基本介紹
- 中文名：p53基因
- 編碼：53kDa的蛋白質
- 類型：人體抑癌基因
- 功能：防止癌變，修復缺陷
- 基因種類：腫瘤抑制
- 首次報導時間：1979年
基因簡介,結構及表達,產物及功能,失活機理,突變與腫瘤,基因治療,
基因簡介
p53是一種腫瘤抑制基因（tumor suppressor gene）。在所有惡性腫瘤中，50%以上會出現該基因的突變。由這種基因編碼的蛋白質（protein）是一種轉錄因子（transcriptional factor），其控制著細胞周期的啟動。許多有關細胞健康的信號向p53蛋白發送。關於是否開始細胞分裂就由這個蛋白決定。如果這個細胞受損，又不能得到修復，則p53蛋白將參與啟動過程，使這個細胞在細胞凋亡（apoptosis）中死去。有p53缺陷的細胞沒有這種控制，甚至在不利條件下繼續分裂。像所有其它腫瘤抑制因子一樣，p53基因在正常情況下對細胞分裂起著減慢或監視的作用。 細胞中抑制癌變的基因“p53”會判斷DNA變異的程度，如果變異較小，這種基因就促使細胞自我修復，若DNA變異較大，“p53”就誘導細胞凋亡。
p53是重要的腫瘤抑制基因，自從該基因在1979年被首次報導以來，有關研究論文在Medline上可查到20000餘篇。人們最初認為p53基因是一種癌基因，但隨著近十年研究的深入，p53作為抑癌基因的功能逐漸被揭示出來。在人類50%以上的腫瘤組織中均發現了p53基因的突變，這是腫瘤中最常見的遺傳學改變，說明該基因的改變很可能是人類腫瘤產生的主要發病因素。
p53基因突變後，由於其空間構象發生改變，失去了對細胞生長、凋亡和DNA 修復的調控作用，p53基因由抑癌基因轉變為癌基因。
p53介導的細胞信號轉導途徑在調節細胞正常生命活動中起重要作用，它與細胞內其它信號轉導通路間的聯繫十分複雜，其中p53參與調控的基因已超過160種，因此，Levine 等學者提出了p53基因網路的概念：
他們認為不能孤立地觀察各個基因的生物學功能，而應該將它們組合起來看待。
p53蛋白主要分布於細胞核漿，能與DNA特異結合，其活性受磷酸化、乙醯化、甲基化、泛素化等翻譯後修飾調控。正常p53的生物功能好似“基因組衛士（guardian of the genome）”，在G1期檢查DNA損傷點，監視基因組的完整性。如有損傷，p53蛋白阻止DNA複製，以提供足夠的時間使損傷DNA修復；如果修復失敗，p53蛋白則引發細胞凋亡；如果p53基因的兩個拷貝都發生了突變，對細胞的增殖失去控制，導致細胞癌變。
p53基因是迄今發現與人類腫瘤相關性最高的基因，在短短的十多年裡，人們對 p53基因的認識經歷了癌蛋白抗原，癌基因到抑癌基因的三個認識轉變，現已認識到，引起腫瘤形成或細胞轉化的p53蛋白是p53基因突變的產物，是一種腫瘤促進因子，它可以消除正常p53的功能，而野生型P53基因是一種抑癌基因，它的失活對腫瘤形成起重要作用。p53蛋白還分布於線粒體、核仁等結構，並且與細胞骨架有相互作用關係。
結構及表達
P53基因在人類、猴、雞和鼠等動物中相繼發現後，對其進行了基因定位，人類 P53基因定位於17P13.1，鼠P53定位於11號染色體，並在14號染色體上發現無功能的假基因，進化程度迥異的動物中，P53有異常相似的基因結構，約20Kb長，都由11個 外顯子和10個內含子組成，第1個外顯子不編碼，外顯子2、4、5、7、8、分別編碼5 個進化上高度保守的結構域，P53基因5個高度保守區即第13～19、117～142、171～19 2、236～258、270～286編碼區.P53基因轉錄成2.5KbmRNA，編碼393個胺基酸蛋白， 分子量為43.7KD，P53基因的表達至少受轉錄及轉錄後二種水平的調控.在停止生長或非 轉化細胞中P53mRNA水平很低，但刺激胞液後mRNA顯著增加.持續生長的細胞，其mRNA 水平不隨細胞周期而出現明顯變化，但經誘導分化後mRNA水平降低，部分是轉錄後調 控.P53基因的轉錄由P1、P2二個啟動子控制.P1啟動子位於第一外顯子上游100～250bp， P2位於第一內含子內，在啟動子中包含1個NF1蛋白結合位點和一個轉錄因子AP1相關 蛋白的結合位點，對正常P53基因的轉錄，不僅需要二個啟動子的平衡作用，而且P53 基因內含子也起作用，如內含子中有正調控作用，其調控有組織特異性. P53 基因位於人類17號染色體含11 個外顯子，其轉錄翻譯編碼的野生型P53 蛋白由393個胺基酸殘基組成，包含多個功能域。N-末端的轉錄激活結構域(activtiondomain, AD）AD1,AD2位於胺基酸1-50位，與通用轉錄因子TF11D 結合而發揮轉錄激活功能。TF11D 是由TBP（TATAbinding protain)和TAF(TBP associatedfactor)結合而成的複合物，P53與TF11D中的TAF結合，作用於下游基因啟動子中的TATA box ，達到轉錄激活功能。P53基因生長抑制結構域位於胺基酸65-90 位，富含脯氨酸，含5重複的pxxp序列，可與含SH3 結構域的蛋白質相互作用，將P53與信息傳遞途徑連線起來。
P53 基因還有：序列特異的DNA結合結構域，位於胺基酸100-300位間；核定位信號NLS位於胺基酸殘基316-325；四聚體寡聚化結構域，定位於胺基酸殘基334-356；C-末端非專一DNA調節結構域，同時在碰到DNA損傷時，P53 可能補充其它蛋白質到損傷部位，提供DNA損傷信號。P53 與DNA的結合能力並非特異性地與DNA 結合，參與核心區與DNA 結合的別構調節，同時在碰到DNA損傷時，P53可能補充其他蛋白質到損傷部位，提供DNA損傷信號。
產物及功能
P53蛋白N一端為酸性區1～80位胺基酸殘基，C-端為鹼性區319～393位胺基酸殘 基，正常的P53蛋白在細胞中易水解，半衰期為20分鐘，突變性P53蛋白半衰期為1.4～ 7小時不等，P53蛋白N端有一個與轉錄因子相似的酸性結構域，與GAL4的DNA結合區重 組時，融合蛋白能激活GAL4操縱子轉錄，激活功能定位在P53第20～40位密碼子，P53 細胞定位及反式激活功能提示，P53蛋白可能直接或通過與其他蛋白作用參與轉錄控制。
P53蛋白的DNA結合作用及反式激活作用還提示其參與細胞生長調控.通過流式細 胞儀測定單個細胞的細胞周期中P53的表達，發現激活的淋巴細胞比未激活者有較多 的P53表達，而且隨細胞從G1至S期再到G2，M期而增加，提示P53表達與細胞生長的相 關性比進入細胞周期或周期中特定時刻為高.以編碼反義P53RNA的質粒轉染非轉化細 胞導致細胞生長完全停止，P53抗體注入將進入生長周期的靜止細胞.可抑制細胞入S 期，提示P53可能為Go/G1-S轉換所必需，但P53抗體對細胞從分裂至S期無作用，G1期 細胞有抑制作用的二丁酸鈉也抑制P53合成，這些結果提示P53對細胞生長調控作用至 少表現在從G0-G1，或G1-S，但其作用機理尚未弄清楚。P53蛋白可通過調控Cipt基因表達而調控細胞生長，即P53蛋白可刺激Cipt基因產生分子量為21KD的蛋 白，這種蛋白能夠有效抑制某些促使細胞通過細胞周期進入有絲分裂的酶活性，從而 抑制細胞生長，此外，P53的抑制作用還伴隨細胞生長核抗原株表達的降低。細胞生長、核抗原參與細胞DNA複製.因此，P53可能通過抑制與DNA複製相關的細胞基因或基 因產物而發揮作用。
阻滯細胞周期
在細胞周期中，P53 的調節功能主要體現在G1和G2/M 期校正點的監測，與轉錄激活作用密切相關。P53下游基因P21編碼蛋白是一個依賴Cyclin的蛋白激酶抑制劑，一方面P21 可與一系列Cyclin-cdk 複合物結合，抑制相應的蛋白激酶活性，導致Cyclin-cdk無法磷酸化Rb ，非磷酸化狀態的Rb保持與E2F的結合，使E2F這一轉錄調節因子不能活化，引起G1期阻滯；另外P53的另外3個下游基因Cyclin B1,GADD45 和14-3-3σ 則參與G2/M期阻滯。 P53 下調Cyclin B1表達，細胞則不能進入M期GADD45通過抑制Cyclin B1-cdk2複合物的活性發揮作用，14-3-3σ與cdc25c結合，干擾Cyclin B1-cdk2複合物發揮轉錄調節作用。
促進細胞凋亡
對p53促進細胞凋亡的功能研究進行得比較深入。通過Bax/Bcl2, Fas/Apol，IGF-BP3 等蛋白，p53可完成對細胞凋亡的調控作用。Bcl-2 可阻止凋亡形成因子如細胞色素C等從線粒體釋放出來，具有抗凋亡作用，而Bax可與線粒體上的電壓依賴性離子通道相互作用，介導細胞色素c 的釋放，具有凋亡作用，p53可以上調Bax的表達水平，以及下調Bcl-2的表達共同完成促進細胞凋亡作用。P53還可通過死亡信號受體蛋白途徑誘導凋亡，TNF 受體和Fas蛋白。有學者認P53 還可直接刺激線粒體釋放高毒性的氧自由基來引發凋亡。
維持基因組穩定
DNA受損後，由於錯配修復的累積，導致基因組不穩定，遺傳信息發生改變。P53可參與DNA的修復過程，其DNA結合結構域本身具有核酸內切酶的活性，可切除錯配核苷酸，結合併調節核苷酸內切修復因子XPB 和XPD的活性，影響其DNA重組和修復功能。P53還可通過與P21 和GADD45形成複合物，利用自身的3’-5’核酸外切酶活性，在DNA修復中發揮作用。
抑制腫瘤血管生成
腫瘤生長到一定程度後，可以通過自分泌途徑形成促血管生成因子，刺激營養血管在瘤體實質內增生。P53蛋白能刺激抑制血管生成基因Smad4 等表達，抑制腫瘤血管形成。在腫瘤進展階段，P53基因突變導致新生血管生成，有利於腫瘤的快速生長，常是腫瘤進入晚期的表現。
失活機理
P53蛋白與其它蛋白的相互作用，P53基因突變，都可以導致正常生物功能的喪失。
P53與蛋白質的相互作用
一些蛋白質能與P53蛋白作用，導致其正常生物學功能的喪失，DNA腫瘤病毒如 HPV16、18、SV40和腺病毒編碼癌蛋白，引起宿主細胞的惡性病變，這些癌蛋白如 SV40T抗原、腺病毒ELa、ELb、HPVE6能與Rb，P53結合.Scheffner證實，HPVE6結合 P53後，啟動細胞內蛋白酶降解P53，從而降低P53正常功能.而SV40T，腺病毒ELb沒有 發現這種降解作用方式.此外，P53還可以被細胞基因產物相互作用而失活，如MDM2可 結合P53而使其失活，在一些常見的人類肉瘤中，都有MDM2基因擴增，這種擴增可能幹擾P53的正常功能。
P53基因突變
P53正常功能的喪失，最主要的方式是基因突變，通過腫瘤中大量的突變體分 析，證實大部分突變是位於4個突變熱點之一的錯義突變.這4個突變熱點是aa129～146、 171～179、234～260、270～287:正對應於P53基因進化最保守區段，體外實驗證實突 變體失去特異位點的結合能力，此外，突變體還可以改變P53的球形構象.例如，一些 突變體可與熱休克蛋白結合，一些突變引起213～217肽段的暴露，另外，一些則引起 酸性激活結構域的改變，這些突變提示P53的微小改變可引起遠離突變位點區段甚至 整個蛋白構象的改變.構象的改變不僅影響突變體，還影響野生型的功能.實驗證明， 野生型突變體組成的四聚體不能與結合位點結合，也喪失對目的基因的方式激活作 用，突變體對野生型的結合失活.可以解釋內源野生型P53的負調控作用的解除，從而 引起細胞惡性病變，隨著研究的深入，對P53突變有了新的認識，Dan等認為腫瘤中 P53突變可分為三類:①零突變:即突變體無功能，不參與相互作用;②負突變:即失去 負調控功能，並能使野生型失活，但並不直接參與致癌;③正突變:失去負調控功能， 並獲得轉化能力，這種突變體可直細胞惡性轉化中代替癌基因起啟動作用。
P53失活機理是野生型P53以四聚體形式與特異位點結合，反式激活 下游生長抑制基因的表達，一系列的方式能使P53失活，在一些腫瘤中，單一或兩個 P53位點的喪失降低四聚體濃度，無義突變造成P53翻譯中斷，C端酸性結構域的丟失 影響四聚體形成;最常見的是錯義突變，野生型與突變體形成更穩定的四聚體，喪失 正常功能。
突變與腫瘤
P53基因與人類50%的腫瘤有關，有肝癌、乳腺癌、膀胱癌、胃癌、結腸癌、前列腺癌、軟組織肉瘤、卵巢癌、腦瘤、淋巴細胞腫瘤、食道癌、肺癌、成骨 肉瘤等，人類腫瘤中P53突變主要在高度保守區內，以175、248、249、273、282位點 突變最高，不同種類腫瘤不同，如結腸癌和乳腺癌有相似的流行病學(包括地區分布 和危險因素)，但P53突變譜並不一致.結腸癌G:CA:T轉換占79%，而且多數CpG，二核 苷酸位點，50%以上轉換突變發生在第3～5結構域的CpGC位於碼子175、248、273);在 乳腺癌中，只發現13%的轉換在CpG位點.此外，G-T顛換在乳腺癌占1/4，但在結腸癌T 分罕見.淋巴瘤和白血病的P53，突變方式與結腸癌相似，即大部分突變為CPG位點的 轉換，G→T顛換較低，A:T→G:C在A:T位點突變較高.佰基特淋巴瘤與其它B細胞淋巴 瘤和T淋巴細胞惡性病變的P53突變譜相似，但佰基特淋巴瘤的轉換突變較高.在非小 細胞肺癌中G:C→T:A最普遍，食道癌顛換率很高，與肺癌不同的是，G:C和A:T位點有 相似的突變率.我國啟東地區50%為249癌碼子的G→C、G→T顛換，而南非肝癌80%為G→T 顛換.骨肉瘤中P53突變率為75%，主要集中在5～9外顯子。
基因治療
簡介
基因治療是指以改變人類遺傳物質為基礎的生物醫學治療。是通過一定方式將人的正常基因或有治療作用的DNA順序導入人體靶細胞，去糾正基因的缺陷或者發揮治療作用。因此基因治療針對的是疾病的根源—異常的基因本身。
癌症是一種基因病，是人體細胞在外環境因素作用下，內在多種前癌基因被激活和抑癌基因失活的多階段長期演變的過程。癌症是嚴重威脅人類健康和生命的殺手，我國每年新發癌症患者250萬以上，每年在治患者不下600萬，治療費用超過1500億元。腫瘤的主要治療手段是手術、放療和化療，儘管醫學家們不斷完善這3大治療手段，但許多癌症患者仍然難以得到治癒。人們越來越關注通過“治本”的方法來提高腫瘤治癒率，基因治療是21世紀人類攻克腫瘤的必由之路。
作用
p53基因是研究最透徹，功能最強大的一種抑癌基因。野生型p53對細胞周期和凋亡起關鍵性作用，尤其是對受照射、細胞毒製劑、熱療打擊的癌細胞，起更大的殺傷作用。其主要作用為：
抑制並殺滅腫瘤細胞；與放、化療手段協同，增強其殺滅癌細胞的功效，達到
1+1大於2的效果；
抑制腫瘤血管生成，有效防止腫瘤的復發、轉移。提高人體自身的免疫功能；
國產的重組人p53腺病毒注射液（商品名今又生），經過5年艱苦的臨床試驗，由北京腫瘤醫院張珊文教授帶領放療科醫護人員，在Ⅰ期臨床安全性試驗完成的基礎上，又順利完成了頭頸鱗癌的Ⅱ期臨床試驗，充分證實對治療頭頸鱗癌是安全有效的。2003年10月16日，國家食品藥品監督管理局批准重組人p53腺病毒注射液新藥證書，意味著世界上第一個癌症基因治療藥物在中國誕生，標誌著我國基因治療癌症臨床和基因藥物產業化方面都走在世界前列。
前景
重組人p53腺病毒是一種基因工程改造過的活病毒，在結構上由兩部分組成：一是抑癌基因p53，二是載體。載體是改造過的無複製能力的腺病毒。就像火箭攜帶衛星上太空一樣，這種攜帶p53的腺病毒特異感染腫瘤細胞，它能有效地將治病的p53基因轉入腫瘤細胞內，而對正常細胞無害。
