P53蛋白对肿瘤细胞铁死亡的调节作用

张佳悦，李政泽，王 媛，宋天娇，孙 鹏*,梁 冰*

(1.延边大学医学院，延边大学附属医院药学部，吉林 延吉133000；2.吉林大学附属中学，吉林 长春130021；3.吉林大学护理学院，吉林 长春130021)

2012年，Dixon等在探讨Erastin诱导RAS突变的肿瘤细胞发生死亡的作用机制时，发现了一种铁依赖的氧化损伤所引起的新型细胞死亡方式，命名为铁死亡[1]，这种细胞死亡方式可能用于治疗肿瘤。野生型(wild-type,wt)p53是一种重要的抑癌基因，可以帮助细胞修复基因缺陷，并诱导肿瘤细胞发生凋亡，从而具有抑癌作用，p53基因缺失是许多肿瘤发生的重要因素。然而，突变型p53却促进肿瘤细胞的生长[2]。最新研究发现，P53还可通过调控铁死亡诱导肿瘤细胞死亡，然而其机制尚不明确。本文综述P53调控铁死亡的机制，为研究铁死亡的调控机制提供参考。

1 P53通过下调SLC7A11转录促进铁死亡

SLC7A11(XCT)是膜钠依赖system X-c的轻链亚单位，system X-c是由SLC7A11和重链亚单位(SLC3A2)经二硫键联接组成的异二聚体[3]。System X-c可将细胞内的谷氨酸盐转移到细胞外，并介导细胞外的胱氨酸进入细胞，胱氨酸在细胞内转化为半胱氨酸后用于谷胱甘肽(GSH)的合成，从而保护细胞免受氧化应激损伤。抑制System X-c可通过降低细胞内GSH的合成，导致L-ROS累积从而诱导铁死亡[4]。研究表明，小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)中P53激活与SLC7A11表达呈负相关，提示P53可能通过抑制SLC7A11从而诱导MEF发生铁死亡[5]。

以Nutlin-3激活P53可显著下调细胞中SLC7A11的表达，p53基因敲除可完全消除Nutlin-3对SLC7A11的抑制作用。在p53基因敲除(p53ko)的细胞中，system X-c和SLC7A11的表达对Nutlin-3不敏感[6]。一项研究在SLC7A11基因的5′区域鉴定了P53结合序列，随后证实该启动子区域形成了P53-DNA复合物[7]。P53抑制SLC7A11的转录导致胱氨酸输入障碍，进而GSH产生减少，活性氧介导的铁死亡增多，这一分子级联可能有助于P53发挥抑癌作用[7]。

P53可诱导促进细胞凋亡和细胞周期停滞的基因转录，而P533KR变异体由于赖氨酸残基处缺乏乙酰化位点，对这些基因不具有转录调控功能。然而，表达p533KR的小鼠不易发生肿瘤，并与野生型小鼠的总体存活率相似[8]；即使缺失P53下游基因，P533KR仍具有抑制肿瘤的作用；在异种移植瘤模型中，P533KR变异体可下调SLC7A11的表达，并明显抑制肿瘤生长[9]。以上研究表明，是P533KR变异体保留的P53-SLC7A11轴通过诱导铁死亡发挥了抑瘤作用，而与P53的传统抑瘤机制无关。

2 P53通过促进DPP4入核抑制铁死亡

在人类结直肠癌(CRC)中，P53一方面通过转录依赖的方式诱导铁死亡，另一方面在Erastin介导的铁死亡中发挥抑制作用。以Erastin处理后，p53-/-的CRC细胞中脂质氧化水平进一步增强，GSH下调更加明显；将p53 cDNA导入p53-/-的CRC细胞后，丙二醛和GSH得到了恢复[10]。

在独立转录机制中，p53缺失诱导的铁死亡与二肽基-肽酶-4(DPP4)活性受限有关。DPP4是一种膜结合的二聚肽酶，广泛表达于不同细胞类型，具有降解生物活性肽的活性[11,12]。DPP4对许多肿瘤的致瘤作用已被报道[13]，其异常表达与肿瘤侵袭相关。p53缺失时DPP4的核定位减少，CRC细胞中与质膜相关的DPP4依赖的脂质过氧化增加，脂质过氧化诱导的铁死亡增加[14]。P53可通过促进DPP4进入细胞核，并形成DPP4-P53复合物，从而抑制CRC细胞的铁死亡；解除DPP4-P53复合物可恢复CRC细胞对Erastin的敏感性。在没有P53的情况下，DPP4可以自由地与NOX1相互作用并形成一个复合物，导致脂质过氧化和铁死亡的增加。抑制DPP4可显著抑制铁死亡，特别是在P53敲除的细胞中[10]。

与这一机制不同，P53在其他细胞中是铁死亡的正性调节因子。因此，P53通过转录依赖或转录独立的方式双向调节铁死亡的作用，可能依赖于肿瘤类型。然而，还有许多重要问题需要证实。首先，研究仅使用两种CRC细胞系，尚不足以证明P53和DPP4在CRC中对铁死亡的调节作用；第二，DPP4在各类型细胞中广泛表达，而p53突变和缺失常见于恶性肿瘤，因此需进一步揭示DPP4-P53复合体在CRC和其他恶性肿瘤中调节SLC7A11的不同机制；第三，P53是否促进DPP4的核定位并形成DPP4-P53复合体，可能受p53突变或P53修饰(如乙酰化)的影响，这可能为不同细胞中P53的相反作用提供解释。

3 P53通过上调GLS2转录促进铁死亡

谷氨酰胺溶解指谷氨酰胺在谷氨酰胺酶1(GLS1)和GLS2的催化下转化为谷氨酸，两个独立的研究支持GLS2在铁死亡中的作用。尽管GLS1和GLS2的结构和功能均很相似，但只有GLS2是铁死亡过程所必需的。已知铁死亡可降低GSH并增加细胞内的活性氧水平，研究员通过使用铁死亡抑制剂和谷氨酰胺溶解抑制剂来抑制Erastin诱导的铁死亡，从而证明铁死亡的发生需要谷氨酰胺和GLS2[15]。人的GLS2基因位于12q13号染色体，包含两个潜在的P53结合位点(BS)。腺病毒介导表达的P53与BS1和BS2均可结合，但内源性P53仅与BS2结合，提示P53活化后可直接与GLS2启动子中的BS2结合，上调GLS2的mRNA转录[16]。GLS2表达上调有助于需氧糖酵解而非氧化磷酸化所引起的铁死亡，并有助于Warburg效应[15,17,18]。

4 P53激活SAT1诱导铁死亡

低分子量多胺，包括腐胺、亚精胺和精胺，参与细胞生长、增殖和分化的调节。亚精胺/精胺N1-乙酰转移酶1(SAT1)可利用乙酰辅酶A，催化亚精胺和精胺的乙酰化反应[19]。多胺代谢异常与肿瘤密切相关，SAT1激活可诱导铁死亡[20]，P53可调控SAT1的转录表达[21]，对含野生型P53的黑色素瘤细胞进行RNA测序，发现SAT1启动子区有两个P53结合位点。P53诱导SAT1转录表达可促进脂质过氧化和ROS诱导的铁死亡，沉默SAT1可降低野生型P53细胞中活性氧诱导的细胞死亡，但对P53无效的细胞无影响。

P53的另一个靶基因是前列腺素内过氧化物合酶2(PTGS2)，PTGS2的上调被广泛用作铁死亡的标志物，在高表达SAT1的异种移植瘤中表达上调。Stockwell等发现，用Erastin和RSL3诱导铁死亡可导致PTGS2表达上调。而在P53无效的细胞中，铁死亡诱导剂未上调PTGS2表达，表明这种调节是P53依赖的。

SAT1诱导的铁死亡依赖于花生四烯酸盐15-脂氧合酶(ALOX15)，ALOX15可催化花生四烯酸的过氧化反应并增加脂质过氧化。SAT1可增加ALOX15的水平和活性，抑制ALOX15可完全缓解SAT1诱导的铁死亡。这些结果与先前的发现一致，即ALOX15是氧化应激转化为脂质过氧化和细胞死亡的主要调节器[20]。

5 P53受SOCS1调控促进铁死亡

细胞因子信号转导抑制因子(SOCS)家族蛋白是JAK-STAT介导的细胞因子信号转导途径的负反馈调节因子[22]，JAK/STAT5通路异常活化时，SOCS通过对JAK的负性调控发挥抑制肿瘤作用。在各种人类肿瘤中，SOCS1表达下调与细胞因子受体信号通路失调有关，而SOCS1表达上调与乳腺癌的发生相关[23]。

在人成纤维细胞中，SOCS1的表达与P53靶基因存在显著相关性，而且SOCS1是P53激活所必需的。SOCS1调控的基因与氧化磷脂诱导的基因表达相重叠，P53调控SAT1表达促进铁死亡的作用依赖于SOCS1。除了影响P53靶基因的表达外，SOCS1还通过促进P53的丝氨酸磷酸化和干扰KAP1稳定P53的结构[24]，从而促进P53在DNA损伤处形成蛋白复合物。SOCS1的这一功能维持了一个预激活的P53池，该池的缓慢释放有助于产生持久的慢性P53反应。

6 P53通过P53-P21轴抑制铁死亡

最近发表的一项研究表明，P53对肿瘤细胞的铁死亡具有抑制作用[25]。研究发现用Nutlin-3(一种稳定P53的化合物)预处理细胞，可以延缓几种类型细胞发生铁死亡。铁死亡的延迟发生依赖于P53调控转录的一个关键靶点CDKN1A(编码P21)。P21延迟铁死亡的机制尚未阐明，但是细胞内GSH的保存可能是降低铁死亡敏感性的重要因素。研究结果表明，P53-P21轴通过抑制铁死亡的发生，使肿瘤细胞能够在代谢应激的条件下生存，如胱氨酸缺乏。

7 结论

综上所述，P53通过转录依赖和转录独立机制对铁死亡的双向控制可能是环境或细胞类型依赖的。由于P53在不同肿瘤细胞中呈现不同的作用，因此P53在铁死亡中的作用仍未完全阐明，且P53介导的细胞内活性氧生成机制尚不清楚。在阐明P53与铁死亡相关性的同时，揭示P53的其他生物学特征，可为阐明P53的抑瘤作用提供参考，为利用P53调节铁死亡抑制肿瘤提供依据。