突變p53在腫瘤發(fā)生過程中的功能研究與進(jìn)展

謝林峰 向俊蓓 姜欣

【摘要】 p53基因是重要的抑癌基因之一，具有抑制腫瘤的作用，超過50%的癌癥伴有p53基因的突變。p53基因的突變不僅導(dǎo)致其腫瘤抑制功能的失去，同時(shí)將促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，此現(xiàn)象被稱為獲得性新功能（GOF）。本文將從p53與細(xì)胞周期、細(xì)胞代謝途徑及干擾轉(zhuǎn)錄調(diào)控等方面綜合闡述p53與癌癥之間的關(guān)系，為癌癥的創(chuàng)新治療及靶向藥物的開發(fā)提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 p53 腫瘤發(fā)生 細(xì)胞代謝途徑 細(xì)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

研究發(fā)現(xiàn)p53基因具有抑制腫瘤的作用，在絕大多數(shù)腫瘤的發(fā)生過程中均存在p53信號(hào)通路的障礙。超過50%的癌癥伴有p53基因的突變[1]。在一些腫瘤細(xì)胞中，p53基因的突變不僅導(dǎo)致其腫瘤抑制功能的失去，同時(shí)將促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，此現(xiàn)象被稱為獲得性新功能（GOF）[2]。相較于野生型p53，突變型p53將建立起兇險(xiǎn)的新功能。此功能允許突變型p53與p53信號(hào)通路蛋白相結(jié)合，這不僅將導(dǎo)致其失去抑制腫瘤的能力，甚至將其改變成腫瘤發(fā)生的促進(jìn)因子。此時(shí)，一系列原本由野生型p53指導(dǎo)的能抑制腫瘤生長(zhǎng)的細(xì)胞基本功能將受突變型p53的影響促進(jìn)腫瘤發(fā)生。突變型p53將降低細(xì)胞對(duì)有絲分裂、細(xì)胞周期、糖酵解、核酸和脂質(zhì)合成的嚴(yán)格控制，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖[3]。因此，本文結(jié)合近幾年關(guān)于p53的研究，重點(diǎn)討論突變型p53的調(diào)控機(jī)制，為癌癥的治療提供重要依據(jù)。

1 p53與細(xì)胞周期

1.1 早幼粒細(xì)胞白血病蛋白 正確的細(xì)胞周期調(diào)控對(duì)細(xì)胞的正常功能至關(guān)重要。同樣重要的是感知DNA損傷的能力，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候中斷這個(gè)周期，促使修復(fù)或消除具有不可逆損傷的細(xì)胞。野生型p53是細(xì)胞對(duì)DNA損傷做出反應(yīng)的關(guān)鍵因子。與腫瘤抑制因子早幼粒細(xì)胞白血?。≒ML）蛋白的結(jié)合將促進(jìn)p53的應(yīng)激反應(yīng)。具體而言，PML通過協(xié)同招募p53的翻譯后修飾物：激酶CK1、CK2、HIPK2，乙酰轉(zhuǎn)移酶CBP/p300與MOZ[4]，以促進(jìn)p53的翻譯后修飾，增強(qiáng)野生型p53在應(yīng)激反應(yīng)中的穩(wěn)定和活化。穩(wěn)定的野生型p53可以暫停細(xì)胞周期進(jìn)程，同時(shí)啟動(dòng)分子應(yīng)答機(jī)制對(duì)損傷的DNA進(jìn)行修復(fù)。PML又是野生型p53轉(zhuǎn)錄激活的直接靶點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，PML單獨(dú)丟失不會(huì)導(dǎo)致癌癥，然而干擾其功能可能會(huì)促進(jìn)癌癥，這可能和PML與RAR-α融合形成致癌物有關(guān)[5]。

重要的是，突變型p53對(duì)PML的控制定義了突變型p53對(duì)野生型p53腫瘤抑制伴侶的破壞模式。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)p53在癌細(xì)胞中發(fā)生突變時(shí)，它與PML變?yōu)榻M成性的結(jié)構(gòu)關(guān)系，而不像在應(yīng)激反應(yīng)中PML與野生型p53為短暫的配對(duì)關(guān)系。更確切地說，野生型p53可作為轉(zhuǎn)錄因子通過與靶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件結(jié)合，而直接控制其轉(zhuǎn)錄活性從而達(dá)到控制DNA修復(fù)、生長(zhǎng)的目的。相反的是，突變型p53無法直接與上述轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件結(jié)合，而是錨定在其他轉(zhuǎn)錄因子上，干擾它們的轉(zhuǎn)錄，包括NF-Y[6]。如CDC25C作為突變型p53與NF-Y和PML合作的轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)，能啟動(dòng)細(xì)胞有絲分裂的進(jìn)行。一直以來，PML被認(rèn)為可能決定著突變型p53癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，直至PML消耗用盡[5]。也就是說在健康細(xì)胞中，PML加強(qiáng)野生型p53的抑制腫瘤能力，而在癌細(xì)胞中，PML卻成為與突變型p53相關(guān)的致癌因子。

1.2 同源性磷酸酶-張力蛋白 同源性磷酸酶-張力蛋白（PTEN）也是一種重要的細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子，在野生型p53中作為腫瘤抑制因子而享有盛譽(yù)。PTEN可通過抑制PI3K-AKT/PKB細(xì)胞生存通路控制細(xì)胞周期和細(xì)胞生存。PTEN還能通過在Mdm2依賴性或非依賴性機(jī)制中穩(wěn)定p53蛋白，達(dá)到抑制腫瘤的作用。同時(shí)PTEN還通過物理相互作用增加wt-p53的轉(zhuǎn)錄活性[7]。相應(yīng)的，野生型p53可通過與PTEN的啟動(dòng)子結(jié)合來增強(qiáng)PTEN的轉(zhuǎn)錄[8]。進(jìn)而PTEN與p53的相互作用促進(jìn)了腫瘤的抑制。

在突變型p53的背景下，PTEN變現(xiàn)出截然相反的功能，它促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[7]。PTEN在表達(dá)突變型p53的細(xì)胞中以類似于PML的方式致癌。PTEN通過抑制Mdm2介導(dǎo)的降解作用來穩(wěn)定突變型p53蛋白，從而抑制細(xì)胞死亡并促進(jìn)細(xì)胞增殖[9]。此外，PTEN能增強(qiáng)突變型p53/乙酰轉(zhuǎn)移酶CBP/NF-Y復(fù)合物的轉(zhuǎn)錄活性。此復(fù)合物能激活c-Myc和Bcl-XL的轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)細(xì)胞生存與增殖[9]。

1.3 Polo樣激酶2 Polo樣激酶-2（PLK2）作為野生型p53的靶點(diǎn)，能參與細(xì)胞周期調(diào)控。在野生型p53環(huán)境中，PLK2具有抑癌作用，因?yàn)槠鋯?dòng)子與野生型p53的反應(yīng)元件相互作用誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯在G2期。相反，在突變型p53環(huán)境中，PLK2作為癌基因發(fā)揮作用。因?yàn)橛赊D(zhuǎn)錄因子NF-Y介導(dǎo)的突變型p53和PLK2之間的間接相互作用能增強(qiáng)細(xì)胞增殖。PLK2反過來在野生型p53上未磷酸化的位點(diǎn)上磷酸化突變型p53，磷酸化的突變型p53與p300相互作用更有效，同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞周期激活因子的轉(zhuǎn)錄活性[10]。以上形成一個(gè)相互促進(jìn)的反饋現(xiàn)象，這在研究突變型p53的GOF機(jī)制上有普遍意義。

2 p53與細(xì)胞代謝途徑

2.1 核苷酸代謝 野生型p53調(diào)控DNA損傷的修復(fù)，它不僅可以暫時(shí)阻止細(xì)胞周期的進(jìn)展，使修復(fù)得以進(jìn)行，而且還能積極促進(jìn)修復(fù)成分的供應(yīng)。具體而言，為了應(yīng)對(duì)DNA損傷，野生型p53會(huì)臨時(shí)性的激活核苷酸還原酶（RRM2b），以促進(jìn)核糖核苷二磷酸轉(zhuǎn)化為脫氧核糖核苷二磷酸，這是DNA合成的必要步驟。相反，當(dāng)p53突變后，它將組成性上調(diào)RRM2b的表達(dá)。同時(shí)，突變型p53將通過與轉(zhuǎn)錄因子ETS2的招募調(diào)控作用，增強(qiáng)其他核苷酸代謝基因的轉(zhuǎn)錄活性。總之，突變型p53能上調(diào)核苷酸生物合成，以滿足癌細(xì)胞快速增殖和侵襲的需求[11]。

2.2 葡萄糖代謝 葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)對(duì)機(jī)體健康與穩(wěn)態(tài)的維持至關(guān)重要。細(xì)胞癌變時(shí)，葡萄糖將被消耗來促進(jìn)癌細(xì)胞增殖。對(duì)葡萄糖的適當(dāng)調(diào)節(jié)是野生型p53抑制腫瘤的重要能力。野生型p53可通過以下三個(gè)水平來調(diào)節(jié)葡萄糖代謝：（1）抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1和4的表達(dá)[12];（2）調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，從而抑制肝的糖酵解與糖異生作用[13];（3）在磷酸戊糖途徑中直接結(jié)合和抑制葡萄糖-6-磷酸脫氫酶[14]。然而，當(dāng)p53突變時(shí)，不僅以上葡萄糖代謝調(diào)節(jié)機(jī)制丟失，而且突變型p53能通過GOF進(jìn)一步增加葡萄糖攝取。具體而言突變型p53能使葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體Glut1向細(xì)胞膜表面的聚集，從而刺激癌細(xì)胞攝取葡萄糖以滿足癌細(xì)胞快速增殖所需[15]。對(duì)應(yīng)的，葡萄糖又能維持突變型p53的穩(wěn)定性，進(jìn)一步促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[16]。這種對(duì)葡萄糖的需求確定了一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)，目前正在進(jìn)行廣泛的研究。

2.3 脂質(zhì)代謝 控制脂質(zhì)的供應(yīng)對(duì)細(xì)胞的分裂和維持至關(guān)重要。脂肪酸和膽固醇合成代謝中的幾乎每一種酶都受到固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白（SREBPs）轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)[17]。具體而言，SREBP-1決定包括脂肪酸合成酶在內(nèi)的生脂酶的表達(dá)，而SREBP-2調(diào)節(jié)膽固醇合成[18]。應(yīng)對(duì)壓力，野生型p53可通過抑制SREBP-1轉(zhuǎn)錄因子與生脂基因的表達(dá)來阻止脂質(zhì)的積累。相反，突變型p53直接與SREBPs（SREBP-1和SREBP-2）結(jié)合，且能上調(diào)甾醇途徑和脂肪酸合成途徑中關(guān)鍵酶的轉(zhuǎn)錄活性。同時(shí)，突變型p53還與甲羥戊酸合成途徑和脂肪酸合成途徑中酶表達(dá)的增加有關(guān)，其上調(diào)這些重要途徑與快速增殖的癌細(xì)胞對(duì)膜脂的需求相一致[19]。

2.4 抗氧化途徑 活性氧中間產(chǎn)物具有包括信號(hào)傳導(dǎo)等重要的細(xì)胞功能。然而，如果它們失去控制，會(huì)對(duì)健康細(xì)胞產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，并可能誘發(fā)癌癥[20]。核因子紅系相關(guān)因子-2（NRF2）為重要的氧化還原調(diào)控因子[21]。在輕度應(yīng)激反應(yīng)中，p53轉(zhuǎn)錄激活與Nrf2結(jié)合的重要細(xì)胞周期抑制物p21，從而將其從平常的約束狀態(tài)中解除[22]。Nrf2從細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞核的重新定位使它能調(diào)節(jié)多個(gè)抗氧化靶點(diǎn)，其中大約已有200個(gè)基因被報(bào)道[21]。如其中的NADH泛醌氧化還原酶，其在野生型p53與突變型p53的環(huán)境中具有不同的功能[23]。在應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，p53將抑制Nrf2。這種精細(xì)的控制水平反映著p53能在輕度應(yīng)激損傷的情況下促進(jìn)修復(fù)，卻在嚴(yán)重的不可修復(fù)的損傷中阻止補(bǔ)救過程。

在應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激時(shí)，突變型p53能降低Nrf2的蛋白質(zhì)水平。其結(jié)果是Nrf2的目標(biāo)基因，解毒酶基因的低水平表達(dá)，而活性氧（ROS）增多。值得注意的是，在氧化應(yīng)激下，野生型p53使細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制，而突變型p53能增加細(xì)胞對(duì)ROS的耐受性，使細(xì)胞能存活與增殖[24]。

3 干擾轉(zhuǎn)錄調(diào)控

當(dāng)p53發(fā)生突變時(shí)，轉(zhuǎn)錄活性發(fā)生改變，這將促進(jìn)癌癥的發(fā)生。除上述提到的物質(zhì)外，近年來還有一些新發(fā)現(xiàn)。

3.1 SWI/SNF 在更高水平上，證實(shí)了突變型p53對(duì)染色質(zhì)調(diào)節(jié)的改變作用。為了使野生型p53能夠進(jìn)入其靶基因調(diào)控區(qū)域（上游啟動(dòng)子或內(nèi)含子）中特定的DNA反應(yīng)元件，它必須與許多染色質(zhì)調(diào)控因子協(xié)作以暴露適當(dāng)?shù)恼{(diào)控元件和相關(guān)的要轉(zhuǎn)錄的DNA[25]。野生型p53通過與染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合物SWI/SNF相結(jié)合達(dá)到以上作用[26]。突變型p53也被證實(shí)能與SWI/SNF復(fù)合物結(jié)合，但是與野生型p53相比，突變型p53不能直接與野生型p53的DNA反應(yīng)元件結(jié)合，而是通過其他轉(zhuǎn)錄因子定位到不同的基因啟動(dòng)子。通過這種協(xié)調(diào)作用，SWI/SNF復(fù)合物估計(jì)將促進(jìn)40%以上由突變型p53調(diào)控的基因的轉(zhuǎn)錄。如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2（VEGF2），它對(duì)與腫瘤發(fā)生相關(guān)的新生血管的生成至關(guān)重要[27]。

3.2 MLLs/MOZ 突變型p53可通過不同于野生型p53與對(duì)應(yīng)物的相互作用方式改變轉(zhuǎn)錄機(jī)制。野生型p53可通過其核心結(jié)構(gòu)域與RNA聚合酶Ⅱ（POL Ⅱ）物理性結(jié)合的方式來抑制靶基因的表達(dá)[28]。相反，通過轉(zhuǎn)錄因子ETS2的參與，突變型p53可重新定位于RNA聚合酶Ⅱ以轉(zhuǎn)錄組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶MLL1、MLL2及乙酰轉(zhuǎn)移酶MOZ。這說明突變型p53能改變基本的轉(zhuǎn)錄過程以滿足癌細(xì)胞增殖[29]。

p53為重要的抑癌基因，是細(xì)胞周期與細(xì)胞代謝途徑中的重要調(diào)控因子。首先，野生型p53可以暫停細(xì)胞周期進(jìn)程，啟動(dòng)分子應(yīng)答機(jī)制對(duì)損傷的DNA進(jìn)行修復(fù)。同時(shí)，野生型p53調(diào)控著生物三大物質(zhì)的代謝，通過限制腫瘤細(xì)胞核酸物質(zhì)的合成與對(duì)葡萄糖的攝取等作用抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，野生型p53可調(diào)控多種基因的轉(zhuǎn)錄活性，并對(duì)染色質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。野生型p53與其分子伴侶間相互作用形式的改變?cè)诖龠M(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)中起著關(guān)鍵作用。在某種程度上，p53基因的突變?yōu)榇龠M(jìn)腫瘤生長(zhǎng)提供了廣泛的基礎(chǔ)性新特性。這些發(fā)現(xiàn)為具有突變型p53癌癥的治療提供了創(chuàng)新的理論依據(jù)。同時(shí)，因p53突變可改變其分子伴侶的功能，這提醒廣大醫(yī)務(wù)工作者在針對(duì)這些靶點(diǎn)的治療前，也要考慮p53的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]汪來，吳緬.p53在腫瘤發(fā)生過程中的功能研究及進(jìn)展[J].中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)，2017，47（1）：52-58.

[2] Xuetian Yue，Yuhan Zhao，Yang Xu，et al.Mutant p53 in Cancer：Accumulation，Gain-of-Function，and Therapy[J].Journal of Molecular Biology，2017，429（11）：1595-1606.

[3]李文娟，潘慶杰，李美玉.p53基因及其功能研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通訊，2014，25（2）：282-285.

[4] Rokudai S，Laptenko O，Arnal S M，et al.MOZ increases p53 acetylation and premature senescence through its complex formation with PML[J].Proc Natl Acad Sci USA，2013，110（10）：3895-3900.

[5] Opalinska J，Zhou L，Verma A.A new PML-RARs fusion transcript hints at the important role of PML dysregulation in the pathogenesis of APL[J].Leukemia & Lymphoma，2009，48（3）：443-444.

[6] Di Agostino S，Strano S，Emiliozzi V，et al.Gain of function of mutant p53：the mutant p53/NF-Y protein complex reveals an aberrant transcriptional mechanism of cell cycle regulation[J].Cancer Cell，2006，10（3）：191-202.

[7] Li Y，Guessous F，Kwon S，et al.PTEN has tumor-promoting properties in the setting of gain-of-function p53 mutations[J].Cancer Res，2008，68（6）：1723-1731.

[8] Virginia ?lvarez-Garcia，Yasmine Tawil，Helen M.Wise，et al.Mechanisms of PTEN loss incancer：its all about diversity[J].Seminars in Cancer Biology，2019，59：66-79.

[9] Huang X，Zhang Y，Tang Y，et al.A novel PTEN/mutant p53/c-Myc/Bcl-XL axis mediates context-dependent oncogenic effects of PTEN with implications for cancer prognosis and therapy[J].Neoplasia，2013，15（8）：952-965.

[10] Valenti F，F(xiàn)austi F，Biagioni F，et al.Mutant p53 oncogenic functions are sustained by Plk2 kinase through an autoregulatory feedback loop[J].Cell Cycle，2011，10（24）：4330-4340.

[11] Kollareddy M，Dimitrova E，Vallabhaneni K C，et al.Regulation of nucleotide metabolism by mutant p53 contributes to its gain-of-function activities[J].Nat Commun，2015，6：7389.

[12] Schwartzenberg-Bar-Yoseph F，Armoni M，Karnieli E.The tumor suppressor p53 down-regulates glucose transporters GLUT1 and GLUT4 gene expression[J].Cancer Res，2004，64（7）：2627-2633.

[13] David W. Meek.Regulation of the p53 response and its relationship to cancer[J].Biochemical Journal，2015，469（3）：325-346.

[14] Jiang P，Du W，Wang X，et al.p53 regulates biosynthesis through direct inactivation of glucose-6-phosphate dehydrogenase[J].Nat Cell Biol，2011，13（3）：310-316.

[15] Zhang C，Liu J，Liang Y，et al.Tumour-associated mutant p53 drives the Warburg effect[J].Nat Commun，2013，4：2935.

[16] Rodriguez O C，Choudhury S，Kolukula V，et al.Dietary downregulation of mutant p53 levels via glucose restriction：mechanisms and implications for tumor therapy[J].Cell Cycle，2012，11（23）：4436-4446.

[17] Gluchowski N，Becuwe M，Walther T，et al.Lipid droplets and liver disease：from basic biology to clinical implications[J].Nat Rev Gastroenterol Hepatol，2017，14（6）：343-355.

[18] Xiang Y L，Jason B W，Leland W K C.Anti-cancer efficacy of SREBP inhibitor， alone or in combination with docetaxel，in prostate cancer harboring p53 mutations[J].PMC，2015，6（38）：41018-41032.

[19] Freed-Pastor W A，Mizuno H，Zhao X，et al.Mutant p53 disrupts mammary tissue architecture via the mevalonate pathway[J].Cell，2012，48（2）：244-258.

[20] Costa A，Scholer-Dahirel A，Mechta-Grigoriou F.The role of reactive oxygen species and metabolism on cancer cells and their microenvironment[J].Semin Cancer Biol，2014，25：23-32.

[21] Camp N D，James R G，Dawson D W，et al.Wilms tumor gene on X chromosome （WTX） inhibits degradation of NRF2 protein through competitive binding to KEAP1 protein[J].J Biol Chem，2012，287（9）：6539-6550.

[22] Chen W，Sun Z，Wang X J，et al.Direct interaction between Nrf2 and p21（Cip1/WAF1） upregulates the Nrf2-mediated antioxidant response[J].Mol Cell，2009，34（6）：663-673.

[23] Peter T，Gad A，Veronica R，et al.Inhibition of NAD（P）H：quinone oxidoreductase 1 activity and induction of p53 degradation by the natural phenolic compound curcumin[J].PNAS，2005，102（15）：5535-5540.

[24] Kalo E，Kogan-Sakin I，Solomon H，et al.Mutant p53R273H attenuates the expression of phase 2 detoxifying enzymes and promotes the survival of cells with high levels of reactive oxygen species[J].J Cell Sci，2012，125（22）：5578-5586.

[25] Laptenko O，Prives C.Transcriptional regulation by p53：one protein，many possibilities[J].Cell Death Differ，2006，13（6）：951-961.

[26] Tordella L，Khan S，Hohmeyer A，et al.SWI/SNF regulates a transcriptional program that induces senescence to prevent liver cancer[J].Genes Dev，2016，30：2187-2198.

[27] Pfister N T，F(xiàn)omin V，Regunath K，et al.Mutant p53 cooperates with the SWI/SNF chromatin remodeling complex to regulate VEGFR2 in breast cancer cells[J].Genes Dev，2015，29（12）：1298-1315.

[28] Kim S，Balakrishnan S K，Gross D S.p53 interacts with RNA polymerase II through its core domain and impairs Pol Ⅱ processivity in vivo[J].PLoS One，2011，6（8）：e22183.

[29] Zhu J，Sammons M A，Donahue G，et al.Gainof-function p53 mutants co-opt chromatin pathways to drive cancer growth[J].Nature，2015，525（7568）：206-211.

（收稿日期：2020-01-10） （本文編輯：程旭然）