P53在肿瘤微环境、细胞代谢中的调控机制及检测技术的研究进展*

赵芳，徐斌，蒋敬庭，吴昌平

(苏州大学附属第三医院肿瘤生物诊疗中心，江苏省肿瘤免疫治疗工程技术研究中心，苏州大学细胞研究院，江苏常州 213003)

·综述·

P53在肿瘤微环境、细胞代谢中的调控机制及检测技术的研究进展*

赵芳，徐斌，蒋敬庭，吴昌平

(苏州大学附属第三医院肿瘤生物诊疗中心，江苏省肿瘤免疫治疗工程技术研究中心，苏州大学细胞研究院，江苏常州 213003)

P53基因作为常见的抑癌基因，具有阻滞细胞周期、维持基因组稳定等功能。随着研究的深入，发现P53基因在肿瘤微环境及细胞代谢中亦有着重要的调节作用，其可通过调节细胞因子、免疫细胞、免疫卡控点以及葡萄糖代谢、脂质、能量代谢及细胞自噬等方式抑制肿瘤的发生、发展。但P53极易突变，突变型P53不仅失去了其抑癌功能，而且获得了致癌活性。对P53及突变型P53在肿瘤发生过程调控机制的深入研究，将为其在肿瘤治疗的应用提供更有力的科学依据。同时对P53基因检测技术的探索也是从传统检测技术到新型生物传感技术的逐渐认识过程。该文主要就P53基因在肿瘤微环境、细胞代谢调控机制及P53基因检测技术的研究进展作一综述。

P53基因；肿瘤微环境；细胞代谢；基因检测技术

肿瘤的发病率及死亡率呈现逐年递增的趋势，已成为危害人类健康的主要疾病[1]。P53基因作为常见的抑癌基因，在多种肿瘤中存在表达及突变，但野生型P53和突变型P53在肿瘤发生、发展的调控机制上存在明显差异，对其认识也在逐渐深入[2]。近年来，P53在肿瘤微环境及细胞代谢的调节作用逐渐得到广泛关注与研究，这将为肿瘤的临床治疗与预后评估提供新的方法。

1 P53基因在肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)的调节作用

1.1 调节细胞因子 野生型P53可通过抑制NF-κB及信号传导及转录刺激因子(single transducer and activators of transcription, STAT)等的表达来抑制IL-6、环氧酶-2(Cyclooxygenase,COX2)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)等的产生与释放，进而抑制炎症的产生，最终抑制肿瘤的发生和转移[3-4]。而发生突变型P53基因失去了原有功能，同时可激活并延长NF-κB的表达，引起严重的慢性炎症反应及持续的组织损伤，促进癌症的发生[5]。Hayashi等[6]研究表明，突变型P53可发挥肿瘤微环境的调节剂的功能，通过产生活性氧类物质，促进血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的分泌进而活化成纤维细胞促进血管生成，促进肿瘤的生长和转移。

1.2 对免疫细胞的调节作用 一方面，野生型P53可通过促进B细胞、T细胞、树突细胞(dendritic cell，DC)和巨噬细胞表面的TLR(toll-like receptors，TLR)的表达来增强免疫细胞介导的固有免疫反应[7];另一方面，其可以在转录水平调控NK细胞配体UL16结合蛋白1(UL16-binding protein1，ULBP1)及ULBP2的表达来增强NK细胞杀伤肿瘤细胞的功能[8]。Gasparini等[9]通过用泛素蛋白连接酶3阻断MDM2对P53的负性调节作用，发现增加P53表达可以增强DC细胞诱导T细胞增殖能力，另有研究发现，P53可通过增强DC细胞表面MHC-1的表达以增强其抗原提呈能力[10]，这说明P53可在某种机制上调控DC细胞的功能，但具体机制需要进一步研究。

1.3 对免疫卡控点的调节作用 PD-1/PD-L1作为免疫球蛋白超家族协同刺激分子的重要组成部分，在负性调控免疫应答中发挥着重要作用[11]。TCGA数据库中临床数据结果显示，P53的表达与PD-L1的表达呈负相关[12]，Cortez等[13]进一步研究发现，P53可通过促进miR-34直接粘附于PD-L1密码子的非翻译区来抑制PDL1的表达。CTLA-4作为表达于激活T细胞表面的共刺激分子B7的受体，可通过与CD28竞争性结合APC上的B7配体而抑制T细胞活化，负性调节免疫反应；有研究发现，阻断CTLA-4可增强针对自身肿瘤抗原的P53特异性CTL的扩增能力，但是其与P53相互作用机制尚待进一步研究。

2 P53在细胞代谢的调节作用

2.1 调节葡萄糖代谢P53可通过降低葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)、葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)的表达抑制葡萄糖的代谢及细胞能量的产生；也可通过增加TP53诱导的糖酵解和凋亡调节因子(TP53-induced glycolysis and apoptosis regulator, TIGAR)表达以减少果糖-2,6-二磷酸(fructose-2,6-bisphosphate)的生成；或直接降低磷酸甘油酸变位酶(phosphoglyceratemutase，PGM)的表达水平来抑制糖酵解，减少能量的生成，最终抑制肿瘤的产生，而突变型P53基因失去了对GLUT1及GLUT4的抑制表达作用[14]。也有研究发现，突变型P53也可诱导糖酵解相关的己糖激酶Ⅱ表达或促进GLUT向质膜转运，促进糖酵解，最终促进肿瘤的生长[15]。

2.2 调节脂质代谢 Jiang等[16]发现野生型P53可直接抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase,G6PD)的表达，抑制磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway，PPP)及NADPH产生，从而抑制葡萄糖生成脂肪酸。亦有研究发现，P53可抑制类固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory element-binding protein-1，SREBP-1)的表达，或在转录水平上增加短链脱氢还原酶3(DHRS3)及脂素Lipin-1蛋白的表达，进而抑制脂肪酸的合成、促进脂肪酸氧化、抑制肿瘤的产生[17]。而突变型P53的功能则恰恰相反，其可促进SREBP-1或抑制AMP依赖的蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase, AMPK)的活性增加脂肪酸合成，促进肿瘤的发生、进展[18]。

2.3 调节能量代谢 一方面，野生型P53可诱导Mieap蛋白的表达来维持线粒体结构的稳定性[19]；另一方面，野生型P53也可增强参与线粒体电子传递链相关的细胞色素C氧化合成酶2(sythesis of cyto-chrome c oxidase2,SCO2)活性、催化丙酮酸转化为乙酰-CoA用于三羧酸(TCA)循环丙酮酸脱氢酶1(pyruvate dehydrogenase E1 1,PDHA1)的表达，抑制肿瘤的产生[14]。亦有研究发现，P53能够抑制靶基因-酸甲基转移酶(Guanidinoacetate methetransferase, GAMT)的表达，进而减少肌酸与ATP的生成[20]。

2.4 调节细胞自噬和凋亡 细胞自噬在真核细胞中普遍存在，通过双重作用促进癌症的发生、发展[21]。P53对细胞自噬的调节作用依P53蛋白在细胞中定位的不同而存在差异。一般处于细胞核中的P53蛋白可激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)或损伤调节自噬调控基因(damage-regulated autophagy modulator，DRAM)的表达促进细胞自噬，过度或持续的细胞自噬导致细胞死亡，抑制癌症的发生[22]。Tasdemir等[23]研究发现，抑制细胞质中P53蛋白可促进细胞自噬，改善细胞对环境的适应压力(如缺氧和营养缺乏)，抑制癌症的发生；但P53对细胞自噬的具体调节机制仍不明确。在调节细胞凋亡方面，P53可通过上调促进细胞凋亡的细胞凋亡相关基因Bax及下调抑制细胞凋亡基因Bcl-2来诱导细胞凋亡。研究还发现P53基因可激活P53诱导含死亡结构域蛋白(P53-induced death domain protein，PIDD)，实现细胞的凋亡[24]。

3 P53基因检测技术的研究进展

3.1 传统P53基因检测方法 传统P53基因检测技术主要分为两大类，一类为P53基因直接检测法，即利用分子生物学技术直接对致病基因进行突变检测，主要包括对已知突变点的检测和未知突变点的检测。临床上常用的主要有DNA直接测序法、寡核苷酸芯片技术、变性高效液相色谱、酵母中分离的等位基因功能分析技术等。另一类为P53基因间接检测法，即利用特异性抗原抗体反应，通过检测P53蛋白表达间接判断P53基因是否存在基因突变。常用的检测方法主要有免疫组化方法、酶联免疫吸附试验、流式细胞术等。传统的P53基因检测方法虽然种类繁多，但普遍存在操作繁琐、耗时、耗费、存在一定的假阳性等问题，限制其在临床中的应用[25]。

3.2 生物传感技术 生物传感技术以固定的生物材料作为敏感识别元件，产生光、热、质量变化等信号，并经适当的理化换能器及信号放大装置构成的分析工具或系统处理，其转变为可定量的物理、化学信号，最终对生命物质和化学物质进行检测、监控的新型技术。因其成本低、灵敏度高、选择性好、操作简便等特点，近年来逐渐受到关注并取得较快的发展，尤以电化学/电化学免疫传感器为著。Gupta等[26]利用ssDNA-辣根过氧化物酶(HRP)作为识别元件，通过捕获P53基因突变前后对H2O2生物催化还原信号的大小，根据定量信息判断有无突变。Congur等[27]应用碳纳米材料设计的一次性电化学传感器对P53基因进行电化学检测。

基于纳米材料的发展，生物传感技术取得较大进展，相较于传统P53基因检测技术，具有明显的优势。Afsharan等[28]利用纳米金和二氧化硅修饰的免疫传感器检测P53蛋白，发现相较于传统ELISA检测方法，其具有较高的灵敏度、特异性、准确性。因此，基于纳米材料的免疫传感器，在肿瘤的早期检测显示了相对重要的优势，可用于临床癌症的诊断和早期肿瘤的筛查。

4 展望

P53作为肿瘤发生、发展过程中重要的抑癌基因，通过对其功能的深入研究，为其在肿瘤治疗预后评估方面的应用提供有力的科学依据及方向，主要包括以下3个方面：(1)联合P53及其上下游调控分子共同评估患者预后，阻断突变型P53对下游分子的激活；(2)诱导野生型P53对下游分子的表达，抑制野生型P53基因的突变或促进突变型P53转变为野生型P53；(3)联合P53靶向治疗、免疫治疗和放化疗。但P53基因检测技术的局限性是影响其在肿瘤发生过程中调控机制及临床应用方面探索的因素。因此，研究P53在肿瘤微环境及细胞代谢的调控机制及研发新型P53基因检测技术具有重要的意义。

[1]Chen W, Zheng R, Baade PD,etal. Cancer statistics in China, 2015[J]. CA Cancer J Clin, 2016, 66(2):115-132.

[2]Charni M, Aloni-Grinstein R, Molchadsky A,etal.P53 on the crossroad between regeneration and cancer[J]. Cell Death Differ, 2016, 24(1):8-14.

[3]Fourcade J, Sun Z, Benallaoua M,etal. Upregulation of Tim-3 and PD-1 expression is associated with tumor antigen-specific CD8+T cell dysfunction in melanoma patients[J]. J Exp Med, 2010, 207(10):2175-2186.

[4]Li N, Grivennikov SI, Karin M. The unholy trinity:inflammation, cytokines, and STAT3 shape the cancer microenvironment[J]. Cancer Cell, 2011, 19(4):429-431.

[5]Cooks T, Pateras IS, Tarcic O,etal. MutantP53 prolongs NF-kappaB activation and promotes chronic inflammation and inflammation-associated colorectal cancer[J]. Cancer Cell, 2013, 23(5):634-646.

[6]Hayashi Y, Tsujii M, Kodama T,etal.P53 functional deficiency in human colon cancer cells promotes fibroblast-mediated angiogenesis and tumor growth[J]. Carcinogenesis, 2016, 37(10):972-984.

[7]Munoz-Fontela C, Mandinova A, Aaronson SA,etal. Emerging roles ofP53 and other tumour-suppressor genes in immune regulation[J]. Nat Rev Immunol, 2016, 16(12):741-750.

[8]Textor S, Fiegler N, Arnold A,etal. Human NK cells are alerted to induction ofP53 in cancer cells by upregulation of the NKG2D ligands ULBP1 and ULBP2[J]. Cancer Res, 2011, 71(18):5998-6009.

[9]Gasparini C, Tommasini A, Zauli G. The MDM2 inhibitor Nutlin-3 modulates dendritic cell-induced T cell proliferation[J]. Hum Immunol, 2012, 73(4):342-345.

[10]Wang B, Niu D, Lai L,etal.P53 increases MHC class I expression by upregulating the endoplasmic reticulum aminopeptidase ERAP1[J]. Nat Commun, 2013, 4:2359.

[11]Dong Y, Sun Q, Zhang X. PD-1 and its ligands are important immune checkpoints in cancer[J]. Oncotarget, 2017,8(2)：2171-2186.

[12]Cha YJ, Kim HR, Lee CY,etal. Clinicopathological and prognostic significance of programmed cell death ligand-1 expression in lung adenocarcinoma and its relationship withP53 status[J]. Lung Cancer, 2016, 97:73-80.

[13]Cortez MA, Ivan C, Valdecanas D,etal. PDL1 Regulation byP53 via miR-34[J]. J Natl Cancer Inst, 2016, 108(1)：pii: djv303.

[14]Liu J, Zhang C, Hu W,etal. Tumor suppressorP53 and its mutants in cancer metabolism[J]. Cancer Letters, 2015, 356(2):197-203.

[15]Zhang C, Liu J, Liang Y,etal. Tumour-associated mutantP53 drives the Warburg effect[J]. Nat Commun, 2013, 4:2935.

[16]Jiang P, Du W, Wang X,etal.P53 regulates biosynthesis through direct inactivation of glucose-6-phosphate dehydrogenase[J]. Nat Cell Biol, 2011, 13(3):310-316.

[17]Parrales A, Iwakuma T.P53 as a regulator of lipid metabolism in cancer[J]. Int J Mol Sci, 2016, 17(12):pii: E2074.

[18]Zhou G, Wang J, Zhao M,etal. Gain-of-function mutantP53 promotes cell growth and cancer cell metabolism via inhibition of AMPK activation[J]. Mol Cell, 2014, 54(6):960-974.

[19]Kitamura N, Nakamura Y, Miyamoto Y,etal. Mieap, aP53-inducible protein, controls mitochondrial quality by repairing or eliminating unhealthy mitochondria[J]. PLoS One, 2011, 6(1):e16060.

[20]Zhu Y, Prives C.P53 and metabolism: the GAMT connection[J]. Mol Cell, 2009, 36(3):351-352.

[21]Wang SF, Wu MY, Cai CZ,etal. Autophagy modulators from traditional Chinese medicine:Mechanisms and therapeutic potentials for cancer and neurodegenerative diseases[J]. J Ethnopharmacol, 2016,194:861-876.

[22]Zhou H, Yuan M, Yu Q,etal. Autophagy regulation and its role in gastric cancer and colorectal cancer[J]. Cancer Biomark, 2016, 17(1):1-10.

[23]Tasdemir E, Maiuri MC, Galluzzi L,etal. Regulation of autophagy by cytoplasmicP53[J]. Nat Cell Biol, 2008, 10(6):676-687.

[24]Ray P, Guha D, Chakraborty J,etal. Crocetin exploitsP53-induced death domain(PIDD) and FAS-associated death domain(FADD) proteins to induce apoptosis in colorectal cancer[J]. Sci Rep, 2016, 6:32979.

[25]Hall PA, McCluggage WG. AssessingP53 in clinical contexts:unlearned lessons and new perspectives[J]. J Pathol, 2006, 208(1):1-6.

[26]Gupta G, Atanassov P. Electrochemical DNA hybridization assay: enzyme-labeled detection of mutation inP53 gene[J]. Electroanalysis, 2011, 23(7):1615-1622.

[27]Congur G, Plucnara M, Erdem A,etal. Detection ofP53 gene by using genomagnetic assay combined with carbon nanotube modified disposable sensor technology[J]. Electroanalysis, 2015, 27(7):1579-1586.

[28]Afsharan H, Navaeipour F, Khalilzadeh B,etal. Highly sensitive electrochemiluminescence detection of P53 protein using functionalized Ru-silica nanoporous@gold nanocomposite[J]. Biosens Bioelectron, 2016, 80:146-153.

(本文编辑：许晓蒙)

10.13602/j.cnki.jcls.2017.08.17

国家科技支撑计划资助项目(2015BAI12B12)；国家自然科学基金 (31570877，31570908)；国家自然科学基金海外及港澳学者合作研究基金 (31428005)；江苏省条件建设与民生科技专项资金 (BL2014034)；常州市科技局基础应用项目(CJ20159018)。

赵芳，1992年生，女，硕士研究生,主要从事肿瘤免疫治疗研究。

吴昌平，教授，博士，博士研究生导师，E-mail：wcpjjt@163.com。

R735.2

A

2017-02-07)