖細胞核抗原（PCNA）的相互作用的研究。有研究發現，在體內試驗中RTEL1是與PCNA協同發揮作用，在無任何干擾破壞的正常情況下，RTEL1與PCNA的位點通過依賴PIP盒（存在于RTEL1上一重要結構）的方式共同存在[12]。RTEL1幫助PCNA形成了一個環繞DNA的環，使得DNA復制時它能夠移除結，進而解開DNA。這一過程對于正確的DNA復制至關重要，它確保了細胞能夠生長和分裂，防止發生遺傳錯誤。當RTEL1發生突變阻止它結合PCNA時，這一錯誤的發生會導致DNA復制遭到破壞，引發腫瘤的發生。當研究人員發現在小鼠體內中RTEL1基因存在這種方式的缺陷時，不僅可以大大增加對膠質瘤的易患性，還能加快膠質瘤的生長速度。在p53缺失細胞中，額外的丟失RTEL1和PCNA的作用會引起隨母細胞瘤的易患性，而單獨的P53缺失不會引起這種情況[12]。大腦顆粒層細胞是髓母細胞瘤的起源細胞，RTEL1和PCNA的作用對保護大腦顆粒層細胞免于惡變。
最新文獻示，通過對12篇具有較好的同質性的病例對照研究的文章進行Meta分析，結果顯示等位模式[OR=0.752，95%CI（0.715，0.792）]，顯性突變模[OR=0.729，95%CI（0.685，0.776）]，隱性突變模式[OR=0.647，95%CI （0.569，0.734）]，進一步強調了RTEL1為膠質瘤發生的一個高危因素[13]。
3.2 RTEL1基因突變與高級別膠質瘤預后的研究
醫務人員和患者對膠質瘤的預后最為關注，過去數十年的研究成果顯示雖然高級別膠質瘤的治療方法不斷改善，膠質母細胞瘤的平均生存期從10個月增長到14個月，平均中位生存期12～15個月[14]，但治療效果仍不滿意，因此研究者們開始轉對膠質瘤預后有指示作用的生物學標志物探究中。有研究分析，1個在RTEL1基因第12號內含子的SNP被證明與膠質母細胞瘤（GBM）有密切關系，而且這些突變（主要于第12號內含子）也是一個關鍵的預后指標[15]，該研究通過對590例原發多形性膠質母細胞瘤患者進行100個極可能跟與發生GBM有關的可疑SNP檢測并分析，結果發現GBM中RTEL1基因（rs2297440和rs6010620）的SNP的存在預示一個較長的生存期（≥36個月，對數秩檢驗P＜0.001），進一步為證實該基因作為一種良好預后的指示因子提供了證據。同時部分研究報道，RTEL1突變與年齡、性別也具有相關性，共同影響患者預后[16]。值得一提的是TERT（編碼端粒的反轉錄酶成分）的SNP與膠質瘤的易患性和預后也有密切聯系，但具體機制尚待進一步研究。
與此同時，RTEL1基因的多種突變不僅涉及對高級別膠質瘤、星形細胞瘤以及多形性GBM的影響，也與Hoyeraal-Hreidarsson綜合征及癌癥誘發精神混亂疾病有關[17]。
4 RTEL1與其他腫瘤
目前，有研究發現，RTEL1基因的突變同樣可能出現在肝癌、乳腺癌、淋巴瘤等惡性腫瘤樣本細胞中，其中研究最多的是小鼠肝癌模型，但這種突變不同于腦膠質瘤的RTEL1的變化（缺失），它往往呈現出一種類似原癌基因的過表達，進而引發RTEL1的擴增[18]，而其中機制可能涉及腫瘤細胞大量的有絲分裂及多核細胞的形成，但這種研究僅局限于實驗階段，缺乏臨床證據，需進一步深入探索。
5 結語
綜上所述，RTEL1不僅能表現為擴增還能表現為生長抑制，所以它有可能扮演了癌基因和抑癌基因的雙重角色。一方面，RTEL1的SNP被證實與顱內腫瘤有著很密切的關系，它的突變能加快腫瘤形成速度和增加罹患腫瘤風險，因此RTEL1可能具有一個抑癌基因的作用；另一方面，RTEL1可能參與WNT/b-catenin信號傳導通路，激活原癌基因表達，引起RTEL1的無限制擴增，而這種病態擴增導致DNA復制，修復及重組發生混亂，引起基因的不穩定性，從而促進腫瘤的發生、發展。因此，過度表達或低表達都可能引起腫瘤的發生。雖然目前機制尚未完全研究清楚，但隨著分子生物學的發展，分子檢測技術將更廣泛應用于膠質瘤及人類其他腫瘤的診斷和治療，這將提高預測腫瘤生物學行為的能力，并對合理的個體治療及評估患者預后具有重要的理論意義和實用價值。
膠質瘤是顱內常見的原發性惡性腫瘤之一，發病率幾乎占全部中樞神經系統腫瘤的一半以上，因其具有高度侵襲性、難治性及高復發性等多項特點，膠質瘤的診斷、治療一直成為研究難點。2007年伴隨著世界衛生組織對中樞神經系統腫瘤分級指南的頒布，腦膠質瘤有了一個較為細致的分類，但這種僅依賴形態學角度的分類常引起病理科醫生的主觀判斷誤差，使得應用存在一定的局限性。因此，近年來，越來越多的研究開始轉向P53、表皮生長因子受體、Ki-67、染色體 lp/19q等膠質瘤熱點標志物，從基因的水平分析了它們與膠質瘤之間的聯系，開辟有效的分子靶向治療，并推動了診斷和預后的研究。端粒長度調節酶1（RTEL1）與腦膠質瘤發生、發展有著密切聯系，現就其結構特性及與膠質瘤的研究進展作一綜述。
1 RTEL1的概述
RTEL1屬于解旋酶超級家族2中的DEAH亞家族，它包括rad3相關的DNA解旋域（此處具有5′-3′的解旋活性），同時它也是Fe-S集成解旋酶家族一員，這個家族還包括一些常見的成員，如FANCJ、XPD、DDX11D等[1]。RTEL1是一種很特殊的DNA解旋酶，它能解開多種DNA二級結構，促進DNA的復制、修復、重組，進而維持端粒的完整性。
2 RTEL1在DNA二級機構的復制和修復中的機制
有研究在裸鼠模型實驗中通過對RTEL1基因的定位，第1次確定了它能調控端粒長度來維系DNA等遺傳信息的穩定[2]。DNA的雙螺旋形結構在代謝和很多生理過程中至關重要，如果在復制和修復的過程中發生異常，很可能會導致一個病態的結構形成[3]。相關文獻分析顯示，RTEL1能作用于染色體端粒的一些特殊部位而發揮作用[4]，而這些重要的染色體結構在參與調控這一過程中同樣必不可少，如：① G4四聯體：一種位于染色體末端，富含鳥嘌呤核苷酸序列的復雜體，它由4條DNA單鏈組成，被視為一個在整個復制，修復過程中一種重要的中間產物。② T環：形態上，它是一個被染色體末端接納所形成的索套樣構型。研究表明，它實際上是一種DNA解開的單鏈侵入相鄰端粒DNA形成的二聯體，并能促進斷裂的單鏈在某種鏈侵過程中進一步形成一種名為“D環”的結構。這種D環和T環可能在保護染色體的末端不被降解和維護DNA修復活性的功能中扮演著重要的角色[5-6]。
在RTEL1調控過程中涉及到同源重組，它是一種高度保守的生物學代謝方式，在DNA的復制及減數分裂中與等位基因的交叉互換密切相關。當分子間的DNA發生復制，修復和重組時，它往往起始于雙鏈斷裂所形成的5′端，同時產生一個3′端單鏈TTAGGG端粒重復序列，通過一個特殊的過程—鏈入侵的方式—與臨近染色體等位基因的DNA片段相互作用形成D環，而RTEL1通過在分子內部作用于這些結構而發揮穩定端粒的作用，從而維系遺傳信息的完整。整個過程可能與與一種核蛋白纖維Rad51[7]有關，他能刺激催化對DNA雙鏈斷裂的末端進行侵襲，同時也需要另外一些重要的解離酶如GEN1、SLX、FANCJ、TRF1和TRF2等共同完成。
3 RTEL1與膠質瘤
目前，RTEL1基因的突變可能與膠質瘤有著緊密的聯系。這個原來被認為與DNA修復相關的分子有可能在抑制膠質瘤，髓母細胞瘤等一些顱內腫瘤方面有著密切聯系。英國癌癥研究所之前進行的全基因組關聯研究（GWAS）已證實了5種引起膠質瘤發生的風險的基因位點（片段），而20號染色體長臂13.33上的RTEL1基因就是其中之一，通過單核苷酸多態性（SNP）基因測序發現，RTEL1基因第12號內含子（rs6010620）突變與膠質瘤的發生有著密切關系[OR=1.28，95% CI（1.21，1.35），P=2.52×10-12] [8]。其變異不僅與膠質瘤易患性風險有著密切聯系，而且也是能夠判斷膠質瘤治療預后的指標。
3.1 RTEL1基因突變與膠質瘤易患風險的研究
英國癌癥研究所進行的GWAS提出了在RTEL1基因中SNP與大腦腫瘤易患性有著非常密切的聯系，包括常見的膠質瘤，如：星形細胞瘤、膠質母細胞瘤等，也見于隨母細胞瘤。Wrensch等[9]進行了這項GWAS研究，從一項包含692個成人膠質瘤案例與3 995個健康對照的試驗中驗證了275 000個常染色體的突變，最終發現了RTEL1基因存在2個SNP[分別位于第12號內含子（rs6010620）和第17號內含子（rs4809324）]與膠質瘤和星形細胞瘤有著很緊密的關系。值得思考的是，對RTEL1的各項研究雖然支持RTEL1的SNP與膠質瘤的發生與發展有聯系，但是作為發生在內含子中的突變對引起RTEL1突變的機制仍頗具爭議。眾所周知，在DNA的復制、轉錄及翻譯的過程中，按照中心法則，即便是內含子發生各種變化，那么在編碼蛋白質的過程中mRNA需要經過成熟的步驟，即對內含子剪切，外顯子的銜接的過程，那么這種內含子的突變理應是不會引起RTEL1功能的變化。有專家分析，內含子的SNP可能位于鄰近外顯子的區域，從而引發外顯子的包含或缺失，從而影響到外顯子[10]。還有研究認為內含子中的SNP影響并產生了一些隱蔽的剪接點，改變了RTEL1的合成[11]。但到目前為止，無實驗證明這種潛在可能存在的機制，所以仍然需要深入探尋。但RTEL1突變的出現與腫瘤易患性的聯系似乎為人類對中樞神經系統腫瘤的研究提供了一種可能性，即RTEL1可能在基因組中發揮著一種類似于抑癌基因的功能。最初這項功能發現來自于對小鼠體內RTEL1與增殖細胞核抗原（PCNA）的相互作用的研究。有研究發現，在體內試驗中RTEL1是與PCNA協同發揮作用，在無任何干擾破壞的正常情況下，RTEL1與PCNA的位點通過依賴PIP盒（存在于RTEL1上一重要結構）的方式共同存在[12]。RTEL1幫助PCNA形成了一個環繞DNA的環，使得DNA復制時它能夠移除結，進而解開DNA。這一過程對于正確的DNA復制至關重要，它確保了細胞能夠生長和分裂，防止發生遺傳錯誤。當RTEL1發生突變阻止它結合PCNA時，這一錯誤的發生會導致DNA復制遭到破壞，引發腫瘤的發生。當研究人員發現在小鼠體內中RTEL1基因存在這種方式的缺陷時，不僅可以大大增加對膠質瘤的易患性，還能加快膠質瘤的生長速度。在p53缺失細胞中，額外的丟失RTEL1和PCNA的作用會引起隨母細胞瘤的易患性，而單獨的P53缺失不會引起這種情況[12]。大腦顆粒層細胞是髓母細胞瘤的起源細胞，RTEL1和PCNA的作用對保護大腦顆粒層細胞免于惡變。
最新文獻示，通過對12篇具有較好的同質性的病例對照研究的文章進行Meta分析，結果顯示等位模式[OR=0.752，95%CI（0.715，0.792）]，顯性突變模[OR=0.729，95%CI（0.685，0.776）]，隱性突變模式[OR=0.647，95%CI （0.569，0.734）]，進一步強調了RTEL1為膠質瘤發生的一個高危因素[13]。
3.2 RTEL1基因突變與高級別膠質瘤預后的研究
醫務人員和患者對膠質瘤的預后最為關注，過去數十年的研究成果顯示雖然高級別膠質瘤的治療方法不斷改善，膠質母細胞瘤的平均生存期從10個月增長到14個月，平均中位生存期12～15個月[14]，但治療效果仍不滿意，因此研究者們開始轉對膠質瘤預后有指示作用的生物學標志物探究中。有研究分析，1個在RTEL1基因第12號內含子的SNP被證明與膠質母細胞瘤（GBM）有密切關系，而且這些突變（主要于第12號內含子）也是一個關鍵的預后指標[15]，該研究通過對590例原發多形性膠質母細胞瘤患者進行100個極可能跟與發生GBM有關的可疑SNP檢測并分析，結果發現GBM中RTEL1基因（rs2297440和rs6010620）的SNP的存在預示一個較長的生存期（≥36個月，對數秩檢驗P＜0.001），進一步為證實該基因作為一種良好預后的指示因子提供了證據。同時部分研究報道，RTEL1突變與年齡、性別也具有相關性，共同影響患者預后[16]。值得一提的是TERT（編碼端粒的反轉錄酶成分）的SNP與膠質瘤的易患性和預后也有密切聯系，但具體機制尚待進一步研究。
與此同時，RTEL1基因的多種突變不僅涉及對高級別膠質瘤、星形細胞瘤以及多形性GBM的影響，也與Hoyeraal-Hreidarsson綜合征及癌癥誘發精神混亂疾病有關[17]。
4 RTEL1與其他腫瘤
目前，有研究發現，RTEL1基因的突變同樣可能出現在肝癌、乳腺癌、淋巴瘤等惡性腫瘤樣本細胞中，其中研究最多的是小鼠肝癌模型，但這種突變不同于腦膠質瘤的RTEL1的變化（缺失），它往往呈現出一種類似原癌基因的過表達，進而引發RTEL1的擴增[18]，而其中機制可能涉及腫瘤細胞大量的有絲分裂及多核細胞的形成，但這種研究僅局限于實驗階段，缺乏臨床證據，需進一步深入探索。
5 結語
綜上所述，RTEL1不僅能表現為擴增還能表現為生長抑制，所以它有可能扮演了癌基因和抑癌基因的雙重角色。一方面，RTEL1的SNP被證實與顱內腫瘤有著很密切的關系，它的突變能加快腫瘤形成速度和增加罹患腫瘤風險，因此RTEL1可能具有一個抑癌基因的作用；另一方面，RTEL1可能參與WNT/b-catenin信號傳導通路，激活原癌基因表達，引起RTEL1的無限制擴增，而這種病態擴增導致DNA復制，修復及重組發生混亂，引起基因的不穩定性，從而促進腫瘤的發生、發展。因此，過度表達或低表達都可能引起腫瘤的發生。雖然目前機制尚未完全研究清楚，但隨著分子生物學的發展，分子檢測技術將更廣泛應用于膠質瘤及人類其他腫瘤的診斷和治療，這將提高預測腫瘤生物學行為的能力，并對合理的個體治療及評估患者預后具有重要的理論意義和實用價值。