人类天生拥有的肿瘤克星！《细胞》子刊：我们对p53了解有多少？
人类天生拥有的肿瘤克星！《细胞》子刊：我们对p53了解有多少？
p53蛋白是肿瘤研究领域最重要的蛋白之一，自1979年被发现以来，科学家们对其研究从未停止。近期，美国哥伦比亚大学研究团队在《癌细胞》期刊上发表了一篇关于p53的综述文章，系统梳理了p53的发现历程、调控机制、功能以及在癌症治疗中的应用前景。
45年前，科学家发现了至今仍然对肿瘤领域有深远影响的蛋白p53，从1979年开始，p53蛋白持续激发着癌症研究与制药行业的广泛兴趣。随着科学界对p53的了解不断加深，我们也离攻克肿瘤这个世纪难题更进一步。
值此特殊的节点，在近期的Cancer Cell期刊上，美国哥伦比亚大学欧文医学中心癌症遗传研究所顾伟教授团队发布了一篇题为“Understanding the complexity of p53 in a new era of tumor suppression”（在肿瘤抑制新纪元，理解p53复杂性）的综述长文。
文章从p53的基本信息出发，介绍了这些年来发现的p53调控机制、p53功能和在癌症中的作用。同时，文章也向我们展示了靶向p53的治疗应用和前景，以及更多有待解决的问题。
P53的发现和研究历程
在过去的数十年中，p53的研究历程经历了几次非常关键的节点转折。1979年，几个团队在对SV40病毒转化细胞或其他方法中独立发现了p53蛋白，这是p53首次亮相。不过，最初研究者认为p53是一个参与细胞转化的致癌因子。直到1989年，一系列论文证实，p53与最初的推测相反，实际上是一种肿瘤抑制因子。
从此，科学家更加对p53的独特作用感兴趣。更多研究发现人类p53基因家族包含三个成员p53，p63和p73。该家族起源于至少8亿年前，随后发生基因复制和结构多样化从而产生这三个家族成员。一个有趣的发现是p53家族基因存在于一些单细胞真核生物中，例如领鞭毛类Monosiga brevicollis，这表明p53家族在多细胞生物的进化可能存在重要作用。还有研究发现p53基因在脊椎动物进化中非常保守。而后，p53蛋白的氨基酸组成被破解，其结合位点和调节转录机制也逐渐浮出水面。从上世纪90年代开始，大量与p53有关的论文如雨后春笋般发布。
研究团队统计了1979年以来，PubMed上与p53相关的文献发布数量，并列出了不同时期的关键性发现。
图1：p53历年来的文献发布数量和关键节点发现（图片来源：参考资料[1]；药明康德内容团队翻译）
图2：历年来CNS主刊上发表的p53相关研究和综述文章数量（图片来源：药明康德内容团队）
P53调节机制关键点
不同的应激信号，例如DNA损伤可以激活p53。而p53作为转录因子的活性是高度动态的，同时p53在细胞质中也可以表现出与转录因子无关的功能，例如通过与Bcl-XL蛋白相互作用促进细胞凋亡。
从调控机制上来看，p53的表达和活性受到蛋白质、DNA、RNA水平上的调节。
图3：p53的调控机制（图片来源：参考资料[1]）
在蛋白质水平上，p53的折叠、稳定性、细胞定位、DNA结合、反式激活和靶标选择主要是由蛋白翻译后修饰（例如泛素化、磷酸化和乙酰化）和辅助因子（MAM2和MDMX等）介导的。
在DNA水平上，p53可能出现单核苷酸多态性和突变，以此改变p53的表达活性。此外，p53编码基因具有两个启动子，这个区域可以被甲基化和基因沉默，同时p53还能够被转录因子所激活或者抑制。
在RNA水平上，p53 mRNA的细胞定位、稳定性和翻译会受到RNA结合蛋白（例如TIA1）和非编码RNA的调节。p53的前体mRNA和mRNA能够分别经历选择性剪接和选择性翻译。
p53功能：多样性和复杂性
p53最早发现的功能包括诱导细胞周期停滞、细胞凋亡和衰老。各种应激信号可以诱导p53发挥这些功能，其中DNA损伤是最有效的触发因素。当DNA损伤时，p53会被稳定激活，停止细胞周期来给细胞一个时间窗口完成修复。当损伤情况过于严重，p53会转而诱导细胞凋亡和衰老，以此清除受损细胞，这是p53防止癌细胞发生的主要手段。
另外，p53是代谢的主要调节因子，包括葡萄糖、脂质、氨基酸等代谢过程。一般来说，p53抑制合成代谢过程，例如新生脂肪生成、核苷酸合成。同时p53会促进分解代谢，例如氧化磷酸化、脂肪分解和脂肪酸氧化。p53会通过减少癌细胞快速增殖所需的原料产出，来抑制肿瘤发展。
图4：p53的功能和生理病理学作用（图片来源：参考资料[1]）
而对于已经发生癌变的细胞，p53会设法阻止它们发生转移，比如限制细胞的移动性和上皮-间质转化。一方面，p53会抑制肿瘤微环境中的血管生成和淋巴管生成，阻断癌细胞通过血液和淋巴系统转移，同时p53会增加细胞外基质的完整性，增加癌细胞的黏附。
另一方面，已经进入循环系统中癌细胞会在p53的驱动下发生失巢凋亡（Anoikis）和铁死亡（ferroptosis），阻止癌细胞扩散到新的部位。此外，p53还能够调节免疫反应，比如间接抑制PD-L1的表达，使癌细胞对抗肿瘤免疫反应变得敏感。
病理学与疾病治疗中的p53
由于p53含有众多功能，并参与了正常生理中的许多过程，失调的p53活性也会导致各种疾病。p53对发育调控有关键作用，有证据表明，不受控制的p53与小鼠、人类的各种发育缺陷有关。而由于p53具有阻止细胞转移的作用。理论上它可能对伤口愈合（与细胞迁移有关）有阻碍作用。
而在衰老方面，p53可能是一把双刃剑。p53介导的应激反应可以增加细胞存活，减少受损细胞，维护机体稳态从而延缓衰老。但p53驱动的过度和持续的DNA损伤反应对衰老会有着促进作用，另外p53导致的干细胞耗竭也会加速衰老过程。目前的研究对p53的衰老作用仍存在很多空缺，如何平衡p53在肿瘤抑制和衰老中的作用，有望帮助人类更安全实现长寿目标。
图5：p53与癌症标志（图片来源：参考资料[1]）
此外，p53功能还与神经退行性疾病（NDD）密切相关，NDD往往会伴随高水平的p53，这可能与p53诱导细胞凋亡有关。根据过往研究，铁死亡很可能是p53诱导NDD发生的方式。
而与衰老相似，p53在代谢疾病方面的作用仍是众说纷纭，包括肥胖、糖尿病、脂肪肝等疾病中，经常有研究报道出相互矛盾的结果，因此在讨论p53在代谢中的作用时，必须将其放在特定的环境中展开。
基于这些发现，针对p53相关的生理和病理过程也将激发更多疗法诞生。一方面是在癌细胞中通过多种方法增强或恢复p53的功能，用于治疗癌症。另一方面，在NDD高危人群中合理抑制p53或能预防该类疾病发生，减轻疾病症状，但如前文所述，如何在调控p53的同时不促发肿瘤，是这类治疗策略需要重点考虑的问题。
论文的第一作者刘彦卿博士指出，在p53靶向药物真正造福癌症患者之前，还需要克服以下几个障碍：
- 需要优化药物的吸收、分布、代谢和排出（ADME）；
- p53靶向治疗的效率受到多种因素的影响。尽管p53具有强大的肿瘤抑制能力，但其激活并不总是能保证有效地根除肿瘤细胞。患者分类和联合治疗等策略可能会提高疗效；
- 一些药物的特异性较低，可能会导致脱靶效应；
- 药物on-target或off-target所引起的副作用是主要的安全问题。这在正常细胞通过阻断MDM2-p53相互作用来激活WT p53时尤其明显；
- p53靶向治疗存在驱动肿瘤进化的风险，以及筛选出p53突变，导致治疗抵抗和肿瘤复发。适当的联合治疗可能有助于减轻这种风险；
- 如前所述，p53在极少情况下会促进肿瘤存活、进展、耐药性和复发。在这些情况下，需要仔细考虑以确定是否应该激活p53来治疗肿瘤。
随着人工智能、结构生物学和多组学等领域的进步，这些问题最终将得到解决。
展望未来
在过去的45年里，p53的研究已经取得了非常大的进展，科学家已经对p53的基本调控机制、功能和治疗潜力有了许多了解。鉴于p53的广泛作用，调节其活性可能改善正常生理功能和以及减轻p53相关疾病，从而增强健康。例如，激活子宫中的p53可能会提高胚胎着床的成功率，而抑制p53则可能会预防神经退行性疾病并减少缺血性器官损伤。
但p53领域仍然有许多谜团有待解开，比如p53在基础状态下的功能是什么？现在许多研究都是针对激活或者失调的p53开展的，但在没有刺激的情况下，p53功能是如何发挥作用的也是一个值得探索的方向。
另外，数百个基因会在p53激活或者缺失时发生表达变化，p53是如何作为转录因子在p53网络中发挥作用的也是未知的。p53还有哪些靶标和功能？我们能否利用p63和p73与p53协同靶向治疗癌症和其他疾病？
有关p53待解答的问题列表还有很长，未来也会涌现出更多新问题，而只有不断找到这些问题的答案，我们才会离全面了解p53更近一步，也让相关的疾病治疗迎来新的希望。
本文原文来自药明康德