文章《p53: A tale of complexity and context》讨论了p53蛋白的发现历程、其在肿瘤抑制和癌症发展中的作用，以及基于p53的癌症治疗研究。

p53的故事是启发性的。尽管受到了广泛的关注，野生型p53的肿瘤抑制功能或其与癌症相关的突变体的致癌活性仍未完全理解，我们的发现尚未导致重大的治疗突破。关于这种迷人的蛋白质，我们仍有许多要学习的地方。

正文

随着p53发现45周年的临近，我们注意到有近120,000篇论文涉及对这种强大的肿瘤抑制剂的研究。实际上，就在几年前，编码p53的TP53基因被评为最“受欢迎”的人类基因。

现在，在《细胞》杂志成立50周年之际，我们反思了在所有这些关注之后我们对p53的了解。我们在这里描述了一个悖论，即根据其在癌症中的突变状态，p53既可以是肿瘤抑制剂，也可以是明显的致癌基因。将大量的p53知识转化为临床实践的主要挑战也将被讨论。我们首先回顾了p53如何变得如此著名的故事。

早期实验表明TP53是一个致癌基因

1979年，美国和欧洲的几个团队描述了一种新的细胞蛋白。最初，每个团队都给了它一个不同的名字，但最终这个非常小的学术界达成了“p53”的共识。这个名字避免了任何特定功能的分配，据称反映了其在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移所推断出的分子量（回顾起来，根据p53克隆后确定的实际分子量，应该被称为“p44”）。无论如何，p53的情况似乎相当简单：一种在正常细胞中很少出现但在癌细胞（图1）和被致癌性SV40 DNA病毒转化的细胞中通常更丰富的细胞蛋白。到那时，已经有许多RNA肿瘤病毒被证明可以劫持细胞基因并推动它们的过度表达，从而将它们从原癌基因转变为致癌基因。因此，很自然地假设p53是一种类似的癌蛋白，其通过肿瘤病毒或其他机制的上调可能有助于癌症。但是，要严格推断任何功能，首先需要克隆p53基因。这还是人类基因组测序之前很久，甚至在PCR发明几年前。因此，研究人员不得不采用一个繁琐的程序，包括通过与数百个不同的重组DNA克隆杂交来费力地鉴定RNA（可以转化为与p53特异性抗体反应的蛋白质）。因此，如今一个能干的本科生在几周内就能完成的任务，需要几年的密集团队合作。最终，任务完成了，p53基因（主要是作为cDNA）成功地从几个癌细胞系中克隆出来。当在实验中测试时，它们产生了包括原代细胞的永生化、在培养中的多层生长和体内增加的肿瘤形成能力等效果，这些确实与p53作为促癌基因一致（图1）。因此，所有迹象都指向p53是另一个致癌基因。因此，癌症研究会议经常在其“致癌基因”环节中包括有关p53的演讲。然而，p53作为癌蛋白的概念并没有持续很长时间。

图1. p53研究的非常简化的时间线

在1970年代初，Knudsen提出儿童癌症视网膜母细胞瘤需要两次独立的“打击”。这一开创性的假设意味着肿瘤抑制基因的存在，最终导致了1980年代中期RB1基因的克隆，使肿瘤抑制基因成为分子现实。随后在1989年发现了人类结直肠癌肿瘤，其中一个TP53等位基因被删除，而另一个等位基因发生突变，这符合肿瘤抑制基因而不是致癌基因的预期。类似的突变很快也在许多其他癌症类型中得到记录。值得注意的是，p53基因的删除已经在一些鼠癌症模型和人类癌细胞系中早期观察到，但这些观察被忽略为不违反“p53致癌基因”规则的例外。然而，当真正的野生型（WT）p53最终被测试时，它不仅未能引起培养细胞的致癌转化——实际上强烈抑制了由经典癌蛋白（包括MYC和RAS）驱动的转化。因此，真正的WT p53表现为肿瘤抑制剂，而不是癌蛋白（图1）。

1980年代末标志着p53作为核心肿瘤抑制剂研究的现代时代的开始。正如当时（至今仍是如此）从对患者数据集的无数分析中指出的，TP53是人类癌症中突变最频繁的基因。TP53突变景观对于肿瘤抑制基因来说有些不寻常。TP53突变主要是错义变体，即点突变，导致全长、通常高度表达的蛋白质。在这些中，少数“热点”突变以更高的频率脱颖而出。值得注意的是，DNA测序揭示了所有先前研究的致癌性p53 cDNA克隆，从癌细胞中分离出来，也带有类似的点突变；正如下面讨论的，这样的突变体可以阻止WT p53的功能，甚至可能获得致癌活性。此外，在许多保留WT TP53的肿瘤中，它们的p53蛋白的功能受到其他变化的损害，例如p53的负调节因子MDM2和MDM4（即MDMX）的过度表达，它们可以单独功能上抑制p53，也可以共同作用将p53靶向蛋白酶体降解。未来的挑战是破译WT p53的作用，它如何作为肿瘤抑制剂运作，以及p53突变如何促成癌症。

1990年代：p53的黄金时代

一旦p53成为一个热门话题，90年代产生了一系列关键发现，极大地推进了我们的理解。

研究界对p53的兴奋在1993年达到高潮，当时它被《科学》杂志选为年度分子。p53还登上了《新闻周刊》（1996年）的封面，并成为众多报纸文章的主题，证明它的名声甚至传播到了普通公众。

新的关键时刻似乎完全阐明了p53的工作原理。首先是发现Li-Fraumeni综合征（LFS）癌症倾向家族携带胚系TP53突变（他们出生时有一个WT和一个突变等位基因），以及LFS患者肿瘤中绝大多数失去了WT等位基因。这最终证实了p53是人类肿瘤抑制剂。但小鼠呢？它们是确定p53如何在生理环境中工作以及作为研究p53生化特性的重要补充的关键。

在对p53作为肿瘤抑制剂的兴奋基础上，1991年6月在普林斯顿举行了一次国际p53研讨会。经过几天的演讲，传达了p53的作用和工作原理，我们得知将有一个“最新突破”演讲，来自一个显然已经产生了p53敲除小鼠的团队；值得一提的是，像上个十年的基因克隆一样，工程敲除小鼠现在并不像以前那样直接。当消息最终向急切期待的听众公布时，结果显示，是的，已经成功地产生了不表达任何p53的小鼠。但让每个人都非常失望的是，现在三个月大的小鼠看起来完全正常。哦，不！如果小鼠不在乎它们是否拥有p53，为什么要研究p53呢？

幸运的是，对研究人员（但不是对小鼠）来说，那些看起来正常的小鼠在普林斯顿研讨会后的几个月都患上了侵袭性淋巴瘤（图1）。p53毕竟很重要，最终满足了作为一个成熟的肿瘤抑制剂的所有标准。研究人员急切地希望使用这些小鼠的细胞来测试他们关于p53如何工作的想法，最重要的观察之一是，来自p53 null小鼠的细胞基因组比它们的WT对应物更不稳定。来自p53 null小鼠的关键发现并没有就此停止。事实上，以越来越精细的方式产生的小鼠模型是许多关于p53的基本发现的基础。

90年代还发现了两个p53同源物，p63和p73（为了方便起见这样命名）。尽管每一个都进行了非常有趣的研究，但可以肯定地说，它们作为抑制（或促进）癌症的功能何时、如何发挥作用尚未完全被理解。

与小鼠遗传实验并行的是p53作为蛋白质及其在人类细胞中的作用的研究。我们了解到p53是一个DNA序列依赖的转录因子，其蛋白质序列包括N端转录激活域和一个中央DNA结合域（DBD），后面是一个寡聚化域，在其极端C末端是一个复杂的调节域。值得注意的是，包括经常复发的热点突变在内的大多数错义突变体都聚集在DBD中。当DBD的晶体结构被报告时，显示了p53如何结合特定的DNA序列，也表明了热点突变为何无法做到这一点。p53还被证明在来自上游损伤传感器（如ATM）的各种压力信号的响应下经历广泛的翻译后修饰。这些修饰通过破坏p53与MDM2/MDM4之间的相互作用来促进p53的激活，这些相互作用通常限制了p53的基础水平和活性。这些相互作用的重要性得到了加强，因为小鼠Mdm2或Mdm4的删除导致早期胚胎致死，这完全可以通过共同删除p53来挽救，这一发现最终扩展到了活体小鼠的许多组织。事实上，如果没有MDM2/MDM4，我们细胞中的p53很可能会杀死我们！

p53活性增加的细胞结果，包括细胞周期停滞、细胞衰老和凋亡细胞死亡，与p53作为肿瘤抑制剂的功能非常一致。与此同时，意识到p53是一个压力依赖的转录调控因子，引发了对其转录靶标的搜索。最早的发现表明，激活的p53诱导表达细胞周期停滞的细胞周期依赖性激酶抑制剂p21（又名Cip1、WAF1或CDKN1A）和促凋亡蛋白BAX，进一步支持了一个简单的图景，即诱导少数关键基因引起生长停滞或（更好的是）细胞死亡，这就是p53在癌症预防中如此重要所需要的。然而，随着p53研究进入21世纪，故事变得更加复杂。

随着研究人员继续热情地探索这种蛋白质的奥秘，p53揭示了其惊人的复杂性。许多问题出现了，至今仍未得到解答。那些认为WT p53只有少数几个转录靶标，这些靶标解释了它如何停止生长或杀死细胞，从而保护各种组织免受各种形式的癌症侵害的观点是短暂的。事实上，p53作为一种极其多样化的蛋白质出现了。它实际上可以调节数百个基因，其产物种类繁多，与之相匹配的是多种细胞结果，这些结果远远超出了细胞周期停滞、凋亡和衰老的三个范畴。此外，越来越多的证据表明，p53对靶基因的调控在不同的细胞类型和组织中差异很大，从而证明了p53作为转录调控因子的显著上下文依赖性。我们现在知道，p53可以协调一系列生物过程和细胞状态，包括多种关键的代谢途径、不同的DNA修复过程、干细胞调节、衰老、发育、生育等。同样，p53在细胞死亡中的作用不仅限于凋亡。例如，p53被证明是铁死亡的关键调节因子，铁死亡是最近加入到不同类型细胞死亡中的一个令人兴奋的新成员。我们还了解到，不同的压力信号引发不同的p53依赖性转录反应，进而引发不同的细胞结果。因此，p53表现出了极大的“分子智能”。此外，很明显p53还具有非细胞自主性活动。最引人注目的是p53与免疫系统的串扰，其中WT p53支持表达指导抗肿瘤免疫微环境的分泌因子。

如果说这还不够令人畏惧的话，当报道p53突变体缺乏诱导生长停滞、衰老或凋亡的能力，但仍然可以在小鼠中抑制癌症时，故事变得更加复杂。

因此，关于p53如何抑制肿瘤形成的看似解决的问题再次变得开放。显然，不能将单一的细胞结果归因于p53的工作方式。正如癌症可以被视为许多疾病，随着起源组织和特定微环境的变化而变化，p53可能已经进化为保护不同关键过程，这些过程对于肿瘤可能发生的组织环境是独特的。

我们回到对p53突变版本（mutp53）的早期实验。为什么它们增强了转化和肿瘤生长？为什么癌细胞经常显示过多的mutp53，以至于在组织切片中强烈的p53染色被认为是肿瘤中存在TP53突变？为了回答这个问题，有人提出一些mutp53变体可能已经获得了新的获得功能（gain-of-function, GOF）致癌活性（图1），复活了“p53致癌基因”的概念，尽管形式有所改变。这也基于证据表明，基因工程mutp53敲入小鼠相对于p53敲除小鼠发展出不同且更具侵袭性的癌症形式。

对mutp53 GOF的进一步支持逐渐通过研究表明，常见的癌症相关mutp53变体在它们的活动中与WT p53相反，能够施加大量分子和生化效应，这些效应既包括细胞自主性也包括非细胞自主性（图2），改变转录景观；解除代谢调控；抑制DNA修复；诱导非整倍性；增强细胞增殖、存活、迁移和侵袭；减弱抗肿瘤免疫；促进转移，所有这些可能有助于癌症发生。值得注意的是，WT和肿瘤衍生的突变形式的p53似乎在直接对立中发挥作用，调节Hanahan和Weinberg提出的几乎所有“癌症标志”。

mutp53 GOF主要是通过与其他细胞蛋白的相互作用来发挥的，包括特异性转录因子。特别有趣的靶标是p63和p73，转录因子和扩展的p53家族的成员。

图2 不同方法揭示了野生型和突变型p53的相反结果

就像围绕WT p53的肿瘤抑制作用的混淆一样，mutp53 GOF的存在最近也在实验上受到了挑战。

如何解决这种明显的争议？几乎不可避免的结论是mutp53 GOF是上下文依赖的：同一个p53突变体可能在特定上下文中具有GOF，而在不同的上下文中完全没有。这体现在观察到p53热点突变体的影响可以从肿瘤抑制转变为癌症促进，这取决于肠道微生物分泌的代谢物。

mutp53是否发挥GOF效应不仅仅是学术兴趣。答案将决定，例如，促进mutp53蛋白降解的药物的效用。如果没有mutp53 GOF，那么就没有必要摆脱mutp53。显然，mutp53作用的上下文依赖性将是进一步研究的肥沃土壤。

自从人们认识到p53的重要性以来，制药界和学术界都进行了广泛的努力，开发基于p53的治疗，主要目的是在癌细胞中恢复p53的功能，从而希望触发它们的死亡。

早在1990年代，至少有两种基于p53的策略已经进入3期临床试验，人们寄予厚望，希望它们很快能加入肿瘤学家的武器库。两者都采用了改良的腺病毒，一种是将WT p53基因送入肿瘤，从而代表真正的基因治疗，另一种是选择性杀死缺乏功能性p53的癌细胞（溶瘤病毒）。不幸的是，在世纪之交的病毒介导的基因治疗临床研究中遇到的致命并发症几乎完全停止了进一步的基因治疗工作。尽管如此，基于p53的基因治疗后来在中国重新被研究，在2005年批准了Gendicine用于癌症治疗，这是一种表达p53的重组腺病毒。关于Gendicine疗效的明确结论仍在等待中。

随着基因治疗的失宠，随后对基于p53的治疗的工作采取了两个主要方向，由治疗癌症的TP53状态指导。大约一半的人类肿瘤没有TP53突变，但它们的WT p53显然未能履行其肿瘤抑制工作。由于p53主要通过MDM2/MDM4的直接结合受到限制，因此破坏这种结合的化合物是p53增强的主要候选药物。或者，在表达mutp53的肿瘤中，设计“纠正”有缺陷的mutp53的化合物似乎是合理的，例如，通过促进其正确的再折叠，从而将过多的mutp53变成过多的WT p53。这也会消除假定的mutp53 GOF，一次打击两个目标。同样，针对mutp53进行降解的化合物也应该取消其GOF。值得注意的是，针对mutp53蛋白特别有吸引力，因为这样的蛋白质是癌细胞特有的。事实上，多年来开发了许多MDM2/MDM4结合抑制剂和针对mutp53的化合物，并在体外和动物模型中展示了令人印象深刻的抗癌活性。

那么为什么临床中仍然没有批准的基于p53的药物呢？这个问题有多个答案。值得注意的是，MDM2抑制剂不仅会在癌细胞中增强p53，还会在正常细胞中增强p53，其中p53受到MDM2的控制。一些正常细胞，特别是骨髓中的细胞，受到特别的影响，这一点在有前途的MDM2抑制剂进入临床试验时不幸地意识到了。另一方面，尽管测试的mutp53再激活分子被证明更易耐受，但它们迄今为止在临床试验中尚未显示出足够的疗效。

开发基于p53的癌症治疗的尝试正在积极进行中。一个有希望的途径可能是选择性针对个别p53突变体的化合物，以PC14586为例，它特别针对Y220C突变体。

此外，受到癌症免疫疗法显著成功的启发，越来越多的努力正在投入到利用p53知识进行肿瘤免疫根除中，例如，通过调节p53活性来改变免疫肿瘤微环境，或者指导免疫系统攻击显示mutp53衍生的新抗原的癌细胞。p53太明显了，不容忽视。我们相信，尽管存在许多障碍，基于p53的癌症治疗最终将成为现实。

p53的故事提供了一个生动的例子，说明最初看起来清晰简单的事情最终变得完全不同。许多曾经认为已经完全回答的问题仍然需要更好的答案。此外，p53现在不仅被认识为肿瘤抑制剂，而且还通过小鼠模型和人类疾病揭示了其他生理作用。

这样的研究能否为非癌症疾病指明新的治疗方向？未来的研究肯定会扩大我们对这种神奇蛋白质的理解，甚至可能提供正在热切寻求的长期治疗突破。