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肿瘤无法抵御野生型p53
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( w( k! l# B: n gMichael B. Kastan
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Cell, Vol. 128, 837—840, March 9, 2007
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大多数肿瘤会为了生长和存活而破坏p53信号传导途径。尽管在肿瘤中除了p53还有许多基因会产生突变，但最近Ventura和Xue等人的研究表明，在小鼠中只需要恢复p53的功能，便可使几种不同类型的肿瘤退化，这可能会成为某些人类癌症的治疗方法。Martin等人也证实p53活性的恢复会导致肿瘤退化，但他们也给出了明确的警告：肿瘤会找到其他破坏p53途径的方法，迅速产生抗性。- Q0 q) _: S5 r1 Q& _ y
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- x2 f$ R4 V# Z' z$ S7 f p53肿瘤抑制因子是肿瘤发育途径的潜在路障。带有种系细胞p53基因突变的人有极高的几率产生肿瘤。的确，大多数人癌细胞中含有的突变，或者使p53基因产生无功能的p53蛋白，或者使p53蛋白缺失，或者通过改变其他基因产物的表达来破坏p53的功能。已经证实p53可帮助细胞对DNA损伤起响应，与之一致的是，缺少p53的肿瘤显示极大的遗传学不稳定性，常常含有极不正常的基因组。由于肿瘤中有许多遗传变化，因此有理由怀疑是否一个信号变化的“修复”，可有效抑制肿瘤的生长或扩散。尽管p53有潜在的抗肿瘤性质，但目前尚不清楚是否p53的丧失会直接导致肿瘤发育的遗传改变，也不清楚肿瘤的生长是否需要有p53途径的永久关闭。三篇最近发表的论文（一篇发表在Cell，另两篇发表在Nature）得出了相同的重要结论：在确定的肿瘤中（包括淋巴瘤、肉瘤和肝细胞癌），p53功能的恢复可导致体内肿瘤的退化，因此可能成为癌症治疗的一个新的有效方法。
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肿瘤“成瘾性”
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由于肿瘤中明显有许多遗传改变，因此不清楚肿瘤的持续生长和扩散是否总是依赖于某个单一变化。可以认为在恶性肿瘤转化过程中，某个特定步骤需要有一种特定的遗传改变，但一旦超出该特定阶段，就不再需要由这种遗传改变来维持转化表型。这种情况表明，以肿瘤中单一异常作为标靶，不足以控制肿瘤生长和扩散。然而，对几个小鼠模型的研究表明，肿瘤对加速生长的原癌变化有一种依赖性，例如对在Myc或Ras原癌基因中激活突变的变化有依赖性。这种依赖性被称为“原癌基因成瘾性”，因为如果将这些激活突变用实验方法从肿瘤中去除，肿瘤会退化。1 |+ u3 P. F+ n& c3 o# W
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肿瘤突变包括使促进生长的基因活化的突变和使限制生长或促进细胞死亡的基因产物失活的突变。p53蛋白可能是“肿瘤抑制因子”基因产物中得到最深入研究的蛋白，它通常帮助细胞对各种不同的细胞应力起响应。p53一旦被某种应力激活，就会诱导细胞周期停滞或帮助细胞编程死亡（凋亡）。p53之所以能这样做，是因为它有转录辅助功能，或是由于它具有的其他细胞功能。在细胞死亡或细胞停止生长之间的“选择”取决于细胞类型和细胞环境。p53功能丧失后，可能会引起肿瘤扩增，这是由于遗传不稳定性增加、停止生长信号丢失以及不正常的细胞存活性。如果p53缺失引起肿瘤发育的主要原因是由于遗传不稳定性增加，那么p53功能异常就是一种“打了就跑”的突变。换句话说，由于p53功能异常可增加遗传突变的速度，因此可能会引起肿瘤发育，但一旦引起转化表型的遗传变化已经存在，就不再需要有异常功能的p53。然而，如同意料之中一样，这三项新研究都证实，肿瘤和“原癌基因成瘾性”一样，保持对p53功能丧失的成瘾性。这三篇研究论文各使用了不同的小鼠肿瘤模型，每个模型都对上述“成瘾性”过程做出了独特的阐明。5 K# ]. e: m: v$ I6 \% ?0 |
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Tyler Jacks的实验室使用了一种精巧的遗传操作，他们在p53基因前面插入一个STOP序列组合，使小鼠的任何组织都不表达p53。但是，在通过三苯氧胺诱导的Cre重组酶活性将STOP序列组合除去后，Jacks等人能够使p53恢复功能。在这个系统中，由于p53不表达，因而小鼠可产生高频率的自发性肿瘤或辐射诱导的肿瘤，又可通过使用三苯氧胺随意恢复p53的表达。这个系统的独到之处是，p53表达的缺失使小鼠产生淋巴瘤和肉瘤，因而可使用单一模型系统，研究至少两种不同类型的肿瘤。在使小鼠肿瘤长到可很容易用MRI成象系统探测的大小之后，Jacks等用三苯氧胺处理小鼠，从而导致Cre重组酶在细胞核中活化，并进而切断STOP序列组合，使整个小鼠的p53表达恢复。p53表达的恢复导致淋巴瘤和肉瘤严重退化，有时甚至是完全退化。令人感兴趣的是，p53在这两种不同类型的肿瘤中起作用的机制明显不同。p53的重新表达引起淋巴瘤的凋亡式细胞死亡，而肉瘤则发生细胞周期停滞，并有细胞衰老的迹象。值得注意的是，p53的重新表达对正常小鼠组织没有毒性，由此证实肿瘤细胞有激活p53途径的信号，可在肿瘤细胞中有选择性产生肿瘤生长抑制的影响或产生促进死亡的影响。细胞死亡是一种不可逆状况，细胞衰老可能也是不可逆的。然而，这个模型并没有研究p53恢复在体内的永久性抗肿瘤影响，因此它是否能成为有效的治疗方法还是一个悬而未决的问题。
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Scott Lowe的实验室使用肝细胞癌的小鼠模型解答非常类似的问题。在这个模型中，用活化的Hras原癌基因转化经纯化的胚胎肝细胞，用可由强力霉素抑制的、直接针对p53的短发夹RNA下调p53的表达。在这种情况中，在缺少强力霉素时，p53受到抑制；在加入强力霉素后，p53的表达可恢复。Lowe等人也用荧光标记(GFP)或荧光素酶转导细胞，以便通过成象技术追踪体内的肿瘤大小。将表达Hras但缺少p53的细胞注射到免疫缺陷（无胸腺）小鼠中后，导致侵染性肿瘤迅速生长。在肿瘤形成之后，可通过加入强力霉素恢复p53的功能。在经强力霉素处理后的12天之内，所形成的肿瘤已变得检测不出来；即使在加入强力霉素4天之后，p53的瞬时重新表达也能引起肿瘤完全退化。Lowe等人的研究结果说明，一旦p53被激活，它所诱导的肿瘤抑制似乎是不可逆的。
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与Ventura等人在小鼠肉瘤模型中的观察类似，Xue等人在他们的肝癌模型中发现，p53的诱导可导致生长停滞并伴随有衰老，而不是凋亡式细胞死亡。有报道指出，p53的细胞周期抑制性质是其肿瘤抑制活性的重要组成部分，上述观察与这项报道吻合。p53瞬间诱导的不可逆作用致使Xue等人研究肿瘤生长停滞的无细胞自主机制，他们提供了天然免疫系统起作用的证据。在p53恢复之后，通过化学、抗体或遗传学等方法导致的天然免疫的抑制，可减少肿瘤退化。这些研究人员指出，在研究初期使用的无胸腺裸鼠可能缺少有功能的B和T细胞，但仍有天然免疫功能。有趣的是，尽管天然免疫系统对肿瘤的退化可能很重要，但并不是抑制肿瘤生长所必需的。与另外两篇论文比较，证实免疫系统的天然免疫组分在p53恢复之后对肿瘤退化的作用是Xue等人的论文的一个重要方面，但是尚不清楚这种退化在肿瘤控制和肿瘤缩小中的重要性。肿瘤群体可能被保留，但已永远停止生长。即使p53的瞬间恢复对肿瘤长期控制也可能是足够的，这是从该模型得到的相当重要的观察。- F# U; _% f% v: ^* N
) y! K5 m; \7 l ] Gerald Evans及其团队最近在Cell上发表的研究使用了Eμ-myc小鼠模型（该模型概括了Burkitt淋巴瘤/白血病），以它为基础探讨p53途径的调节对肿瘤生物学个方面的影响等相关课题。他们使用这个系统探讨在已形成的肿瘤中，p53表达的恢复是否导致肿瘤退化。他们的模型系统使用一个p53 knockin模型，即用野生型p53序列与胆固醇受体(ER)结构域连接的嵌合p53蛋白取代正常p53基因。在这种状态中，可以产生p53蛋白，但它停留在细胞质中。加入4-羟基三苯氧胺(4-OHT)可驱使p53转运到细胞核中，发挥它的肿瘤抑制活性。Evans等人制造出含有一个野生型p53等位基因和一个可诱导p53等位基因的Eμ-myc小鼠。随着丧失野生型p53等位基因，小鼠迅速产生B细胞恶性淋巴肿瘤，可以被认为是处于无p53状态。在体外向这些小鼠的肿瘤细胞加入4-OHT后，可使仍被保留的p53等位基因的功能被激活，从而抑制肿瘤细胞的生长和存活。将这些肿瘤细胞移植到同系小鼠中可导致小鼠在4周内100%死亡，加入4-OHT后可显著增加肿瘤细胞死亡，大大延长小鼠的存活时间。
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尽管在7天一期的4-OHT处理后，带有肿瘤的小鼠的存活确实被延长，但它们最终死于肿瘤。所有这些经4-OHT处理又恢复原状的小鼠的肿瘤细胞，通过破坏p53信号传导途径而对p53产生抗性。p53信号传导途径的破坏可以是p19ARF表达的丧失或是p53ER等位基因的删除。这个重要的观察在上述三项研究中是很独特的，它提出了这样一种不详警示：即使可以在体内肿瘤中恢复p53的功能，潜在的治疗功能也是很短暂的，因为肿瘤可找到使p53途径失活的其他方法。这个可以预期的悲观结论有一个局限性，即在这些实验中只使用了为期7天的p53活性。p53功能的持续恢复可能不会很容易受到产生抗性的影响。值得注意的是，Xue等在他们的肝癌模型中观察到，即使只是在p53功能激活4天之后，肿瘤生长也受到永久抑制。由于Xue等的肿瘤系统明显依赖于细胞衰老和免疫系统对肿瘤进行控制，而在Eμ-myc系统中，p53的活化明显通过凋亡式细胞死亡起作用，所以对这种治疗方法的实际效率而言，可能存在肿瘤类型专一性。有趣的是，在通过p19ARF表达丧失而导致p53途径失活的Eμ-myc肿瘤细胞中，p53蛋白仍有功能，可以通过辐射进行诱导。因此使p53活化的刺激，如辐射和化疗，能使肿瘤中p53功能恢复在治疗中更有效。
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人癌症治疗的相关性' a4 X V" `7 p- I, u9 R
* L3 i& J- v+ b4 Z 上述三个小鼠模型系统的研究在有关肿瘤中p53恢复对肿瘤减少的影响方面，都产生了相同的结论。我们是否应为三个模型都提出这是一个可能的治疗方式而感到鼓舞？或我们是否应为Eμ-myc模型中快速产生的对p53恢复的抗性而感到沮丧？经过适当的诠释，肯定会有这两种反应。在两个不同的淋巴瘤模型、一个肉瘤模型和一个肝癌模型中，p53自身的恢复对减少肿瘤群体或延长模型动物存活是足够的，这一点令人鼓舞。有趣的是，在这些模型中，通过p53活化进行肿瘤抑制的机制明显有所不同（或者促使生长停滞或衰老，或者促使调亡），这取决于肿瘤细胞的类型。在Eμ-myc模型中发现的对抑制机制的抗性，可能是由于p53功能的短暂（7天）重新导入，也可能是由于该肿瘤模型的某些独特性质。在肝癌模型中，仅在p53恢复4天后，便可造成肿瘤生长的持续停止，这说明某些类型的肿瘤很难产生抗性，其原因可能由于是该类型细胞中的肿瘤抑制机制的不同，或是由于肿瘤类型的其他遗传改变，或是由于免疫系统对肿瘤抑制作用的影响(Xue及其同事做出了这种有趣的解释)。
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! c. J7 Q7 E8 i7 h 细胞中p53的简单再表达对p53途径的活化似乎并不足够。对于重新恢复的p53蛋白的激活来说，很明显需要肿瘤细胞转化的环境。Eμ-myc系统表明p19ARF是肿瘤细胞中p53活化的唯一永久性决定因子。p53活化对p19ARF的总体依赖性可能反映了Eμ-myc系统的异乎寻常的性质，不一定代表所有的肿瘤，也不一定反映人肿瘤的状况。除了p19ARF的活化，人肿瘤中p53活化的其他信号还包括端粒异常、低氧、复制应力以及其他类型的DNA损伤。与人细胞不同，尤其是与许多人肿瘤细胞不同，小鼠细胞有很长的端粒。小鼠肿瘤中的长端粒意味着这些肿瘤细胞缺少某种p53的信号传导途径。有趣的是，如果小鼠含有“人类化”的端粒（通过端粒的遗传删减，使传代后的端粒缩短），缺少p19ARF的小鼠产生的肿瘤要少很多。与之类似的是，尽管在人肿瘤生成过程中低氧和氧应力是p53途径活化的重要刺激因素，但大多数小鼠模型的肿瘤发育不依赖于这些刺激。
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这些小鼠肿瘤模型与人肿瘤之间的另一个不同之处是它们缺少显性失活的p53等位基因。正如Martins等人指出的，即使在Eμ-myc小鼠中重新产生的肿瘤也不能使p53基因突变，而是丢失整个p53等位基因。考虑到这种小鼠肿瘤最初只有一个p53等位基因，上述状况也不令人惊讶。然而，在人肿瘤中p53突变频率很高，由于突变的p53蛋白有更长的半寿期，因而经常超量表达。超量表达的突变p53蛋白有“显性抑制作用”，并可能有“功能获得”生化活性。在人肿瘤中这种突变p53蛋白的存在可能对有功能的p53的恢复造成负面影响，这取决于p53功能是怎样恢复的。当然，如果p53功能恢复的机制是将突变的p53蛋白转换成有功能的p53蛋白，则不会造成上述影响，而实际上具有治疗意义。
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与p53恢复后哪一种信号途径在肿瘤细胞中活化p53无关，信号途径在肿瘤细胞而不是在正常细胞中被激活可为肿瘤治疗提供重要的选择性。肿瘤治疗的目标是开发出选择性杀死与正常细胞有关的肿瘤细胞。肿瘤细胞（而非正常细胞）有一个可活化p53途径的细胞环境，这个论点可用来创立一个有效的治疗指标。尽管遗传学上有可塑性的小鼠模型对理论论证是强有力的工具，但要实现在人肿瘤内恢复p53功能还有许多实际困难。然而，为了达到这个目标，已有各种处于不同发展阶段的方法，其中包括：（1）直接将野生型p53基因引入肿瘤的基因治疗方法正处于临床实验阶段；（2）有报道称在组织培养物中，小分子PRIMA-1可用来使突变的p53蛋白恢复野生型p53功能；（3）小分子nutlin可通过解除HDM2的抑制作用，诱导细胞中的p53蛋白（只要p53基因本身没有突变）。在Eμ-myc模型中p53恢复对DNA损伤的协同治疗作用表明，标准细胞毒性治疗与上述方法的结合，可使这些方法更有效。经管还有许多挑战，上述三项最新的重要研究很可能激起人们对开发在人肿瘤中恢复p53功能的方法的更大兴趣。
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本文转自建人先生原创，感谢 |
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发表于 2009-4-28 21:13
发表于 2009-11-24 08:55
