综述精读 | 理解新纪元下p53在肿瘤抑制中的复杂性
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Basic Information
- 英文标题： Understanding the complexity of p53 in a new era of tumor suppression
- 中文标题：理解新纪元下p53在肿瘤抑制中的复杂性
- 发表日期：10 June 2024
- 文章类型：Review
- 所属期刊：Cancer Cell
- 文章作者：Yanqing Liu | Wei Gu
- 文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1535610824001338
Summary
Para_01
- p53是在45年前被发现的，作为一种SV40大型T抗原结合蛋白，由人类癌症中最常突变的TP53基因编码。
- 作为转录因子，p53通过复杂的后翻译修饰网络严格调控，执行其在肿瘤抑制中的多样功能。
- 尽管早期研究确立了p53介导的细胞周期停滞、凋亡和衰老是癌症发展的经典障碍，但p53的新功能不断被发现，其抗肿瘤作用的范围得到了大幅扩展。
- 本文回顾了p53调节的复杂性，以及p53途径在代谢、铁死亡、免疫等领域的最新进展，这些都对肿瘤抑制有贡献。
- 我们还讨论了如何特异性激活p53功能，使其在抑制肿瘤生长的同时，不对正常稳态造成损害的治疗策略挑战。
Keywords
- p53; tumor suppression; p63; p73; MDM2; MDMX; apoptosis; cell-cycle arrest; senescence; genome stability; metabolism; ferroptosis; stem cell dynamics; cell competition; metastasis; immunity; p53 mutation; targeting p53; cancer treatment
Introduction
Para_01
- 1979年发现的p53蛋白，由肿瘤蛋白p53（TP53或p53）基因编码，吸引了癌症研究界和制药行业的广泛关注，使其成为研究最为深入的基因。
- 45年来的研究中，p53不断带来惊喜与兴奋，但也伴随着持续的困惑。
- 人们付出了大量努力来理解p53，这使得我们对这个基因有了更清晰的认识（见图1）。
- 然而，关于p53的某些方面仍不清楚。
- 本综述首先介绍p53的基本信息及其调控机制，然后总结其功能以及在正常生理条件和各种病理异常，特别是癌症中的作用。
- 最后，我们讨论靶向p53的治疗应用以及p53领域未解决的问题。
- 由于篇幅限制，未能引用许多关于p53的原始研究论文和重要评论。
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- 图1. 过去45年来p53领域研究的时间线：自1979年起每五年PubMed记录的出版物数量，以及关于p53的关键发现。由于篇幅限制，许多优秀研究未能在此列出。
- LFS指的是Li-Fraumeni综合症，PTM表示翻译后修饰，GOF代表功能增强，NDD指神经退行性疾病，iPSC是诱导多能干细胞，TAD2是转激活域2，KR指的是赖氨酸到精氨酸的突变。
Discovery, evolution, and structure of p53
Para_01
- 过去几十年里p53的研究经历了多次关键转折，这反映了肿瘤学曲折的发展，伴随着显著的范式转变。2,3,4,5
- 1979年，p53蛋白由多个实验室独立发现，他们在研究被猴病毒40(SV40)或其他方式转化的细胞时。6,7,8,9
- 最初，人们认为p53是参与细胞转化的致癌基因。然而，1989年的一系列论文揭示了野生型(WT)p53实际上是一个肿瘤抑制因子。2,3,4,5,10,11,12,13,14","Figure_1": "这是关于WT p53作为肿瘤抑制因子的图1
Para_02
- 人类p53基因家族包括三个成员：p53、p63和p73。这个家族至少在8亿年前起源，并通过基因复制和结构多样化发展。
- 一个有趣的发现是，p53家族基因存在于某些单细胞真核生物中，如鞭毛虫Monosiga brevicollis，这表明它在多细胞生物进化中的重要性。
- 单细胞真核生物中的p53家族基因被认为是对各种压力下保持基因组稳定性的机制。
- p53基因最早出现在脊椎动物中，并且自那时起就得到了进化上的保守。
- 考虑到较低生物患癌风险的微小，它们体内存在p53家族令人瞩目。
- 这引发了关于p53家族原始作用在进化中的问题。可能最初这个家族参与维持生殖细胞的完整性，其著名的肿瘤抑制能力则是后来才出现的。
Para_03
- p53蛋白主要作为一种转录因子（TF）起作用，尽管也有关于非TF依赖活性的研究。（图2）15,17,18
- 人类p53蛋白全长（FLp53）由393个氨基酸组成，分为五个不同区域：N端转录激活域（TAD）、脯氨酸丰富区（PRD）、中心DNA结合域（DBD）、四聚体化域（TD）和C端调节域（CTD）。
- p53的TAD分为TAD1和TAD2两个亚基。15,19
- 在未受压力的细胞中，p53蛋白主要处于单体、二聚体和四聚体状态，其中二聚体占主导。20
- 当受到各种类型的信号刺激（包括DNA损伤、致癌基因激活、核糖体压力、端粒侵蚀、营养剥夺和缺氧）时，大部分p53蛋白通过TD迅速形成功能四聚体（二聚体的二聚体）。
- 这个四聚体利用DBD识别目标基因启动子或增强子上的p53结合位点来调控转录。
- 与已知结构的紧密折叠的DBD不同，p53的TAD和CTD是内源性无序的，这有利于它们与转录辅助因子的相互作用。15
- 这两个区域也是主要发生翻译后修饰（PTM）的地方。21
- PRD也对p53的活性有贡献。22
- p53通过由两个十聚体重复组成的特异性响应元件（RE）——RRRCWWGYYY（R嘌呤，W腺嘌呤或胸腺嘧啶，Y嘧啶）——招募到DNA上。23
- p53直接调控超过300个目标基因的转录。考虑到间接靶点，p53被认为介导数千个基因的表达。24
- 报道的大多数目标是编码蛋白质的基因，但p53也调节各种非编码RNA。25
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- 图2. p53的调控：p53的表达和活性受到DNA、RNA和蛋白质层面多层调控。
- 在DNA层面，p53基因可能发生SNP（如P72R）和突变（如R273H）。
- p53拥有两个启动子，可被甲基化沉默。
- p53基因的转录受到各种TF（如HOXA5）的激活或抑制。
- 在RNA层面，p53 mRNA的细胞定位、稳定性和翻译由RNA结合蛋白（如TIA1）和ncRNA（如miR-380-5p）调节。
- p53前mRNA和mRNA分别经历不同的剪接和翻译。
- 在蛋白质层面，p53的折叠、稳定性、定位、DNA结合、转录激活能力和靶点选择主要通过翻译后修饰（如泛素化、磷酸化和乙酰化）及共价因子（如MDM2、MDMX和CBP）来调控。
- 多种压力信号（如DNA损伤）能激活p53，作为转录因子的活性高度动态。
- p53还在细胞质中独立于转录因子发挥作用，例如通过与Bcl-XL相互作用促进凋亡。
- P1和P2指启动子1和2；SNP指单核苷酸多态性；E3指泛素连接酶；TF指转录因子；Me指甲基化；Ub指泛素化；P指磷酸化；Ac指乙酰化。
Regulation of p53: PTM is the key
Para_01
- 为了精确执行其多方面的功能，p53的表达和活性受到蛋白质、DNA和RNA水平上精细且多层次的调控。（图2）23,26
Regulation of p53 at the protein level
p53蛋白水平的调控
Para_02
- p53蛋白可以经历多种类型的PTM，包括泛素化、磷酸化、乙酰化、甲基化、SUMO化、NEDDylation、O-葡萄糖基化、ADP-核糖基化、UFMylation、羟基化、β-羟丁酰化、硫酸化和isoLG结合。
- 不同的压力信号决定了PTM的位置和类型。
- 许多p53的PTM是可逆的。
- PTM对p53的影响包括改变其蛋白水平、细胞定位、辅助因子招募、靶点选择性，甚至蛋白质聚集。
- 其中，泛素化、磷酸化和乙酰化是最常见且对p53活性影响最大的。
Para_03
- 泛素化通常发生在p53的C端赖氨酸残基上。
- MDM2（鼠双分钟2同源物）是最著名的p53调节器，通过泛素化p53来维持未受压力细胞中低水平的蛋白质或将核内的p53转运到胞质中。
- 许多刺激和调节因子通过缓解MDM2的抑制作用来激活p53。
- 例如，p14ARF蛋白通过抑制MDM2介导的p53降解来稳定p53。
- 关于MDM2介导的p53抑制作用重要性的确凿证据来自小鼠模型，MDM2缺乏导致的胚胎致死可以通过删除p53来挽救。
- 有趣的是，MDM2自身是p53的靶基因。
- MDM2-p53反馈环构成了与p53相关的途径的核心。
- MDMX（或MDM4）是MDM2家族的一员，尽管它本身没有E3泛素连接酶活性，但可以与MDM2形成异二聚体来增强p53的降解。
- 其他能降解p53的E3泛素连接酶包括ARF-BP1/HUWE1、COP1、CHIP和Pirh2。
Para_04
- 丝氨酸和苏氨酸的磷酸化位点分布在p53蛋白上。
- ATM（ataxia telangiectasia mutated，Ataxia Telangiectasia 蛋白突变）对p53的磷酸化展示了p53如何响应DNA损伤的最早机制。
- S15、T18和S20位点的磷酸化破坏了p53与MDM2的结合和抑制，同时增强与转录辅助因子如CREB结合蛋白（CBP）的相互作用。
- 因此，p53介导的转录被激活，诱导细胞周期停滞和凋亡。
- 严重的DNA损伤会进一步使p53在S46位点磷酸化，加强凋亡过程。
Para_05
- DBD上几个赖氨酸残基的乙酰化对于p53激活负责细胞周期停滞、凋亡、衰老和mTOR抑制的关键靶点具有关键作用。
- p53乙酰化在肿瘤抑制中的影响最直观地体现在一系列丧失乙酰化功能的敲入小鼠模型中。
- 例如，尽管保留DNA结合活性的p53-3KR突变体无法激活p21和PUMA等关键细胞周期停滞、凋亡和衰老靶点，但它们的小鼠并未表现出肿瘤倾向。
- 然而，通过p53-4KR和p53-5KR突变体进一步消除对铁调亡和mTOR途径的调控能力，会重现p53缺失小鼠的肿瘤抑制功能丧失。
- 值得注意的是，CTD上的乙酰化作用因这些赖氨酸残基还受到甲基化、泛素化、SUMO化和NEDDylation的影响而变得复杂。
- 因此，缺乏CTD乙酰化的突变体（如p53-6KR和p53-7KR）小鼠并未显示出显著的肿瘤抑制效果，因为这些突变体通过不同类型的PTM同时消除了对p53功能的正负效应。
- 实际上，模拟乙酰化（p53-KQ）突变体小鼠显示出显著的p53转录激活和肿瘤抑制，而无需增加p53蛋白水平，这强调了CTD乙酰化在活体中的作用。
Para_06
- 各种PTM共同作用，调控p53的活性。然而，尽管许多PTM在体外已被证明对p53的调控至关重要，但体内功能可能更为复杂。
- 敲入小鼠模型是阐明特定PTM如何调节p53活性的宝贵工具。
Para_07
- 在蛋白质水平上，辅因子的招募是影响p53活性的另一个重要因素。
- p53蛋白能够与大量相互作用伙伴结合，包括激活剂和抑制剂，这些极大地影响其折叠、稳定性、细胞定位、DNA结合、转录激活能力以及目标选择。
- 例如，一组分子伴侣蛋白调控p53的折叠和稳定性。
- MDM2和MDMX通过与p53的TAD结合，独立于作为泛素连接酶的角色，限制其转录激活活性。
- 一些转录调节器，如PBRM1、SET和Dicer，能以依赖乙酰化的方式与p53交互。
- m6A甲基转移酶复合物的成分，METTL3和RBM15，与p53相互作用，选择性地修饰一组p53靶基因的mRNA。
Para_08
- 局部染色质结构和表观遗传状态在决定p53对DNA的结合和有效转录诱导中也起着关键作用。
- 在胶质母细胞瘤中，BRD8通过保持H2AZ等组蛋白变异体在p53靶位点上的保留，维持抑制性的染色质状态，从而阻止p53的招募。
- TRIM24同时与p53和未甲基化的H3K4结合，阻碍p53引发的染色质开放。
- p53可以与其他在局部结合的转录因子合作，建立可访问的染色质状态并增强转录。
Regulation of p53 at the DNA and RNA levels
DNA和RNA水平上的p53调控
Para_02
- DNA和RNA水平的修饰显著影响p53蛋白的水平。26
- p53基因有两个启动子，导致不同的转录起始。57
- p53基因的启动子区域可以发生DNA甲基化和组蛋白甲基化，从而影响其转录。58,59
- 多个转录因子控制p53基因的转录。26
- p53的前mRNA可能经历可变剪接。60
- 此外，p53 mRNA的稳定性、定位和翻译都受到严格调控。61,62,63
Para_03
- p53活化并非一种简单的全或无模式，而是一个动态过程。
- 细胞的异质性、压力的特性、上述多样化的调控因素以及目标基因的稳定性共同决定了p53活性的动态性。
Variants, isoforms, and family members of p53
Para_01
- 除了对野生型FLp53的多种调控手段外，该领域还因p53变异体（包括单核苷酸多态性[SNPs]和突变体）、同工酶以及家族其他成员的存在而变得更加复杂。
- Figure_2中详细展示了这些多样性。
p53 SNPs: Twins are different
p53 SNPs: 同卵双胞胎不同
Para_02
- P72R多态性是p53中最广泛研究的SNP。
- P72变异体诱导凋亡的能力较R72变异体弱，66因此与后者相比，它与更长的寿命和更高的癌症死亡率相关。67,68
- 然而，也有报告指出携带P72变异体的人对HPV相关致癌作用较不敏感。69
- 携带R72 p53变异的小鼠显示出代谢功能障碍的倾向。70
- 但它们在雌性中的胚胎植入率也增加。71
- p53基因中还有几个与疾病易感性和治疗相关的种族特异性SNP。72
p53 mutants: Guardian has a dark side
p53突变体：守护者也有其阴暗面
Para_02
- 除了SNPs，p53基因还会经历其他类型的遗传变异，如缺失，更常见的是突变。
- p53是癌症中最常发生突变的基因之一，超过半数的癌症拥有突变的p53等位基因。
- 密码子突变是p53的主要突变类型，有六个显著热点：R175、G245、R248、R249、R273和R282，这些都位于DBD区域，占p53所有密码子突变的近30%。
- 其他相对较高的密码子突变点包括H179和Y220。15,73,74
- 所有密码子突变不同程度地影响p53的热稳定性。通常，密码子突变可以分为接触性突变（如R248W和R273H，保持p53的整体构象但影响DNA结合），以及结构/构象突变（如R175H、G245S和R249S），这些都破坏了p53的TF活性。
- R196、R213、R306和R342是截断突变的主要位置。15,73,74
- 尽管大多数癌症患者在体细胞中获得p53突变，但李-弗拉明尼综合症（LFS）患者是个例外，他们携带有遗传性的突变p53，一生中发展癌症的风险高达90%，其中50%的人在30岁前患病。75,76
- 值得注意的是，正常体细胞也可能携带p53突变和其他致癌突变。77,78这就提出了一个问题：在某些条件下，这些细胞是否易于发生肿瘤形成。
Para_03
- 突变p53的功能结果可以归因于以下三种不同的效应：(1) 失功能（LOF）：突变p53失去了野生型p53的活性。例如，p53突变体通常在诱导细胞周期停滞和凋亡方面受损。79
- (2) 占优势的负效应（DNE）：突变p53干扰剩余任何野生型p53的功能。在人类多能干细胞中，突变p53加速自我更新的能力。80然而，在正常组织中，这种DNE可能不像在癌细胞中那么常见，因为正常细胞中突变p53的水平通常保持较低，类似于野生型p53。
- (3) 获取功能（GOF）：突变p53获得野生型p53丧失后的新活动，通常是通过与特定共激活剂的相互作用。突变p53的GOF主要归因于其在癌细胞中积累到高水平。例如，突变p53可以与野生型p53和其他肿瘤抑制蛋白（如p63和p73）共聚。81,82 热点突变的p53获得了抗铁死亡活性，促进肿瘤生长。83,84 通过调节促转移靶基因的表达，突变p53能够增强不同小鼠模型中癌细胞的转移潜能。83,85,86,87,88
- 尽管有大量证据表明突变p53的GOF的重要性，89但最近的一项研究显示，在不同的实验条件下，LOF而非GOF可能是更重要的。90然而，将p53突变仅归类为这三种效应之一是过于简化了。在体内，GOF或LOF的作用主导性可能取决于具体环境。显然，p53突变的整体后果是由先前描述的所有三种效应的组合产生的。
p53 isoforms: One root, many branches
p53同工蛋白：一个根，多个分支
Para_02
- 除了FLp53，p53基因还能产生其他蛋白质异构体，这源于启动子选择、剪接变异、替代翻译，甚至FLp53的翻译后切割。
- 由于四种不同的N端（ATG1、Δ40、Δ133和Δ160）和三个不同的C端（α、β和γ），p53蛋白有十二种标准异构体。
- 这些异构体的表达取决于其类型、发育阶段、组织类型，并受到多种调控机制的影响。
- 这些异构体可能具有独特的活性，N端异构体的研究相对较多，而C端异构体则较少。
- 例如，Δ40p53抑制肿瘤细胞增殖，91而Δ160p53可以与突变p53合作促进肿瘤发生。92
p63 and p73: Siblings stand together
p63和p73：兄弟姐妹并肩而立
Para_02
- p53在结构上与p63和p73高度相似，特别是在DBD区域。然而它们在结构上也存在差异。
- 这些结构特征导致这三种蛋白质既有共享的功能，也有独特的功能。
- p63和p73都能调控多个已知的p53靶点，并展现出肿瘤抑制活性。
- 与p53相比，p63和p73在生殖细胞保护、生育维持和发展调节方面的作用更多。
- 例如，p63敲除（KO）小鼠在肢体、颅面和上皮发育方面存在问题，而p73敲除小鼠则表现出神经异常。
Functions of p53: Diversity and complexity
Para_01
- p53调控着广泛的职能，构成了复杂的p53网络（图3）。
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- 图3. p53的功能和生理病理作用：p53具有多样且复杂的功能，包括诱导细胞周期停滞、凋亡、衰老，并维持基因组稳定性；此外还包括调节代谢、铁死亡、干细胞动态、细胞竞争、转移以及免疫等作用。
- 由于其广泛的功能，p53在众多生理过程（如繁殖、发育、再生、修复和衰老）及病理紊乱（如神经退行性疾病、放射病、化疗毒性、缺血性损伤、代谢疾病和癌症）中发挥关键作用。黑色曲线展示了p53特定功能如何对其关联的生理或病理过程产生影响。
Cell-cycle arrest, apoptosis, senescence, and genome stability
细胞周期停滞、凋亡、衰老和基因组稳定性
Para_01
- 细胞周期停滞、凋亡和衰老是最早发现的p53功能之一。
- 各种压力信号可以诱导p53执行这些功能，其中DNA损伤是最强的触发因素。
- 当DNA受到损伤时，p53被稳定并激活，使细胞周期停止，为修复受损DNA提供了时间窗口以及足够的物质和能量。
- 如果损伤无法修复，p53将引发凋亡和衰老，以消除受损细胞。
- 值得注意的是，p53激活的结果也取决于细胞类型和DNA损伤的类型。
- 这三种活动被广泛接受为阻止肿瘤发生的主要障碍。
Para_02
- 另一方面，如果不消除损伤细胞，会导致基因组不稳定性。
- p53的丢失，包括杂合性丢失（LOH）和二倍体失活或删除，会促进基因组不稳定性，并推动肿瘤细胞基因组的进化。97,98,99
- p53被誉为‘基因组的守护者’，100 因此，p53的一个关键作用是直接促进DNA损伤修复。
- 事实上，已经识别出许多p53靶点参与DNA修复过程。101,102
- 然而，目前尚不清楚p53介导的这些与DNA修复相关的靶点激活是否足以在没有其他p53活动的情况下抑制肿瘤发生。
Metabolism and ferroptosis
新陈代谢与铁死亡
Para_01
- p53是调节葡萄糖、脂质、氨基酸、核苷酸、铁和氧化还原过程的主调控因子。
- 它还调控自噬，并与AMPK、AKT和mTOR等关键代谢调节器有广泛的相互作用。
- 这种功能将p53与多种代谢紊乱，特别是癌症联系起来。
- 通常，p53抑制合成过程（如新生脂质生成和核苷酸合成），促进分解过程（包括氧化磷酸化、脂肪分解和脂肪酸氧化）。
- 增强的糖酵解为癌细胞的生物合成提供了多种分子材料，因此也受到p53的抑制。
- p53的这些活动抵消了癌细胞的快速增殖需求，从而导致肿瘤抑制。
Para_02
- 然而，p53在许多代谢过程中表现出双向作用。
- 这种悖论性的活动源于p53功能的上下文依赖性。
- p53在控制活性氧（ROS）的作用是一个很好的例子。
- 当ROS水平较低（表示轻微、暂时、可忍受且可缓解的压力时），p53发挥抗氧化作用，降低ROS以保护细胞免受损伤（促进生存）。
- 相反，当ROS水平过高，可能导致无法控制的损害（代表严重、持久、有害且无法缓解的压力时），p53会进一步加剧ROS，导致细胞死亡，限制受损细胞的危害，从而保护附近的未受损细胞（促进死亡）。
- 47,103,105
Para_03
- 铁依赖性细胞凋亡（ferroptosis）是一种在脂质过氧化水平过高时发生的调节性细胞死亡，与代谢途径紧密相关。
- p53的多个代谢靶点，如SLC7A11、VKORC1L1、GLS2和PLTP，直接影响ferroptosis的调控。106,107,108,109,110,111
- 类似于DNA损伤响应中的凋亡，ferroptosis在代谢压力下能消除严重受损的细胞。112
- 使用乙酰化缺陷的p53小鼠模型表明，p53介导的ferroptosis在肿瘤抑制中发挥关键作用。41,43
- 有趣的是，非洲特有p53SNP导致的p53介导的ferroptosis缺陷削弱了其肿瘤抑制功能。113
- 与经典ferroptosis不同，通常通过使用诱导剂（如GPX4抑制剂）启动ferroptosis。
- 目前尚不清楚在体内，ferroptosis依赖的肿瘤抑制是否需要ferroptosis诱导剂。
- 最近的研究显示，PHLDA2介导的磷脂酸过氧化可以触发在常见ferroptosis诱导剂缺失下的非经典ferroptotic反应。114
- 鉴于p53能够促进经典的和非经典的ferroptotic过程，研究p53介导的肿瘤抑制中哪种ferroptotic途径起主导作用将很有趣。
Stem cell dynamics and cell competition
干细胞动态与细胞竞争
Para_01
- 干细胞与癌细胞有许多相似之处，包括持续的增殖能力、重编程的代谢和核心转录网络。
- 因此，p53限制细胞干性并调控细胞命运在各种干细胞类型中并不令人意外。
- 在胚胎干细胞(ESC)中，p53抑制维持干细胞状态的基因，同时激活相关于分化的基因。
- 在多种成人干细胞(ASC)中，p53抑制自我更新，促进耗竭，维持静息状态或刺激分化。
- p53限制干细胞能力对于其肿瘤抑制功能至关重要，因为它阻碍了癌症干细胞的形成。
- p53引导的具体分化途径对肺癌的肿瘤抑制有贡献。
- p53的丢失或突变可能导致癌症中的去分化、细胞重编程和细胞塑性增加。
- 诱导多能干细胞(iPSCs)的生成过程类似于去分化和细胞转化，p53在这个过程中起主要的制动作用。
- 沉默p53大大提高了iPSC生成的效率。
Para_02
- 细胞竞争在发育、组织修复、肿瘤演变和转移中至关重要。
- 通常，由于p53抑制同化和增殖，促进细胞死亡，这对细胞竞争邻近细胞不利，因此高p53活性常常标志着细胞竞争中的‘失败者’状态。126
- 然而，有一项研究报道，在果蝇中，p53活性对于‘超级竞争者’细胞消除附近的正常细胞是必要的。127
- p53对细胞竞争的调控具有重要的生理意义。128,129,130,131
- 携带突变p53的细胞可能经历克隆性扩增，可能导致肿瘤的启动和进化。80,132,133
- 然而，并非所有突变p53细胞都会被保留，因为它们可能通过与正常细胞竞争而经历坏死性凋亡，或者被具有更高适应性的其他基因突变细胞所淘汰。134,135
Metastasis
转移
Para_01
- p53在抑制癌症转移的多个阶段以及细胞自主性和非细胞自主性方式上发挥作用。136
- 在肿瘤细胞内，p53限制它们的移动性和上皮间质转化(EMT)过程。136
- 循环系统中的转移癌细胞可能会经历 anoikis 和 ferroptosis，这两种情况均由 p53 推动，以防止癌细胞迁移到新位置。106,136
- 在转移扩散的每个步骤中，癌细胞采用专门的代谢程序来满足其能量和生物分子需求，这可以被 p53 抵消。103,137
- 另一方面，p53 构建了一个不利于转移的肿瘤微环境(TME)。例如，p53 抑制血管生成和淋巴生成，阻止通过血液和淋巴系统的主要转移途径。138,139
- 它还保持了基质外基质的完整性，并增强癌细胞对其的附着，限制癌细胞的移动。140
- 此外，p53 阻碍促进转移的炎症。141
Immunity
免疫
Para_01
- p53的另一个重要功能是调节免疫反应。
- p53通过多种机制在先天免疫和适应性免疫中发挥作用。142,143
- 肿瘤细胞和非肿瘤细胞中的p53协同构建抗肿瘤免疫网络。
- 在肿瘤细胞中，p53通过上调miR-34间接抑制PD-L1表达，使肿瘤细胞对抗肿瘤免疫反应和免疫疗法更敏感。144
- p53激活cGAS-STING途径以诱导抗肿瘤活性。145
- 在小鼠肝癌模型中，恢复p53表达导致肿瘤细胞衰老，引发炎症 cytokine 的释放，并触发先天免疫反应消除肿瘤细胞。146
Para_02
- 在肝星状细胞中，p53诱导的衰老也表现出对肝癌的肿瘤抑制效应，建立了一种与衰老相关的分泌表型（SASP），该表型增强M1巨噬细胞极化，以维持抗肿瘤性的微环境。147,148
- 在一种小鼠髓源性前体细胞亚型中，p53驱动它们向Ly6c+CD103+单核抗原呈递细胞分化，从而增强抗肿瘤免疫反应。149
Para_03
- 肿瘤细胞或肿瘤微环境(TME)细胞中p53的丧失显著逆转了对免疫抑制的肿瘤微环境，促进肿瘤细胞的免疫耐受或逃脱，或者建立有利于肿瘤转移的炎症环境。150,151
- 突变的p53可能刺激肿瘤细胞的免疫逃避143,152，有趣的是，突变的p53自身可以产生可能成为新型免疫治疗靶点的 neoantigen153,154,155。
Para_04
- p53参与免疫反应和对抗各种病原体的防御。142,156
- 值得注意的是，并非所有与p53相关的免疫活动都能促进免疫细胞功能或有益于健康。157,158
- p53可能抑制某些T细胞亚型的增殖和功能。157,158
- 例如，p53会抑制不受抗原刺激的CD4+ T细胞的增殖，这个过程可以被T细胞受体(TCR)信号所拮抗。158
- 一些病毒依赖p53活性来停止细胞周期和复制。156
Rethinking the multitudinous functions of p53
反思p53的多重功能
Para_01
- p53是一个功能强大、多样且复杂的调节器，用简短的话语概括其作用是一项挑战。
- 这些功能由这个单一蛋白质精细地协调，以实现统一的生物学目标。
- 简化表达常被用来描述p53的工作模型，如‘基因组卫士’，‘保护者或杀手’，以及‘生存促进或死亡诱导’。
- p53的工作模式起源于低等生物中祖先p53基因对生殖细胞的保护。
- 人类p53在体细胞中也扮演相似的保护角色。
- 在大多数表达p53或类似基因的物种中，该基因本质上是应对压力的反应者，而不仅仅是肿瘤抑制因子。
- 因此，p53也可称为‘细胞的守护者’。
- p53的肿瘤抑制作用可能被视为偶然，因为它的部分守护功能与许多癌细胞特性天生相悖。
- 因此，p53的正常活动无意中抑制了肿瘤的启动和发展。
p53 in physiology and pathology: Guardian is an all-rounder
Para_01
- 由于其众多功能，p53参与了正常生理状态下的多种生物过程。
- 然而，正常的和失常的p53活性也导致各种疾病（见图3）。
Reproduction, development, regeneration, repair, and aging
繁殖、发育、再生、修复和衰老
Para_02
- p53主要影响母体繁殖。161,162
- 从机制上看，p53在子宫中转录激活白血病抑制因子（LIF），这是一种关键的细胞因子，对着床至关重要。162
- 在35岁以下不孕的女性中，p53的P72变异体，其对LIF的转录激活作用较弱，过度代表，这提示p53活性与着床率之间存在正相关关系。71
Para_03
- p53在发育中的调控源于它在细胞周期、细胞死亡、干细胞动态和细胞竞争中的关键作用。116
- 在胚胎干细胞中，p53保持基因组完整性，促进分化，并允许正常发育。116
- 早期发育中p53的活性必须受到控制，因为失常的p53（丢失、过度激活或突变）与小鼠和人类的各种发育缺陷有关。163,164
- 在不同类型的ASCs中，p53通过保护它们的完整性、使它们处于休眠状态、精细调节分化途径、防止无限制增殖、无序分化和去分化，以及抑制肿瘤发生来维持适当的组织层次。116
- p53还参与组织再生。165
- 最近的一项研究报道，p53通过调节AT1分化促进肺泡再生。121
- 由于愈合过程与转移有许多相似之处，p53被认为会阻碍它。166
Para_04
- 理论上，p53的活性具有促老和抗老的双重作用。
- 一方面，由p53介导的压力反应（特别是DNA损伤，衰老的关键驱动因素）支持细胞生存，清除受损细胞，保护组织完整性，并维持机体稳态，可能延缓衰老。
- 然而，p53过度且持续的DNA损伤响应对衰老有相反影响。
- 另一方面，p53导致干细胞耗竭加速了衰老过程。
- 但也存在反例。
- 此外，p53在调节衰老、代谢、免疫活动以及与Sirtuins的相互作用方面的作用也与衰老中介有关。
- 关于p53活性、肿瘤抑制和衰老的关系，不同的小鼠模型研究并未达成一致，这可能源于p53功能的高度情境依赖性。
- 通过研究非小鼠动物，可能揭示p53、癌症和衰老之间的关系。
- 大象是一个显著的例子，它拥有20个p53基因，低肿瘤发病率和长寿。
- 需要进一步努力来挖掘p53在衰老中的角色，希望开发出既能有效抑制肿瘤又能平衡衰老的干预措施，甚至可能通过减少肿瘤发生率实现长寿。
Neurodegenerative disease
神经退行性疾病
Para_02
- p53在衰老调节中的作用与它在各种神经退行性疾病（NDDs）中的功能密切相关。180,181,182,183 这些疾病中p53蛋白水平通常升高。主要地，p53通过诱导凋亡对NDD病理产生影响。
- 最近，人们认识到铁死亡在NDDs中扮演着重要角色。184 作为铁死亡的主调控者，106 可以合理推测p53通过调节铁死亡参与NDD的发展过程。
- 此外，p53蛋白聚集与阿尔茨海默病有关。185 在研发针对p53途径的癌症治疗药物或减缓老年人衰老的过程中，必须考虑p53对NDDs的影响。
Radiation sickness, chemotherapeutic toxicity, and ischemic injury
辐射病、化疗毒性以及缺血性损伤
Para_02
- 接触辐射和遗传毒性试剂，无论是意外还是癌症治疗的一部分，都会激活依赖于p53的凋亡和铁死亡，导致各种器官的病理变化。106,186
- 这种机制尤其在肿瘤放射治疗和化疗的主要副作用中起作用。187,188
- 在遗传性压力下，p53的存在并不总是有害的。p53对辐射的反应具有组织特异性；在造血系统、毛囊和脊髓中，它刺激与辐射相关的细胞死亡，而在消化道则提供放射保护作用。186,189
- 同样，由p53诱导的凋亡和铁死亡会导致大脑（如中风）、肾脏（如肾移植）和心脏（如心肌梗死）等器官的缺血损伤。106,186
Metabolic disease
代谢性疾病
Para_02
- p53在包括肥胖、糖尿病、酒精性和非酒精性脂肪肝疾病(AFLD和NAFLD)以及心血管疾病在内的多种代谢疾病中扮演着复杂的角色。103,190,191
- 它在代谢调节等多方面的活动影响了这些疾病的细胞、组织和器官，如胰岛β细胞、肝脏、肌肉和脂肪组织。192,193
- 例如，在骨骼肌祖细胞和阿戈蒂相关肽神经元中的p53可以保护免受肥胖，而具有增强转录激活能力的肝脏p53 R72变异体则促进脂肪积累和NAFLD。70
- 此外，在内皮细胞中，p53会加剧与饮食肥胖相关的代谢异常。194
- 因此，在讨论p53在全身代谢和相关代谢疾病中的功能时，必须考虑具体环境。194
- 针对p53治疗特定代谢疾病时，必须谨慎，以防干扰其他代谢过程，并尽量降低使受体细胞易患癌症的风险。
Cancer
癌症
Para_02
- 正如先前所述，p53拥有对抗癌症所有特征的多种功能，195这些功能可能因癌细胞中的突变、缺失或抑制而丧失或逆转（图4）。
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- 图4. p53与癌症特征p53的野生型活性对抗所有癌症特征，如周围椭圆所示。相比之下，p53的改变，包括抑制、突变和缺失，会促进这些特征。部分内容改编自Hanahan和Weinberg的研究。195
Para_02
- 虽然一个p53等位基因的突变可能在另一个野生型（WT）p53等位基因保持完整时足以导致细胞转化，196,197 但经常观察到p53基因的LOH（基因丢失）。
- p53突变的确切机制尚不完全清楚。一些突变可能是由紫外线辐射、黄曲霉素和烟草烟雾等环境和化学致癌物引起的，这些物质会在p53基因上留下特征性印记。73,198
- 突变的频率和谱系受到性别、组织类型以及肿瘤进化中的细胞自主性和非细胞自主性机制等因素的影响。199,200,201,202,203
- 此外，p53突变的发生时间在不同肿瘤中各异。198 即使在同一肿瘤类型中，不同的p53突变可能不会产生相同的表型。204
- 如前所述，突变p53通过失活（LOF）、DNA非甲基化（DNE）和激活过度（GOF）促进肿瘤发展，在小鼠模型中已经得到了充分阐明。79,196,197
- 尽管对热点p53突变的关注较多，但不应忽视其他类型的突变。例如，影响p53聚合的错义突变可能导致肿瘤形成。205,206
- p53 PRD区域的错义突变可能潜在地影响其肿瘤抑制功能。207
- 血清中针对突变p53的抗体、突变p53的免疫组化、肿瘤细胞或体液、粪便中的突变p53 DNA片段，可用于肿瘤患者的诊断和预后标志物。198,208,209,210,211
- p53突变还作为某些肿瘤治疗效果的预测指标，有助于患者分层。212
Para_03
- p53基因位于17号染色体短臂(17p13.1)，这是一个在肿瘤中经常被删除的区域。
- p53基因缺失通过多种方式促进肿瘤生长和转移。97,98,123,151,213
- p53缺失通常与POLR2A和EIF5A等临近基因的丢失有关，这些基因的丢失也促进了肿瘤发生，并通过靶向共删除的基因创造出治疗上的弱点。214,215
Para_04
- 由于p53突变和缺失对致癌作用有重大影响，通过突变或删除p53已有效地产生了各种小鼠肿瘤模型。196,197,216,217
- 一个密切相关的问题是，在p53改变的LOF（丢失功能）、DNE（失活）和GOF（过量激活）中，哪种机制主要支持p53相关肿瘤的起始和进展？
- 尽管突变p53的GOF有大量的证据支持其致癌作用，218但也有研究提出LOF和DNE在细胞转化中的贡献可能更大。90,201,219
- LFS患者的中度LOH率（40-60%）对这个问题具有暗示性。220
- 需要更多精心控制和肿瘤类型特异性的研究来澄清这个问题。答案很可能高度依赖于上下文。
Para_05
- 肿瘤中有一部分保留了两个完整的WT p53等位基因。
- 这些肿瘤可能通过不同的方式减弱p53活性及其相关途径的作用。
- 常见的方法是通过上调负调控因子来增强对p53蛋白水平、核导入、启动子招募和转录激活活动的抑制。
- 如软骨肉瘤和胶质母细胞瘤中MDM2基因的扩增就是一个显著例子。
- MDM2基因的T309G SNP变异和p14ARF缺失都会增强肿瘤中MDM2对WT p53的抑制。
- 许多致癌病毒（如SV40、Epstein-Barr病毒[EBV]和Kaposi's sarcoma相关Herpesvirus[KSHV]）部分通过使p53失活来转化细胞。
- 有时，WT p53由于多种机制而被错误折叠成伪突变构象。
- 除了直接抑制p53，破坏下游效应物也会损害WT p53的肿瘤抑制作用。
- 干扰p53下游效应器同样削弱了野生型p53的抑癌作用。
Para_06
- 尽管p53被熟知为肿瘤抑制因子，但零星报告指出，在某些条件下，野生型p53的活性可能促进肿瘤发生和生存。
- 这种现象可能发生在癌前阶段226，以及肿瘤生长过程中。227,228,229,230
- 野生型p53的激活也可能降低肿瘤治疗的有效性，增强抗肿瘤药物的耐药性，并导致肿瘤复发。231,232,233,234
- 这些情况源于癌前或肿瘤细胞利用p53的某个或多个功能以求生存和发展。
- 相应地，如MDM2和TIGAR等真正的p53靶基因可能转而成为致癌基因。235,236
- 因此，不应将p53视为典型的肿瘤抑制剂，而应视作细胞状态依赖的守护者。
Para_07
- p53影响的疾病列表还包括其他一些病症。总的来说，除了在癌症中的著名功能外，p53在正常生理和病理状态下都是一个高度相关的健康基因（图3）。
- 健康是通过维持身体的稳态来实现的，这是一个动态且平衡的过程。作为主要的压力响应者，p53保护细胞稳态对抗各种压力。
- 然而，p53的活性对健康的影响既有积极的一面也有消极的一面，需要保持平衡。无论是p53活性不足还是过剩，都会破坏健康状态。
- 因此，在针对p53的健康促进和疾病治疗策略中，必须严肃而谨慎地考虑其双刃剑效应。
Targeting p53 for disease treatment: All roads lead to health
Targeting p53 in cancer
针对癌症中的p53
Para_01
- 其作为‘肿瘤抑制转录因子’的本质使得p53看起来难以靶向药物。然而，根据癌细胞中p53的状态（是否被抑制、突变或丢失），已经开发出了多种方法来增强或恢复其野生型功能（见图5）。
- 对于更多详细信息，读者可参考最近的评论。74,237
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- 图5. 针对癌症中的p53的各种方法已经开发出来。
- 对于保留野生型p53的肿瘤，RG7388、APG-115、KRT-232和ALRN-6924用于破坏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。
- 激活p53可以用于周期疗法，保护正常细胞，或者与其他治疗手段结合，实现协同抗肿瘤效果。
- 野生型p53可能会被错误折叠成伪突变构象，适当的药物可以逆转这一过程。
- p53下游靶点也是部分重新激活p53信号通路的潜在治疗靶点。
- 对于含有p53错义突变的肿瘤，APR-246、COTI-2、ATO和PAT能够恢复许多p53突变体的野生型构象。
- 特定的药物如PhiKan083、PK7088、PC14586、KG13和MS78针对p53 Y220C突变，ZMC1用于处理p53 R175H突变。
- 基因编辑也可能有助于修复p53基因突变。
- NSC59984、ganetespib、MCB-613和纳米受体能降解突变型p53。
- ONYX-015这种溶瘤病毒专门杀死带有p53突变的肿瘤细胞。
- ReACp53和ADH-6等药物能解决突变p53的聚集，部分恢复野生型p53功能。
- P1C1TM和H2-scDb这样的抗体识别来自突变p53的 neoantigen，通过免疫细胞消灭肿瘤细胞。
- p53MVA和p53-SLP是用于免疫疗法的p53疫苗。
- 突变p53的neoantigen也适用于自体细胞疗法。
- 突变p53的DNA片段和蛋白质（包括聚合物）可用于肿瘤诊断和预后评估。
- 对于p53无义突变的肿瘤，G418、2,6-DAP、CC-90009和NMDI14可以诱导突变mRNA的读码，或抑制NMD过程。
- 在p53缺失的肿瘤中，p53蛋白、mRNA和DNA的递送可能恢复p53表达并消除肿瘤细胞。
- WT: 野生型; Mut: 突变; LOF: 功能丧失; DNE: 基因失活效应; GOF: 基因激活效应; NR: p53的负调控因子
Para_01
- 对于保留野生型p53的癌细胞，一个直观的想法是消除p53的抑制作用。这可以通过减少蛋白质水平（使用siRNA、蛋白降解导向嵌合体(PROTAC)或分子胶）或其负调控因子的活性来实现。
- 然而，这些方法往往缺乏特异性，因为许多p53抑制因子还有其他靶点。238
- 因此，人们努力寻找能特异性破坏p53与其负调控因子之间的蛋白质-蛋白质相互作用(PPIs)的分子。MDM2是提高野生型p53蛋白质水平和活性的主要目标。
- 2004年提出了第一个干扰MDM2与p53结合和降解的小分子Nutlin。基于此，开发了包括RG7112和更强大的RG7388(idasanutlin)在内的衍生物，并在临床试验中进行测试。74,237,240
- 但在针对复发或难治性急性髓系白血病的三期临床试验(MIRROS)中，尽管伊达纳鲁林(cytarabine加idasanutlin组)的整体反应率优于安慰剂组，但主要终点(总生存期)未达到。241
- 此外，idasanutlin治疗可能导致血液和消化系统的毒性，突显出p53激活药物的潜在副作用。240
- 其他小分子MDM2-p53相互作用抑制剂如APG-115242和AMG 232(KRT-232)243也在临床试验中，ALRN-6924是一种α螺旋肽，同时解除MDM2和MDMX对p53的抑制。244
- p53的其他负调控因子，如USP7245、HPV E6246、SIRT1/2247、VPRBP248和SETD8249，也是p53激活的有前景靶点。考虑到PTMs对p53活性至关重要，针对这些共调节因子具有吸引力的潜力。
- 需要考虑的是，针对p53的折叠、定位、DNA招募和动态活性的共调节因子。p53表达和活性相关的其他方面，如剪接、翻译、mRNA稳定性以及SNPs，也可能是目标。
Para_02
- 在p53点突变癌细胞中，主要努力集中在恢复野生型p53的活性。
- 存在伪突变p53、第二位点突变p53的回突变，以及温度敏感性突变p53表明野生型和突变型p53的构象可能是可互换的。
- 这使得通过特殊设计的小分子（修正剂）恢复突变p53的肿瘤抑制构象成为可能。
- CP-31398是1999年发现的第一种能使突变p53激活转录并抑制肿瘤生长的化合物。
- 随后识别出更多修正剂，如PRIMA-1，其代谢产物甲基奎宁酮(MQ)能与突变p53的半胱氨酸硫基共价结合，恢复野生型构象。
- 然而，MQ也独立于p53改变细胞的氧化状态，通过与其他蛋白反应。
- PRIMA-1的衍生物PRIMA-1MET（APR-246或eprenetapopt）、APR-548正在进行多项临床试验。
- 药物COTI-2（一个硫氢酸二酮类药物）也在临床试验中。
- 三氧化二砷(ATO)用于治疗急性早幼粒细胞白血病，已被发现能拯救多种p53突变体，效率取决于突变体的溶剂可及性和温度敏感性。
- 抗寄生虫药物钾胂酸盐(PAT)也能救援像p53-V272M这样的温度敏感突变体。
- 上述修正剂对多种p53突变体有救援作用，但其广谱性质可能限制针对特定突变的效率。
- 针对特定突变的定向修正剂更适合个性化治疗，如针对p53-Y220C的ΦKan083、PK7088、PC14586和KG132。
- MS78作为乙酰化靶向嵌合体(AceTAC)，促进p53-Y220C的K382乙酰化，特别恢复其肿瘤抑制活性。
- 对于更常见的p53-R175H突变，发现了硫氢酸二酮药物ZMC1(NSC319726)，它促进锌结合，迫使突变体进入野生型构象。
- 突变p53的聚集可以通过ReACp53和ADH-6缓解，部分解聚的突变p53恢复了肿瘤抑制作用。
- 突变p53的一些GOF特性也是可靶向的，如NSC59984通过促进突变p53降解，释放被锁定的p73来抑制肿瘤生长。
- 其他药物如ganetespib、MCB-613和生物模仿纳米受体也能促进突变p53的降解。
Para_03
- 治疗p53的无义突变，可以使用诱导翻译通过或抑制无义介导的mRNA降解（NMD）的化学物质，如G418、2,6-DAP、CC-90009和NMDI14。74,237
- 对于携带p53突变的癌细胞，另一种策略是溶瘤病毒疗法。ONYX-015是一种改良的腺病毒，只在p53失活的细胞中复制，因此特异性地靶向p53突变的癌细胞，同时避开正常细胞。270
Para_04
- 治疗p53缺失的肿瘤的一种方法是引入p53蛋白，或使用基因疗法将p53mRNA或DNA送入肿瘤细胞，从而恢复野生型p53蛋白的表达。271,272,273
- 腺相关病毒(AAV)和纳米颗粒技术的进步可能推动p53基因疗法的发展和应用。
- CRISPR-Cas9碱基编辑技术在纠正肿瘤中p53突变的潜力令人瞩目。
Para_05
- 针对p53的靶向可以涉及TME中的多种细胞类型，以实现肿瘤抑制的效果。
- 例如，p53激活可诱导内源性逆转录病毒的表达，这可以增强免疫疗法的作用。274
- 如前所述，突变的p53能产生可被免疫疗法靶向的新生抗原。153,154,155
- 工程化抗体P1C1TM能够区分野生型和突变p53细胞上的不同p53衍生肽-MHC，介导细胞毒性或作为抗体-药物偶联物（ADC）特异性消除突变p53肿瘤细胞。154
- 双特异性抗体H2-scDb通过连接表达p53-R175H新生抗原的癌细胞与T细胞，有效地促进T细胞破坏癌细胞。153
- 识别突变p53衍生的新生抗原也能提升嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）和转录激活受体T细胞（TCR-T）疗法的效果。155
- 以及p53疫苗的发展。275,276
- mRNA疫苗技术的成功推动了对p53疫苗方向的进一步探索。
- 在免疫细胞和肿瘤间质细胞（如癌症相关纤维母细胞）中靶向p53也能增强抗肿瘤效应。147,277,278
Para_06
- p53的状态对某些癌症治疗的敏感性有显著影响。279,280
- 通常，针对p53的疗法与其它治疗手段结合，目的主要有两个：一是增强激活或恢复p53的效果，281二是利用同时激活p53和干预其他通路产生的协同致死效应。282,283,284
- 例如，在急性髓系白血病中，p53的激活与Bcl-2抑制相结合，有助于克服单一治疗的耐药性，并刺激癌细胞凋亡。282
Para_07
- 除了直接针对p53蛋白，关键下游组件，特别是对p53介导的肿瘤抑制至关重要的效应器，也可以作为靶点，部分恢复p53信号通路。这种方法可能不如激活野生型p53有效，但可能更可行，并且可以补充针对p53的战略。122,225,285
- 除了治疗和预防用途，p53的诊断和预后价值也不容忽视。198,208,209,210,211,212,286
Para_08
- 尽管针对p53的想法层出不穷，但真正进入临床试验的数量寥寥，更不用说成功获得批准应用于临床了。
- 在p53靶向药物真正惠及癌症患者之前，有几个障碍需要克服：首先，药物的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）性能需优化。
- 其次，p53靶向疗法的效果受到多种因素影响，p53的强大抑癌能力并不总是保证有效消除肿瘤细胞。287,288 通过患者分层和联合治疗等方式可能提高疗效。
- 第三，某些药物的低特异性可能导致副作用。第四，靶向或非靶向药物毒性引起的副作用是主要的安全隐患，特别是在正常细胞中，通过阻断MDM2-p53相互作用激活WT p53尤为明显。
- 鉴于p53触发的肿瘤抑制并不依赖于细胞周期停滞、凋亡和衰老，开发既能保留抗肿瘤效应又不损害正常细胞的方法是实际目标。289
- 另一个问题是，MDM2抑制剂在携带p53突变的正常细胞中可能激活这些突变体的致癌功能，这在临床实践中值得重视。
- 定向向肿瘤细胞输送药物可以减少毒性。值得注意的是，如前所述，p53介导的细胞死亡在肿瘤放疗和化疗期间的副作用中起着重要作用。187,188 因此，抑制p53活性可能有助于减轻这些治疗相关副作用。290
- 有趣的是，如果控制得当，适度激活p53可用于环状疗法，保护正常细胞。291
- 第五，p53靶向疗法存在驱动肿瘤进化、选择新的p53突变或改变p53途径的风险，导致治疗抵抗和肿瘤复发。74,292,293 合适的联合治疗可能有助于降低这一风险。
- 最后，如前所述，p53很少促进肿瘤生存、进展、耐药性和复发。在这种情况下，需要谨慎考虑是否激活p53。
- 随着人工智能、结构生物学和多组学等领域的发展，这些问题终将得到解决。
Targeting p53 in other physiological and pathological settings
在其他生理和病理条件下针对p53
Para_01
- 对p53在正常生理过程和非恶性疾病中的靶向研究不如癌症广泛。然而，鉴于p53的广泛影响，有策略地调节其活性有可能通过改善正常生理功能和缓解与p53相关的疾病来增进健康。
- 例如，在子宫中激活p53可能会提高胚胎植入的成功率，而抑制p53可能预防NDDs（神经发育障碍）并减少缺血性器官损伤。
- 在代谢紊乱和衰老方面，p53的作用仍有争议，需要进一步研究。
- 要抑制p53活性，可以使用多种方法，如使用p53抑制剂，186,290，干扰p53与其激活剂之间的相互作用，295，或增强p53负调控因子的功能。
- 这些方法本质上与激活p53的方法相反。但需要注意的是，抑制p53可能会无意中增加肿瘤发生的风险。
- 通过短期干预和选择性地递送p53抑制药物，可以降低这种风险。
- 展望未来，人们寄希望于针对p53的策略不仅能用于癌症治疗，还能改善整体健康状况。
Intriguing questions in the p53 field: Open questions, bright future
Para_01
- 过去的45年里，p53的研究取得了巨大进展。基本规则、功能和治疗潜力已经被阐明。
- 但仍有一些基本问题有待解答。
Para_02
- 首先，基质p53的功能是什么？在静息细胞中，p53蛋白的表达和活性保持较低，直到各种刺激使其稳定并激活。
- 然而，并非总是需要明显的压力刺激，p53才能执行其功能，如调节干细胞动态、细胞竞争、ROS水平和免疫活性。105,142,296
- 那么，未受压力的细胞中，基质p53是如何工作的？p53的基底活性是否有助于肿瘤抑制？
- 基质p53可以结合目标基因的启动子或增强子，建立一个对压力反应的预备状态。23
- 更重要的是，它维持着目标基因的特定表达模式。297
- 特别是，基质p53负责一些肿瘤抑制基因（如PTEN）的基础水平。298
- 可能基质和激活p53的目标基因列表存在差异。证据还表明，p53的强稳定性、完整的转录激活能力297和四聚体构象205并非肿瘤抑制作用的必要条件。
- 因此，利用p53的基底活性可能有助于减少对正常细胞的副作用，降低因激活而选择出p53突变的风险。
- 研究基质p53的功能需要适当的模型。在肿瘤细胞系中敲除p53可能会提供一些见解，但将细胞转移到体外培养可能是诱导p53的应力。
- 体外细胞中的p53水平可能并不反映真正未受压力的基底状态，这在解释体外结果时需要注意。
- 更重要的是，体外细胞缺乏体内存在的多样环境信号，无法完全模拟实际的肿瘤发生过程。
- 此外，在p53 KO小鼠中观察到的表型不应仅归因于基底p53活性的丧失，因为压力激活的p53功能也被消除。
Para_03
- 其次，p53抑制靶基因对其功能的贡献是什么？
- p53的作用不仅限于激活转录，还发现它可以抑制许多基因的表达，299 例如SLC7A11,107、NANOG,117和VKORC1L1.109
- 在大多数情况下，p53通过转录或转录后机制间接抑制基因表达。
- 它通过与DNA结合的竞争，120,300 激活基因表达的负调控因子,301,302,303,304 并抑制转录激活剂的表达。305
- 另外，p53通过绑定特定的REs,117,119,306,307 干扰增强子功能,118,305 和重塑染色质结构305 实现直接转录抑制。
- 尽管p53的直接转录抑制作用存在争议且需进一步研究，但确实有数百个基因在p53激活时下调或在p53缺失时上调。
- 未来的研究有望揭示p53是否以及如何作为直接转录抑制剂发挥作用，以及这些抑制靶基因在其网络中的角色。
Para_04
- 第三，基因工程小鼠模型（GEMMs）在p53研究中是否足够有效？尽管GEMMs极大地推动了我们对p53的理解，289,309但它们也存在固有的局限性。
- 最显著的问题是人类和小鼠之间的物种差异，许多人类p53的目标在小鼠p53中并不共享，310更不用说免疫系统或其他生物系统的差异了。
- 体外研究获得的p53知识常常在小鼠模型中进行测试。然而，大多数在小鼠中可重复的结果并不能直接应用到人类身上。
- 目前，人源化小鼠模型311,312和人器官体313作为GEMMs的有效补充。然而，这些替代方法也有其局限性。
- 因此，迫切需要开发出更实用且更符合人体生理病理学特性的p53研究系统。
Para_05
- 第四，p53的上下文依赖活性的内在机制和生物学相关性是什么？
- 在上述章节中，p53活动的一个反复特征是其上下文依赖性。
- p53的目标表型表现出显著的器官特异性和时空变化。314
- 单个肿瘤内的p53表达也存在异质性。315
- 即使在同一细胞内，p53激活的目标选择性和功能结果也由多种变量决定。23
- 此外，性别可以影响p53调节的人类行为。316
- 解读与p53相关的实验结果时，将其置于特定上下文中至关重要。104
- 为了更深入理解p53活性并开发针对p53的上下文特定治疗方案，仍需进一步努力。
Para_06
- 第五，针对p53治疗癌症真的是一种切实可行的方法吗？
- 癌症中p53的差异性改变和广泛存在的p53错义突变使得为每种类型的p53变异设计特定药物变得复杂。
- p53活性的上下文依赖性又增加了这个问题的复杂性。
- 然而，作为癌症治疗方法追求p53靶向仍然具有吸引力。
- 考虑到常见的副作用，是否存在比MDM2更安全的目标，同时不会牺牲抗肿瘤效果？
- 是否有可能通过激活或抑制p53来治疗所有与p53相关的疾病，甚至改善整体健康，特别是延长寿命，实现‘一药治百病’的效果？
- 这个目标可能看起来遥不可及，但确实值得深入探索。
Para_07
- 同样，还有许多其他重要问题仍未得到解答。
- p53的新靶点不断被识别出来，锌指Matrin型3（ZMAT3）就是一个显著的例子，它在p53依赖的肿瘤抑制中发挥关键作用。317, 318, 319, 320
- p53尚未确定的靶点和功能是什么？p53如何通过中介肿瘤抑制的必不可少的靶点或功能是什么？p53的两个TADs的功能多样性及其进化意义是什么？它们如何协作执行p53的肿瘤抑制功能？
- 尽管在这个领域取得了一些进展，19, 297但这些问题并未完全解决。p53的非细胞自主活性是否可以作为癌症治疗的目标？何时p53会转向支持肿瘤发展？我们能否利用p63和p73与p53结合，用于癌症或其他疾病的治疗？
- 问题清单可能会更长。未来还会产生新的问题。寻找这些问题的答案的过程中，我们对p53的理解将得到更新和深化。
Conclusions
Para_01
- 过去的45年p53研究是一个非凡的历程。
- 正如先前所述，无数发现极大地增进了我们对p53在不同生理条件下功能复杂性的理解。
- 包括经典抑制肿瘤机制在内的多样化的肿瘤抑制途径，以及越来越多的其它p53功能，提出了一个更有趣的问题：在不同类型的人类癌症中，哪种途径对于抑制肿瘤生长更为关键。
- 尽管p53被广泛接受为肿瘤抑制因子，但并非所有由p53诱导的活动都对肿瘤抑制必不可少。
- 例如，p53介导的促生存作用似乎与它在肿瘤中的生长抑制功能相矛盾；然而，这种活动可能对正常细胞稳态至关重要，允许正常细胞在应激反应中存活。
- 挑战在于如何激活p53功能用于癌症治疗。
- 将MDM2靶向策略转化为临床应用所面临的困难，引发了关于如何在不损害正常组织的情况下杀死癌细胞的严肃问题。
- 尚不清楚MDM2抑制剂（特别是对骨髓的影响）的毒性是否特异于MDM2途径，还是更普遍的p53活化问题。
- 如果前者成立，那么考虑针对p53活化的不同途径可能是重要的。
- 值得注意的是，与经典的凋亡活动不同，许多p53涉及代谢、铁死亡和免疫的靶点并不直接导致严重的细胞活力损失。
- 检查这些途径的特定激活是否能有效抑制肿瘤生长而不产生严重毒性将很有趣。
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