关于肿瘤克星——P53，这些你都知道吗？

转录因子P53在细胞周期中发挥着核心作用，并且可以说是最重要的肿瘤抑制因子之一。在细胞受到DNA损伤或致癌压力等信号时，P53通过一系列磷酸化事件和其它后转录修饰（PTM）被激活，导致P53靶基因的表达，这些基因参与细胞周期停滞、DNA修复，或者如果无法修复，则会引发细胞凋亡。

▲p53通过多种磷酸化事件在细胞应激下被激活

P53研究历史

p53的研究历程可以追溯到1979年，当时p53蛋白被多个研究团队独立发现，这些研究团队在关于猴病毒40（SV40）的研究中发现了p53蛋白。最初人们认为p53是参与细胞转化的癌基因，但在1989年，一系列论文揭示了野生型（WT）p53实际上是一种肿瘤抑制基因。

▲P53研究历史

人类P53基因家族包括三个成员：P53、P63、P73。P53蛋白主要作为转录因子（TF）发挥作用，人类中的全长p53蛋白（FLp53）包括393个氨基酸，分为五个不同的结构域：N-末端转录活化结构域（TAD）、富含脯氨酸结构域（PRD）、中央DNA结合结构域（DBD）、四聚体化结构域（TD）和C-末端调节结构域（CTD）。

在未受到压力的细胞中，p53蛋白呈现单体、二聚体和四聚体状态的混合，其中二聚体占主导地位。在各种类型的应激信号（包括DNA损伤、致癌基因激活、核糖体应激、端粒侵蚀、营养匮乏和缺氧）作用下，大多数p53蛋白通过其TD迅速组装成功能四聚体（二聚体的二聚体）。通过使用DBD，这种四聚体识别位于靶基因的启动子或增强子上的p53结合位点以调节转录。

此外，p53的转录活化结构域（TAD）和调节结构域（CTD）本质上是无序的，这有助于它们与转录介质的相互作用。这两个结构域也是主要经历翻译后修饰（PTMs）的区域。

▲P53结构

P53的调控

p53的表达和活性受到DNA、RNA和蛋白质水平上多层次的调控。

在DNA水平上，p53基因可能发生SNP和突变。p53具有两个启动子，可以被甲基化并沉默。p53基因的转录受到各种转录因子（例如，HOXA5）的激活或抑制。

在RNA水平上，p53 mRNA的细胞定位、稳定性和翻译由RNA结合蛋白（如TIA1）和非编码RNA（如miR-380-5p）调节。p53前体mRNA和mRNA可以分别进行替代剪接和替代翻译。

在蛋白质水平上，p53的折叠、稳定性、细胞定位、DNA结合、转录激活能力和靶向选择主要由翻译后修饰（例如，泛素化、磷酸化和乙酰化）和辅因子（例如，MDM2、MDMX和CBP）介导。各种压力信号（如DNA损伤）可以激活p53，其作为转录因子的活性具有高度的动态性。p53在细胞质中还表现出TF独立功能（例如，通过与Bcl-XL相互作用促进凋亡）。

▲P53的调控

P53的功能

p53表现出多样且复杂的功能——

经典功能：包括诱导细胞周期阻滞、凋亡和衰老，以及维持基因组稳定性等。

其他功能：如介导新陈代谢、铁死亡、干细胞动态、细胞竞争、转移和免疫等。

由于其广泛的功能，p53在许多生理过程（如生殖、发育、再生、修复和衰老）和病理疾病（如神经退行性疾病、辐射中毒、化疗毒性、缺血损伤、代谢性疾病和癌症）中起着关键作用。

▲P53的功能以及其在病理中的作用

举个例子：细胞周期阻滞、细胞凋亡、衰老和基因组稳定性

p53的细胞周期阻滞、凋亡和衰老诱导是最早发现的功能之一。各种压力信号都可以诱导p53发挥这些功能，其中DNA损伤是最强的”触发器“。

在DNA损伤时，p53被稳定并激活以阻止细胞周期，为细胞提供了一个时间窗口和足够的物质和能量，以修复受损的DNA。如果损伤过于严重无法修复，p53将通过诱导凋亡和衰老来消除受损细胞。值得注意的是，p53激活的结果也取决于细胞类型和DNA损伤类型。这三种活动被广泛接受为防止肿瘤发生的主要障碍。另一方面，未能消除受损细胞会导致基因组不稳定性。p53的丧失，包括等位基因丧失（LOH）和双等位基因失活或缺失，促进了基因组不稳定性，并推动了肿瘤细胞基因组的演化。

然而，目前尚不清楚p53介导的这些与DNA修复相关的靶点的激活是否足以独立于其他p53活动来抑制肿瘤发生。

再举个例子：代谢和铁死亡

p53在调节葡萄糖、脂质、氨基酸、核苷酸、铁以及氧化还原过程等多种代谢方面起着主导作用。它还调节自噬，并与AMPK、AKT和mTOR等主要代谢调节因子有广泛的交互作用。这使得p53与几种代谢性疾病，尤其是癌症有关。

一般来说，p53抑制合成代谢过程（例如新生脂肪生成和核苷酸合成），同时促进分解代谢过程（包括氧化磷酸化、脂解和脂肪酸氧化）。增强的糖酵解在癌细胞中产生多种分子物质用于生物合成，因此也被p53抑制。这些p53的活动抵消了癌细胞快速增殖的需求，从而导致肿瘤抑制。

铁死亡是一种铁依赖性的调控性细胞死亡形式，在脂质过氧化物过量的情况下发生，与代谢途径密切相关。P53的一些代谢靶点直接参与调节铁死亡，如SLC7A11、VKORC1L1、GLS2和PLTP。P53介导的铁死亡也被认为是肿瘤抑制的重要武器。

靶向P53治疗癌症

目前已经开发出了多种方法来针对p53进行癌症治疗。在保留WT p53的肿瘤中，RG7388、APG-115和ALRN-6924被用来干扰p53与MDM2或MDMX之间的蛋白相互作用，而RITA、tenovin-6、ML364和UNC0379则针对p53的其他负调控因子。

在含有p53错义突变的肿瘤中，APR-246、COTI-2 和PAT等能够恢复许多p53突变体的WT构象。特定的药物如PhiKan083、PK7088和MS78则针对p53 Y220C突变，而ZMC1用于p53 R175H突变。

此外，基因组编辑可能有助于纠正p53基因突变。NSC59984、ganetespib、MCB-613和纳米受体能够降解突变p53。像ReACp53和ADH-6这样的药物则能解决突变p53的聚集，部分恢复WT p53功能。识别突变p53衍生的新抗原的抗体如P1C1TM和H2-scDb，通过免疫细胞介导肿瘤细胞消除。p53MVA和p53-SLP则是免疫治疗中使用的p53疫苗。突变p53新抗原也可用于开发细胞免疫治疗。突变p53 DNA片段和蛋白（包括其聚集体）可用于肿瘤诊断和预后。

在存在 p53 无义突变的肿瘤中，G418、2,6-DAP、CC-90009和NMDI14，可以诱导 p53 突变型 mRNA 的诱导翻译通读（readthrough），或抑制 NMD。在p53-null肿瘤中，提供p53蛋白、mRNA和DNA可以恢复p53表达并消灭肿瘤细胞。

总之，P53 蛋白是一种转录因子和肿瘤抑制蛋白，可结合 DNA 并调控多种转录靶标，响应细胞应激或 DNA 损伤，协调细胞周期阻滞、DNA 修复、代谢改变、凋亡等过程，防止肿瘤形成。陶术可提供多种激动剂、抑制剂助力P53相关研究，欢迎私信咨询~

参考文献：

Liu et al., Understanding the complexity of p53 in a new era of tumor suppression, Cancer Cell (2024).

Lane, D. P. (1992). Cancer. p53, guardian of the genome. Nature, 358(6381), 15-16.

Levine, A. J., & Oren, M. (2009). The first 30 years of p53: growing ever more complex. Nature Reviews Cancer, 9(10), 749-758.

Vousden, K. H., & Prives, C. (2009). Blinded by the Light: The Growing Complexity of p53. Cell, 137(3), 413-431.

Joerger, A. C., & Fersht, A. R. (2016). The p53 pathway: origins, inactivation in cancer, and emerging therapeutic approaches. Annual Review of Biochemistry, 85, 375-404.

Muller, P. A., & Vousden, K. H. (2013). p53 mutations in cancer. Nature Cell Biology, 15(1), 2-8.

Vogelstein, B., Lane, D., & Levine, A. J. (2000). Surfing the p53 network. Nature, 408(6810), 307-310.