突变p53在肿瘤发生过程中的功能研究与进展

谢林峰 向俊蓓 姜欣

【摘要】 p53基因是重要的抑癌基因之一，具有抑制肿瘤的作用，超过50%的癌症伴有p53基因的突变。p53基因的突变不仅导致其肿瘤抑制功能的失去，同时将促进肿瘤的发生发展，此现象被称为获得性新功能（GOF）。本文将从p53与细胞周期、细胞代谢途径及干扰转录调控等方面综合阐述p53与癌症之间的关系，为癌症的创新治疗及靶向药物的开发提供理论依据。

【关键词】 p53 肿瘤发生 细胞代谢途径 细胞周期

[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

研究发现p53基因具有抑制肿瘤的作用，在绝大多数肿瘤的发生过程中均存在p53信号通路的障碍。超过50%的癌症伴有p53基因的突变[1]。在一些肿瘤细胞中，p53基因的突变不仅导致其肿瘤抑制功能的失去，同时将促进肿瘤的发生发展，此现象被称为获得性新功能（GOF）[2]。相较于野生型p53，突变型p53将建立起凶险的新功能。此功能允许突变型p53与p53信号通路蛋白相结合，这不仅将导致其失去抑制肿瘤的能力，甚至将其改变成肿瘤发生的促进因子。此时，一系列原本由野生型p53指导的能抑制肿瘤生长的细胞基本功能将受突变型p53的影响促进肿瘤发生。突变型p53将降低细胞对有丝分裂、细胞周期、糖酵解、核酸和脂质合成的严格控制，从而促进肿瘤细胞的增殖[3]。因此，本文结合近几年关于p53的研究，重点讨论突变型p53的调控机制，为癌症的治疗提供重要依据。

1 p53与细胞周期

1.1 早幼粒细胞白血病蛋白 正确的细胞周期调控对细胞的正常功能至关重要。同样重要的是感知DNA损伤的能力，并在适当的时候中断这个周期，促使修复或消除具有不可逆损伤的细胞。野生型p53是细胞对DNA损伤做出反应的关键因子。与肿瘤抑制因子早幼粒细胞白血病（PML）蛋白的结合将促进p53的应激反应。具体而言，PML通过协同招募p53的翻译后修饰物：激酶CK1、CK2、HIPK2，乙酰转移酶CBP/p300与MOZ[4]，以促进p53的翻译后修饰，增强野生型p53在应激反应中的稳定和活化。稳定的野生型p53可以暂停细胞周期进程，同时启动分子应答机制对损伤的DNA进行修复。PML又是野生型p53轉录激活的直接靶点，构成一个正反馈调节机制。研究发现，PML单独丢失不会导致癌症，然而干扰其功能可能会促进癌症，这可能和PML与RAR-α融合形成致癌物有关[5]。

重要的是，突变型p53对PML的控制定义了突变型p53对野生型p53肿瘤抑制伴侣的破坏模式。研究发现，当p53在癌细胞中发生突变时，它与PML变为组成性的结构关系，而不像在应激反应中PML与野生型p53为短暂的配对关系。更确切地说，野生型p53可作为转录因子通过与靶基因的转录调控元件结合，而直接控制其转录活性从而达到控制DNA修复、生长的目的。相反的是，突变型p53无法直接与上述转录调控元件结合，而是锚定在其他转录因子上，干扰它们的转录，包括NF-Y[6]。如CDC25C作为突变型p53与NF-Y和PML合作的转录靶点，能启动细胞有丝分裂的进行。一直以来，PML被认为可能决定着突变型p53癌细胞的生长，直至PML消耗用尽[5]。也就是说在健康细胞中，PML加强野生型p53的抑制肿瘤能力，而在癌细胞中，PML却成为与突变型p53相关的致癌因子。

1.2 同源性磷酸酶-张力蛋白 同源性磷酸酶-张力蛋白（PTEN）也是一种重要的细胞周期调节因子，在野生型p53中作为肿瘤抑制因子而享有盛誉。PTEN可通过抑制PI3K-AKT/PKB细胞生存通路控制细胞周期和细胞生存。PTEN还能通过在Mdm2依赖性或非依赖性机制中稳定p53蛋白，达到抑制肿瘤的作用。同时PTEN还通过物理相互作用增加wt-p53的转录活性[7]。相应的，野生型p53可通过与PTEN的启动子结合来增强PTEN的转录[8]。进而PTEN与p53的相互作用促进了肿瘤的抑制。

在突变型p53的背景下，PTEN变现出截然相反的功能，它促进肿瘤生长[7]。PTEN在表达突变型p53的细胞中以类似于PML的方式致癌。PTEN通过抑制Mdm2介导的降解作用来稳定突变型p53蛋白，从而抑制细胞死亡并促进细胞增殖[9]。此外，PTEN能增强突变型p53/乙酰转移酶CBP/NF-Y复合物的转录活性。此复合物能激活c-Myc和Bcl-XL的转录，从而促进细胞生存与增殖[9]。

1.3 Polo样激酶2 Polo样激酶-2（PLK2）作为野生型p53的靶点，能参与细胞周期调控。在野生型p53环境中，PLK2具有抑癌作用，因为其启动子与野生型p53的反应元件相互作用诱导细胞周期停滞在G2期。相反，在突变型p53环境中，PLK2作为癌基因发挥作用。因为由转录因子NF-Y介导的突变型p53和PLK2之间的间接相互作用能增强细胞增殖。PLK2反过来在野生型p53上未磷酸化的位点上磷酸化突变型p53，磷酸化的突变型p53与p300相互作用更有效，同时促进细胞周期激活因子的转录活性[10]。以上形成一个相互促进的反馈现象，这在研究突变型p53的GOF机制上有普遍意义。

2 p53与细胞代谢途径

2.1 核苷酸代谢 野生型p53调控DNA损伤的修复，它不仅可以暂时阻止细胞周期的进展，使修复得以进行，而且还能积极促进修复成分的供应。具体而言，为了应对DNA损伤，野生型p53会临时性的激活核苷酸还原酶（RRM2b），以促进核糖核苷二磷酸转化为脱氧核糖核苷二磷酸，这是DNA合成的必要步骤。相反，当p53突变后，它将组成性上调RRM2b的表达。同时，突变型p53将通过与转录因子ETS2的招募调控作用，增强其他核苷酸代谢基因的转录活性。总之，突变型p53能上调核苷酸生物合成，以满足癌细胞快速增殖和侵袭的需求[11]。

2.2 葡萄糖代谢 葡萄糖代谢的调节对机体健康与稳态的维持至关重要。细胞癌变时，葡萄糖将被消耗来促进癌细胞增殖。对葡萄糖的适当调节是野生型p53抑制肿瘤的重要能力。野生型p53可通过以下三个水平来调节葡萄糖代谢：（1）抑制葡萄糖轉运蛋白1和4的表达[12];（2）调节靶基因的转录，从而抑制肝的糖酵解与糖异生作用[13];（3）在磷酸戊糖途径中直接结合和抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶[14]。然而，当p53突变时，不仅以上葡萄糖代谢调节机制丢失，而且突变型p53能通过GOF进一步增加葡萄糖摄取。具体而言突变型p53能使葡萄糖转运体Glut1向细胞膜表面的聚集，从而刺激癌细胞摄取葡萄糖以满足癌细胞快速增殖所需[15]。对应的，葡萄糖又能维持突变型p53的稳定性，进一步促进癌细胞的生长[16]。这种对葡萄糖的需求确定了一个潜在的治疗靶点，目前正在进行广泛的研究。

2.3 脂质代谢 控制脂质的供应对细胞的分裂和维持至关重要。脂肪酸和胆固醇合成代谢中的几乎每一种酶都受到固醇调控元件结合蛋白（SREBPs）转录因子的调节[17]。具体而言，SREBP-1决定包括脂肪酸合成酶在内的生脂酶的表达，而SREBP-2调节胆固醇合成[18]。应对压力，野生型p53可通过抑制SREBP-1转录因子与生脂基因的表达来阻止脂质的积累。相反，突变型p53直接与SREBPs（SREBP-1和SREBP-2）结合，且能上调甾醇途径和脂肪酸合成途径中关键酶的转录活性。同时，突变型p53还与甲羟戊酸合成途径和脂肪酸合成途径中酶表达的增加有关，其上调这些重要途径与快速增殖的癌细胞对膜脂的需求相一致[19]。

2.4 抗氧化途径 活性氧中间产物具有包括信号传导等重要的细胞功能。然而，如果它们失去控制，会对健康细胞产生严重损害，并可能诱发癌症[20]。核因子红系相关因子-2（NRF2）为重要的氧化还原调控因子[21]。在轻度应激反应中，p53转录激活与Nrf2结合的重要细胞周期抑制物p21，从而将其从平常的约束状态中解除[22]。Nrf2从细胞质到细胞核的重新定位使它能调节多个抗氧化靶点，其中大约已有200个基因被报道[21]。如其中的NADH泛醌氧化还原酶，其在野生型p53与突变型p53的环境中具有不同的功能[23]。在应激反应时，p53将抑制Nrf2。这种精细的控制水平反映着p53能在轻度应激损伤的情况下促进修复，却在严重的不可修复的损伤中阻止补救过程。

在应对氧化应激时，突变型p53能降低Nrf2的蛋白质水平。其结果是Nrf2的目标基因，解毒酶基因的低水平表达，而活性氧（ROS）增多。值得注意的是，在氧化应激下，野生型p53使细胞生长受到抑制，而突变型p53能增加细胞对ROS的耐受性，使细胞能存活与增殖[24]。

3 干扰转录调控

当p53发生突变时，转录活性发生改变，这将促进癌症的发生。除上述提到的物质外，近年来还有一些新发现。

3.1 SWI/SNF 在更高水平上，证实了突变型p53对染色质调节的改变作用。为了使野生型p53能够进入其靶基因调控区域（上游启动子或内含子）中特定的DNA反应元件，它必须与许多染色质调控因子协作以暴露适当的调控元件和相关的要转录的DNA[25]。野生型p53通过与染色质重构复合物SWI/SNF相结合达到以上作用[26]。突变型p53也被证实能与SWI/SNF复合物结合，但是与野生型p53相比，突变型p53不能直接与野生型p53的DNA反应元件结合，而是通过其他转录因子定位到不同的基因启动子。通过这种协调作用，SWI/SNF复合物估计将促进40%以上由突变型p53调控的基因的转录。如血管内皮生长因子受体2（VEGF2），它对与肿瘤发生相关的新生血管的生成至关重要[27]。

3.2 MLLs/MOZ 突变型p53可通过不同于野生型p53与对应物的相互作用方式改变转录机制。野生型p53可通过其核心结构域与RNA聚合酶Ⅱ（POL Ⅱ）物理性结合的方式来抑制靶基因的表达[28]。相反，通过转录因子ETS2的参与，突变型p53可重新定位于RNA聚合酶Ⅱ以转录组蛋白甲基转移酶MLL1、MLL2及乙酰转移酶MOZ。这说明突变型p53能改变基本的转录过程以满足癌细胞增殖[29]。

p53為重要的抑癌基因，是细胞周期与细胞代谢途径中的重要调控因子。首先，野生型p53可以暂停细胞周期进程，启动分子应答机制对损伤的DNA进行修复。同时，野生型p53调控着生物三大物质的代谢，通过限制肿瘤细胞核酸物质的合成与对葡萄糖的摄取等作用抑制细胞生长。研究发现，野生型p53可调控多种基因的转录活性，并对染色质进行调节。野生型p53与其分子伴侣间相互作用形式的改变在促进肿瘤的生长中起着关键作用。在某种程度上，p53基因的突变为促进肿瘤生长提供了广泛的基础性新特性。这些发现为具有突变型p53癌症的治疗提供了创新的理论依据。同时，因p53突变可改变其分子伴侣的功能，这提醒广大医务工作者在针对这些靶点的治疗前，也要考虑p53的状态。

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（收稿日期：2020-01-10） （本文編辑：程旭然）