p53抑癌功能的研究进展

★ 陈来 李姗姗 罗小泉 张洁 陈丽玲 徐彭 刘耕*

(1.江西中医药大学实验动物科技中心 江西南昌330006;2.南京大学模式动物研究所 江苏南京210061)

p53(或称转化相关蛋白53，Trp53)属于p53基因家族中的一员，早期学者发现p53在一些肿瘤细胞中有高水平的表达，并且其克隆的cDNA能恶性转化正常细胞，后来的研究揭示这些能转化正常细胞的p53实际上已经发生了突变，并且进一步研究发现超过一半的人类肿瘤中p53基因发生了缺失或突变［1］。而野生型p53在DNA损伤等应激刺激引起的细胞周期停滞、凋亡等过程中起重要作用，是抑制肿瘤发生的主要因子之一。种系p53缺失或突变促进肿瘤发生的典型案例是称为Li-Fraumeni(LFS)及Li-Fraumeni-like综合症(LFSL)的家族遗传病。其它未观察到p53突变的肿瘤中也有不少是p53通路中的因子发生了突变，特别是p53的两个抑制蛋白MDM2和MDM4(MDMX)的突变。例如，在一类人类恶性神经胶质瘤中MDM2基因发生了扩增并导致其过量表达，而p53并未发生任何突变［2］。遗传工程构建的许多p53野生型功能缺失的小鼠模型罹患肿瘤风险大大增加，这些更彰显出p53通路在抑制肿瘤发生过程的重要作用。p53在抑制肿瘤发生过程的重要作用主要体现在p53是众多应激信号的响应中心，在DNA损伤、原癌基因过度激活、氧化性压力、缺氧和缺营养等应激信息刺激下，p53通过以抗MDM2和MDM4抑制作用为核心的翻译后调控机制而被激活。活化后的p53能整合细胞内外的各种信号发挥多种功能，包括在细胞质直接参与调控细胞的凋亡、以及在细胞核内作为转录因子促进多种基因的表达从而引起细胞周期停滞、受损DNA修复、细胞衰老和凋亡等过程，并在这些功能的基础上细胞和机体对各种应激信息产生应答并对多种生物学过程产生深刻影响，包括胚胎发育、组织稳态的维持和老化、组织损伤的修复乃至肿瘤的发生发展等。本文综合叙述了p53功能的研究现状。

1 p53在细胞质中的功能

活化后的野生型p53在细胞的不同区域内具有不同的作用。在细胞质内，p53能与BCL2家族蛋白(BCL2、BCLXL和Mcl1等)直接结合并相互作用，BCL2、BCLXL和Mcl1能结合在线粒体的外膜并起到稳定外膜的作用，p53与这些蛋白的作用可以抑制它们稳定线粒体外膜的作用并最终导致细胞的凋亡［3］。最近报道，在氧化压力下p53能与线粒体通道开关调控中起关键作用的蛋白CypD(CyclophilinD)直接结合从而引起通道打开，造成细胞的坏死［4］。2 p53在细胞核中的功能p53的功能更多的体现在入核后作为转录因子的调控作用。p53入核后能够与其它因子例如乙酰化酶p300/CBP作用并结合在中间由0-13个碱基分开的两个“5＇-PuPu-PuC-(A/T)(T/A)GPyPyPy-3＇”序列上，从而起到调控靶基因转录的作用［5］，进而发挥其抑制肿瘤发生、发张的功能。

2.1 调控细胞周期

p53作为一个主要的细胞周期检验点调控蛋白之一的功能体现在p53能上调参与周期调控的靶基因的表达，这些基因编码的蛋白有p21、14-3-3σ、Reprimo和GADD45(Growth Arrest and DNA Damage responsive gene 45)等。p21是一种能抑制主要激酶复合物cyclinD-CDK4，6的活性因而能阻止G0/G1的进程，也能程度较低地抑制cyclinE-CDK2的活性。14-3-3σ蛋白的结合S216磷酸化的Cdc25C使Cdc2在仍然保持抑制性磷酸化状态这使得细胞周期停滞在G2期［6］。X-射线能够p53活力依赖地刺激细胞中Reprimo的转录;Reprimo是一种高度糖基化的蛋白，涉及cyclinB1-Cdc2调控通路［7］。GADD45能与Cdc2结合并抑制cyclinB-Cdc2复合体的活性［8］，这可导致细胞周期阻止在G2/M检验点之前。p53促进的细胞周期停滞为细胞对损伤进行修复提供了时机。p53还能通过调控BUBR1的表达而参与调控中心粒的形成等［9］。

2.2 修复受损DNA

p53能结合在单链DNA上，可能具有直接参与调控DNA修复的功能［10］。p53也可以通过上调一些基因参与DNA的损伤修复，包括GADD45、p53R2和 XPC(xerodermapigmentosum group C)等。GADD45可能参与染色质组装和DNA修复之间的偶联、还可能通过直接结合到参与DNA复制和修复的PCNA蛋白上刺激DNA的剪切修复;p53R2是一种核糖核苷酸还原酶的小分子亚基、XPC是NER(Nucleotide Excision Repair)反应机制中早期的一个因子，都参与DNA损伤后的修复。

2.3 清除自由基

p53通过上调DRAM促进细胞的自噬、清除胞内破损的细胞器和变性蛋白以维持胞内理化环境的稳定，同时也可以为必要的代谢过程提供营养以降低营养缺失造成的应激［11］。p53可以通过直接上调谷氨酰胺酶2以提高谷胱甘肽的水平［12］;p53还可通过另一个靶基因TIGAR来降低2，6二磷酸果糖的水平而将糖酵解途径转向磷酸戊糖途径，这一转变可以提高NADPH的水平［13］。p53这种抗自由基功能的重要性体现在最近报道的失去促进细胞周期停滞、衰老和凋亡功能的 p53突变(K117R，K161R，K162R)小鼠模型上，与p53敲除小鼠不同，这种小鼠并不能在生命的早期发生肿瘤，原因很可能就是这种突变的p53蛋白还保留了促进谷氨酰胺酶2、TIGAR的转录并抑制GLUT3转录的功能［14］。

2.4 清除不能修复的细胞

对损伤后不能修复的细胞，p53可以通过诱导细胞衰老或凋亡来清除。p53诱导细胞衰亡的机制可能与mTOR通路有关。p53所上调的与凋亡有关的基因有多种，其中一些基因编码细胞膜结合蛋白，包括KILLER/DR5和CD95(Fas/APO-1)，可介导外源死亡信号诱导细胞凋亡;一些编码线粒体结合蛋白，包括 BAX、NOXA、PUMA、p53AIP1 和 Bid，可通过诱导线粒体外膜通透性增加依赖的细胞凋亡;以及另一些编码胞质蛋白，包括PIG、PIDD、FDXR和APAF1等，可参与胞外或胞内死亡信号诱导的细胞凋亡过程。

2.5 抑制细胞的过度增殖

在DNA损伤或原癌基因过度激活等应激条件下，p53能促进在miR-34家族中的miR-34a和miR-34b/c的转录;而体外过量表达miR-34家族能通过下调包括 c-MYC、cyclin D1、cyclin E2、E2F1-3、CDK4和CDK6基因的表达从而诱导细胞周期停滞和促进细胞凋亡［15］;p53能上调靶向c-MYC mRNA的miR-145的表达［16］从而抑制细胞的增殖;p53能上调胰岛素样生长因子1(Insulin-like Growth Factor-1，IGF-1)抑制因子IGF-BP3的转录［17］;DNA损伤激活的p53能上调两个靶基因Sestrin1和Sestrin2的表达，从而抑制mTOR信号通路［18］;在高氧条件下p53通过靶基因Plk1(Pololike kinase 1)抑制 mTOR 的功能［19］;p53 能直接抑制DNA复制因子之一的PCNA启动子的活力［20］;p53与共抑制因子mSin3a直接结合在NANOG启动子上并抑制其转录，NANOG是维持ESC多能干细胞特征所需因子［21］。这些都体现了p53对细胞增殖的抑制作用。

2.6 抑制肿瘤组织中血管生成

在DNA损伤刺激下的一些肿瘤细胞中，稳定的p53蛋白能直接与HIF-α结合并促进其降解，从而抑制HIF下游靶基因的血管内皮生长因子(Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF)的表达［22］;肿瘤细胞中激活的p53还能通过直接结合到启动子上抑制四种编码前血管生成因子的表达，包括VEGF、碱性成纤维细胞生成因子(Basic Fibroblast Growth factor，bFGF)和碱性成纤维细胞生成因子结合蛋白(bFGF-Binding Protein，bFGF-BP)、对环氧合酶 2(cyclooxygenase-2，COX-2)。

2.7 参与调控炎症和免疫应答

p53能抑制细胞因子IL-6的转录［23］，也能直接结合在PTGS2的启动子上从而抑制前列腺素环内过氧化物酶2(Prostaglandin-endoperoxide synthase 2，或 cyclooxygenase-2，COX2)的表达［24］，从而影响炎症反应。最近报道，p53能够通过与甲基化协同的方式促进大量非编码RNA的表达并诱导细胞的凋亡，从而实现I型IFN响应［25］。

3 p53调控网络的反馈环

在众多p53调控的靶基因编码的蛋白中，有些能反过来调控p53自身的活性，从而形成正向或反向的反馈调节环。最典型的例子是:p53转录活性能促进MDM2的转录从而提高MDM2的蛋白水平，而MDM2蛋白是p53稳定性最主要的负向调控因子，从而形成了一条p53活性调节中最主要的负向反馈环。应激信息激活的p53能上调WIP1转录，而作为一种磷酸酶WIP1能使p53的磷酸化S33和S46去磷酸化，从而消弱了 UV射线诱导的p38MAPK对p53S33和S46上的磷酸化作用，这就形成了应激信息下p53活力的一个负向反馈环［26］。Doxorubicin等DNA损伤刺激能激活人类的一些肿瘤细胞株和斑马鱼胚胎p53活性并促进△133p53及斑马鱼中对应的△113p53的转录，而△133p53和△113p53反过来抑制p53促细胞衰老或凋亡的作用，这也形成了一条 p53活力的负向调控环［27］。RNA结合蛋白WIG1(Wild type p53 Inducible Gene1)也能被p53转录活性上调表达，它能在DNA损伤刺激下通过结合在p53 mRNA的3＇UTR上并促进p53 mRNA的稳定性［28］，这就形成了DNA损伤刺激下调控p53活力的正向反馈环。近期PNAS文章揭示:在DNA损伤应激刺激下，p53能上调膜粘合蛋白Ninj1(nerve injury-induced protein 1，Ninjurin1，or Ninj1)的转录，后者能抑制p53mRNA的翻译，形成负向反馈环［29］。AKT信号通路能通过磷酸化和激活MDM2来抑制p53的活性［30］，而p53转录活性能上调PTEN转录［31］，PTEN既是AKT的抑制因子，也能通过维持p53的乙酰化提高其转录活力［32］，这也形成了一个p53活力的正向反馈环。这些反馈环的存在能够保证p53的活力在特定的条件下保持在一个适当的水平，使细胞对外界的应激信息产生合适的应答，以保证细胞正常生理过程和维持基因组的稳定。

综上所述，p53直接参与或者通过调控众多的靶基因来调控细胞周期、消除应激信号源、控制细胞的生长、增殖、肿瘤中血管生成和炎症等过程，从而起到了维护基因组的稳定性、抑制细胞的过度增殖，并最终抑制肿瘤的发生和发展的作用。

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