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)細胞老化的研究進展

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可引起細胞周期靜止，細胞凋亡或者細胞老化，而細胞老化和抗腫瘤之間存在著密切的關(guān)系，本文將對p53誘導(dǎo)細胞老化的最新進展作一綜述。

老化；p53基因；腫瘤

細胞老化是指細胞不可逆地停止在細胞周期的G1/S階段，失去了對生長因子的反應(yīng)能力，并且永遠喪失增殖能力。老化的細胞體積變大，形態(tài)變得扁平，而且在pH6.0時表達特征性生物標(biāo)記SA-β-Gal(senescence-associated β-galactosidase)。最近的研究指出，對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)腫瘤細胞老化并使腫瘤消退。老化的出現(xiàn)作為一個有效的腫瘤抑制機制作用是十分突出的。p53與細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)人類二倍體細胞在體外培養(yǎng)時增殖次數(shù)是有限的，它們會進入一個代謝活躍但是增殖卻停止的狀態(tài)，這種狀態(tài)被稱“復(fù)制性老化”或者“Hayflick”極限。后來這種復(fù)制性老化現(xiàn)象在體內(nèi)和體外的多種細胞中都曾被證實過[1]。幾年后，在細胞分裂過程中端粒(telomeres)的損耗被認(rèn)為是復(fù)制性老化的一個潛在機制。端粒是由許多簡單重復(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結(jié)構(gòu)，每一次復(fù)制時由于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，它的末端會隨周期性的復(fù)制而逐漸縮短。研究表明嚴(yán)重的端粒縮短引發(fā)了DNA損傷，這種損傷將導(dǎo)致細胞老化，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)的時候沒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)。他們證實在人類及嚙齒目動物的細胞中致癌基因ras的表達使細胞周期停止在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)致細胞的提前老化。重要的是，人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(hTERT)的表達并不能終止應(yīng)激性早熟性老化，這點提示細胞老化可以不依賴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，細胞老化就是一種對基因組不穩(wěn)定因素的一種保護反應(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%的人類惡性腫瘤存在p53基因突變[5]。人類p53基因定位于17p13.1，基因全長16—20kb，由11個外顯子和10個內(nèi)含子組成，編碼393個氨基酸。p53基因有野生型(wtp53)和突變型(mtp53)兩種。wtp53存在于正常的細胞中，它是一種在細胞應(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胞對各種應(yīng)激情況的反應(yīng)，介導(dǎo)下游靶基因的調(diào)控從而引起細胞周期停滯及細胞凋亡，抑制腫瘤生長[6]。正常情況下，P53蛋白被MDM2(mouse double minute2)捕獲，并在MDM2的介導(dǎo)下穿過核膜進入胞漿,從而使P53蛋白能被胞漿中的蛋白水解酶識別并降解。當(dāng)正常的wtp53轉(zhuǎn)變成mtp53時，則其失去了對細胞生

長的抑制作用反而促進細胞過度增殖，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。研究表明細胞老化是細胞對一些刺激信號做出的一種反應(yīng)，這些刺激包括端粒機能障礙[7]、致癌基因的激活[8]和DNA損傷[9]等。對于這些刺激信號，P53蛋白經(jīng)過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)、細胞周期靜止、細胞凋亡或者細胞老化[10]。許多研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)制性老化的細胞表達有活性的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P53的激活和積累。在老化的細胞中，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缺失的細胞中超表達的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，則延長了細胞的壽命[13]。因此，p53是細胞老化的一個關(guān)鍵的調(diào)節(jié)物。

p53所致的細胞周期停止、老化及凋亡都是通過激活其下游基因而發(fā)揮功能的。迄今為止有超過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，但是對于參與到p53介導(dǎo)的細胞老化的靶基因仍然了解很少。p21是p53的一個經(jīng)典靶基因，在細胞周期停止的細胞中，p53使p21表達增加。在許多細胞中，過度表達p21都能引起類似于細胞老化一樣的生長停止[14]，而敲除p21則能延緩細胞老化。這些研究提示p53介導(dǎo)細胞老化至少有部分是通過誘導(dǎo)p21來完成的。p21作為細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，從而來調(diào)節(jié)細胞周期的進程[15]，引起細胞老化。

3 老化障礙與腫瘤的進展

研究表明細胞周期調(diào)控與細胞老化和腫瘤的發(fā)生之間存在著密切的關(guān)系[16]。細胞周期對于細胞的存活及增殖起著決定性的作用，所以這一過程受到非常嚴(yán)格的調(diào)控。有許多蛋白控制著細胞周期的每一個階段，并及時發(fā)現(xiàn)及修復(fù)基因損傷。任何一個錯誤的調(diào)節(jié)都可能導(dǎo)致細胞的增殖不受控制，最終引起腫瘤的發(fā)生。而腫瘤細胞由于具有無限增殖的能力被認(rèn)為存在某種程度的細胞老化障礙。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，其主要功能是維護端粒的長度，從而延續(xù)細胞的增殖[17]。正常細胞缺乏端粒酶活性，而惡性腫瘤細胞細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，逃避細胞老化機制，有了無限增殖的能力[18]。

細胞老化是一種阻止突變的細胞擴增的一種保護機制，這種機制將導(dǎo)致細胞進入一種永久的細胞周期停止的狀態(tài)。這個不可逆的生長停止可以阻止一些損害傳播到下一代細胞。并且老化的細胞經(jīng)吞噬作用被清除而使腫瘤退化[19]。由此可見，老化能作為一個有效的腫瘤抑制機制，其效果很突出的。細胞融合實驗進一步證明了細胞老化是一種重要的腫瘤抑制機制。當(dāng)老化的細胞接合到增殖細胞中，即使加入促有絲分裂劑，DNA的復(fù)制也會受到抑制，同樣地，將老化細胞接合到腫瘤細胞中，DNA復(fù)制也會受到類似的抑制[20]。因此，促進老化被認(rèn)為是一個潛在的治療腫瘤的方法。有趣的是，老化的細胞只出現(xiàn)在癌前病變的組織中，而已經(jīng)癌變的組織中沒有發(fā)現(xiàn)老化的細胞。因此，我們可以猜測致癌基因誘導(dǎo)的老化有助于約束腫瘤的發(fā)生進程，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)老化是否是一個有效的抑制腫瘤的方法還是有爭議的。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，能夠促進腫瘤的衰退。盡管淋巴瘤的衰退與細胞凋亡有關(guān)，但是肝癌和肉瘤的衰退與細胞老化有關(guān)。因此，除了p53參與細胞凋亡的機制之外，p53誘導(dǎo)細胞老化的機制也能成為一個在體內(nèi)消除癌癥的有效途徑，但由于p53由此給機體帶來的副作用，此方法并未廣泛應(yīng)用于臨床。

4 p53引起老化的機制

激活老化應(yīng)答為腫瘤的治療提供了一個新的有效途徑。而p53在老化調(diào)節(jié)中起著重要的作用，所以可以通過活化p53來誘導(dǎo)細胞老化，從而達到來治療腫瘤的目的。p53是老化調(diào)節(jié)中的一個關(guān)鍵基因，盡管有研究很清楚地證實了p53能誘導(dǎo)細胞老化，但是近年來一些證據(jù)表明p53也能促進細胞停止而抑制細胞老化。由于細胞的種類不同以及一些其他因素，p53的激活可導(dǎo)致細胞出現(xiàn)不同的結(jié)果：細胞的凋亡、可逆的(靜止)和不可逆

的(老化)細胞停止[21]。細胞靜止是細胞停止在細胞周期的G0/G1階段，它處于暫時不增殖狀態(tài)，但仍有增殖潛能，在一定刺激后仍能重新進入細胞周期而恢復(fù)生長增殖，成為了腫瘤復(fù)發(fā)的隱患[22]。而老化的細胞可以經(jīng)吞噬作用被清除而使腫瘤退化[19]。但是活化的p53通過何種機制最終導(dǎo)致細胞凋亡、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)異位表達的p21可使HT1080纖維肉瘤細胞進入老化狀態(tài)。而p21是p53的下游靶基因，在細胞的老化和靜止機制中不可或缺。相反，用一種MDM2拮抗劑Nutlin-3a活化p53反而抑制了由p21介導(dǎo)的細胞的老化機制，使細胞在p21水平不變的情況下進入靜止?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)的細胞的老化機制。這一點提示激活p53不能引起細胞的老化可能是抑制了mTOR通路?？梢妏53的水平并不與細胞老化的現(xiàn)象呈正相關(guān)。而在Korotchkina[24]等人用Nutlin-3a來研究p53促進細胞老化和細胞停止的機制中他們證實了若保持mTOR的活性可使p53調(diào)節(jié)引起細胞不可逆的老化，而當(dāng)mTOR信號通路受到抑制，激活p53則引起細胞周期的停止。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)的靜止期的細胞中，若去除下調(diào)mTOR的TSC2，則可使細胞轉(zhuǎn)變成老化。由此可見細胞老化至少需要兩個因素：p53引起的細胞周期的停止和同時發(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，才可引起細胞老化。

5 結(jié)束語

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

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A

1674-1129(2013)01-0043-3

10.3969/j.issn.1674-1129.2013.01.015

國家自然科學(xué)基金資助項目（項目編號：30960430/ H1601）；江西省自然科學(xué)基金資助項目（項目編號：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，研究方向為腫瘤分子生物學(xué)。

鄔黎青，病理學(xué)博士，病理科主任，研究生導(dǎo)師。