P53对胚胎干细胞分化的影响及作用机制

史晋叔，涂怀军，张 娟，李 剑

(南昌大学第二附属医院1.血液重点实验室;2.神经内科;3.南昌大学研究生院医学部，江西南昌330006)

肿瘤抑制基因P53 是目前研究最为广泛和系统的抑癌基因之一，它在癌组织中表达率低于正常组织，野生型P53 参与了DNA 损伤修复、细胞周期调控、细胞凋亡及抑制血管生成等过程［1－2］。它与人类肿瘤的发生发展关系极为密切，几乎在所有的人类肿瘤中均存在P53 信号通路的异常。P53 通过介导一种可逆的抑制细胞生长过程或是诱导细胞衰老、凋亡来防止细胞恶变，因此P53 常被作为肿瘤治疗的靶点［3］。

近年来，随着胚胎干细胞(embryonic stem cells，ESCs)研究的不断深入，其具有无限自我增殖能力和多向分化潜能的特性使其可被应用于生命科学的多个领域，具有广阔的临床应用空间，而ESCs 临床应用的前提则是其增殖与分化机制的明确。鉴于ESCs 与肿瘤在无限增殖等方面存在的相似性，那么P53 对ESCs 是否存在与肿瘤相似的调控机制呢?已有科研工作者开展了有关P53 对ESCs 干性影响的相关实验，证明P53 确实可调控ESCs 的分化。

P53 具体是通过哪些物质或是信号通路来实现对ESCs 的调控的呢?本综述将从P53 上调促进ESCs 分化和P53 下调抑制ESCs 分化两个方面来逐一进行分析:

1 P53 上调促进ESCs 分化

细胞内调节P53 活性功能主要通过泛素化、乙酰化或磷酸化等途径。因P53 的激活是细胞应对不同类型应激的中心环节，所以P53 活性的激发必须被严格控制［4］。正常情况下，P53 通常通过不断的被泛素连接酶HDM2(也叫MDM2，ubiquitin ligase)泛素化和降解保持在较低水平。当ESCs 受刺激时，P53 磷酸化，导致HDM2 介导的P53 降解被关闭，具有转录活性的P53 堆积，致使细胞增殖被抑制或导致细胞凋亡［5］。P53 分子中存在多个赖氨酸残基，它们均是潜在的乙酰化位点。CBP/p300 具有组蛋白乙酰转移酶活性，可使P53 在Lys373(lysine 373)位点上被乙酰化，增强P53 与其DNA 反应元件的亲和力，同时使P53 结合在启动子上，增强转录激活功能，从而发挥其生物学功能。

1.1 P53 通过与P21 基因作用延长ESCs G1 期并促进细胞分化

在ESCs 的分化过程中存在一种活跃的乙酰化/脱乙酰作用，该作用能开关调控P53［6］。当hESCs 受分化信号刺激时，脱乙酰化酶SIRT1 下调，允许P53 在CBP/p300 的靶点Lys373 位点上被乙酰化［7］，激活P53 的转录功能，并将其与HDM2 和TRIM24 的连接断开，使P53 的水平上调。实验证明P53 可直接调控P21(CDKN1A)的表达，P21 是一种细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂，可调控细胞周期，也是P53 的主要转录靶点之一，是依赖P53 的延长细胞周期G1期的必要条件。当敲除P21 时，即使细胞受到DNA 损伤等不利因素刺激，也不能将细胞周期阻滞在G1期［8］。因此当P53 表达水平上调时，P53 与其下游基因靶点CDKN1A 的P53 REs(distal p53 response element)位点结合，促进G1期阻滞［9］，显著延长ESCs 的G1期。

细胞周期的G1期的持续时间可以整合细胞内部和外部诱因，决定细胞是否增殖、分化或死亡［10－11］。G1期的长短是区分干细胞与已分化细胞的关键因素之一，干细胞的G1期比已分化细胞的G1期要短得多，同时若上调维持细胞干性的ESCs关键蛋白(nanog)能够使G1期缩短，显著促进ESCs的G1/S 转换［12］，增强细胞干性。由此可见，缩短G1期有助于细胞干性维持，而延长G1期可促进细胞分化。

1.2 核仁蛋白缺失激活P53 通路导致ESCs 分化

核仁蛋白在未分化ESCs 中高表达，可维持ESCs 自我更新能力，在调控细胞周期进程、增殖以及阻止细胞凋亡、分化等方面都具有重要作用。核仁蛋白缺失可激活P53 通路，使P53 蛋白水平及活性提高。敲除核仁蛋白可抑制细胞周期进展，使处于G1期的细胞百分比明显增高，而在核仁蛋白缺失的ESCs 中使P53 表达沉默可部分取消G1期细胞的积聚，由此可见，核仁蛋白缺失P53上调可导致ESCs 积聚在G1期，向S 期的转变减少［13］，进而DNA 的合成减少了，有丝分裂也会随之减少，细胞增殖被抑制，则ESCs 会更倾向于凋亡与分化。

2 P53 下调维持ESCs 干性、抑制分化

在正常增殖的ESCs 中，P53 通常维持在较低水平，P53 升高会诱导干细胞走向分化。因此，ESCs若能通过某些信号通路或机制使P53 表达下调或许可以抑制ESCs 分化。

2.1 低氧/氧化应激条件下低P53 高HIF-2α 状态使ESCs 干性增强、抑制分化

据报道，ESCs 在组织损伤的地方有细胞保护的作用，但是损伤组织的低氧状态会活化P53，导致ESCs 的死亡和分化，为什么会存在这一矛盾现象呢?这是因为ESCs 存在一种利他行为［14］。低氧/氧化应激使在新陈代谢、血管生成等重要功能中起重要作用的转录因子——低氧诱导因子1α(HIF-1α)和低氧诱导因子2α(HIF-2α)表达上调，HIF-1α增强P53 活性，而HIF-2α 通过扰乱细胞氧化还原内稳态、允许活性氧(ROS)堆积和DNA 损伤来抑制P53 介导的应答反应［15］。所以在低氧/氧化应激情况下，P53 处于不断波动的状态，ESCs 中SSEA3 + /ABCG2 +这一小部分，经过瞬态细胞重编码转变为低P53 高HIF-2α 的转录活性状态，并通过关闭通常参与细胞分化过程的信号通路来阻止细胞分化。HIF-2α 同时上调几种抗氧化机制，如使谷胱甘肽分泌增加以及提高一系列有细胞保护和再生能力的生长因子的分泌，使细胞在保持自身干性的同时帮助临近细胞也保持干性。有趣的是SSEA3 + /ABCG2 +细胞甚至具有更高的干性，有更高的Nanog 表达、抗氧化因子分泌和细胞保护作用。

2.2 Aurka 抑制P53 维持ESCs 干性、抑制分化

在ESCs 中，P53 是极光激酶A (aurora kinase A，Aurka)磷酸化的作用底物，P53 上存在两种进化上保守的假定Aurka 磷酸化作用位点——Ser215 和Ser315，Aurka 的缺失会导致P53 活性上调，引起ESCs 的分化，具体来说就是Aurka 通过磷酸化作用介导P53 定向抑制中胚层和外胚层基因表达来维持细胞的多能性［16］。其中Ser215 的磷酸化是通过取消其DNA 结合和反式激活活性来抑制P53 的活性［17］，而Ser315 的磷酸化是促进Mdm2 通过直接结合和泛素化来诱导P53 的降解［18］。

一般来说P53 的磷酸化是其功能活化的信号，如Ser15、Thr18 和Ser20 这3 个氨基末端位点位于氨基酸1～50 位N-末端的转录激活结构域，它们的磷酸化破坏了P53 和MDM2 之间的相互作用，导致了P53 的堆积［4］。但是Ser215 和Ser315 这两个氨基末端位点并没有位于氨基酸1～50 位N-末端的转录激活结构域内，推测在此位点上磷酸化可能不但没有激活P53，反而抑制了其转录活性，从而达到维持ESCs 干性、抑制分化的目的。

3 展望

自从灵长类动物囊胚中分离得到ESCs 以来，ESCs 的研究一直是生物医学领域的热点和焦点，它不仅使人类胚胎发生、发育异常的体外直观研究及有针对性的进行药物、畸胎原测试等成为现实，而且其无限自我更新和增殖的能力使ESCs 在组织移植、细胞替代、基因治疗等方面有着广阔的前景，给医学领域在许多疑难疾病的治疗上带来希望［19］。明确ESCs 自我更新和多向分化的调控机制是ESCs广泛应用的前提，而P53 正是其调控机制相关因素之一。

虽然目前已有较多的科研人员在研究ESCs 维持干性及分化的机制，但是仍未确立其确切的分子调节机制，在这一方面仍需广大研究者的不断探索、不断努力，尽早为ESCs 的临床应用奠定坚实的基础。

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