肿瘤中的突变型p53：从分子机制到治疗策略

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p53是一种重要的抑癌基因，也是人类癌症中最常见的突变基因。突变型p53除了失去其抑癌功能外，通常还具有固有的、新的致癌功能，被称为“功能获得”。越来越多的证据表明，突变p53与晚期恶性肿瘤和不良预后密切相关，这使其成为开发新的癌症治疗方法的靶点。本文就肿瘤中突变p53的类型和突变p53基因谱系以及靶向突变p53用于肿瘤治疗的新策略做一个简要介绍。
肿瘤中的突变型p53蛋白
p53位于人17号染色体短臂(17p13.1)，由11个外显子、10个内含子和393个氨基酸残基组成。p53蛋白是一种转录因子，通常分为三个功能区：氨基末端结构域、DNA结合域和羧基末端结构域。野生型p53(wt p53)通过调控多个靶基因的转录，在许多重要的生物学过程中发挥关键作用。然而，突变的p53不仅失去了wt p53的肿瘤抑制功能，而且还获得了促进恶性肿瘤进展的新功能。p53的主要突变类型包括错义突变、截断突变、框架内突变和剪接突变。错义突变导致单一氨基酸替换，在肿瘤发生过程中显示出功能增强的活性，例如促进肿瘤细胞侵袭和迁移的p53 R175H和R273H突变。截短突变会导致蛋白质截断，这也可以促进肿瘤的发展。例如，p53外显子6截断突变体R196*和R213*促进肿瘤细胞的增殖和转移。框架内突变由核苷酸的缺失或插入引起。剪接突变是由发生在剪接部位的突变引起的。因此，不同的p53突变类型是由不同的机制引起的，并有助于肿瘤的恶性发展(图1)。



图1. p53的主要突变类型

大约80%的p53突变是错义突变。它主要位于编码DNA结合域的第5-8外显子，最常见的突变位点出现在R175、G245、R248、R249、R273和R282。使用COSMIC数据库表明，大多数替代突变是G到A的转变，其次是C到T的转变(图2)。错义突变通常分为两类。一类是DNA接触性突变，发生在与DNA接触的氨基酸中，导致p53无法与DNA结合，如p53 R273H和R248Q突变体。另一类是构象突变，发生在维持结构的氨基酸中，导致蛋白质未折叠，如p53 R175H、Y220C和R249S突变体。
有趣的是，并不是所有的突变都是等同的。例如，接触突变体对p63或p73的亲和力低于构象突变体。氨基末端反式激活区域的突变导致p53的截短形式，它可以激活凋亡靶基因。然而，大多数突变发生在wtp53 DNA结合区，并导致功能失活。同一残基的不同单一氨基酸取代也有不同的影响。
p53 R175C突变同时诱导细胞周期停滞和细胞凋亡，p53 R175P突变只诱导细胞周期停滞，而p53 R175D突变同时失去这两种功能。此外，p53突变会增加结构的不稳定性，并将包裹在p53疏水核心中的黏附序列暴露在蛋白质表面，从而推动p53聚集体的形成。突变的p53还可以与p63和p73共同聚集，阻止p63和p73进入细胞核执行转录调控功能。



图2. COSMIC数据库显示的常见错义突变

肿瘤中突变型p53的基因谱
证据表明，不同肿瘤的p53突变谱不同。癌症基因组学数据库显示，来自10,000名癌症患者的肿瘤组织样本中，p53突变的频率为42%。但不同类型肿瘤的突变频率不同，小细胞肺癌突变频率为89%，结直肠癌突变频率为72%。而在甲状腺癌、宫颈癌和骨癌等恶性肿瘤中，p53突变的频率较低(图3)。在肺癌和肝癌中，G：C到T：A的错位是最常见的替换。在结直肠癌、脑肿瘤和白血病中，突变大多发生在CpG二核苷酸热点。在食道癌中，A：T碱基对突变更为常见。此外，同一器官中不同肿瘤亚型的Tp53突变谱也不同。



图3. 不同肿瘤中p53基因的突变频率

突变p53的调控机制

• 突变p53蛋白在肿瘤中的积聚
  

突变型p53在肿瘤细胞中高度表达，这是其获得功能活性所必需的。然而，突变p53在肿瘤中积聚的确切机制还不完全清楚。翻译后修饰是许多细胞信号事件的中心，也在调控p53中发挥重要作用。wt p53作为一种DNA序列特异性转录调节因子，在感应到各种压力信号时被激活，翻译后修饰可以调节其激活。与wtp53类似，转录后修饰，如磷酸化、乙酰化和泛素化，也可以调节突变p53的水平。
研究报道，突变的p53可以通过Ser15、Thr81和Ser392位的磷酸化修饰。DNA-PK使Ser15/Ser37上的突变p53磷酸化有利于突变p53的稳定，并增强其在卵巢癌中的功能获得活性。此外，突变的p53可以通过乙酰化进行修饰。TRRAP是几个组蛋白乙酰转移酶复合体的组成部分，过度表达TRRAP会增加突变p53的水平，而沉默TRRAP会减少淋巴瘤和结肠癌中突变p53的积累。
除了磷酸化和乙酰化外，泛素化也参与了对突变p53的调控。在正常情况下，wt p53在MDM2的负反馈调节下保持在低水平，其靶向p53蛋白酶体介导的降解。但是，突变的p53不能有效地激活MDM2，导致MDM2的负调控作用丧失。

• 突变p53发挥功能获得作用
  

不同的p53突变体利用不同的机制来发挥功能获得(图4)。首先，突变p53与转录因子(TF)结合，以执行其功能。wt p53识别并与DNA反应元件(RE)结合，然后招募TF、组蛋白乙酰转移酶(HAT)、与乙酰化组蛋白结合的染色质重塑复合体，以及与启动子结合形成预起始复合体的RNA聚合酶II。然而，突变的p53不能与p53 DNA RE结合，它通过不同的机制发挥其功能获得活性来促进肿瘤的发生。
例如，突变的p53与不同的转录因子和辅因子结合，如NF-Y、p73、NRF2、ETS-1，并调节其靶基因的转录。作为对DNA损伤的反应，突变的p53与NF-Y目标启动子结合，并招募p300来乙酰化组蛋白，导致细胞周期基因的过度表达，并促进恶性肿瘤的发展。在某些情况下，突变的p53可以结合到DNA的某些特定结构上，并调节转录，如基质附着区。此外，突变的p53可以与其他蛋白质相互作用，从而改变或抑制它们的功能。在结直肠癌和胰腺癌中，突变的p53通过Notch1信号通路拮抗p63/p73介导的肿瘤抑制。



图4. 突变P53的转录模型及其在肿瘤中的作用

肿瘤治疗策略

• 恢复突变p53 wt活性
  

重新激活突变p53 的wt活性是减缓肿瘤进展的有效策略(图5)。许多研究发现，小分子化合物和多肽药物可以诱导突变p53的空间构象和折叠模式的改变，如CP-31398、RITA、PEITC、NSC319726、Chetomin、ReACp53和PCAPS。另外APR-246、COT1-2、PC14586和Arsenic Trioxide (ATO)目前正在进行临床试验。APR-246又称Prima-1MET，其体内活性形式为亚甲基喹诺酮。
它通过共价结合突变p53的DNA结合域，恢复野生型构象和抗肿瘤转录活性。APR-246在食管腺癌、急性髓系白血病和三阴性乳腺癌中具有显著的抗肿瘤活性。COTI-2可以重新激活突变的p53并恢复DNA结合特性，从而抑制细胞生长并诱导细胞凋亡。PC14586是p53 Y220C突变的再激活剂，目前正在进行临床试验。ATO可以靶向结构突变的p53并恢复转录活性。因此，这些研究表明，将突变的p53恢复到wt构象是一种很有前途的抗肿瘤策略。



图5. 携带突变p53的肿瘤细胞的治疗策略

• 突变型p53的降解
  

突变型p53可以形成稳定的聚集体，在细胞中积累，并在癌症进展中发挥重要作用。因此，促进突变p53的降解也可能表现出抗肿瘤作用。一些药物，如gambogic acid、capsaicin、MCB-613和NSC59984可以降解突变的p53。

• 肿瘤免疫治疗
  

越来越多的证据表明，p53可以调节先天和获得性免疫反应。wt p53是TLR 8介导的免疫反应的重要组成部分。wt 53还通过诱导TAP1参与MHC-I抗原提呈通路的激活。然而，p53基因突变会影响T细胞的募集和活性，导致免疫逃避并促进癌症进展。在肺癌中，突变的p53抑制了STING-TBK1-IRF3复合体的形成，导致天然免疫信号通路的失活。另外，突变的p53被发现具有免疫原性，并可以作为新的抗原来触发免疫反应。例如，在肺腺癌中，突变p53促进了PD-L1的表达和CD8+T细胞的渗透，并增强了肿瘤的免疫原性。因此，携带突变p53的患者可能对PD-1阻断免疫疗法更敏感。
此外，P1C1TM是一种工程化的T细胞受体样抗体，它区分表达HLA-A24+的突变p53和wt p53，并在携带突变p53的细胞中介导抗体依赖的细胞毒性。P1C1TM与PNU-159682的联合可特异性抑制肿瘤的生长。H2-scDb是一种双特异性抗体，能特异性识别携带p53 R175H突变的癌细胞，并在体内外有效激活T细胞杀伤肿瘤细胞。除了抗体，肿瘤疫苗在免疫治疗中也发挥着至关重要的作用。
INGN-225是一种p53修饰腺病毒介导的树突状细胞疫苗。在小细胞肺癌的II期临床试验中，INGN-225被证明能诱导显著的免疫反应并提高化疗的疗效。因此，了解突变p53在免疫调节中的作用将有助于开发更有效的抗肿瘤免疫疗法。

• 其他疗法
  

许多研究发现，干扰蛋白质相互作用、协同致死治疗、基因治疗和基因组编辑也可以用作靶向突变p53的治疗策略。突变p53通过与多种蛋白质相互作用发挥功能。因此，干扰蛋白质相互作用也可以是一种策略。RETRA是一种小分子化合物，可以从突变的p53-p73复合体中释放p73，从而抑制肿瘤的发展。在正常情况下，当DNA损伤时，细胞会依赖wt p53诱导的G1期阻滞进行修复。有趣的是，当p53发生突变时，癌细胞将依靠G2-M检查点来修复受损的DNA。
因此，在具有p53突变的人类癌症中，AZD1775和UCN-01通常被用作合成致死剂。AZD1775是一种有效的、选择性的WEE1抑制剂，已进入II期临床试验。研究表明，它提高了卡铂治疗携带突变p53的卵巢癌的疗效。UCN-01是一种选择性蛋白激酶C抑制剂。它增强了丝裂霉素对携带突变p53的人表皮细胞癌和胰腺癌的毒性，UCN-01和inotuzumab ozogamicin的联合应用显著增加了细胞死亡。通过腺病毒将wtp53基因导入癌细胞是挽救肿瘤中p53活性的直接策略。Gendicine是第一个被批准用于治疗各种类型癌症的基因治疗产品，包括头颈癌、肺癌、乳腺癌、宫颈癌、卵巢癌、肝癌和胰腺癌。
Gendicine联合化疗和放射治疗通常比单独使用标准疗法产生更高的有效率。重要的是，p53的突变状态不会显著影响接受Gendicine治疗的患者的结果和长期存活率。Onyx-015是一种E1B区缺失的腺病毒，可以在wtp53缺陷的癌细胞中复制并产生细胞溶解。与携带wtp53的小鼠相比，Onyx-015治疗显著提高了携带突变p53的小鼠的存活率。
小编小结
肿瘤中存在极高概率的p53突变。从大量的实验数据中，已经发现突变的p53在促进癌症恶性表型中起着关键作用。因此，它被认为是治疗多种癌症的有吸引力的靶点。然而，仍然存在许多悬而未决的问题。首先，p53在50%以上的肿瘤中发生突变，那么影响p53突变类型和突变谱的因素有哪些？其次，翻译后修饰在突变p53的积累中起着重要作用。
翻译后修饰是如何调节突变的p53发挥作用的，其具体的调控机制是什么？第三，目前的研究主要集中在p53的突变热点上。目前还不确定具有不同残基和不同功能结构域的p53突变是否发挥相同的功能获得，以及它发挥功能获得的机制是什么？第四，突变的p53通常被认为是“无法下药”的。近年来，尽管有研究报道已开发出多种靶向突变p53的小分子化合物或多肽药物，但进入临床试验的药物寥寥无几，尚未有靶向突变p53的药物被批准上市用于肿瘤治疗。显然，未来对突变p53仍有更多的研究要做。
参考文献
1.Mutant p53 in cancer: from molecular mechanism to therapeutic modulation.
2.Should mutant TP53 be targeted for cancer therapy?
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