TP53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因，在大约50%的恶性肿瘤中发生突变，其编码的p53蛋白是体内的抑癌因子，与肿瘤的发生息息相关。研究发现，肿瘤的发生与多种生物学过程异常有密切关系，主要包括细胞周期调控、细胞凋亡、DNA损伤修复、细胞衰老、自噬、代谢调节等方面。文章从影响肿瘤发生的各生物学过程的角度来阐述p53蛋白与肿瘤发生之间复杂的网络关系。
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TP53基因于20世纪70年代末被美国科学家Lloyd J.Old研究组发现[1]，是继RB基因之后的又一"明星"基因，也是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因，在大约50%的恶性肿瘤中发生突变[2]。异常的p53蛋白不仅丧失了野生型p53蛋白的肿瘤抑制功能，还可能获得一些新的功能，促使肿瘤的发生、发展。文章从影响肿瘤发生的各生物学过程的角度介绍p53蛋白与肿瘤发生之间的关系。
TP53基因位于染色体17p13位置，长度大约20 kb，包含11个外显子。由于其基因序列存在2个可选择性的启动子，从不同启动子处起始转录将会产生不同的p53蛋白亚型，主要包括存留N末端转录激活域（NAD）的TA蛋白亚型和缺失NAD的DN蛋白亚型。除此差异，两种亚型在结构上均包括中间的DNA结合域（DBD）和C末端的寡聚域（OD）。各结构域作用各异，其中NAD能够吸引多种调节子决定p53功能的开启与关闭，DBD主要与多种p53反应元件结合，OD则负责将p53蛋白单体聚合成四聚体进而发挥作用。
正常情况下，p53蛋白作为抑癌因子，调控着细胞生命活动的各个方面[3]。当DNA受到损伤诱发DNA损伤应激反应（DDR）时，p53蛋白会触发细胞周期停滞，进而完成DNA修复或者诱导细胞凋亡，从而避免损伤的DNA继续扩增和转录[4]。如果出现异常的有丝分裂，如中心体的扩增或端粒功能失常，p53也会清除这些异样细胞，以限制染色体不稳定性的产生[5]。另外，p53可以通过抑制反转录转座子的移动以及和LINE元件等转座子内的序列相结合下调它们的表达水平，以降低基因突变的频率与风险[6]。人肿瘤细胞基因组测序发现大约50%的恶性肿瘤中含有TP53基因突变，并且通常以DBD的单核苷酸错义突变为主，其中75%为R175、G245、R248、Y220、R273和R282的热点突变[6]。
TP53基因的突变将会使得正常的p53蛋白功能丧失，从而导致肿瘤发生[7]。另外，由于p53突变体的显性负效应，即使剩余3个p53蛋白单体均正常，p53蛋白四聚体仍然表现出功能障碍，这在一定程度上也增加了肿瘤发生的风险。
当发生DDR时，p53能通过激活细胞周期依赖性激酶抑制剂p21的转录，有效阻断细胞周期进程。p21表达的感应是非常敏感的，即使是细胞遭遇轻微损伤，p53蛋白水平仍然较低的情况下，也能被转录激活导致临时G1期阻滞，保障细胞存活。然而，突变型p53则丧失了G1/S期阻滞功能，有利于肿瘤的发生。
p53可激活许多DNA修复途径，比如激活PARP1等，依靠同源重组修复断裂损伤的DNA单链[8]。而且p53在维持基因组稳定性方面也很重要，如帮助控制中心体复制促进有丝分裂正常进行[8]。因此，p53支持轻度DNA损伤的修复来维持细胞存活。同样的，p53突变后此修复功能将受到影响。
衰老是一种不可逆的细胞周期阻滞，在抑制肿瘤发生方面起着非常重要的作用[9]。许多研究表明激活衰老信号的一个关键因素是p53的激活。p53诱导的衰老信号通路主要有p21介导和纤溶酶原激活物抑制剂（PAI1）介导两条通路。p53激活PAI1，进而抑制PI3K-PKB-GSK3β-cyclin D1信号通路，诱导衰老[10]。有报道称通过RNA干扰（RNAi）抑制p53靶基因PAI1，可导致原发性小鼠胚胎成纤维细胞和人类成纤维细胞避免复制性衰老[11]。p53诱导衰老的另一关键介质是p21。当原癌基因激活或端粒功能紊乱时，p53转录激活p21，使细胞周期停滞在G1期[12]。并随后转录激活p16INK4A和RB，进而激活衰老程序。研究发现，凋亡缺陷的p53 R172P突变体是通过p21介导的衰老来起肿瘤抑制作用的，并且将这一突变体引入p21敲除小鼠，结果导致细胞周期阻滞反应完全丧失和细胞致瘤性的增强。文献[13]报道，p53也可通过LaminA/C介导核变形来诱导衰老发生。
凋亡包含细胞外凋亡途径和细胞内凋亡途径[14]。细胞外凋亡途径：Fas或Trail等死亡配体结合各自的受体，激活细胞凋亡蛋白酶（半胱天冬酶）最终导致细胞死亡。细胞内凋亡途径涉及线粒体外膜的透化（MOMP），使得细胞色素C释放到细胞质中，进而激活凋亡蛋白酶，最终导致细胞死亡。MOMP由bcl-2家族蛋白质所调控，包括bax、bak等促凋亡蛋白和bcl-2、bcl-XL等抗凋亡蛋白[15]。还有一些BH3-only蛋白质（敏感剂）通过与抗凋亡蛋白结合释放出bax和bak而间接诱导细胞凋亡；另一些BH3-only蛋白质（活化剂）则直接激活bax和bak诱导的MOMP功能来完成凋亡。野生型p53转录激活bcl-2家族蛋白质的表达，包括bax、NOXA（PMAIP1）和PUMA（BBC3）。其中，bax是促凋亡因子，PUMA和NOXA属于BH3-only蛋白质，均通过线粒体途径激活凋亡级联反应。另外，p53还可以激活细胞外凋亡途径的调节因子，如死亡受体（DRs）Fas、DR4（TNFRSF10A）和DR5（TNFRSF10B）等[16]。p53的转录和诱导细胞凋亡都依赖于它的DNA结合域，然而肿瘤相关的突变通常发生在DNA结合域，导致p53失去诱导凋亡的功能。
p53可以通过调节转录激活、信号通路和代谢酶的活动来适应短暂的代谢变化和营养压力，从而维持代谢平衡。p53的一个关键代谢调节功能是通过降低糖酵解的速率和增加线粒体呼吸来调节能量代谢[17]。p53通过直接抑制GLUT1和GLUT4的转录以及抑制NF-κB（NF-κB激活GLUT3）来降低糖酵解的第一步（即葡萄糖吸收）。TIGAR是由p53诱导的糖酵解调节因子，有果糖二磷酸酶活性。这使得TIGAR能够水解并下调2，6-二磷酸果糖，2，6-二磷酸果糖是磷酸果糖激酶1（PFK1）的变构激活剂，而PFK1是糖酵解过程的限速酶，因此TIGAR会抑制糖酵解的进程。p53还可下调另一个糖酵解酶的表达，即磷酸甘油酸酯变位酶（PGM）。另外，通过激活miR-34a，p53还可以间接地抑制几种糖酵解酶的表达[18]。总之，p53激活的最终结果是抑制糖酵解。除此之外，p53还可以增强线粒体呼吸。p53抑制线粒体PDH激酶2（PDK2）的表达，进而增加PDH活性，PDH可以催化丙酮酸酯转化生成乙酰辅酶A。乙酰辅酶A进入TCA循环并增强线粒体呼吸。病理状态下的细胞常常进行无氧呼吸，而在轻度或短暂的代谢应激条件下，p53增强有氧呼吸而降低无氧呼吸有助于细胞尽快恢复正常。另外，在p53突变型肿瘤中，可能会导致代谢能力增强而有助于肿瘤细胞增殖，比如增强肿瘤组织的糖酵解过程。
正常水平的活性氧对正常细胞过程很重要，而过量的活性氧则是有害的。p53在正常条件下促进抗氧化活性，以保护细胞不受活性氧的影响，而在严重的氧化应激下通过抑制目标基因SLC7A11促进活性氧的积累，引发一种由铁依赖产物ROS9介导的特殊的非细胞凋亡死亡形式，即铁死亡[19]，有效地抑制肿瘤发生。SLC7A11是一种细胞表面氨基酸转运蛋白，可以抑制活性氧的产生，进而抑制铁死亡。携带p533（p53的一种突变形式，有能力激活许多p53的目标基因抑制肿瘤发生）且缺乏Mdm2的小鼠胚胎通常会由于p53信号的极度活跃而死亡。但是抑制了铁死亡，可以防止这种致命性的发生。这些实验表明，p53活性促进了铁死亡。另外，发现SLC7A11的过表达减弱了p533在移植小鼠体内的肿瘤抑制作用。这表明对SLC7A11的转录抑制是p533介导肿瘤抑制的必要条件[20]。在小鼠移植模型中，通过使用弹性蛋白类似物来诱导铁死亡，延迟了p53-表达肿瘤的生长。这表明激活铁死亡可能是一种治疗p53活性保留的肿瘤很有前景的策略[21]。
近来发现，突变的p53蛋白不仅会丧失原来的肿瘤抑制功能，有些突变体还会获得一些新功能，即发生获得性功能突变[22]。这些突变体所获得的新功能将会进一步促进肿瘤的发生，比如抑制细胞的自噬活动、增加肿瘤的侵袭性和转移、增强耐药性、细胞代谢通路的改变以及表观遗传改变等[23]。研究发现p53杂合性缺失是p53突变体在体内稳定和功能获得的必要前提[24]。
自噬是一种细胞内的过程，通过溶酶体的分解释放出大量蛋白酶，从而破坏细胞器和大分子。在正常情况下，自噬功能是通过监测长寿蛋白质和细胞器的完整性来维持细胞内稳态。研究表明，自噬具有肿瘤抑制作用[25]。并且基因组压力可以通过一种p53依赖的方式诱导自噬，即野生型p53上调自噬相关基因DRAM1来激活自噬[26]。最近有研究[27]表明，定位于细胞质中的某些特定类型的p53突变体（R175H、R273H、R273L）可以通过封锁AMPK信号或激活Akt/mTOR信号来获得抑制自噬的新功能。相比之下，在细胞核中定位的其他p53突变体（P151H、R282W）却不能抑制自噬。这些胞质p53突变体通过抑制几种重要的自噬相关蛋白酶，如BECN1、DRAM1和ATG12等，来对抗自噬溶酶体的形成。因此胞质p53突变体对自噬的抑制增加了肿瘤细胞的增殖和存活能力。
在p53 R172H模型小鼠和人类胰腺癌中均证实p53突变体能够激活RhoA/ROCK信号通路进而导致GLUT1转移到质膜上，加强肿瘤细胞的糖酵解，有利于肿瘤发生和转移，这正好与野生型p53减弱糖酵解功能相反，但这不仅仅是一种功能丧失更是一种获得性功能。另外发现p53 R175H和p53 R273H突变体促进了EGFR和整合素α5β1再循环回细胞表面，从而增加了肿瘤的侵入性和转移性[28]。值得一提的是，p53突变所致的该效应与p63的转录抑制有关[29]。另外有研究[30]报道，在p53突变型胰腺癌中p53突变体与PDGFRβ信号通路激活所致侵袭性增加密切相关。同样在p53 R172H小鼠模型的骨肉瘤细胞中发现PLA2G16表达上调，而由PLA2G16基因转录生成的AdPLA是一种磷脂酶，它能够催化磷脂酸生成溶血磷脂和游离脂肪酸，而这两种产物均与转移密切相关[31]，提示PLA2G16为突变型p53的靶基因使肿瘤转移性增强。
在对表达p53 R273H或p53 R280K的乳腺癌细胞株研究中发现SREBP（甾醇调节元件结合蛋白）能将p53突变体募集到编码香叶酰香叶酰转移酶的基因启动子上，促进其转录[32]。而香叶酰香叶酰转移酶是甲羟戊酸途径的关键酶，结果增加了靶蛋白的香叶酰香叶酰化和改变了乳腺腺泡的形成，并促进了肿瘤的生成。另外，在头颈鳞状细胞癌的研究中发现，p53突变体能够抑制AMPK的活化，进而损害代谢检查点，促进肿瘤的发生。敲降p53突变体基因水平会导致很多核苷酸代谢相关基因活性降低以及核苷酸池减少，减弱GTP依赖性蛋白活性和细胞侵袭性。这是因为p53突变体会通过增加GTP来促进入侵，同时依赖脱氧胞苷激酶（一种核苷挽救途径酶）来维持细胞增殖所需的dNTP池的平衡[33]。提示突变型p53和AMPK以及脱氧胞苷激酶相互作用促进肿瘤的发生与转移。
研究发现，p53突变体可以通过与转录因子ETS2的相互作用改变染色体修饰从而促进乳腺癌的发生。p53突变体与ETS2相互作用导致表观遗传相关酶表达水平的上调，包括甲基转移酶KMT2A（MLL1）和KMT2D（MLL2），以及乙酰转移酶KAT6A（MOZ），进而促进组蛋白的甲基化和乙酰化。突变型p53可通过诱导MLL1基因表达促进细胞增殖，相应地抑制MLL1表达将观察到肿瘤细胞增殖活性的明显减弱。另外最近有研究[34]发现，GOF p53突变体也能够与SWI/SNF染色质重塑复合物相互作用，上调VEGFR2水平，促进肿瘤生成。p53突变体改变表观遗传修饰的作用在一定程度上解释了为什么突变型p53能够影响那么多基因的表达。
异常的p53蛋白不仅会丧失其经典的抑癌功能，有时还会因获得性功能突变而扮演一个癌促蛋白的角色。文章虽然对p53蛋白的部分作用机制进行了介绍，但存在的问题也越来越多，比如p53蛋白对于p53蛋白家族中各成员的调控如何？p53蛋白与免疫逃逸是否相关？这些问题及潜在的作用机制仍需不断探索，深入挖掘p53的潜在分子机制，从而促进肿瘤创新治疗方法的发展，最终造福患者。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
