張佳娜綜述，鄔黎青審校

(1、南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院,江西南昌330006；2、南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院，江西南昌330006)

p53誘導(dǎo)細(xì)胞老化的研究進(jìn)展

張佳娜1綜述，鄔黎青2審校

(1、南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院,江西南昌330006；2、南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院，江西南昌330006)

p53基因是目前研究最多的腫瘤抑制基因之一，它與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切，基于p53基因的抗腫瘤治療已逐漸成為抗腫瘤治療的重要方法之一?；罨膒53可引起細(xì)胞周期靜止，細(xì)胞凋亡或者細(xì)胞老化，而細(xì)胞老化和抗腫瘤之間存在著密切的關(guān)系，本文將對(duì)p53誘導(dǎo)細(xì)胞老化的最新進(jìn)展作一綜述。

老化；p53基因；腫瘤

細(xì)胞老化是指細(xì)胞不可逆地停止在細(xì)胞周期的G1/S階段，失去了對(duì)生長(zhǎng)因子的反應(yīng)能力，并且永遠(yuǎn)喪失增殖能力。老化的細(xì)胞體積變大，形態(tài)變得扁平，而且在pH6.0時(shí)表達(dá)特征性生物標(biāo)記SA-β-Gal(senescence-associated β-galactosidase)。最近的研究指出，對(duì)于帶有肝癌或肉瘤的老鼠，重新活化其體內(nèi)的p53可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞老化并使腫瘤消退。老化的出現(xiàn)作為一個(gè)有效的腫瘤抑制機(jī)制作用是十分突出的。p53與細(xì)胞老化和抗腫瘤之間存在著密切的關(guān)系。

1 老化的發(fā)現(xiàn)

早在1961年，Hayflick和Moorhead發(fā)現(xiàn)人類(lèi)二倍體細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)增殖次數(shù)是有限的，它們會(huì)進(jìn)入一個(gè)代謝活躍但是增殖卻停止的狀態(tài)，這種狀態(tài)被稱(chēng)“復(fù)制性老化”或者“Hayflick”極限。后來(lái)這種復(fù)制性老化現(xiàn)象在體內(nèi)和體外的多種細(xì)胞中都曾被證實(shí)過(guò)[1]。幾年后，在細(xì)胞分裂過(guò)程中端粒(telomeres)的損耗被認(rèn)為是復(fù)制性老化的一個(gè)潛在機(jī)制。端粒是由許多簡(jiǎn)單重復(fù)非轉(zhuǎn)錄序列(TTAGGG)和相關(guān)蛋白組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，是染色體末端的一種保護(hù)結(jié)構(gòu)，每一次復(fù)制時(shí)由于DNA的3'末端的復(fù)制不全，導(dǎo)致端粒30-150bpDNA的重復(fù)序列丟失[2]。因此，它的末端會(huì)隨周期性的復(fù)制而逐漸縮短。研究表明嚴(yán)重的端?？s短引發(fā)了DNA損傷，這種損傷將導(dǎo)致細(xì)胞老化，復(fù)制能力喪失[3]。除了復(fù)制性老化，還有一種早熟性老化現(xiàn)象。Serrano等人在第一次確定應(yīng)激性早熟性老化(Stress-induced Premature Senescence，SIPS)的時(shí)候沒(méi)有把它歸因于端粒的損耗，他們將其敘述為一種致癌基因誘導(dǎo)的老化現(xiàn)象(oncogene-induced senescence,OIS)。他們證實(shí)在人類(lèi)及嚙齒目動(dòng)物的細(xì)胞中致癌基因ras的表達(dá)使細(xì)胞周期停止在G1期，并且有p53及p16的累積，這些特征與復(fù)制性老化很相似[4]。同樣，一些DNA損傷劑如輻射、化療藥物、氧化因子等都能導(dǎo)致細(xì)胞的提前老化。重要的是，人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(hTERT)的表達(dá)并不能終止應(yīng)激性早熟性老化，這點(diǎn)提示細(xì)胞老化可以不依賴(lài)端粒損耗而被提前觸發(fā)。端粒的損耗、有活性的癌基因及DNA損傷劑都將導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定，概況起來(lái)，細(xì)胞老化就是一種對(duì)基因組不穩(wěn)定因素的一種保護(hù)反應(yīng)。

2 p53與老化

p53基因是目前研究最多的腫瘤抑制基因之一，它與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切，至少50%的人類(lèi)惡性腫瘤存在p53基因突變[5]。人類(lèi)p53基因定位于17p13.1，基因全長(zhǎng)16—20kb，由11個(gè)外顯子和10個(gè)內(nèi)含子組成，編碼393個(gè)氨基酸。p53基因有野生型(wtp53)和突變型(mtp53)兩種。wtp53存在于正常的細(xì)胞中，它是一種在細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)中起關(guān)鍵作用的序列特異性的轉(zhuǎn)錄因子，其編碼的p53蛋白主要的功能是整合細(xì)胞對(duì)各種應(yīng)激情況的反應(yīng)，介導(dǎo)下游靶基因的調(diào)控從而引起細(xì)胞周期停滯及細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤生長(zhǎng)[6]。正常情況下，P53蛋白被MDM2(mouse double minute2)捕獲，并在MDM2的介導(dǎo)下穿過(guò)核膜進(jìn)入胞漿,從而使P53蛋白能被胞漿中的蛋白水解酶識(shí)別并降解。當(dāng)正常的wtp53轉(zhuǎn)變成mtp53時(shí)，則其失去了對(duì)細(xì)胞生

長(zhǎng)的抑制作用反而促進(jìn)細(xì)胞過(guò)度增殖，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。研究表明細(xì)胞老化是細(xì)胞對(duì)一些刺激信號(hào)做出的一種反應(yīng)，這些刺激包括端粒機(jī)能障礙[7]、致癌基因的激活[8]和DNA損傷[9]等。對(duì)于這些刺激信號(hào)，P53蛋白經(jīng)過(guò)一系列翻譯后的修飾，能以一種特定有活性的方式使DNA修復(fù)、細(xì)胞周期靜止、細(xì)胞凋亡或者細(xì)胞老化[10]。許多研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)制性老化的細(xì)胞表達(dá)有活性的DNA損傷相關(guān)蛋白ATM及Chk2，ATM與Chk2分別在P53的Ser15和Ser20位將其磷酸化，從而可以減弱P53與其負(fù)調(diào)控因子MDM2的結(jié)合，抑制P53的泛素化降解,使P53降解減少，促進(jìn)P53的激活和積累。在老化的細(xì)胞中，盡管p53的mRNA和蛋白水平?jīng)]有明顯變化，但是其轉(zhuǎn)錄活性卻有增高[11]。在p53缺失的細(xì)胞中超表達(dá)的p53能夠有效地誘導(dǎo)早熟性老化[12]。相反的，用病毒蛋白(SV40 T抗原或HPV-16 E6蛋白)或基因剔除技術(shù)滅活p53，則延長(zhǎng)了細(xì)胞的壽命[13]。因此，p53是細(xì)胞老化的一個(gè)關(guān)鍵的調(diào)節(jié)物。

p53所致的細(xì)胞周期停止、老化及凋亡都是通過(guò)激活其下游基因而發(fā)揮功能的。迄今為止有超過(guò)100種p53的靶基因被發(fā)現(xiàn)，例如與凋亡相關(guān)的Bax、Puma、Noxa、Fas及Killer/DR5等。雖然發(fā)現(xiàn)的靶基因很多，但是對(duì)于參與到p53介導(dǎo)的細(xì)胞老化的靶基因仍然了解很少。p21是p53的一個(gè)經(jīng)典靶基因，在細(xì)胞周期停止的細(xì)胞中，p53使p21表達(dá)增加。在許多細(xì)胞中，過(guò)度表達(dá)p21都能引起類(lèi)似于細(xì)胞老化一樣的生長(zhǎng)停止[14]，而敲除p21則能延緩細(xì)胞老化。這些研究提示p53介導(dǎo)細(xì)胞老化至少有部分是通過(guò)誘導(dǎo)p21來(lái)完成的。p21作為細(xì)胞周期蛋白激酶抑制劑，抑制CKD(如CKD4及CDK6)的活性，Rb不能被磷酸化，EF2持續(xù)失活，從而來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的進(jìn)程[15]，引起細(xì)胞老化。

3 老化障礙與腫瘤的進(jìn)展

研究表明細(xì)胞周期調(diào)控與細(xì)胞老化和腫瘤的發(fā)生之間存在著密切的關(guān)系[16]。細(xì)胞周期對(duì)于細(xì)胞的存活及增殖起著決定性的作用，所以這一過(guò)程受到非常嚴(yán)格的調(diào)控。有許多蛋白控制著細(xì)胞周期的每一個(gè)階段，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)及修復(fù)基因損傷。任何一個(gè)錯(cuò)誤的調(diào)節(jié)都可能導(dǎo)致細(xì)胞的增殖不受控制，最終引起腫瘤的發(fā)生。而腫瘤細(xì)胞由于具有無(wú)限增殖的能力被認(rèn)為存在某種程度的細(xì)胞老化障礙。此外，端粒酶(telomerase)是一種能以自身RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成端粒的核糖核酸酶，其主要功能是維護(hù)端粒的長(zhǎng)度，從而延續(xù)細(xì)胞的增殖[17]。正常細(xì)胞缺乏端粒酶活性，而惡性腫瘤細(xì)胞細(xì)胞能激活端粒酶活性，由于端粒酶的作用從而克服了端粒的損傷，逃避細(xì)胞老化機(jī)制，有了無(wú)限增殖的能力[18]。

細(xì)胞老化是一種阻止突變的細(xì)胞擴(kuò)增的一種保護(hù)機(jī)制，這種機(jī)制將導(dǎo)致細(xì)胞進(jìn)入一種永久的細(xì)胞周期停止的狀態(tài)。這個(gè)不可逆的生長(zhǎng)停止可以阻止一些損害傳播到下一代細(xì)胞。并且老化的細(xì)胞經(jīng)吞噬作用被清除而使腫瘤退化[19]。由此可見(jiàn)，老化能作為一個(gè)有效的腫瘤抑制機(jī)制，其效果很突出的。細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了細(xì)胞老化是一種重要的腫瘤抑制機(jī)制。當(dāng)老化的細(xì)胞接合到增殖細(xì)胞中，即使加入促有絲分裂劑，DNA的復(fù)制也會(huì)受到抑制，同樣地，將老化細(xì)胞接合到腫瘤細(xì)胞中，DNA復(fù)制也會(huì)受到類(lèi)似的抑制[20]。因此，促進(jìn)老化被認(rèn)為是一個(gè)潛在的治療腫瘤的方法。有趣的是，老化的細(xì)胞只出現(xiàn)在癌前病變的組織中，而已經(jīng)癌變的組織中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)老化的細(xì)胞。因此，我們可以猜測(cè)致癌基因誘導(dǎo)的老化有助于約束腫瘤的發(fā)生進(jìn)程，而惡性腫瘤可能是由于缺失了p53而減弱了老化的能力。但是，在體內(nèi)誘導(dǎo)老化是否是一個(gè)有效的抑制腫瘤的方法還是有爭(zhēng)議的。最近的研究證明，在那些患有肝癌、肉瘤或者淋巴瘤的老鼠中，有條件地修復(fù)p53的功能，能夠促進(jìn)腫瘤的衰退。盡管淋巴瘤的衰退與細(xì)胞凋亡有關(guān)，但是肝癌和肉瘤的衰退與細(xì)胞老化有關(guān)。因此，除了p53參與細(xì)胞凋亡的機(jī)制之外，p53誘導(dǎo)細(xì)胞老化的機(jī)制也能成為一個(gè)在體內(nèi)消除癌癥的有效途徑，但由于p53由此給機(jī)體帶來(lái)的副作用，此方法并未廣泛應(yīng)用于臨床。

4 p53引起老化的機(jī)制

激活老化應(yīng)答為腫瘤的治療提供了一個(gè)新的有效途徑。而p53在老化調(diào)節(jié)中起著重要的作用，所以可以通過(guò)活化p53來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞老化，從而達(dá)到來(lái)治療腫瘤的目的。p53是老化調(diào)節(jié)中的一個(gè)關(guān)鍵基因，盡管有研究很清楚地證實(shí)了p53能誘導(dǎo)細(xì)胞老化，但是近年來(lái)一些證據(jù)表明p53也能促進(jìn)細(xì)胞停止而抑制細(xì)胞老化。由于細(xì)胞的種類(lèi)不同以及一些其他因素，p53的激活可導(dǎo)致細(xì)胞出現(xiàn)不同的結(jié)果：細(xì)胞的凋亡、可逆的(靜止)和不可逆

的(老化)細(xì)胞停止[21]。細(xì)胞靜止是細(xì)胞停止在細(xì)胞周期的G0/G1階段，它處于暫時(shí)不增殖狀態(tài)，但仍有增殖潛能，在一定刺激后仍能重新進(jìn)入細(xì)胞周期而恢復(fù)生長(zhǎng)增殖，成為了腫瘤復(fù)發(fā)的隱患[22]。而老化的細(xì)胞可以經(jīng)吞噬作用被清除而使腫瘤退化[19]。但是活化的p53通過(guò)何種機(jī)制最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、靜止或老化，還不是很清楚。Demidenko[23]等人最近的研究表示誘導(dǎo)異位表達(dá)的p21可使HT1080纖維肉瘤細(xì)胞進(jìn)入老化狀態(tài)。而p21是p53的下游靶基因，在細(xì)胞的老化和靜止機(jī)制中不可或缺。相反，用一種MDM2拮抗劑Nutlin-3a活化p53反而抑制了由p21介導(dǎo)的細(xì)胞的老化機(jī)制，使細(xì)胞在p21水平不變的情況下進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)。同樣的，雷帕霉素作為一種經(jīng)典的MDM2拮抗劑，也可以抑制由p21介導(dǎo)的細(xì)胞的老化機(jī)制。這一點(diǎn)提示激活p53不能引起細(xì)胞的老化可能是抑制了mTOR通路?？梢?jiàn)p53的水平并不與細(xì)胞老化的現(xiàn)象呈正相關(guān)。而在Korotchkina[24]等人用Nutlin-3a來(lái)研究p53促進(jìn)細(xì)胞老化和細(xì)胞停止的機(jī)制中他們證實(shí)了若保持mTOR的活性可使p53調(diào)節(jié)引起細(xì)胞不可逆的老化，而當(dāng)mTOR信號(hào)通路受到抑制，激活p53則引起細(xì)胞周期的停止。在他們現(xiàn)在的研究中，Korotchkina等人表明那些被Nutlin-3a誘導(dǎo)致老化的細(xì)胞，如果用雷帕霉素抑制其mTOR通路，則可使其轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)。此外，在那些由p53介導(dǎo)的靜止期的細(xì)胞中，若去除下調(diào)mTOR的TSC2，則可使細(xì)胞轉(zhuǎn)變成老化。由此可見(jiàn)細(xì)胞老化至少需要兩個(gè)因素：p53引起的細(xì)胞周期的停止和同時(shí)發(fā)生的mTOR通路的激活。低濃度Nutlin-3a誘導(dǎo)低量的p53則不能抑制mTOR的活性，才可引起細(xì)胞老化。

5 結(jié)束語(yǔ)

近幾年，老化與腫瘤治療的研究越來(lái)越受到關(guān)注。很顯然，促進(jìn)老化為腫瘤的治療開(kāi)辟了新的重要途徑，而p53在這個(gè)過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用。但是，p53引起細(xì)胞老化的機(jī)制還在研究當(dāng)中，而且在大多數(shù)腫瘤細(xì)胞中p53的突變很常見(jiàn)[25]，怎樣有效地利用p53誘導(dǎo)細(xì)胞老化從而抑制腫瘤，仍需繼續(xù)探討和研究?？傊?，明確活化p53來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞老化的作用機(jī)制，對(duì)于治療腫瘤的研究具有重大意義。

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R730.23，R339.3+8

A

1674-1129(2013)01-0043-3

10.3969/j.issn.1674-1129.2013.01.015

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：30960430/ H1601）；江西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20114BAB205053）。

張佳娜，女，1987年11月生，南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)與病理生理學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)槟[瘤分子生物學(xué)。

鄔黎青，病理學(xué)博士，病理科主任，研究生導(dǎo)師。