TP53家族基因TP73與腫瘤發(fā)生的研究進(jìn)展

許杰，郝牧

0 引言

TP73基因，是TP53家族同源基因，基因序列與TP53高度相似，見圖1[1]。因其功能與著名的“基因衛(wèi)士”TP53類似，所以將TP73、TP53和家族另一重要成員TP63合稱為“基因衛(wèi)士”家族[2]。但與p53基因在惡性腫瘤中廣泛發(fā)生突變不同，p73很少發(fā)生基因突變。據(jù)統(tǒng)計(jì)p73在初發(fā)腫瘤中突變率僅為0.6%，因此一般認(rèn)為p73作為抑癌因子，在p53突變型腫瘤中起著代償性的抑癌作用[3]。然而并非完全如此，機(jī)體內(nèi)存在著基因全長(zhǎng)型的TAp73亞型（抑癌因子）和N端截短型的DNp73亞型（癌促因子），兩種功能對(duì)立的亞型在機(jī)體內(nèi)保持一定比例，從而維持機(jī)體“穩(wěn)態(tài)”。而在腫瘤發(fā)生過程中往往可以觀察到兩者比例失衡。腫瘤發(fā)生與多種關(guān)鍵分子表達(dá)失調(diào)和細(xì)胞信號(hào)通路異常相關(guān)，一旦重要分子和調(diào)節(jié)通路發(fā)生致癌性異常將最終導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。本文就p73與腫瘤發(fā)生的最新重要研究成果作一綜述。

圖1 人類p53家族基因結(jié)構(gòu)示意圖[1]Figure 1 Structural schematic diagram of human p53 family gene[1]

1 TP73基因與p73蛋白的結(jié)構(gòu)和功能概述

人類TP73基因位于1號(hào)染色體的遠(yuǎn)端短臂（1p36.32），含16個(gè)外顯子，屬于TP53同源家族基因[4]。與TP53基因序列類似，TP73在5’端含有兩個(gè)選擇性啟動(dòng)子P1和P2以及多個(gè)可變剪接位點(diǎn)。從P1起始轉(zhuǎn)錄的p73蛋白N端含有反式激活結(jié)構(gòu)域（trans-activation domain,TA domain），從P2起始轉(zhuǎn)錄將不含TA結(jié)構(gòu)域。同時(shí)，TP53和TP73序列中間均含有DNA結(jié)合域（DNA binding domain,DBD）。另外，在TP73的3’端含有不育α基序域（sterile alpha motif domain,SAM），在腫瘤細(xì)胞基因組中該區(qū)域通常缺失[5]。TP73基因，可以轉(zhuǎn)錄出35個(gè)mRNA轉(zhuǎn)錄本，理論上能翻譯產(chǎn)生29種p73蛋白質(zhì)亞型。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了14種p73蛋白質(zhì)亞型。

從功能上可將p73蛋白分為TAp73和DNp73兩種亞型。其中，TAp73亞型是從P1啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄，包含轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄本，而DNp73主要包括從P2啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的ΔΝp73轉(zhuǎn)錄本和源于P1啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄后經(jīng)選擇性剪接作用而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域缺失的ΔEx2TP73（缺失exon2）、ΔEx2/3TP73（缺乏exons2和3）以及Δ’ΝTp73（缺失exons1和2）轉(zhuǎn)錄本。另外，3'端出現(xiàn)的另一種剪接作用將產(chǎn)生至少7種不同的mRNA異形體（α,β,γ,ζ,δ,ε和η）[6]。然而，這些異形體能否被翻譯成蛋白質(zhì)仍有爭(zhēng)議。一般認(rèn)為，TAp73與抑癌因子p53功能類似，能夠共同啟動(dòng)p53下游通路，在p53突變型腫瘤細(xì)胞中起代償性的抑癌作用。然而，DNp73與TAp73功能相反，對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展起著正性調(diào)控作用。

2 TP73/p73與腫瘤發(fā)生

2.1 TP73調(diào)節(jié)自噬

TP73能夠調(diào)節(jié)自噬調(diào)制器DRAM1的表達(dá)。實(shí)驗(yàn)表明，原代細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞系經(jīng)mTOR信號(hào)抑制劑雷帕霉素的處理后，TP73表達(dá)水平提高了，這表明TP73和mTOR信號(hào)通路之間存在著聯(lián)系[7]。最近，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了TP73在自噬過程中的作用[8]。當(dāng)TP73敲除小鼠受到營(yíng)養(yǎng)缺乏的打擊時(shí)，肝臟中有大量的脂質(zhì)顆粒堆積，而自噬的水平也降低了[8]。因此，合理的推測(cè)是甘油三酯水解轉(zhuǎn)化為脂肪酸的過程受阻進(jìn)而導(dǎo)致自噬缺失。另外，在TP73敲除小鼠的肝臟、結(jié)腸和心臟等多個(gè)器官中Atg5（自噬關(guān)鍵基因）的表達(dá)受抑。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)TAp73α和TAp73β結(jié)合并激活了Atg5啟動(dòng)子。這說明Atg5是TAp73的直接轉(zhuǎn)錄靶基因。TAp73-Atg5軸進(jìn)一步證實(shí)了TAp73在自噬調(diào)控中所扮演的角色，并有助于解釋TP73敲除小鼠所表現(xiàn)出的上述表型[9]。

2.2 TP73調(diào)節(jié)血管生成

血管生成與腫瘤的發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)。已經(jīng)證實(shí)，p73蛋白可以調(diào)節(jié)血管生成，其中DNp73可誘導(dǎo)血管生成基因VEGF-α表達(dá)促進(jìn)血管生成，而TAp73則具有雙重功能[10]。一方面，TAp73可通過MDM2負(fù)性調(diào)控HIF-1α（低氧誘導(dǎo)因子）的表達(dá)來間接抑制血管生成。在TAp73沉默的小鼠模型中觀察到血管生成增加，而過表達(dá)TAp73則表現(xiàn)出相反的結(jié)果，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果均支持TAp73的抗血管生成作用[11]。然而，另一方面，在低氧環(huán)境中（一種生理性血管生成刺激因素），TAp73通過HIF-1α阻遏E3泛素化連接酶SIAH1的表達(dá)而維持自身穩(wěn)定，進(jìn)而直接激活包含VEGF-α在內(nèi)的許多血管生成靶基因[12]。這種機(jī)制與DNp73促血管生成的機(jī)制類似。該機(jī)制顯示TAp73和DNp73可以直接結(jié)合到血管生成靶基因的調(diào)節(jié)位點(diǎn)，而并不需要依賴HIF-α結(jié)合到HREs（缺氧應(yīng)答元件）。實(shí)驗(yàn)表明，敲除TAp73或者DNp73后血管生成靶基因的活性減弱，而相反過表達(dá)TAp73或DNp73則可誘導(dǎo)這些靶基因表達(dá)。另外，觀察到p73缺乏后小鼠視網(wǎng)膜的血管發(fā)育受到了干擾。這一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果均支持TAp73的促血管生成理論。目前認(rèn)為，TAp73所表現(xiàn)出的雙重功能依賴于刺激的強(qiáng)度和特定的生理環(huán)境。這種功能的選擇性也受到其他因素的影響，比如p53的狀態(tài)[13]，但其具體機(jī)制尚未明確。

2.3 藥物敏感度、轉(zhuǎn)移和細(xì)胞凋亡等

最近，有報(bào)道稱p73是人類化學(xué)敏感度的一個(gè)重要決定因素。攜帶特定多態(tài)性的p53突變蛋白質(zhì)可以通過抑制TAp73來誘導(dǎo)耐藥性產(chǎn)生[14]，并且特定磷酸化、甲基化和乙酰化事件對(duì)p73誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和藥物化學(xué)敏感度具有關(guān)鍵作用，例如：TAp73的表達(dá)和P1啟動(dòng)子甲基化可降低肌肉浸潤(rùn)性膀胱癌（MIBC）化療敏感度和順鉑治療后的生存率[15]。另外有文獻(xiàn)表明DNp73在驅(qū)動(dòng)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移中起重要作用，這一功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過切斷 IGF1R-AKT/STAT3信號(hào)通路與其抑制因子EPLIN之間的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)的，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)DNp73可以通過觸發(fā)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換（EMT）、細(xì)胞遷移和瘤細(xì)胞入侵來促進(jìn)皮膚癌轉(zhuǎn)移，而且在高度轉(zhuǎn)移性腫瘤中敲降DNp73水平能夠消除這些轉(zhuǎn)移表型[16]。另外有研究人員發(fā)現(xiàn)，NAV3（Navigator-3，一種微管結(jié)合蛋白）是p73的一個(gè)新的轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)。它通過DNA損傷以依賴p73的方式上調(diào)，并在p73介導(dǎo)的抑制癌細(xì)胞侵襲、遷移和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。即DNA損傷誘導(dǎo)p73，上調(diào)內(nèi)源性NAV3 mRNA和蛋白水平，進(jìn)而抑制E-鈣黏素的表達(dá)而抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲[17]。對(duì)于p53突變后p73能否發(fā)揮其潛在的抑癌作用，最近一項(xiàng)針對(duì)p53缺失的人肝癌細(xì)胞（Hep3B）的研究發(fā)現(xiàn)，使用姜黃素后，可以通過一種TAp73/DNp73依賴的方式誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[18]。

2.4 TP73調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝

TP53和TP63在代謝方面均有重要發(fā)現(xiàn)，那么自然而然我們會(huì)猜想TP73是否也在細(xì)胞代謝方面發(fā)揮作用，尤其是腫瘤細(xì)胞代謝。研究報(bào)道，TAp73可通過干預(yù)線粒體代謝來調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老[19]。結(jié)果顯示TAp73敲除小鼠表現(xiàn)出更明顯的衰老表征，包括生存期下降、體重減輕、體脂減少、角膜退化和脊柱后凸增強(qiáng)。敲除TAp73使得細(xì)胞內(nèi)ATP水平、氧消耗量和線粒體復(fù)合物Ⅳ活性降低，這表明線粒體代謝有缺陷。其中線粒體復(fù)合體Ⅳ亞基之一的細(xì)胞色素C氧化酶亞基4（COX4i1）是線粒體復(fù)合物Ⅳ裝配和功能完整所必需的[19]。在TAp73缺陷的小鼠中發(fā)現(xiàn)COX4i1表達(dá)減少，而恢復(fù)其在TAp73敲除細(xì)胞中的表達(dá)后發(fā)現(xiàn)線粒體耗氧量增加。同時(shí)，在TAp73敲除鼠中觀察到氧化應(yīng)激的增加，可能會(huì)導(dǎo)致原癌基因的突變累積，使基因組不穩(wěn)定性增加。這與在小鼠中觀察到自發(fā)腫瘤增加的結(jié)果相符合[20]。

腫瘤細(xì)胞的一個(gè)共同特征是代謝重編程?？焖僭鲋车哪[瘤細(xì)胞需要通過增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收和重組代謝通量來支持生物合成，以適應(yīng)它們的新陳代謝[21]。最近發(fā)現(xiàn)，TAp73直接調(diào)控著磷酸戊糖途徑（PPP）的限速酶——葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）的表達(dá)[22]。然而TP53和TP63卻不能與其啟動(dòng)子結(jié)合并驅(qū)動(dòng)G6PD的轉(zhuǎn)錄，這表明存在某些與TAp73有特異作用的輔因子參與了G6PD的調(diào)控。TAp73對(duì)G6PD表達(dá)的正性調(diào)控增加了PPP的通量，進(jìn)而促進(jìn)了NADPH和核糖核酸的產(chǎn)生，為合成代謝提供了能量和原料?？偟膩碚f，這些發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)所認(rèn)為的TA亞型起著抑癌作用，而表現(xiàn)出潛在的致癌作用。

腫瘤細(xì)胞依賴于特定的代謝產(chǎn)物來維持細(xì)胞存活和增殖。絲氨酸途徑為細(xì)胞提供了氨基酸、谷胱甘肽（GSH）、脂質(zhì)和核苷酸[21]。有研究報(bào)道，TP53與腫瘤細(xì)胞應(yīng)對(duì)絲氨酸饑餓的能力有關(guān)，即缺乏TP53的細(xì)胞不能對(duì)絲氨酸饑餓作出反應(yīng)[23]。有趣的是，近來Amelio等發(fā)現(xiàn)，在人類肺腺癌中，絲氨酸的生物合成途徑和TP73的表達(dá)之間也存在著相關(guān)性。TAp73可激活絲氨酸的生物合成途徑，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的絲氨酸和甘氨酸的水平增加，而這與谷氨酸、三羧酸循環(huán)中間體和GSH的積累有關(guān)。TAp73直接調(diào)節(jié)谷氨酰胺酶-2（GLS2）的表達(dá)，促進(jìn)谷氨酸向谷氨酰胺轉(zhuǎn)化，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)絲氨酸的生物合成。同時(shí)，抑制TAp73表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)完全抑制了腫瘤細(xì)胞依賴于絲氨酸和甘氨酸的增殖途徑[24]。這表明，TAp73在代謝應(yīng)激下促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖，也與傳統(tǒng)所認(rèn)為的抑癌作用相反。

2.5 TP73與miRNAs

2009年，Sampath等發(fā)現(xiàn)了TP73和miRs之間存在交互作用的第一個(gè)證據(jù)[25]。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙?；敢种苿℉DACis）治療慢性淋巴細(xì)胞白血病（CLL）本質(zhì)上是一種依賴TP73的細(xì)胞凋亡。HDACis促進(jìn)miR-106b的表達(dá)，使其靶向E3泛素連接酶Itch而失活。Itch水平的下降，使促凋亡因子TAp73穩(wěn)定積累，隨后轉(zhuǎn)錄激活PUMA（p53上調(diào)凋亡調(diào)節(jié)因子）和導(dǎo)致線粒體功能障礙。另外，在CLL和胰腺癌中均發(fā)現(xiàn)miR-106b（上調(diào)）與Itch（下調(diào)）呈負(fù)相關(guān)[25-26]。然而，在使用各種刺激物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡過程中發(fā)現(xiàn)，CLL細(xì)胞中的Itch也會(huì)被細(xì)胞凋亡蛋白酶切除。由于凋亡蛋白酶-3、凋亡蛋白酶-6和凋亡蛋白酶-7中Asp240殘基活性而引起Itch的切除，并且使用凋亡蛋白酶抑制劑能夠完全解除HDACi治療后的Itch下調(diào)。這表明Itch下調(diào)是細(xì)胞凋亡的結(jié)果，而不是原因。因此，我們可以合理推測(cè)出在HDACis治療CLL過程中miR-106b與TAp73存在直接交互作用。

miR-647在廣泛腫瘤中都發(fā)揮作用。最近研究發(fā)現(xiàn)，miR-647在胃癌中高表達(dá)[27]，并且miR-647的表達(dá)水平與胃癌細(xì)胞系MGC-803的增殖和遷移能力呈正相關(guān)，而與凋亡呈負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)miR-647通過靶向抑制腫瘤抑制蛋白p73而促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展。

TP73和miRs的交互作用還體現(xiàn)在卵巢癌中。研究發(fā)現(xiàn)，作為miR調(diào)節(jié)因子的TP53家族蛋白在卵巢癌細(xì)胞中過度表達(dá)[28]。TP63和TP73的表達(dá)與17種miRs的表達(dá)密切相關(guān)。在這些miRs中，miR-200家族的表達(dá)與TP73的表達(dá)呈正相關(guān)。TP53突變與miR-200家族的表達(dá)之間并沒有相關(guān)性，這表明TP53并不是卵巢癌細(xì)胞中這些miRs的主要調(diào)控因子。通過熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)和染色質(zhì)免疫沉淀實(shí)驗(yàn)表明TP73可以直接與miR-200啟動(dòng)子結(jié)合，為TP73與miR-200的共表達(dá)提供了直接證據(jù)，但這一相關(guān)性是否與預(yù)后有關(guān)，目前尚無定論。此外，雖然最近發(fā)現(xiàn)了TP63 -miRs軸在腫瘤轉(zhuǎn)移方面具有重要作用，但TP73在這方面所扮演的角色還有待闡明。

3 小結(jié)

TP73作為“腫瘤衛(wèi)士家族”—TP53家族的重要成員之一，基因序列與TP53高度相似。由于選擇性啟動(dòng)子和可變剪接作用使得TP73可產(chǎn)生多種蛋白亞型，根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的差異可分為TAp73和DNp73兩大類。與p53常在腫瘤中發(fā)生突變不同，p73常表現(xiàn)為TAp73/DNp73表達(dá)失衡。兩類分子功能既對(duì)立又統(tǒng)一，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的許多方面均發(fā)揮著非常重要的作用。文章雖然對(duì)p73蛋白與腫瘤發(fā)生的關(guān)系進(jìn)行了一定闡述，但新的科學(xué)問題也愈發(fā)凸顯，例如p73蛋白如何影響p53蛋白家族中的其他成員、TAp73/DNp73的正常調(diào)控機(jī)制及表達(dá)失衡的原因?yàn)楹?、p73與腫瘤免疫逃逸是否相關(guān)等。這些科學(xué)問題仍需不斷深入挖掘p73的潛在分子機(jī)制，從而推動(dòng)腫瘤精準(zhǔn)治療的發(fā)展，最終造福患者。