突變p53在腫瘤發生過程中的功能研究與進展

謝林峰 向俊蓓 姜欣

【摘要】 p53基因是重要的抑癌基因之一，具有抑制腫瘤的作用，超過50%的癌癥伴有p53基因的突變。p53基因的突變不僅導致其腫瘤抑制功能的失去，同時將促進腫瘤的發生發展，此現象被稱為獲得性新功能（GOF）。本文將從p53與細胞周期、細胞代謝途徑及干擾轉錄調控等方面綜合闡述p53與癌癥之間的關系，為癌癥的創新治療及靶向藥物的開發提供理論依據。

【關鍵詞】 p53 腫瘤發生 細胞代謝途徑 細胞周期

[Abstract] p53 gene is one of the important tumor suppressor genes， which has the effect of inhibiting tumor， more than 50% of cancers have the mutation of p53 gene. The mutated p53 gene not only leads to the loss of tumor suppressive function， but also promotes the tumorigenesis. This is called “Gain of function” （GOF）. In this paper， the relationship between p53 and cancer will be discussed from the aspects of p53 and cell cycle， cell metabolic pathway and interference of transcriptional regulation， so as to provide theoretical basis for the innovative treatment of cancer and the development of targeted drugs.

[Key words] p53 Tumorigenesis Cellular metabolic pathway Cell cycle

First-authors address： Sichuan Nursing Vocational College， Chengdu 610100， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2020.24.043

研究發現p53基因具有抑制腫瘤的作用，在絕大多數腫瘤的發生過程中均存在p53信號通路的障礙。超過50%的癌癥伴有p53基因的突變[1]。在一些腫瘤細胞中，p53基因的突變不僅導致其腫瘤抑制功能的失去，同時將促進腫瘤的發生發展，此現象被稱為獲得性新功能（GOF）[2]。相較于野生型p53，突變型p53將建立起兇險的新功能。此功能允許突變型p53與p53信號通路蛋白相結合，這不僅將導致其失去抑制腫瘤的能力，甚至將其改變成腫瘤發生的促進因子。此時，一系列原本由野生型p53指導的能抑制腫瘤生長的細胞基本功能將受突變型p53的影響促進腫瘤發生。突變型p53將降低細胞對有絲分裂、細胞周期、糖酵解、核酸和脂質合成的嚴格控制，從而促進腫瘤細胞的增殖[3]。因此，本文結合近幾年關于p53的研究，重點討論突變型p53的調控機制，為癌癥的治療提供重要依據。

1 p53與細胞周期

1.1 早幼粒細胞白血病蛋白 正確的細胞周期調控對細胞的正常功能至關重要。同樣重要的是感知DNA損傷的能力，并在適當的時候中斷這個周期，促使修復或消除具有不可逆損傷的細胞。野生型p53是細胞對DNA損傷做出反應的關鍵因子。與腫瘤抑制因子早幼粒細胞白血病（PML）蛋白的結合將促進p53的應激反應。具體而言，PML通過協同招募p53的翻譯后修飾物：激酶CK1、CK2、HIPK2，乙酰轉移酶CBP/p300與MOZ[4]，以促進p53的翻譯后修飾，增強野生型p53在應激反應中的穩定和活化。穩定的野生型p53可以暫停細胞周期進程，同時啟動分子應答機制對損傷的DNA進行修復。PML又是野生型p53轉錄激活的直接靶點，構成一個正反饋調節機制。研究發現，PML單獨丟失不會導致癌癥，然而干擾其功能可能會促進癌癥，這可能和PML與RAR-α融合形成致癌物有關[5]。

重要的是，突變型p53對PML的控制定義了突變型p53對野生型p53腫瘤抑制伴侶的破壞模式。研究發現，當p53在癌細胞中發生突變時，它與PML變為組成性的結構關系，而不像在應激反應中PML與野生型p53為短暫的配對關系。更確切地說，野生型p53可作為轉錄因子通過與靶基因的轉錄調控元件結合，而直接控制其轉錄活性從而達到控制DNA修復、生長的目的。相反的是，突變型p53無法直接與上述轉錄調控元件結合，而是錨定在其他轉錄因子上，干擾它們的轉錄，包括NF-Y[6]。如CDC25C作為突變型p53與NF-Y和PML合作的轉錄靶點，能啟動細胞有絲分裂的進行。一直以來，PML被認為可能決定著突變型p53癌細胞的生長，直至PML消耗用盡[5]。也就是說在健康細胞中，PML加強野生型p53的抑制腫瘤能力，而在癌細胞中，PML卻成為與突變型p53相關的致癌因子。

1.2 同源性磷酸酶-張力蛋白 同源性磷酸酶-張力蛋白（PTEN）也是一種重要的細胞周期調節因子，在野生型p53中作為腫瘤抑制因子而享有盛譽。PTEN可通過抑制PI3K-AKT/PKB細胞生存通路控制細胞周期和細胞生存。PTEN還能通過在Mdm2依賴性或非依賴性機制中穩定p53蛋白，達到抑制腫瘤的作用。同時PTEN還通過物理相互作用增加wt-p53的轉錄活性[7]。相應的，野生型p53可通過與PTEN的啟動子結合來增強PTEN的轉錄[8]。進而PTEN與p53的相互作用促進了腫瘤的抑制。

在突變型p53的背景下，PTEN變現出截然相反的功能，它促進腫瘤生長[7]。PTEN在表達突變型p53的細胞中以類似于PML的方式致癌。PTEN通過抑制Mdm2介導的降解作用來穩定突變型p53蛋白，從而抑制細胞死亡并促進細胞增殖[9]。此外，PTEN能增強突變型p53/乙酰轉移酶CBP/NF-Y復合物的轉錄活性。此復合物能激活c-Myc和Bcl-XL的轉錄，從而促進細胞生存與增殖[9]。

1.3 Polo樣激酶2 Polo樣激酶-2（PLK2）作為野生型p53的靶點，能參與細胞周期調控。在野生型p53環境中，PLK2具有抑癌作用，因為其啟動子與野生型p53的反應元件相互作用誘導細胞周期停滯在G2期。相反，在突變型p53環境中，PLK2作為癌基因發揮作用。因為由轉錄因子NF-Y介導的突變型p53和PLK2之間的間接相互作用能增強細胞增殖。PLK2反過來在野生型p53上未磷酸化的位點上磷酸化突變型p53，磷酸化的突變型p53與p300相互作用更有效，同時促進細胞周期激活因子的轉錄活性[10]。以上形成一個相互促進的反饋現象，這在研究突變型p53的GOF機制上有普遍意義。

2 p53與細胞代謝途徑

2.1 核苷酸代謝 野生型p53調控DNA損傷的修復，它不僅可以暫時阻止細胞周期的進展，使修復得以進行，而且還能積極促進修復成分的供應。具體而言，為了應對DNA損傷，野生型p53會臨時性的激活核苷酸還原酶（RRM2b），以促進核糖核苷二磷酸轉化為脫氧核糖核苷二磷酸，這是DNA合成的必要步驟。相反，當p53突變后，它將組成性上調RRM2b的表達。同時，突變型p53將通過與轉錄因子ETS2的招募調控作用，增強其他核苷酸代謝基因的轉錄活性。總之，突變型p53能上調核苷酸生物合成，以滿足癌細胞快速增殖和侵襲的需求[11]。

2.2 葡萄糖代謝 葡萄糖代謝的調節對機體健康與穩態的維持至關重要。細胞癌變時，葡萄糖將被消耗來促進癌細胞增殖。對葡萄糖的適當調節是野生型p53抑制腫瘤的重要能力。野生型p53可通過以下三個水平來調節葡萄糖代謝：（1）抑制葡萄糖轉運蛋白1和4的表達[12];（2）調節靶基因的轉錄，從而抑制肝的糖酵解與糖異生作用[13];（3）在磷酸戊糖途徑中直接結合和抑制葡萄糖-6-磷酸脫氫酶[14]。然而，當p53突變時，不僅以上葡萄糖代謝調節機制丟失，而且突變型p53能通過GOF進一步增加葡萄糖攝取。具體而言突變型p53能使葡萄糖轉運體Glut1向細胞膜表面的聚集，從而刺激癌細胞攝取葡萄糖以滿足癌細胞快速增殖所需[15]。對應的，葡萄糖又能維持突變型p53的穩定性，進一步促進癌細胞的生長[16]。這種對葡萄糖的需求確定了一個潛在的治療靶點，目前正在進行廣泛的研究。

2.3 脂質代謝 控制脂質的供應對細胞的分裂和維持至關重要。脂肪酸和膽固醇合成代謝中的幾乎每一種酶都受到固醇調控元件結合蛋白（SREBPs）轉錄因子的調節[17]。具體而言，SREBP-1決定包括脂肪酸合成酶在內的生脂酶的表達，而SREBP-2調節膽固醇合成[18]。應對壓力，野生型p53可通過抑制SREBP-1轉錄因子與生脂基因的表達來阻止脂質的積累。相反，突變型p53直接與SREBPs（SREBP-1和SREBP-2）結合，且能上調甾醇途徑和脂肪酸合成途徑中關鍵酶的轉錄活性。同時，突變型p53還與甲羥戊酸合成途徑和脂肪酸合成途徑中酶表達的增加有關，其上調這些重要途徑與快速增殖的癌細胞對膜脂的需求相一致[19]。

2.4 抗氧化途徑 活性氧中間產物具有包括信號傳導等重要的細胞功能。然而，如果它們失去控制，會對健康細胞產生嚴重損害，并可能誘發癌癥[20]。核因子紅系相關因子-2（NRF2）為重要的氧化還原調控因子[21]。在輕度應激反應中，p53轉錄激活與Nrf2結合的重要細胞周期抑制物p21，從而將其從平常的約束狀態中解除[22]。Nrf2從細胞質到細胞核的重新定位使它能調節多個抗氧化靶點，其中大約已有200個基因被報道[21]。如其中的NADH泛醌氧化還原酶，其在野生型p53與突變型p53的環境中具有不同的功能[23]。在應激反應時，p53將抑制Nrf2。這種精細的控制水平反映著p53能在輕度應激損傷的情況下促進修復，卻在嚴重的不可修復的損傷中阻止補救過程。

在應對氧化應激時，突變型p53能降低Nrf2的蛋白質水平。其結果是Nrf2的目標基因，解毒酶基因的低水平表達，而活性氧（ROS）增多。值得注意的是，在氧化應激下，野生型p53使細胞生長受到抑制，而突變型p53能增加細胞對ROS的耐受性，使細胞能存活與增殖[24]。

3 干擾轉錄調控

當p53發生突變時，轉錄活性發生改變，這將促進癌癥的發生。除上述提到的物質外，近年來還有一些新發現。

3.1 SWI/SNF 在更高水平上，證實了突變型p53對染色質調節的改變作用。為了使野生型p53能夠進入其靶基因調控區域（上游啟動子或內含子）中特定的DNA反應元件，它必須與許多染色質調控因子協作以暴露適當的調控元件和相關的要轉錄的DNA[25]。野生型p53通過與染色質重構復合物SWI/SNF相結合達到以上作用[26]。突變型p53也被證實能與SWI/SNF復合物結合，但是與野生型p53相比，突變型p53不能直接與野生型p53的DNA反應元件結合，而是通過其他轉錄因子定位到不同的基因啟動子。通過這種協調作用，SWI/SNF復合物估計將促進40%以上由突變型p53調控的基因的轉錄。如血管內皮生長因子受體2（VEGF2），它對與腫瘤發生相關的新生血管的生成至關重要[27]。

3.2 MLLs/MOZ 突變型p53可通過不同于野生型p53與對應物的相互作用方式改變轉錄機制。野生型p53可通過其核心結構域與RNA聚合酶Ⅱ（POL Ⅱ）物理性結合的方式來抑制靶基因的表達[28]。相反，通過轉錄因子ETS2的參與，突變型p53可重新定位于RNA聚合酶Ⅱ以轉錄組蛋白甲基轉移酶MLL1、MLL2及乙酰轉移酶MOZ。這說明突變型p53能改變基本的轉錄過程以滿足癌細胞增殖[29]。

p53為重要的抑癌基因，是細胞周期與細胞代謝途徑中的重要調控因子。首先，野生型p53可以暫停細胞周期進程，啟動分子應答機制對損傷的DNA進行修復。同時，野生型p53調控著生物三大物質的代謝，通過限制腫瘤細胞核酸物質的合成與對葡萄糖的攝取等作用抑制細胞生長。研究發現，野生型p53可調控多種基因的轉錄活性，并對染色質進行調節。野生型p53與其分子伴侶間相互作用形式的改變在促進腫瘤的生長中起著關鍵作用。在某種程度上，p53基因的突變為促進腫瘤生長提供了廣泛的基礎性新特性。這些發現為具有突變型p53癌癥的治療提供了創新的理論依據。同時，因p53突變可改變其分子伴侶的功能，這提醒廣大醫務工作者在針對這些靶點的治療前，也要考慮p53的狀態。

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（收稿日期：2020-01-10） （本文編輯：程旭然）