P53基因,居然是個「兩面派」?

2021-01-16 與愛共舞訂閱號

P53基因是一個廣為人知的抑癌基因,因其所編碼的蛋白質電泳時條帶出現在Marker所示53KDa處,故獲名P53。自從該基因在1979年被首次報導以來,有關研究論文在Medline上可查到20000餘篇。

人們最初認為P53基因是一種癌基因,但隨著近十年研究的深入,P53作為抑癌基因的功能逐漸被揭示出來。在人類50%以上的腫瘤組織中均發現了P53基因的突變,這是腫瘤中最常見的遺傳學改變,說明該基因的改變很可能是人類腫瘤產生的主要發病因素。P53基因突變後,由於其空間構象發生改變,失去了對細胞生長、凋亡和DNA 修復的調控作用,P53基因由抑癌基因轉變為癌基因。


P53可以通過殺死可能出現異常有絲分裂的細胞來減少染色體不穩定性的產生。作為一種轉錄因子、一種調控轉錄的序列特異性DNA結合蛋白,P53可直接激活一系列基因的轉錄過程,也可以直接抑制部分基因的表達。綜合其各種作用,P53對整個基因組都起到了保護作用,被稱為基因組的「守護者」。


簡單來說,我們人體中的癌細胞從不遵守人體正常的細胞生長調控秩序,破壞人體的正常組織結構,並且可以隨著血液淋巴等系統流竄到人體各處「落地生根」。但癌細胞也是細胞,它的生發和生存必然要受到某些秩序的管制,而P53蛋白正是這些管制程序中最早和最重要的一環;因為腫瘤細胞的生發總是先有DNA的破壞和基因的變異或是癌基因的活化,這時P53蛋白就會急劇的增加,控制這種壞細胞的進一步分裂和增殖,防止癌症發生。

最近,大名鼎鼎、功勳卓著的P53卻受到了質疑和挑戰。「基因衛士」P53可能是個亦正亦邪的存在——其編碼的P53蛋白在某些情況下可能會促進腫瘤生長,而非抑制腫瘤。突變型P53不僅喪失了正常型P53的腫瘤抑制功能,而且還會加入到癌細胞團隊中。哈佛大學的一項研究成果表示:因突變而失去功能的P53,會連累其他正常的P53基因,使它們也逐漸喪失功能。同時突變型P53還會抵抗化療,保護癌細胞免受外界刺激,與癌細胞「打成一片」。

Cancer Cell雜誌上的一項研究認為:我們的「抗癌鬥士」, 其編碼的P53蛋白在某些情況下可能會促進腫瘤生長,而非抑制腫瘤。中國中山大學、南方醫科大學及美國聖地牙哥加州大學的研究者對共同發現的這一事實進行了解釋。儘管在超過50%的人類癌症中都發現了P53基因突變,在某些特定癌症(如肝癌)中,卻很少見到這一突變。

團隊對肝癌進行了4年的研究工作,確認WT P53(一種突變型P53)可通過增強癌細胞代謝而促進腫瘤生長。這當中的關鍵是一種名叫PUMA(p53 upregulated modulator of apoptosis,意為P53細胞凋亡調節因子)的蛋白質,它可以在線粒體裡發揮作用,而線粒體是細胞的能量中心。一定水平的PUMA蛋白會干擾線粒體的正常功能,導致從氧化磷酸化(能量生成的過程)到糖酵解(另一能量代謝通路,可促進癌細胞代謝)的轉變。


糖酵解是癌細胞代謝的特徵,也是腫瘤發生的必需過程。一般認為,WT P53通過調節代謝酶的表達或活性,在促進磷酸化和抑制糖酵解方面起到多種作用。與之不同的是,這項研究發現WT P53在促進癌症代謝轉換中的主導作用,是通過誘導PUMA介導的線粒體內丙酮酸攝取的破壞,而將氧化磷酸化轉化為糖酵解實現的。


研究得出結論:WT P53-PUMA 信號通路驅動著癌細胞的代謝轉換;WT P53在肝癌等癌症中,是維持癌細胞的生長和糖酵解過程所必需的;肝癌細胞中,高水平的PUMA與線粒體內丙酮酸攝取減少和糖酵解增加成正相關;PUMA水平高的肝癌患者預後可能較差。該研究結果對腫瘤的藥物治療也有警示作用:旨在增強P53功能的藥物療法可能會對癌症患者起到不利的反作用。


隨著研究的深入,P53的功能不僅只有調節基因組完整性、細胞周期停滯和細胞凋亡這些功能,還有一些「非常規」的功能,比如調節自噬、改變新陳代謝、抑制多能性和細胞可塑性以及促進鐵依賴形式的細胞死亡等,甚至基礎水平的P53可以強化多種其他腫瘤抑制網絡。P53的反應非常靈活,取決於細胞類型、分化狀態、壓力條件和環境信號等。p53的不同功能構成了一個龐大複雜的信號網絡,看圖片是不是覺得很震撼?

P53在臨床上常常用於基因檢測。P53抑癌基因檢測是癌症早期篩查的一種,是通過高科技手段來檢測人體P53基因的序列是否發生變異,從而進行預測和評估癌變的風險。


那麼,這是如何實現的呢?


首先,P53不是驅動基因,是一個抑癌基因。從理論上講是沒有靶向藥可以起作用的。P53的兩個作用:細胞分裂增殖的時候要複製DNA,這個過程經常會出錯,第一個作用就是「糾錯」,讓細胞周期先暫停下來修復錯誤,修復完成後才允許細胞重新回到分裂的周期中;當錯誤太多無法修復的時候,這時就發揮它的第二個作用,誘導細胞凋亡,以避免讓帶著錯誤DNA的細胞繼續分裂增殖而成為癌細胞。因為有它存在,細胞的基因組會保持相對穩定,不大容易發生各種突變,而當P53本身發生突變的時候,因為糾錯機制失靈了,基因組會變得不穩定,各種突變都出來了,那新突變出來的腫瘤細胞,就沒有辦法凋亡,就會一直大量的繁殖變成腫瘤。


通過P53基因檢測,那些查出腫瘤易感基因但還沒有演變為癌症的高危人群,就能在細胞出現病變之前通過醫學監督和幹預,減少或延緩發病的可能。


經過研究發現,P53易感基因的檢測範圍相當廣泛,幾乎涵蓋了對生命危害的多種癌症,包括「肺癌、乳腺癌、食管癌、結直腸癌、神經膠質瘤、卵巢癌、前列腺癌、骨肉瘤、頭頸癌」。

儘管P53基因是個「兩面派」,但依然是科學家們研究最透徹,功能最強大的一種基因,希望越來越多的科學家能夠挖掘出P53基因優勢的一面,避開P53「邪惡」的一面。同時,人們越來越關注通過"治本"的方法來提高腫瘤治癒率,P53基因未來也許不僅在基因檢測上使患者獲益,基因治療同樣令人期待。目前P53基因的研究越來越透徹,漸漸從實驗室走向臨床,以後會逐步走向產業化,為人類徵服癌症帶來曙光。

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