劉 妍,鄧堂剛,葉 茂

(湖南大學生物學院,中國湖南長沙410082)

p21是一種周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)抑制劑,屬于Cip/Kip家族,作為p53下游重要的因子之一,與腫瘤的發(fā)生發(fā)展緊密相關。近年來研究發(fā)現,p21的功能會隨著其亞細胞定位的變化而改變。當DNA發(fā)生損傷時,細胞核p21與CDKs和增殖細胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)結合,誘導細胞周期停滯,促使細胞完成DNA損傷修復,從而維持基因組的穩(wěn)定并抑制腫瘤細胞增殖。細胞質p21的表達與腫瘤發(fā)生發(fā)展呈正相關。研究發(fā)現,細胞質p21在人乳腺癌、肝細胞癌、黑色素瘤、白血病等惡性腫瘤組織中高表達,并且與其侵襲、轉移、耐藥等不良預后密切相關[1]。由于p21在功能上具有雙重性,因此明確p21在不同腫瘤中的生物學功能及其轉位作用機制,對靶向p21的腫瘤臨床治療具有重要參考意義。

1 p21的結構

人p21蛋白由CDKN1A基因編碼,該基因定位在6號染色體短臂上。p21蛋白包含164個氨基酸,富含精氨酸,相對分子質量約為18 kD。p21蛋白的分子結構如圖1所示,其N端特異性結合cyclin/CDKs復合物。其中,位于17～24位氨基酸的cyclin結合基序1(Cy1位點)主要結合cyclin D1/CDK4、cyclin E/CDK2 等 cyclin/CDKs復合物,抑制細胞周期進行。另外,p21的155～157位氨基酸處存在一個亞RXL基序(Cy2位點),該區(qū)域同樣結合cyclin/CDKs復合物,參與細胞周期的調控[2]。p21通過Tyr-77(Y77)殘基與CDKs的ATP結合位點結合,進而抑制CDKs催化活性[2]。p21的143～160氨基酸處存在含有8個氨基酸殘基的PCNA互作蛋白盒(PIP-box)結構,可增強p21與PCNA的結合能力[3]。除此之外,p21的66～74位氨基酸和102～119位氨基酸處各包含一個核輸出信號(nuclear export signal,NES),與其核輸出及泛素化降解有關；140～142位氨基酸處含有一個細胞核定位信號(nuclear localization signal,NLS),負責p21的細胞核定位并實現抑制細胞增殖的功能[4]。

2 p21的生物學功能及作用機制

2.1 p21與細胞周期

2.1.1 細胞核p21與細胞周期

真核生物細胞周期的正常運行主要依賴于CDKs和周期蛋白依賴性激酶抑制因子(cyclin-dependent-kinase inhibitors,CKIs)組成的調控系統(tǒng)。細胞核p21通過調控細胞周期相關蛋白質影響細胞周期進程。在G1期,p21通過抑制cyclin D/CDK4/6復合物的活性,抑制細胞周期運行,促使細胞完成DNA損傷修復。在G1/S期轉換過程中,cyclin E/CDK2復合物在G1期對腫瘤抑制蛋白Rb進行磷酸化,釋放E2F轉錄因子,促使細胞進入S期,如果G1期DNA發(fā)生損傷,p21則會抑制CDK2活性,阻止細胞進入S期,誘導細胞停滯。PCNA作為DNA聚合酶δ和DNA聚合酶ε的輔助因子,是DNA復制和修復所必需的,在與PCNA之間的相互作用中,p21可能扮演雙重角色。如果S期發(fā)生DNA損傷,則p21使PCNA失活,從而阻止DNA復制,促使細胞進行DNA損傷修復[5]；同時,p21能夠通過與PCNA結合的肽段抑制DNA酶1的活性,進而抑制PCNA依賴的堿基錯配修復和堿基切除修復[6]。另外,p21與PCNA競爭性結合Myc,同時Myc能夠阻斷p21和PCNA之間的結合,從而抑制p21活性,促進DNA復制,進而促進G1/S期轉換。核蛋白ICBP90(inverted CCAAT box binding protein of 90 kD)也能參與細胞周期的調控,其表達水平在G1期和G2/M期達到峰值,在這兩個時期中ICBP90通過結合DNA拓撲異構酶Ⅱα(DNA topoisomeraseⅡ-alpha,TopoⅡα)上的CCAAT盒結構域,促進細胞增殖。DNA損傷能促進p53轉錄激活p21,從而導致ICBP90的轉錄水平降低,并促進其蛋白質降解,引起細胞停滯,誘導細胞凋亡[7]。另有研究表明,在染色體組裝過程中,ICBP90與組蛋白賴氨酸甲基轉移酶G9a結合能夠抑制p21的啟動子活性[8]。因此,p21與ICBP90之間的平衡也是調控細胞周期的重要機制。此外,因為ICBP90還具有E3連接酶的活性[8],所以ICBP90是否能夠介導p21的泛素化降解也值得進一步思考。

G2/M期的轉換主要與cyclin B/CDK1復合物有關。與其他cyclin/CDKs復合物相比,cyclin B/CDK1復合物對p21的親和力較弱,但是當DNA受到損傷時,G2/M檢查點被激活,p21與cyclin B/CDK1復合物結合,從而阻斷細胞分裂周期因子25(cell division cycle 25,Cdc25)和周期蛋白依賴性激酶激活激酶(cyclin-dependent-kinase activating kinase,CAK)的活化,阻止G2/M期的轉換。有研究提出,p21與PCNA的相互作用也可能導致細胞停滯在G2期,推測是由于p21使PCNA失活,造成S期的DNA損傷,進而引起細胞分裂周期因子2(cell division cycle 2,Cdc2)活性降低,將細胞停滯在G2期[9]。Cdc20是后期促進復合物/細胞周期體(anaphase-promoting complex/cyclosome,APC/C)的底物接頭蛋白。研究發(fā)現,早期有絲分裂抑制因子1(early mitotic inhibitor 1,Emi1)可抑制Cdc20與底物結合,當DNA發(fā)生損傷時,p21能夠通過下調Emi1進而激活APC/CCdc20復合物,促進其對cyclin A和cyclin B的泛素化降解,引起細胞周期停滯在G2期[10]。

圖1 p21蛋白的分子結構示意圖Fig.1 The schematic diagram of p21

2.1.2 細胞質p21與細胞周期

細胞質p21也能通過影響CDKs的活性調控G1/S期轉換。研究表明,p21的Ser130或Thr145發(fā)生磷酸化后,一方面會喪失與細胞核中cyclin/CDKs復合物結合的能力,導致其失去阻滯細胞周期運行的功能；另一方面,p21從細胞核中轉移到細胞質中,同時細胞質cyclin E/CDK2表達量升高,兩者在細胞質中的結合能夠促進G1/S期的轉換,但具體的調控機制有待進一步闡明[11]。另有研究表明,在一般情況下,細胞質p21能夠抑制細胞凋亡,但當用視磺酸刺激前B淋巴瘤細胞時,p21表達上調,且p21與cyclin E/CDK2形成的復合物水平升高,從而促進前B淋巴瘤細胞的凋亡[12]。以上研究表明,在細胞質中p21仍然會結合cyclin/CDKs復合物,調控細胞周期運行。另外,Thr145磷酸化的p21還可通過激活cyclin D1/CDK4復合物介導G1/S期的轉換,同時p21對PCNA的抑制能力減弱可促進DNA合成及S期運行,最終促使細胞增殖[13]。

2.2 p21與細胞凋亡

2.2.1 細胞核p21與細胞凋亡

除參與調控細胞周期外,p21還是細胞凋亡重要的調控因子。作為p53重要的下游靶標分子之一,p21可以響應p53對細胞凋亡的調控。當DNA受到輕度損傷時,p21在p53存在的情況下能夠誘導細胞周期停滯在G2期,促使細胞進行DNA損傷修復,進而阻止細胞凋亡；如果DNA損傷嚴重,p53可直接誘導細胞發(fā)生凋亡。

除與p53有關外,p21也能夠響應細胞周期相關轉錄因子 E2F、Myc、核因子-κB(nuclear factor κB,NF-κB)、信號轉導和轉錄活化因子(signal transducer and activators of transcription,STAT)等的調控,進而促進細胞凋亡。p21對Rb磷酸化后能夠通過招募染色體重構復合物SWI/SNF(yeast switch in mating type/sucrose non fermentation)抑制E2F的轉錄活性,進而阻斷DNA復制,促進細胞凋亡[14]。Myc可通過與轉錄抑制因子ZMIZ-1結合抑制p21的功能,同時Myc還能招募轉錄因子激活增強子結合蛋白4 (activating enhancer bind ing protein 4,AP4)和賴氨酸特異性去甲基化酶5B(lysine-specific demethylase 5B,KDM5B),阻斷Myc與p21啟動子結合,抑制p21轉錄,進而誘導細胞凋亡。另外,Myc也可通過miR17-92對p21的mRNA進行剪切,抑制p21的轉錄,從而促進細胞凋亡[15]。當細胞受到外界刺激時,p21與NF-κB和STAT結合能夠抑制B細胞淋巴瘤-2(B cell lymphoma-2,Bcl-2)、細胞型Fas相關死亡區(qū)域蛋白樣IL-1β轉換酶抑制蛋白(cellular FADD-like IL-1β-converting enzyme-inhibitory protein,c-FLIP)、Bcl-XL(B cell lymphoma-XL)和X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein,XIAP)等抗凋亡蛋白的表達,進而誘導細胞凋亡[16]。p21的上調可促進Bcl-2相關X蛋白(Bax)的表達上調,從而引起細胞中Bax與Bcl-2的蛋白質比例發(fā)生變化,最終導致細胞發(fā)生凋亡[17]。

2.2.2 細胞質p21與細胞凋亡

細胞質p21能夠抑制細胞凋亡。細胞質p21主要通過調控細胞周期蛋白及一些凋亡相關蛋白質的活性實現其抗凋亡的功能,這些因子包括cyclin/CDKs、胱天蛋白酶 3(caspase-3)、caspase-8、凋亡信號調節(jié)激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1,ASK1)、致癌蛋白 Ras(rat sarcoma)及應激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase,SAPK)等。研究表明,細胞質p21促進了乳腺癌細胞的侵襲和轉移,并且能夠增強其耐藥性；免疫組化結果顯示,細胞質p21的高表達伴隨著細胞質cyclin B1的表達上調,同時乳腺癌患者生存期縮短,由此推測細胞質p21可能通過cyclin B1調控細胞周期并抑制細胞凋亡,但是具體機制還未明確[9]。當細胞受到外界刺激時,caspase-3對p21進行切割降解,減弱p21對cyclin A/CDK2復合物活性的抑制,進而誘導細胞凋亡。此外,p21與caspase-3的相互作用還可阻止由Fas介導的細胞凋亡[18]。p21過表達能夠阻斷死亡受體4細胞質結構域介導的caspase-8誘導的細胞凋亡[19]。蛋白激酶B(AKT)對p21的Thr145磷酸化后促使其進入細胞質中,隨后p21與ASK1形成復合物,抑制促分裂原活化的蛋白激酶激酶4(mitogen-activated protein kinase kinase 4,MAPKK4)和MAPKK6的活化,進而分別抑制下游激酶SPAK和p38的活性,最終抑制細胞凋亡[20]。當細胞受輻射刺激時,腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)信號通路被激活,而p21能通過抑制該信號通路下游的caspase-3和caspase-9的活化,抑制由輻射誘導的細胞凋亡。Ras通過激活磷脂酰肌醇-3-羥激酶(phosphatidylinositol-3-hydroxy kinase,PI3K)和MAPKK途徑使p21磷酸化,并介導其定位在細胞質,隨后與Rho相關卷曲螺旋激酶(Rho-associated coiled-coil forming protein kinase,ROCK)結合,抑制ROCK/LIMIK/coflin途徑介導的細胞凋亡[21]。

在單核細胞中人們也發(fā)現了細胞質p21的高表達,其通過抑制細胞凋亡阻止細胞終端分化。在外周血單個核細胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)中,p21從細胞核到細胞質的轉位,可增強PBMCs對多種細胞因子刺激的抵抗能力；生化分析結果顯示,細胞質p21能夠結合并抑制ASK1的活性,同時抑制絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activation protein kinase,MAPK)級聯(lián)反應介導的細胞凋亡[22]。在滋養(yǎng)層巨細胞分化過程中,p21被AKT磷酸化,G1期和S期的細胞質p21蛋白水平均升高,促進細胞存活[23]；另外,當人胚胎成纖維細胞的DNA發(fā)生輕度損傷時,胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)能夠對p21進行磷酸化,導致其細胞質轉位,從而抑制細胞凋亡[24],上述信息提示細胞質p21對細胞凋亡的抑制與其磷酸化修飾緊密相關。

3 p21細胞質定位的調控機制

蛋白質的磷酸化修飾能夠改變其在細胞中的亞細胞定位,從而導致其功能發(fā)生改變。p21蛋白含有多個磷酸化位點,目前發(fā)現p21的NES和NLS附近有5個磷酸化位點,均與其核質穿梭有關。當磷酸化的AKT對p21的NLS附近的Thr145進行磷酸化時,p21穩(wěn)定性提高,并且可使其由細胞核加速轉向細胞質,同時p21也由抑癌因子變?yōu)榇侔┮蜃覽25]。由于亞細胞定位的不同會使p21具有不同的功能,因此闡明p21在腫瘤細胞中的轉位機制對研究p21的功能具有重要意義。p21的轉位不僅與多種調控因素有關,還與不同種類的細胞系有關。目前研究較為清楚的是ERK2和AKT對p21的磷酸化介導的細胞質轉位。

當表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)刺激細胞時,ERK2被持續(xù)激活,并對p21的Thr57和Ser130進行磷酸化,促進p21由細胞核轉位至細胞質,同時促進S期激活相關蛋白2(S-phase kinase-associated protein 2,Skp2)介導的p21的泛素-蛋白酶體途徑降解[26]。AKT能夠直接對p21的Thr145進行磷酸化,而且Thr145靠近p21的NLS,其磷酸化修飾可阻止p21與核輸入蛋白結合,從而將p21滯留在細胞質中；另外,AKT還可通過激活蛋白激酶C(protein kinase C,PKC),間接對p21的Ser146進行磷酸化,從而將p21阻滯在細胞質中,并且延長了p21的半衰期[25]。p21中Thr145和Ser146的磷酸化可阻礙p21與PCNA的結合,而游離的PCNA會激活DNA聚合酶,促進S期運行,最終導致DNA錯配修復和堿基切除修復缺陷[26],這可能是細胞質p21導致腫瘤細胞惡性增殖的一種機制。除介導p21的磷酸化外,AKT還能通過抑制糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase 3,GSK3)的活性阻止GSK3對p21的Thr57磷酸化,該位點的去磷酸化可減弱p21與CDKs的結合,進而減弱由CDKs介導的p21降解,所以AKT也可能通過GSK3延長p21的半衰期,并促進其細胞質轉位[27],但具體機制還有待進一步闡明。

研究發(fā)現,一些激酶也可通過AKT調控p21的細胞質定位,如NF-κB抑制激酶β(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase subunit beta,IKKβ)、人表皮生長因子受體-2(human epidermal growth factor receptor-2,HER-2)及熱激蛋白27(heat shock protein 27,HSP27)等。IKKβ參與了p21在細胞質中的積累,一方面,當細胞受到外界刺激時,IKKβ被腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細胞介素1(interleukin-1,IL-1)磷酸化激活,釋放 NF-κB,促進p21的轉錄；另一方面,IKKβ促進AKT的Ser473磷酸化,進而促進p21的磷酸化,將其阻滯在細胞質中,而p21在細胞質中的積累可使乳腺癌細胞獲得較強的耐藥性,最終促進癌細胞存活[28]。Winters等[29]經過連續(xù)9年對乳腺癌細胞的研究發(fā)現,在細胞培養(yǎng)過程中,HER-2能夠誘導p21的細胞質定位,并能夠抵抗細胞凋亡,而定位在細胞質中的p21可減弱對細胞核中細胞周期蛋白的抑制,從而促進腫瘤細胞增殖。研究人員推測可能是HER-2通過磷酸化激活了AKT,AKT進一步對p21的Thr145磷酸化,從而使p21由細胞核向細胞質轉位,一旦抑制AKT的激酶活性,p21則重新定位到細胞核,并且其促增殖活性降低[30]。HSP27也可通過對AKT進行磷酸化,促進p21向細胞質轉位[31]。以上3種蛋白激酶都是通過AKT間接促進p21的細胞質定位,但是這三者是否可通過直接催化p21的磷酸化介導其細胞質定位還有待深入研究。綜上所述可知,對AKT進行人為干擾是調節(jié)p21的重要手段之一,AKT抑制劑的篩選和開發(fā)是重要的研究方向并具有重要的腫瘤臨床治療意義。最先開發(fā)出的AKT抑制劑是以 ipatasertib、Nl-71-101、GSK690693等為代表的ATP競爭性抑制劑,目前該類抑制劑家族已有10余種[32]。研究發(fā)現,ipatasertib在Ⅰ期臨床試驗中對實體瘤患者具有較好的療效以及安全性[33]；在Ⅱ期臨床試驗中,與慰安劑相比,ipatasertib與紫杉醇連用能夠延長三陰性乳腺癌患者的無進展生存期[34],可見ipatasertib在腫瘤的臨床治療上具有良好應用前景。但是ATP競爭性抑制劑對AKT同工酶無選擇性,對于與AKT結構相似的激酶如PKA、ROCK等的選擇性差,因此出現了AKT的變構抑制劑。AKT變構抑制劑主要包括5,6二苯吡嗪 2(1H)、MK-2206、SR13668等,有近 20 種。該類抑制劑具有高選擇性和相對較低的毒性,其中,MK-2206與吉非替尼的聯(lián)合使用已投入非小細胞肺癌的Ⅱ期臨床試驗[32]；同時MK-2206也已經進入晚期乳腺癌的Ⅱ期臨床試驗[35]。另外,還有一些不可逆轉的AKT抑制劑的開發(fā),例如ll-AF101等。目前,該類抑制劑的家族成員較少,是值得深入研究的方向[32]。總的來講,盡管有很多AKT抑制劑相繼被發(fā)現,但是應用于腫瘤臨床治療的很少,且單獨使用效果不佳,通常需要與一些化療藥物協(xié)同使用。

此外,p21與某些蛋白質的物理結合也可能導致其定位改變。有研究發(fā)現,阿霉素(DOX)處理人胰腺癌細胞株PANC1后,促進了p65與p21啟動子的結合,同時能夠促進p21由細胞核轉位到細胞質,轉位至細胞質后的p21與caspase-3前體(pro-caspase 3)結合,阻止了p21重新向細胞核轉位,同時還增加了c-IAP1、Bcl-2等抗凋亡因子的轉錄水平,從而促進細胞增殖[36]。除以上機制外,DNA損傷后,核苷酸還原酶小亞基p53R2上調,為腫瘤細胞提供dNTP,促使其進行DNA損傷修復,同時還伴隨著細胞質p21的上調,進而激活CDK4/6,隨后引起Rb對E2F的激活,促進細胞增殖[37]。在大多數癌癥中p53發(fā)生突變,p53R2對細胞質p21的上調是否依賴于突變的p53值得深入探究。

4 p21與腫瘤

4.1 細胞核p21與腫瘤

4.1.1 白血病

白血病是造血系統(tǒng)的克隆性惡性疾病,髓系分化障礙是其主要的發(fā)病機制之一。其根據細胞的分化程度可分為急、慢性白血病。通過對白血病患者的臨床樣本進行分析發(fā)現,p21在白血病細胞中呈低表達,其低表達能夠導致白血病細胞分化受阻；采用一定治療手段后,p21的表達水平升高,這些信息提示p21可作為白血病化療療效的評價指標[38]。視磺酸是治療白血病的主要化療藥物之一,其主要是通過誘導p21轉錄來促進腫瘤細胞的分化,最終緩解急性早幼粒細胞白血病[39]。因此,p21能夠促進白血病細胞分化,進而誘導白血病細胞的凋亡。

近年來人們在白血病細胞中也陸續(xù)發(fā)現了一些p21的上游調控因子,如NF-κB和克魯佩爾樣因子2(Kruppel-like factor 2,KLF2)。NF-κB 能夠直接激活p21的表達,從而響應骨髓白血病細胞中的DNA損傷,進而控制DNA損傷誘導的髓樣分化[40]。KLF2是KLF家族鋅指轉錄因子的成員,在白血病細胞Jurkat中,KLF2能夠通過上調p21的表達抑制Jurkat細胞生長[41]。因此,NF-κB和KLF2有望作為白血病治療的分子靶標。

4.1.2 黑色素瘤

黑色素瘤是皮膚癌中最為惡性的腫瘤。Vidal等[42]的研究發(fā)現,p21在不同種類的黑色素瘤細胞中的蛋白質表達水平差異很大且功能也具有雙重性。在黑色素瘤細胞SK-MEL-110中,p21能阻止由p53誘導的細胞程序性死亡,促進黑色素瘤細胞存活[43]；而p21能夠抑制黑色素瘤細胞A375和WM1976的增殖[44]。EZH2(enhancer of zeste homolog 2)是表觀遺傳轉錄抑制因子,研究發(fā)現其在正常的黑色素細胞中不表達,但是在黑色素瘤發(fā)生發(fā)展過程中表達升高,且可通過抑制p21的活性抑制黑色素瘤細胞的衰老和凋亡[45]。

目前臨床上主要采用手術切除和術后放療的方式治療黑色素瘤,但是腫瘤?？狗暖?。二甲雙胍是治療糖尿病的常用藥,近年來有研究將二甲雙胍用于黑色素瘤的治療,且治療效果顯著,在機制上二甲雙胍可以通過作用于腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)促進p53的磷酸化,從而間接促進p21的上調,最終促進細胞凋亡[46]。可見,p21可作為黑色素治療的潛在靶點,同時二甲雙胍和雙胍衍生化合物類藥物可能是治療黑素瘤的新手段。

4.1.3 肺癌

最新的全球癌癥統(tǒng)計報告表明,2018年全球肺癌的死亡人數占癌癥總死亡人數的18.4%,是癌癥死亡的主要原因[47]。目前針對肺癌的主要治療手段是手術切除和化療,但是,非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)對化療相對不敏感,因此篩選肺癌分子標志物具有重要意義。研究發(fā)現,p21的表達與NSCLC的組織分化程度顯著相關,p21免疫反應常見于病灶,而且p21表達不依賴于p53,所有p53+/p21-的NSCLC患者在進行手術切除后1年內死亡,說明p21可作為非小細胞肺癌獨立的預后因素,是潛在的重要臨床標志物[48]。在肺癌中,p21受到過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)配體的刺激而表達水平升高,進而抑制人肺癌細胞增殖并誘導細胞凋亡[49]。未來可針對肺癌中p21的正調控因子開發(fā)激活劑,以提高p21在肺癌中的表達水平,從而抑制肺癌的發(fā)生發(fā)展。

4.1.4 結直腸癌

Bukholm等[50]發(fā)現在原發(fā)性結直腸癌中p21的表達偏低,而且p21的缺失與高死亡率密切相關,這提示在臨床上p21的表達水平可作為判斷原發(fā)性結直腸癌是否具有轉移風險的指標。Zirbes等[51]連續(xù)6年對294名結直腸癌患者的腫瘤樣本進行了分析,發(fā)現p21表達呈陽性的患者存活率更高,說明p21可能會抑制結直腸癌的發(fā)生發(fā)展。

4.1.5 前列腺癌

前列腺癌是美國男性癌癥中的第二大癌癥[47],目前臨床上主要采用水飛薊素(silibinin)進行治療。研究發(fā)現,silibinin能夠促進前列腺癌細胞中p21和p27的轉錄,進而抑制前列腺癌細胞增殖[52]。另外,槲皮素也被應用于前列腺癌的治療,在槲皮素的作用下,前列腺癌細胞PC-3中的p21表達升高,并將細胞周期阻滯在G2/M期,誘導細胞凋亡[53]。上述研究表明,細胞核p21在前列腺癌中能夠響應化療藥物處理引起的細胞凋亡,因此明確這些藥物處理后,p21在前列腺癌中具體的上下游調控機制,將有助于針對這類藥物開發(fā)合適的分子靶標,增強藥物靶向性,提高前列腺癌的治療效率。

4.1.6 膀胱癌

膀胱癌是男性生殖系統(tǒng)常見的惡性腫瘤。目前,臨床上采用卡介苗(Bacillus Calmette-Guérin,BCG)進行輔助治療。在卡介苗治療過程中,細胞核中的p21和p27表達升高,阻滯細胞周期運轉,最終引起細胞凋亡,提示p21和p27在細胞核中的表達水平可能與卡介苗治療效果呈正相關[54]。因此,p21和p27的共表達量與卡介苗最佳治療效果的關系可深入研究。

4.2 細胞質p21與腫瘤

4.2.1 乳腺癌

細胞質p21在乳腺癌細胞中很常見。定位在細胞質中的p21能夠促進乳腺癌細胞的侵襲和轉移,并且能夠增強其耐藥性。Caffo等[55]長期跟蹤觀察了261例乳腺癌患者的p21免疫原性,發(fā)現p21的過表達與大腫瘤大小、陽性淋巴結狀態(tài)、組織學分級和高有絲分裂相關,并且與患者短生存期有關,表明p21在細胞質中的定位與乳腺癌的惡性增殖有重要聯(lián)系,可以作為乳腺癌的預后靶標。但是,由于細胞質中p21的調控機制尚未完全明確,所以到目前為止,并沒有針對細胞質p21的藥物開發(fā)。需要指出的是,現階段已有針對caspase-3的降解而間接抑制p21活性的促凋亡藥物的開發(fā),并有望投入臨床應用[56]。此外,有研究報道,細胞質中p21的表達與乳腺癌標志物HER-2的過表達密切相關,細胞質p21的表達與其Thr145磷酸化呈正相關,同時也與HER-2及磷酸化的AKT高度相關[29]。由此可見,在針對乳腺癌的治療過程中,可使用AKT特異性抑制劑,以抑制其介導的p21轉位,同時還可以直接針對細胞質p21及HER-2開發(fā)抑制劑,以達到抑制或減緩腫瘤增殖以及增強腫瘤細胞藥物敏感性的治療目的。

4.2.2 卵巢癌

研究發(fā)現,p21可能是卵巢癌臨床治療中一個重要的分子靶標。在高級別漿液性卵巢癌細胞(high-grade serous ovarian cancer cells,HGSCs)中,突變的p53能夠介導癌蛋白PAX8的促增殖作用,反過來,PAX8能夠正向調控p53的表達,從而進一步轉錄激活HGSCs細胞質中p21的表達,促進細胞增殖[57]。

卵巢細胞癌變過程中,細胞質p21的表達水平升高,促進卵巢癌細胞對順鉑產生耐藥性,同時促進卵巢癌復發(fā)[58]。與卵巢癌細胞OV2008相比,卵巢癌細胞C13中細胞質p21的表達水平更高,并且低劑量的順鉑能夠誘導OV2008細胞中的p21由細胞核向細胞質轉移?？傊?細胞質p21可以作為治療耐藥性卵巢癌的潛在靶標。

4.2.3 肝癌

部分人類肝癌細胞表達p21,而且p21的高表達與患者短生存期有關,敲減p21則能延緩肝癌的發(fā)生發(fā)展進程。在慢性肝損傷期間,p21是肝臟祖細胞活化必需的,但p21對肝再生的影響取決于細胞內p21的表達水平,也取決于其在腫瘤微環(huán)境中的作用。Shiraki等[59]的研究發(fā)現,在多種肝癌細胞中,p21主要定位在細胞質中,并且細胞質p21的表達在分化不完全的肝癌細胞中比分化良好的細胞中高,由此推測細胞質p21能夠作為肝癌的預后靶標。

表1 p21在不同腫瘤細胞中的定位及其生物學功能Table 1 Location and biological functions of p21 in different tumor cells

4.2.4 睪丸癌

睪丸癌是泌尿外科中惡性程度很高的腫瘤之一,并且能夠對化療藥物產生較強耐受性。研究發(fā)現,在睪丸胚胎癌中,細胞質p21表達升高,隨后通過抑制CDK2活性使腫瘤細胞產生對順鉑的耐藥性,并且這種耐藥機制與Oct4/miR-106b/p21調控途徑有關[60]。細胞質p21與睪丸癌的惡性程度呈正相關,可能是睪丸癌難以治愈的原因之一,未來可針細胞質p21開發(fā)治療睪丸癌的靶向藥物。

5 結語

p21對細胞周期的調控具有重要意義,且同時參與了細胞凋亡、細胞衰老以及基因的轉錄調控等多種重要的生理過程,對腫瘤細胞的發(fā)生發(fā)展具有關鍵的調控作用。多項研究表明,p21既可作為腫瘤抑制因子,也是促癌因子。由于亞細胞定位及腫瘤細胞種類的不同,p21的功能也不同。表1總結了p21在常見腫瘤中的定位及其生物學功能。當p21定位于細胞核時,能夠抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展；當其定位在細胞質時,能夠促進乳腺癌、頭頸癌、前列腺癌、睪丸癌等腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉移及耐藥性。因此,充分了解p21的生物學功能及其轉位調控機制能夠為腫瘤靶向性的治療提供重要的策略和方向。