P53基因是人体内最重要的抑癌基因之一，也是人类肿瘤中最常见的突变基因，其突变发生频率高达50%。P53基因突变不仅能使其原有的抑癌功能失活，同时能够获得新的致癌功能，而被称为功能获得性(GOF)突变，其在肿瘤的发生、发展过程中发挥重要作用，并且随影响因素不同，P53基因突变发生频率亦不同。通过对P53基因突变致癌机制及其致癌特点的研究，有助于寻找新的肿瘤治疗靶点，帮助临床医师对具有该基因突变的肿瘤患者实施针对性治疗。
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正常细胞的癌变是一个复杂过程，过去几十年中已有大量关于肿瘤发生机制的研究。1947年，Berenblum和Shubik发现化学致癌作用包括启动和促进阶段[1]。此后，Knudson[2]提出了肿瘤形成的"二次打击"学说，即肿瘤的发生需要某种基因的2个等位基因均失活。后来，"二次打击"学说被扩展为原癌基因的激活及抑癌基因的失活导致肿瘤发生[2]。在目前已知的肿瘤相关基因中，P53基因是被研究最多并且最重要的抑癌基因之一，几乎所有类型的肿瘤患者都伴P53基因突变[3]。研究结果表明，P53基因突变与肿瘤患者的不良预后密切相关[4]。
在血液系统恶性肿瘤患者中，初诊时P53基因突变相对较少，但在疾病的复发、急性转化期，以及急变期P53基因突变却常被发现[1]。这表明，虽然在血液系统恶性肿瘤中P53基因突变发生频率较其他肿瘤低，但是P53基因突变与血液恶性肿瘤治疗的药物抵抗性以及复发密切相关。通过针对P53基因突变及其靶向治疗的研究，能够对P53基因突变的血液系统恶性肿瘤患者进行更有针对性的治疗，从而改善患者的预后。因此，了解肿瘤患者中P53基因突变特点及其致癌机制，有助于研究肿瘤新型靶向治疗方法，改善肿瘤患者预后。笔者拟就P53蛋白结构和功能、P53基因突变致癌机制及其致癌特点、突变发生频率及其相关靶向治疗进行综述如下。
P53基因全长20 kb，位于染色体17p13.1，包含11个外显子，编码P53蛋白[5]。P53蛋白由5个功能域组成[6]，包括：①反式激活域，含有可以与调节蛋白鼠双微体(murine double minute，MDM)2/人同源蛋白(human double minute，HDM)2作用的磷酸化位点，是P53蛋白转录激活的基础；②富含脯氨素的结构域，能够维持蛋白结构稳定性并调节凋亡；③DNA结合域，能够特异性与靶基因中特定DNA序列结合，调节靶基因的转录活性；④四聚化结构域，能够诱导P53蛋白活化后四聚体的形成，P53四聚体与DNA结合效率最高，许多下游基因的表达依赖于野生型P53蛋白的四聚化；⑤调节结构域，具有调节细胞周期，修复损伤的DNA或诱导细胞凋亡的功能，也可在新陈代谢，细胞坏死，自噬，氧自由基(reactive oxygen species, ROS)的积累及干细胞维持等方面发挥重要作用。由于P53基因能维持DNA突变后基因组稳定，又被称为"基因组卫士"[7]。
P53蛋白作为特异性转录因子，主要通过对靶基因的转录调控发挥功能。无应激状态下，P53蛋白非常不稳定，可通过蛋白酶体途径被降解，并且在细胞内保持低水平[8]。当发生应激反应时，通过激酶、磷酸酶、乙酰转移酶、脱乙酰酶、泛素蛋白连接酶、去泛素化酶及甲基化酶等多种酶的翻译后修饰，P53蛋白变得稳定，在细胞内表达水平明显上升[9]。同时，P53蛋白能与靶基因中特定DNA序列，即P53-反应元件结合，调节靶基因的表达，实现维持基因组稳定性、防止肿瘤形成等细胞生物学功能，P53-反应元件由RRRCWWGYYY(0～21个核苷酸的间隔区)组成，其中R是嘌呤，W和Y是嘧啶[6]。
P53蛋白活性由复杂的网络进行精细调节，其中泛素蛋白连接酶MDM2是P53蛋白最重要的负调控因子。在正常细胞中，P53蛋白四聚体能够促进MDM2表达水平增加，MDM2蛋白能够与P53蛋白直接结合，促进P53蛋白泛素化修饰及降解，并且抑制P53基因转录，从而建立负反馈调节机制[10]。
最常见的P53基因突变类型为发生于DNA结合域的错义突变[3]，其中约有25%的错义突变发生在R175、G245、R248、R249、R273和R282这6个突变热点[11]。P53基因无义或移码突变的发生频率相对较低，约占所有P53基因突变类型的16%，因此，大多数细胞能够表达全长P53蛋白[12]。
P53基因突变导致野生型P53基因失活机制如下[12]。在野生型和突变型P53等位基因杂合的情况下，突变型P53等位基因可通过显性负效应阻断野生型P53等位基因的抑癌功能，即1对P53等位基因中的1个等位基因发生突变而另外1个等位基因未突变，只要存在突变型等位基因(隐性基因)，野生型P53基因编码产生的P53蛋白就会失活，因此隐性基因决定P53基因的表型，从而无法发挥抑癌功能。但是显性负效应不足以完全解释野生型P53等位基因的失活。随着肿瘤进展，P53基因突变通常伴随着杂合性缺失(loss of heterozygosity, LOH)。LOH常见于抑癌基因中，在突变型和野生型杂合的特定位点，野生型P53等位基因最终出现缺失或突变，使抑癌基因失去肿瘤抑制功能。
P53基因突变后，不仅失去了野生型P53基因原有的抑癌功能，而且获得了全新的致癌功能，称为功能获得性(gain of function, GOF)突变。许多研究证实，P53基因GOF突变能够促进肿瘤细胞增殖、存活、迁移和侵入，增强其对化疗药物的抵抗性，破坏正常的组织结构并促进肿瘤细胞代谢[4,13]。P53基因GOF突变后编码稳定的P53致癌蛋白，这种蛋白的累积被认为是肿瘤细胞的标志[3]。P53致癌蛋白作为调节蛋白，可以影响肿瘤细胞转录组和表型，在临床上表现为肿瘤患者预后不良及耐药性增强[4]。
P53基因GOF突变的致癌机制如下。①P53与P63及P73基因(P53基因结构和功能的同系物)结合并相互作用。Liu等[14]研究结果显示，突变型P53蛋白通过DNA结合域与P63和P73基因相互作用以下调P63和P73基因的转录活性，这种下调可在某些情况下促进肿瘤的发生与发展。②P53基因与转录因子结合以调节其功能。例如，突变型P53基因与红细胞增多症病毒E26致癌基因同源物(v-ets erythroblastosis virus E26 oncogene homolog，ETS) 2相互作用，成为染色质修饰的关键调节因子，上调包括MLL1、KMT2A、MLL2(KMT2D)及MOZ基因在内的染色质调节基因表达水平，导致全基因组组蛋白甲基化及乙酰化程度增加，通过表观遗传学改变驱动肿瘤的侵袭性[15]。2017年，Wang等[16]研究结果显示，GOF突变型P53基因能与调控细胞周期基因的核因子-Y相互作用，导致DNA损伤后核因子-Y靶基因表达水平异常上调。③P53基因与蛋白质相互作用以改变其功能。GOF突变型P53基因与同源重组DNA修复所需的DNA核酸酶，即减数分裂重组蛋白(meiotic recombination，MRE)11相互作用，促进基因组的不稳定性和肿瘤进展[17]。在乳腺癌细胞中，脯氨酰异构酶肽基-脯氨酰顺/反异构酶(peptidyl-prolyl cis-trans isomerase NIMA-interacting，Pin)1与GOF突变型P53蛋白结合，调节其蛋白构象变化，增强GOF突变型P53蛋白依赖性的致癌活性[18]。④P53基因与DNA结合以改变基因表达。上调或下调参与肿瘤进展不同方面的基因，如Myc、Fos、PCNA、IGF1R、EGR1、核因子-κB2、BCL-xL、IGF2、VEGFA等[19]。⑤P53基因通过诱导或抑制某些微小RNA(microRNA，MiRNA)的表达以获得新的致癌活性。
不同肿瘤中，P53基因突变发生频率从10%(血液系统恶性肿瘤)到96%(高等级卵巢浆液性癌)不等[20]。而同一肿瘤的不同亚型，P53基因突变发生频率亦不同。例如，肺腺癌与大细胞肺癌P53基因突变发生频率为50%，小细胞肺癌及鳞癌P53基因突变发生频率为80%[21]；管腔上皮A型(luminal A)乳腺癌P53基因突变发生频率为18%，而基底样型(basal like)乳腺癌P53基因突变发生频率则超过80%[22]。P53基因突变发生频率还与肿瘤的发展阶段有关，Schlomm等[23]研究结果显示，早期前列腺癌P53基因突变发生频率较低(10%～20%)，但当晚期或转移性前列腺癌P53基因突变发生频率则可达50%。Xu-Monette等[24]研究结果亦显示，P53基因突变在恶性淋巴瘤的复发，骨髓异常增生综合症(myelodysplastic syndromes, MDS)急性转化期或慢性髓细胞白血病(chronic myelocytic leukemia, CML)急变期间更为常见。外源性病毒或细菌感染也可以影响P53基因突变发生频率。病毒能损伤P53基因活性，从而促进细胞中病毒DNA的复制[25]，例如，宫颈癌中P53基因并未发生突变，当伴人乳头瘤病毒感染后，人乳头瘤病毒的E6蛋白诱导P53蛋白降解，使P53基因的抑癌功能丧失，并使其发生失活性基因突变[26]。细菌感染能通过激活特定的P53基因结构和功能的同系物以影响P53蛋白功能，如幽门螺杆菌感染能够上调P53蛋白异构体Δ133P53，从而干扰P53蛋白功能[27]。有研究结果显示，95%(70/74)胃腺癌患者的幽门螺杆菌呈阳性，其中72%(53/74)患者P53蛋白发生突变，幽门螺杆菌感染的患者突变型P53蛋白的表达水平明显高于未感染的患者[28]。此外，由于致癌物暴露不一、地理分布不同，P53基因突变发生频率也有差异。Qi等[29]纳入397例中国广西肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)患者进行的研究结果显示，P53基因突变发生频率为59%(233/397)，其中最常发生突变的位点为R249S，这表明大部分HCC患者伴P53基因突变。有研究对来源于15个不同地区、伴P53基因突变的共计357例乳腺癌患者进行研究，结果显示，日本札幌的乳腺癌患者P53基因突变发生频率为71%(17例)，日本青森为56%(15例)，日本德岛为23%(26例)，日本东京为25%(29例)；美国米德斯白人乳腺癌患者P53基因突变发生频率为30%(29例)，底特律黑人为34%(16例)，新奥尔良白人或黑人15%(14例)，该结果表明，不同地域或种族乳腺癌患者的P53基因突变发生频率有较大差异[30]。
由于约50%的肿瘤患者伴P53基因突变[31]，使得P53基因成为肿瘤治疗中极富潜力的药物靶标。针对P53基因的靶向治疗的4种主要方式如下[32]。①将突变型P53基因转化为具有野生型P53基因特性的形式。其中，以富脯氨酸膜锚蛋白(proline-rich membrane anchor，PRIMA)-1及其甲基类似物PRIMA-1MET(APR-246)的研究最为广泛。PRIMA-1能够恢复P53蛋白的活性构象，使之能与序列特异性DNA结合并引起肿瘤细胞凋亡[33]。②通过MDM2/4拮抗剂防止P53蛋白降解。最近，Miranda等[34]研究结果显示，MDM2拮抗剂nutlin-3能够有效地诱导P53基因及MDM2过表达的乳腺癌细胞凋亡。Wu等[35]研究结果亦证实，nutlin-3能够调节肿瘤细胞迁移、侵袭、转移和耐药性，并且可以逆转吉西他滨耐药的HCC细胞中上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)。③基因治疗。利用腺病毒介导的P53基因转移治疗非小细胞肺癌于1996年被首次报道，目前已有该方法应用于头颈部肿瘤、肝细胞癌、卵巢癌、食管癌和神经胶质瘤患者的小规模临床试验报道[36]；④利用合成致死基因(synthetic lethal gene, SLG)原理，即2个非致死基因突变若存在于同一细胞时即可使细胞死亡。例如，伴P53基因突变细胞依赖于胆碱激酶(choline kinase，CHK)1可将细胞周期阻滞于S期和G2期，而当S期和G2期检查点由于CHK1抑制而被阻断时，伴P53基因突变细胞则会死于细胞凋亡和有丝分裂灾难[37,38]。在对三阴性乳腺癌的人-鼠模型研究发现，CHK1抑制剂(UCN-01或AZD7762)与DNA损伤剂伊立替康(拓扑异构酶Ⅰ抑制剂)可发挥协同作用，抑制伴P53基因突变肿瘤的生长[39]。
综上所述，抑癌基因P53是人类癌症中突变最频繁的基因。许多肿瘤相关的P53基因突变为GOF突变，并且其在不同影响因素下的突变发生频率各不相同。由于P53基因突变在人类肿瘤中频繁出现，使其成为富有吸引力的靶标。但是影响P53基因突变的原理及其致癌机制尚未完全明确，至今也无确切可以针对P53基因突变的临床治疗方法。进一步研究P53基因突变及其在肿瘤中的累积机制，有助于寻找针对P53基因突变的新型靶向疗法，并最终提高伴P53基因突变肿瘤患者的疗效。
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