p53诱导细胞老化的研究进展

张佳娜综述，邬黎青审校

(1、南昌大学医学院,江西南昌330006；2、南昌大学第二附属医院，江西南昌330006)

p53诱导细胞老化的研究进展

张佳娜1综述，邬黎青2审校

(1、南昌大学医学院,江西南昌330006；2、南昌大学第二附属医院，江西南昌330006)

p53基因是目前研究最多的肿瘤抑制基因之一，它与肿瘤的发生、发展关系密切，基于p53基因的抗肿瘤治疗已逐渐成为抗肿瘤治疗的重要方法之一。活化的p53可引起细胞周期静止，细胞凋亡或者细胞老化，而细胞老化和抗肿瘤之间存在着密切的关系，本文将对p53诱导细胞老化的最新进展作一综述。

老化；p53基因；肿瘤

细胞老化是指细胞不可逆地停止在细胞周期的G1/S阶段，失去了对生长因子的反应能力，并且永远丧失增殖能力。老化的细胞体积变大，形态变得扁平，而且在pH6.0时表达特征性生物标记SA-β-Gal(senescence-associated β-galactosidase)。最近的研究指出，对于带有肝癌或肉瘤的老鼠，重新活化其体内的p53可以诱导肿瘤细胞老化并使肿瘤消退。老化的出现作为一个有效的肿瘤抑制机制作用是十分突出的。p53与细胞老化和抗肿瘤之间存在着密切的关系。

1 老化的发现

早在1961年，Hayflick和Moorhead发现人类二倍体细胞在体外培养时增殖次数是有限的，它们会进入一个代谢活跃但是增殖却停止的状态，这种状态被称“复制性老化”或者“Hayflick”极限。后来这种复制性老化现象在体内和体外的多种细胞中都曾被证实过[1]。几年后，在细胞分裂过程中端粒(telomeres)的损耗被认为是复制性老化的一个潜在机制。端粒是由许多简单重复非转录序列(TTAGGG)和相关蛋白组成的复合结构，是染色体末端的一种保护结构，每一次复制时由于DNA的3'末端的复制不全，导致端粒30-150bpDNA的重复序列丢失[2]。因此，它的末端会随周期性的复制而逐渐缩短。研究表明严重的端粒缩短引发了DNA损伤，这种损伤将导致细胞老化，复制能力丧失[3]。除了复制性老化，还有一种早熟性老化现象。Serrano等人在第一次确定应激性早熟性老化(Stress-induced Premature Senescence，SIPS)的时候没有把它归因于端粒的损耗，他们将其叙述为一种致癌基因诱导的老化现象(oncogene-induced senescence,OIS)。他们证实在人类及啮齿目动物的细胞中致癌基因ras的表达使细胞周期停止在G1期，并且有p53及p16的累积，这些特征与复制性老化很相似[4]。同样，一些DNA损伤剂如辐射、化疗药物、氧化因子等都能导致细胞的提前老化。重要的是，人端粒酶逆转录酶(hTERT)的表达并不能终止应激性早熟性老化，这点提示细胞老化可以不依赖端粒损耗而被提前触发。端粒的损耗、有活性的癌基因及DNA损伤剂都将导致基因组的不稳定，概况起来，细胞老化就是一种对基因组不稳定因素的一种保护反应。

2 p53与老化

p53基因是目前研究最多的肿瘤抑制基因之一，它与肿瘤的发生、发展关系密切，至少50%的人类恶性肿瘤存在p53基因突变[5]。人类p53基因定位于17p13.1，基因全长16—20kb，由11个外显子和10个内含子组成，编码393个氨基酸。p53基因有野生型(wtp53)和突变型(mtp53)两种。wtp53存在于正常的细胞中，它是一种在细胞应激反应中起关键作用的序列特异性的转录因子，其编码的p53蛋白主要的功能是整合细胞对各种应激情况的反应，介导下游靶基因的调控从而引起细胞周期停滞及细胞凋亡，抑制肿瘤生长[6]。正常情况下，P53蛋白被MDM2(mouse double minute2)捕获，并在MDM2的介导下穿过核膜进入胞浆,从而使P53蛋白能被胞浆中的蛋白水解酶识别并降解。当正常的wtp53转变成mtp53时，则其失去了对细胞生

长的抑制作用反而促进细胞过度增殖，导致肿瘤的发生。研究表明细胞老化是细胞对一些刺激信号做出的一种反应，这些刺激包括端粒机能障碍[7]、致癌基因的激活[8]和DNA损伤[9]等。对于这些刺激信号，P53蛋白经过一系列翻译后的修饰，能以一种特定有活性的方式使DNA修复、细胞周期静止、细胞凋亡或者细胞老化[10]。许多研究发现，复制性老化的细胞表达有活性的DNA损伤相关蛋白ATM及Chk2，ATM与Chk2分别在P53的Ser15和Ser20位将其磷酸化，从而可以减弱P53与其负调控因子MDM2的结合，抑制P53的泛素化降解,使P53降解减少，促进P53的激活和积累。在老化的细胞中，尽管p53的mRNA和蛋白水平没有明显变化，但是其转录活性却有增高[11]。在p53缺失的细胞中超表达的p53能够有效地诱导早熟性老化[12]。相反的，用病毒蛋白(SV40 T抗原或HPV-16 E6蛋白)或基因剔除技术灭活p53，则延长了细胞的寿命[13]。因此，p53是细胞老化的一个关键的调节物。

p53所致的细胞周期停止、老化及凋亡都是通过激活其下游基因而发挥功能的。迄今为止有超过100种p53的靶基因被发现，例如与凋亡相关的Bax、Puma、Noxa、Fas及Killer/DR5等。虽然发现的靶基因很多，但是对于参与到p53介导的细胞老化的靶基因仍然了解很少。p21是p53的一个经典靶基因，在细胞周期停止的细胞中，p53使p21表达增加。在许多细胞中，过度表达p21都能引起类似于细胞老化一样的生长停止[14]，而敲除p21则能延缓细胞老化。这些研究提示p53介导细胞老化至少有部分是通过诱导p21来完成的。p21作为细胞周期蛋白激酶抑制剂，抑制CKD(如CKD4及CDK6)的活性，Rb不能被磷酸化，EF2持续失活，从而来调节细胞周期的进程[15]，引起细胞老化。

3 老化障碍与肿瘤的进展

研究表明细胞周期调控与细胞老化和肿瘤的发生之间存在着密切的关系[16]。细胞周期对于细胞的存活及增殖起着决定性的作用，所以这一过程受到非常严格的调控。有许多蛋白控制着细胞周期的每一个阶段，并及时发现及修复基因损伤。任何一个错误的调节都可能导致细胞的增殖不受控制，最终引起肿瘤的发生。而肿瘤细胞由于具有无限增殖的能力被认为存在某种程度的细胞老化障碍。此外，端粒酶(telomerase)是一种能以自身RNA为模板逆转录合成端粒的核糖核酸酶，其主要功能是维护端粒的长度，从而延续细胞的增殖[17]。正常细胞缺乏端粒酶活性，而恶性肿瘤细胞细胞能激活端粒酶活性，由于端粒酶的作用从而克服了端粒的损伤，逃避细胞老化机制，有了无限增殖的能力[18]。

细胞老化是一种阻止突变的细胞扩增的一种保护机制，这种机制将导致细胞进入一种永久的细胞周期停止的状态。这个不可逆的生长停止可以阻止一些损害传播到下一代细胞。并且老化的细胞经吞噬作用被清除而使肿瘤退化[19]。由此可见，老化能作为一个有效的肿瘤抑制机制，其效果很突出的。细胞融合实验进一步证明了细胞老化是一种重要的肿瘤抑制机制。当老化的细胞接合到增殖细胞中，即使加入促有丝分裂剂，DNA的复制也会受到抑制，同样地，将老化细胞接合到肿瘤细胞中，DNA复制也会受到类似的抑制[20]。因此，促进老化被认为是一个潜在的治疗肿瘤的方法。有趣的是，老化的细胞只出现在癌前病变的组织中，而已经癌变的组织中没有发现老化的细胞。因此，我们可以猜测致癌基因诱导的老化有助于约束肿瘤的发生进程，而恶性肿瘤可能是由于缺失了p53而减弱了老化的能力。但是，在体内诱导老化是否是一个有效的抑制肿瘤的方法还是有争议的。最近的研究证明，在那些患有肝癌、肉瘤或者淋巴瘤的老鼠中，有条件地修复p53的功能，能够促进肿瘤的衰退。尽管淋巴瘤的衰退与细胞凋亡有关，但是肝癌和肉瘤的衰退与细胞老化有关。因此，除了p53参与细胞凋亡的机制之外，p53诱导细胞老化的机制也能成为一个在体内消除癌症的有效途径，但由于p53由此给机体带来的副作用，此方法并未广泛应用于临床。

4 p53引起老化的机制

激活老化应答为肿瘤的治疗提供了一个新的有效途径。而p53在老化调节中起着重要的作用，所以可以通过活化p53来诱导细胞老化，从而达到来治疗肿瘤的目的。p53是老化调节中的一个关键基因，尽管有研究很清楚地证实了p53能诱导细胞老化，但是近年来一些证据表明p53也能促进细胞停止而抑制细胞老化。由于细胞的种类不同以及一些其他因素，p53的激活可导致细胞出现不同的结果：细胞的凋亡、可逆的(静止)和不可逆

的(老化)细胞停止[21]。细胞静止是细胞停止在细胞周期的G0/G1阶段，它处于暂时不增殖状态，但仍有增殖潜能，在一定刺激后仍能重新进入细胞周期而恢复生长增殖，成为了肿瘤复发的隐患[22]。而老化的细胞可以经吞噬作用被清除而使肿瘤退化[19]。但是活化的p53通过何种机制最终导致细胞凋亡、静止或老化，还不是很清楚。Demidenko[23]等人最近的研究表示诱导异位表达的p21可使HT1080纤维肉瘤细胞进入老化状态。而p21是p53的下游靶基因，在细胞的老化和静止机制中不可或缺。相反，用一种MDM2拮抗剂Nutlin-3a活化p53反而抑制了由p21介导的细胞的老化机制，使细胞在p21水平不变的情况下进入静止状态。同样的，雷帕霉素作为一种经典的MDM2拮抗剂，也可以抑制由p21介导的细胞的老化机制。这一点提示激活p53不能引起细胞的老化可能是抑制了mTOR通路。可见p53的水平并不与细胞老化的现象呈正相关。而在Korotchkina[24]等人用Nutlin-3a来研究p53促进细胞老化和细胞停止的机制中他们证实了若保持mTOR的活性可使p53调节引起细胞不可逆的老化，而当mTOR信号通路受到抑制，激活p53则引起细胞周期的停止。在他们现在的研究中，Korotchkina等人表明那些被Nutlin-3a诱导致老化的细胞，如果用雷帕霉素抑制其mTOR通路，则可使其转变成静止状态。此外，在那些由p53介导的静止期的细胞中，若去除下调mTOR的TSC2，则可使细胞转变成老化。由此可见细胞老化至少需要两个因素：p53引起的细胞周期的停止和同时发生的mTOR通路的激活。低浓度Nutlin-3a诱导低量的p53则不能抑制mTOR的活性，才可引起细胞老化。

5 结束语

近几年，老化与肿瘤治疗的研究越来越受到关注。很显然，促进老化为肿瘤的治疗开辟了新的重要途径，而p53在这个过程中起到了关键的作用。但是，p53引起细胞老化的机制还在研究当中，而且在大多数肿瘤细胞中p53的突变很常见[25]，怎样有效地利用p53诱导细胞老化从而抑制肿瘤，仍需继续探讨和研究。总之，明确活化p53来诱导细胞老化的作用机制，对于治疗肿瘤的研究具有重大意义。

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A

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10.3969/j.issn.1674-1129.2013.01.015

国家自然科学基金资助项目（项目编号：30960430/ H1601）；江西省自然科学基金资助项目（项目编号：20114BAB205053）。

张佳娜，女，1987年11月生，南昌大学医学院病理学与病理生理学硕士研究生，研究方向为肿瘤分子生物学。

邬黎青，病理学博士，病理科主任，研究生导师。