p53基因的30年

科技名词定义 中文名称：p53基因

英文名称：p53 gene

定义：因编码一种分子质量为53 kDa的蛋白质而得名，是一种抗癌基因。其表达产物为基因调节蛋白（P53蛋白），当DNA受到损伤时表达产物急剧增加，可抑制细胞周期进一步运转。一旦p53基因发生突变，P53蛋白失活，细胞失去节制，发生癌变，人类癌症中约有一半是由于该基因发生突变失活。

人体抑癌基因 该基因编码一种分子量为53kDa的蛋白质，命名为P53。p53基因的失活对肿瘤形成起重要作用。但是事物必然有它的两个方面，p53是一个重要的抗癌基因使癌细胞自杀，防止癌变；还具有帮助细胞基因修复缺陷的功能。这种功能对于受化疗药物作用而受伤的癌细胞，则起修复作用，而不是使癌细胞自杀。造成被修复的癌细胞在治疗后成为新的肿瘤。

简介

P53蛋白主要分布于细胞核浆，能与DNA特异结合，其活性受磷酸化、乙酰化、甲级化、泛素化等翻译后修饰。正常P53的生物功能好似“基因组卫士（guardian of the genome）”，在G1期检查DNA损伤点，监视基因组的完整性。如有损伤，P53蛋白阻止DNA复制，以提供足够的时间使损伤DNA修复；如果修复失败，P53蛋白则引发细胞凋亡;如果p53基因的两个拷贝都发生了突变，对细胞的增殖失去控制，导致细胞癌变。

P53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因，在短短的十多年里，人们对 P53基因的认识经历了癌蛋白抗原，癌基因到抑癌基因的三个认识转变，现已认识 到，引起肿瘤形成或细胞转化的P53蛋白是P53基因突变的产物，是一种肿瘤促进因 子，它可以消除正常P53的功能，而野生型P53基因是一种抑癌基因，它的失活对肿瘤形成起重要作用。P53蛋白还分布于线粒体、核仁等结构，并且与细胞骨架有相互作用关系。

P53基因结构及表达

P53基因在人类、猴、鸡和鼠等动物中相继发现后，对其进行了基因定位，人类 P53基因定位于17P13.1，鼠P53定位于11号染色体，并在14号染色体上发现无功能的 假基因，进化程度迥异的动物中，P53有异常相似的基因结构，约20Kb长，都由

11个 外显子和10个内含子组成，第1个外显子不编码，外显子2、4、5、7、8、分别编码5 个进化上高度保守的结构域，P53基因5个高度保守区即第13～19、117～142、171～19 2、236～258、270～286编码区.P53基因转录成2.5KbmRNA，编码393个氨基酸蛋白， 分子量为53KD，P53基因的表达至少受转录及转录后二种水平的.在停泊生长或非 转化细胞中P53mRNA水平很低，但刺激胞液后mRNA显著增加.持续生长的细胞，其mRNA水平不随细胞周期而出现明显变化，但经诱导分化后mRNA水平降低，部分是转录后调 控.P53基因的转录由P1、P2二个启动子控制.P1启动子位于第一外显子上游100～250bp，P2位于第一内含子内，在启动子中包含1个NF1蛋白结合位点和一个转录因子AP1相关 蛋白的结合位点，对正常P53基因的转录，不仅需要二个启动子的平衡作用，而且P53 基因内含子也起作用，如内含子中有正作用，其有组织特异性.

P53基因产物及功能

P53蛋白N一端为酸性区1～80位氨基酸残基，C-端为碱性区319～393位氨基酸残 基，正常的P53蛋白在细胞中易水解，半衰期为20分钟，突变性P53蛋白半衰期为1.4～ 7小时不等，P53蛋白N端有一个与转录因子相似的酸性结构域，与GAL4的DNA结合区重 组时，融合蛋白能激活GAL4操纵子转录，激活功能定位在P53第20～40位密码子，P53 细胞定位及反式激活功能提示，P53蛋白可能直接或通过与其他蛋白作用参与转录控制.

P53蛋白的DNA结合作用及反式激活作用还提示其参与细胞生长.通过流式细 胞仪测定单个细胞的细胞周期中P53的表达，发现激活的淋巴细胞比未激活者有较多 的P53表达，而且随细胞从G1至S期再到G2，M期而增加，提示P53表达与细胞生长的相 关性比进入细胞周期或周期中特定时刻为高.以编码反义P53RNA的质粒转染非转化细 胞导致细胞生长完全停止，P53抗体注入将进入生长周期的静止细胞.可抑制细胞入S 期，提示P53可能为Go/G1-S转换所必需，但P53抗体对细胞从至S期无作用，G1期 细胞有抑制作用的二丁酸钠也抑制P53合成，这些结果提示P53对细胞生长作用至 少表现在从G0-G1，或G1-S，但其作用机理尚未弄清楚.目前认为，P53蛋白可通过调 控Cipt基因表达而细胞生长，即P53蛋白可刺激Cipt基因产生分子量为21KD的蛋 白，这种蛋白能够有效抑制某些促使细胞通过细胞周期进入有丝的酶活性，从而 抑制细胞生长，此外，P53的抑制作用还伴随细胞生长核抗原株表达的降低.细胞生 长、核抗原参与细胞DNA复制.因此，P53可能通过抑制与DNA复制相关的细胞基因或基 因产物而发挥作用.

P53的失活机理

P53蛋白与其它蛋白的相互作用，P53基因突变，都可以导致正常生物功能的丧失.

1.P53与蛋白质的相互作用 一些蛋白质能与P53蛋白作用，导致其正常生物学功能的丧失，DNA肿瘤病毒如 HPV16、18、SV40和腺病毒编码癌蛋白，引起宿主细胞的恶性病变，这些癌蛋白如 SV40T抗原、腺病毒ELa、ELb、HPVE6能与Rb，P53结合.Scheffner证实，HPVE6结合 P53后，启动细胞内蛋白酶降解P53，从而降低P53正常功能.而SV40T，腺病毒ELb没有 发现这种降解作用方式.此外，P53还可以被细胞基因产物相互作用而失活，如MDM2可 结合P53而使其失活，在一些常见的人类肉瘤中，都有MDM2基因扩增，这种扩增可能 干扰P53的正常功能.

2.P53基因突变 P53正常功能的丧失，最主要的方式是基因突变，通过肿瘤中大量的突变体分 析，证实大部分突变是位于4个突变热点之一的错义突变.这4个突变热点是aa129～146、 171～179、234～260、270～287:正对应于P53基因进化最保守区段，体外实验证实突 变体失去特异位点的结合能力，此外，突变体还可以改变P53的球形构象.例如，一些 突变体可与热体克蛋白结合，一些突变引起213～217肽段的暴露，另外，一些则引起 酸性激活结构域的改变，这些突变提示P53的微小改变可引起远离突变位点区段甚至 整个蛋白构象的改变.构象的改变不仅影响突变体，还影响野生型的功能.实验证明， 野生型突变体组成的四聚体不能与结合位点结合，也丧失对目的基因的方式激活作 用，突变体对野生型的结合失活.可以解释内源野生型P53的负作用的解除，从而 引起细胞恶性病变，随着研究的深入，对P53突变有了新的认识，Dan等认为肿瘤中 P53突变可分为三类:①零突变:即突变体无功能，不参与相互作用;②负突变:即失去 负功能，并能使野生型失活，但并不直接参与致癌;③正突变:失去负功能， 并获得转化能力，这种突变体可直细胞恶性转化中代替癌基因起启动作用.

目前认为，P53失活机理是，野生型P53以四聚体形式与特异位点结合，反式激活 下游生长抑制基因的表达，一系列的方式能使P53失活，在一些肿瘤中，单一或两个 P53位点的丧失降低四聚体浓度，无义突变造成P53翻译中断，C端酸性结构域的丢失 影响四聚体形成;最常见的是错义突变，野生型与突变体形成更稳定的四聚体，丧失正常功能.

P53突变与肿瘤

P53基因与人类50%的肿瘤有关，目前发现的有肝癌、乳腺癌、膀胱癌、胃癌、结 肠癌、前列腺癌、软组织肉瘤、卵巢癌、脑瘤、淋巴细胞肿瘤、食道癌、肺癌、成骨 肉瘤等，人类肿瘤中P53突变主要在高度保守区内，以175、248、249、273、282位点 突变最高，不同种类肿瘤不同，如结肠癌和乳腺癌有相似的流行病学(包括

地区分布 和危险因素)，但P53突变谱并不一致.结肠癌G:CA:T转换占79%，而且多数CpG，二核 苷酸位点，50%以上转换突变发生在第3～5结构域的CpGC位于码子175、248、273);在 乳腺癌中，只发现13%的转换在CpG位点.此外，G-T颠换在乳腺癌占1/4，但在结肠癌T 分罕见.淋巴瘤和白血病的P53，突变方式与结肠癌相似，即大部分突变为CPG位点的 转换，G→T颠换较低，A:T→G:C在A:T位点突变较高.佰基特淋巴瘤与其它B细胞淋巴瘤和T淋巴细胞恶性病变的P53突变谱相似，但佰基特淋巴瘤的转换突变较高.在非小细胞肺癌中G:C→T:A最普遍，食道癌颠换率很高，与肺癌不同的是，G:C和A:T位点有 相似的突变率.我国启东地区50%为249癌码子的G→C、G→T颠换，而南非肝癌80%为G→T 颠换.骨肉瘤中P53突变率为75%，主要集中在5～9外显子.

p53基因治疗

基因治疗是指以改变人类遗传物质为基础的生物医学治疗。是通过一定方式将人的正常基因或有治疗作用的DNA顺序导入人体靶细胞，去纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用。因此基因治疗针对的是疾病的根源—异常的基因本身。

癌症是一种基因病，是人体细胞在外环境因素作用下，内在多种前癌基因被激活和抑癌基因失活的多阶段长期演变的过程。癌症是严重威胁人类健康和生命的杀手，我国每年新发癌症患者250万以上，每年在治患者不下600万，治疗费用超过1500亿元。目前肿瘤的主要治疗手段是手术、放疗和化疗，尽管医学家们不断完善这3大治疗手段，但许多癌症患者仍然难以得到治愈。人们越来越关注通过“治本”的方法来提高肿瘤治愈率，基因治疗是21世纪人类攻克肿瘤的必由之路。

p53基因是研究最透彻，功能最强大的一种抑癌基因。野生型p53对细胞周期和凋亡起关键性作用，尤其是对受照射、细胞毒制剂、热疗打击的癌细胞，起更大的杀伤作用。其主要作用为：抑制并杀灭肿瘤细胞；与放、化疗手段协同，增强其杀灭癌细胞的功效，达到1+1大于2的效果；抑制肿瘤血管生成，有效防止肿瘤的复发、转移。提高人体自身的免疫功能；国产的重组人p53腺病毒注射液（商品名今又生），经过5年艰苦的临床试验，由北京肿瘤医院张珊文教授带领放疗科医护人员，在Ⅰ期临床安全性试验完成的基础上，又顺利完成了头颈鳞癌的Ⅱ期临床试验，充分证实对治疗头颈鳞癌是安全有效的。2003年10月16日，国家食品药品监督管理局批准重组人p53腺病毒注射液新药证书，意味着世界上第一个癌症基因治疗药物在中国诞生，标志着我国基因治疗癌症临床和基因药物产业化方面都走在世界前列。

重组人p53腺病毒是一种基因工程改造过的活病毒，在结构上由两部分组成：一是抑癌基因p53，二是载体。载体是改造过的无复制能力的腺病毒。就像火箭携带卫星上太空一样，这种携带p53的腺病毒特异感染肿瘤细胞，它能有效地将治病的p53基因转入肿瘤细胞内，而对正常细胞无害。

今又生结合放疗治疗53例头颈鳞癌，肿瘤完全消失率比单纯放疗的46例提高2

倍。结合放疗治疗45例鼻咽癌，肿瘤完全消失率比单纯放疗的41例提高1.7倍。结合放疗治疗了4例不能手术的Ⅲ期子宫颈癌都达到肿瘤完全消失。结合放疗、化疗或热疗治疗各种软组织肉瘤、消化系统腺癌、卵巢癌都取得一定的疗效，而这些病例都是经3大手段治疗失败的病人。使用今又生治疗恶性肿瘤，除出现暂时性自限性发烧外，未发现其他毒副反应。今后，全面的临床试验将在其他三级甲等医院有序展开，p53基因治疗已从实验室走向临床，走向产业化。

p53基因治疗肿瘤只是开了一个好头，为人类征服癌症带来了新的希望和曙光

p53基因的30年

2009-11-3 10:42

在人类基因组所包含的数万条基因中，它是研究的最为透彻的一个。在已经进入临床试验的抗肿瘤基因治疗药物中，超过40个都选择了以它为靶点。在美国国立生物医学信息中心的生物医学文献数据库（pubmed）中，有关它的研究文献已经超过了50000篇，而且这一数字仍在稳定的增长。没错，它就是p53基因，时至今日，对这一基因的研究已经走过了30年的坎坷历程。

十年蹉跎两茫茫

1979年，英国癌症研究基金会、美国普林斯顿大学的研究者Lionel Crawford,，David P. Lane等人首次追踪到了p53基因的踪迹。这些研究者或许没有料到，他们的发现开启了现代肿瘤研究与治疗的新时代。

不久以后，俄罗斯科学家 Peter Chumakov从小鼠体内克隆到了这个基因你的完整版本。因为这一基因在细胞中翻译后产生的蛋白质（protein）的分子量为53千道尔顿，故而被命名为p53。

不过，在发现伊始，p53基因并未受到重视，甚至在最初的10年中，p53一直被视为能够诱发肿瘤产生的癌基因。导致这样南辕北辙认识的症结在于科学家在研究时并未找对p53基因的正确版本。众所周知，一条基因由一系列脱氧核糖核酸按照相应的顺序彼此串联而成，如果其中的某个或某些核苷酸发生改变就意味着这条基因发生了突变，而起初研究者拿到的基因就是p53的突变版本，按照这一版本翻译成的蛋白质自然就无法行使正常p53基因的功能。

蹉跎十年之后，美国约翰霍普金斯医学院的分子生物学家Bert Vogelstein最终找到了正确的p53基因，即野生型p53。不但如此，科学家的发现还为这一基因摘掉了癌基因的恶名：与此前认识恰恰相反的是，p53是一个在人体内发挥广泛作用的强有力的抑癌基因。

新桃换旧符

藉由p53真正功能的重新认识，科学家发现了一系列与肿瘤相关的基因。对这些基因的深入挖掘不但让人们对癌症的本质有了更新的了解，而且还为肿瘤的基因治疗奠定了基础。现在科学家已经公认，癌症发生的肇因是由于细胞增殖与凋亡、细胞的分化与抑制、免

疫与逃避免疫、血管的生成与抑制以及转移与抑制转移之间的精细平衡被打破的缘故。这些平衡归根结底是癌基因与抑癌基因间的平衡。

然而，平衡的打破并非一蹴而就，因此癌症的发生发展是一个持续时间很长的过程。根据现有的统计数据，大约在50%以上的癌症中都发现有p53基因的突变，如果将癌症的发作比作一列倾倒中的多米诺骨牌，那么p53基因很有可能位居这列骨牌的前列。

在人体这个迄今为止最为复杂的系统中，倘若一个细胞想要改变其现有状态（如从静止到生长分化状态的改变），必须接收到一系列相关指令后，这一过程才能进行。在这其中，p53就扮演了“分子”的作用——通过对细胞周期的来控制细胞的增殖生长。

譬如，一旦细胞中的DNA发生了损伤，p53发觉后，就会亮出红灯，细胞的增殖过程即会停止，同时召唤出DNA的“修理工”，对受损DNA进行修复，以防不正确的遗传密码错误复制下去。如果DNA的损伤过于严重，无法复原，p53就会下达“死刑”执行令，诱导细胞进入凋亡状态（由基因控制的细胞自主的有序的死亡），提前将不正常的细胞从机体中清除出去。

另外，癌细胞具有增殖效率高、生长速度快的特点，因此在肿瘤实体的生长过程中，需要源源不断的氧气和养分的供应。这些成分的输送通道就是血管。这些血管如此重要，以至于任何一个细胞与其最近的毛细血管的距离不能超过100微米。这些发现促成美国哈佛大学医学院的科学家Judah Folkman提出了“抗血管生成治疗”的假说。巧合的是，科学家发现p53基因能够阻断一种血管生成基因的表达，来抑制肿瘤内部血管的形成。

在由抑癌基因组成的通路和网络中，p53的重要程度就如同大管家一般，因此科学家希望能够通过基因治疗的手段，向癌症患者体内导入正常版本的p53基因来实现抗肿瘤的目的。

自打1990 年，美国国立卫生研究院的Freuch Anderson博士启动了全球第一个真正意义上的基因治疗临床试验以来，已有1000余例基因治疗临床试验获批上马，其中大约70%是针对肿瘤，而p53基因更是成为其中不可或缺的靶点。在我国，深圳赛百诺基因技术有限公司从1998 年开始进行重组腺病毒——p53 抗癌注射液的临床试验，至2003 年完成了全部临床试验，于2004 年1 月获得我国SFDA 批准的新药生产批文，成为世界上第一例正式上市的基因治疗产品。

最熟悉的陌生人

自从p53基因被认定为一种重要的抑癌基因以来，它一直就是焦点中的焦点。1993年，p53还被《科学》杂志评为当年的明星分子。直到如今，每隔一段时间，国际上就会召开一次以p53为主题的学术例会。有关p53的研究也逐渐从癌症领域发散开来，在其他疾病和生理过程中，也出现了p53长袖善舞的身影。这些发现使之成为分饰多角的最熟悉的陌生人。

例如2007年，美国先进研究所的科学家在《自然》杂志上报告称，他们在小鼠中观察到，一种特定类型的p53突变可能与雌鼠能否怀孕有关。对此新加坡医学生物学研究所的发育生物学家Colin Stewart不无戏谑的评论道：该研究结果意味着，以p53为靶点的抗癌药物可能会有“额外”的效果——“一些药物可能会通过提升p53在子宫中的作用成为有效的

助孕剂，而另一些则可能通过阻碍p53发挥功能而成为避孕药。”另外据《自然·医学》杂志的报道，有研究者还发现p53在胰岛素抵抗（insulin resistance）的生理过程中发挥了重要作用。

回望p53研究走过的30年，正如美国科学学院院士、资深癌症研究者Arnold J. Levine在一篇有关p53基因的综述中谈到的那样：“p53的研究历史就是一个鲜活的例子，反映了认知的进步是以多么出人意料的方式前行的。科流的变化以及方法学上的突破能够让同一样事物以截然不同的面貌呈现在世人面前。”

P53蛋白如何获知DNA损伤信号并导致修复？

研究表明，在健康的G1细胞中，P53蛋白的浓度很低。如果G1细胞受到遗传损伤（如受到紫外光照射或化学致癌物的作用），P53蛋白的浓度会快速上升。将含有断裂链的DNA注入细胞，可检测到P53蛋白浓度的这种变化。P53蛋白的浓度变化不是由于p53基因的表达的提高，而是由于P53蛋白降解速度的下降。P53蛋白的降解受MDM2蛋白的控制，该蛋白与P53蛋白结合，并将P53蛋白由细胞核输出到细胞质，并经遍在蛋白化途径被降解。DNA损伤如何导致P53蛋白的稳定？这与ATM基因有关。该基因编码一种蛋白激酶，该激酶是识别DNA损伤的多亚基复合物的组成部分，这种复合物一旦与受损伤的DNA结合，ATM激酶通过使一些靶蛋白磷酸化传递细胞周期停止的信号，而P53则是被ATM激酶磷酸化的靶蛋白之一。P53蛋白磷酸化之后不再与MDM2蛋白结合从而不再被输送到细胞质中被降解，因此DNA损伤后P53蛋白的浓度升高，从而激活p21基因和bax基因的表达，使细胞停止进行修复或使细胞进入程序性死亡。如果p53基因突变，等于失去了分子，DNA损伤引起的突变会导致细胞癌变，也就肆无忌惮了。

The p53 tumor suppressor protein

The p53 gene like the Rb gene, is a tumor suppressor gene, i.e., its activity stops the formation of tumors. If a person inherits only one functional copy of the p53 gene from their parents, they are predisposed to cancer and usually develop several independent tumors in a variety of tissues in early adulthood. This condition is rare, and is known as Li-Fraumeni syndrome. However, mutations in p53 are found in most tumor types, and so contribute to the complex network of molecular events leading to tumor formation.

The p53 gene has been mapped to chromosome 17. In the cell, p53 protein binds DNA, which in turn stimulates another gene to produce a protein called p21 that interacts with a cell division-stimulating protein (cdk2). When p21 is complexed with cdk2 the cell cannot pass through to the next stage of cell division. Mutant p53 can no longer bind DNA in an effective way, and as a consequence the p21 protein is not made available to act as the 'stop signal' for cell division. Thus cells divide uncontrollably, and form tumors.

Help with unraveling the molecular mechanisms of cancerous growth has come from the use of mice as models for human cancer, in which powerful 'gene knockout' techniques can be used. The amount of information that exists on all aspects of p53 normal function and mutant expression in human cancers is now vast, reflecting its key role in the pathogenesis of human cancers. It is clear that p53 is just one component of a network of events that culminate in tumor formation

p53 Folding Biophysics

In the folding reaction of p53, the rate-limiting step is the association of the two dimers with native-like structures into the tetrameric native structure. The highlighted amino acid residues were found to be involved in the early association events. This result was obtained with the so-called-value analysis, a methods in which mutations serve as reporters of structural consolidation of the protein molecule in the course of its folding reaction - see B. Nolting \"Protein Folding Kinetics: Biophysical Methods\" (Springer, 1999, 2000) and B. Nolting \"Methods in Modern Biophysics\" (Springer, 2003). For further results of this research on p53 and for details of the application of such-value analysis methods on 5 further proteins see B. Nolting & K. Andert, \"Mechanism of Protein Folding\", Proteins (2000) 41, 288-298. [Figure prepared with the program MOLMOL: Koradi, R., Billeter, M., and Wüthrich, K. (1996) J Mol Graphics 14, 51-55. MOLMOL: a program for display and analysis of macromolecular structures.]

p53 结构域: