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背景介紹TP53是一種抑癌基因，該基因編碼一種分子量為53kDa的蛋白質，因而被命名為p53。p53是在腫瘤病毒研究的巔峰時期被發現的，首次報道在1979年，發現致瘤病毒SV40可以與該蛋白形成復合物，並且將克隆得到的p53轉入到細胞可引起細胞癌變，所以最初普遍認為p53是一種致癌基因。隨著研究的深入，發現這一分類是錯誤的，這也使得原本具有抑癌作用的p53蛋白被誤解瞭近十年。直到1989年，科學傢發現野生型p53不但不會致癌，而且在細胞培養環境下還會抑制腫瘤細胞生長和細胞癌變。隨後的研究表明，p53 是一種腫瘤抑制蛋白和轉錄因子，可調控細胞分裂，阻止DNA突變或受損的細胞進行分裂並通過轉錄調控向這些細胞傳導凋亡信號，從而阻止腫瘤形成。它可以對細胞應激或DNA損傷作出響應，激活多種轉錄靶標。p53可協調多種反應，包括細胞周期阻滯、DNA修復、代謝改變、抗氧化作用、抗血管生成作用、自噬、衰老和凋亡，在保護基因組完整性方面具有關鍵作用，是基因組的“守護者”。
圖1：抑癌基因p53協調多種信號通路然而這些本該守護人體基因的p53蛋白又時常掉鏈子，出現一些沒有活性甚至幫助癌細胞存活的突變型。基因組測序已經證實，大約一半腫瘤至少攜帶一個p53變異，但是不同類型的腫瘤之間攜帶p53變異的頻率和分佈有非常大的差別（圖1）。這也使得p53看上去是一個極具潛力的廣譜抗癌靶點，國際知名藥企紛紛佈局p53，然而歷經40年的研究開發，人們仍然對這些突變的p53蛋白束手無策，至今仍未有p53藥物獲批上市，羅氏、強生、諾華等大藥企紛紛折戟於此，強生、默沙東也先後宣佈暫停相關的研究項目。p53蛋白的表面光滑，沒有合適的口袋能夠與化合物結合，在成藥方面有著巨大的挑戰，這也使得p53成為與RAS、MYC齊名的三大不可成藥靶點之一。
p53蛋白結構與功能
TP53是一種成熟且被廣泛研究的抑癌基因，位於人類基因組的17p13.1染色體上，由 11個外顯子組成。在結構上，它是一種同型四聚體蛋白，由393個氨基酸組成，包含五個功能域：兩個N端轉反式激活結構域（TADI, 1-42和TADII, 43-62）；富含脯氨酸的結構域（PRD，64-92）；中心序列特異性 DNA 結合結構域（DBD，102-292）；寡聚化結構域（OD，也稱為四聚化結構域，323-356）和C末端調控域（363–393）。
圖2：P53結構TAD1和TAD2結構域對p53的調控至關重要，可與不同的輔因子結合，是p53介導的抑制腫瘤發生以應對急性DNA損傷等應激所必需的。此外，TAD區域還允許結合其負調節因子MDM2，靶向p53進行蛋白酶體降解。在TAD旁邊，包含一個富含脯氨酸的結構域(PRD)，也稱為重復PXXP序列的多脯氨酸(PP)區域，其中P表示脯氨酸，X是任何氨基酸，PRD結構域的缺失會降低p53轉錄活性。中央核心區是與DNA結合的區域，對p53的轉錄活性至關重要，含有與免疫球蛋白類似的一個β-三明治結構，該區域在整個進化過程中高度保守，是p53突變的主要區域，約80%的突變是發生在此區域的。DBD之後是一個寡聚結構域，是p53四聚化所必需的。羧基末端結構域被認為是一個調節結構域，包含核輸出信號和核定位信號，這對於p53在細胞核中發揮其作為轉錄因子的功能以及將p53輸出到細胞質進行降解都很重要。
圖3：P53在正常細胞中的功能p53是正常細胞中維持平衡的重要腫瘤抑制因子，在其整個生命周期中，細胞面臨著持續的壓力，包括內源性和外源性壓力。為瞭克服這些壓力, p53被激活，通過其轉錄依賴性功能或直接的蛋白質間相互作用介導一系列細胞反應。p53介導的反應還取決於損傷的類型和程度, 以及細胞類型和損傷發生的環境。在正常的無壓力條件下，野生型p53的半衰期短，並且在細胞中保持低蛋白質水平，不斷受到E3泛素連接酶 MDM2的降解（圖3）。
圖4：P53的信號通路網絡p53控制著一個極度復雜而又靈活的信號網絡，維持基因組完整性，調節細胞周期停滯和細胞凋亡僅僅是p53的部分功能。日益增多的研究表明，p53同時還控制更多“非經典”通路。例如，p53可以調節自噬活動，變動新陳代謝，抑制多能性和細胞可塑性，並且協助一種稱為鐵死亡(ferrotoposis)的依靠鐵離子的細胞死亡方式。即便是基準水平的p53也可以增強多種其它腫瘤抑制信號網絡。然而，令人驚訝的是經過四十多年的研究，科學傢們並沒有給我們一個簡單而明確的答案指出p53的功能到底是什麼，以及它是怎樣完成這些功能的。我們目前得到的結論是p53造成的生物反應異乎尋常的靈活，它會因為細胞種類、細胞分化狀態、應激條件和環境中的配合信號的改變而改變（圖4）。
p53突變
p53基因是迄今發現與人類腫瘤相關性最高的基因，不同於傳統的腫瘤因子在人類癌癥中通常表達量下調或存在基因刪除的狀況，p53在絕大多數腫瘤細胞中會發生突變，在人類基因組大約22000個基因中是最常發生突變的。對不同人類癌癥細胞進行基因組測序的結果表明，在所有惡性腫瘤中50%以上會出現該基因的突變。DNA 結合域是最常見的p53突變位點，包含大約80%的p53突變, 其中大多數是錯義突變。在大約一半的人類癌癥中，p53通過突變直接失活，而在其餘的癌癥中，p53活性通過調節途徑的異常而消失。
圖5：16種癌癥類型中的常見的TP53突變一般情況下，p53突變體可分為I類結構突變體和II類接觸突變體。I類結構突變體如R175H、G245S、Y220C和R249S等具有較低的熱力學穩定性，降低瞭蛋白質的解鏈溫度，並導致生理溫度下的錯誤折疊狀態，失去與DNA相結合的能力；II類接觸突變體如R248Q、R248W、R273H、R273C、R280K和R282W等雖然保留瞭折疊的蛋白質結構，但核心DBD結構域處的突變阻止瞭其與DNA的結合。然而，這兩大類突變之間的差異並不是絕對的，事實上，R248Q突變表現出接觸和結構突變的雙重特征。其中R175、G245、R248、R249、R273和R282是最常見的突變位點，也被稱為 p53 的“熱點”突變。
圖6：p53突變對其功能和致癌活性的潛在影響與野生型p53抗腫瘤活性相比，突變的p53蛋白在細胞中具有致癌作用，並促進癌細胞的轉移和導致基因組的不穩定性。p53突變的主要後果之一是基因表達改變，在大多數情況下，它們結合典型p53元件的能力受到嚴重阻礙，事實上突變p53蛋白可能充當腫瘤起始轉錄因子。突變的p53蛋白還可以通過不同的機制控制基因表達，在這些機制中它們直接與結合到核基質區域的DNA 序列相互作用，從而提供另一種改變/調節基因表達的方法。
p53抗癌策略
根據p53的狀態，其抗癌策略主要包括p53基因治療；防止野生型p53 (p53 WT)的降解；直接抑制或者降解突變型p53 (mut p53)和恢復mut p53的野生型功能（圖7）。
圖7：針對p53的多種抗癌策略MDM2是一種E3泛素連接酶，是p53的關鍵負調節因子，在正常細胞中MDM2會介導p53的降解，使得p53蛋白維持在低水平。對於含有p53 WT的癌癥，MDM2抑制劑（例如AMG232和RG7388）可防止p53被蛋白酶體降解，並通過破壞p53-MDM2相互作用來促進其腫瘤抑制功能，這是目前利用p53功能進行的抗癌藥物研發中進展最快的項目，以Nutlin為首，一系列抑制MDM2和MDMX的小分子和肽基抑制劑被開發出來（圖8），如首個進入臨床的藥物RG7112便是nutlin-3a類似物。
圖8：MDM2部分臨床藥物
圖9：Mut p53激活劑由於p53在癌癥中大量發生突變，因此阻止p53降解的治療僅適用於攜帶p53 WT的癌癥，這限制瞭其臨床應用，直接針對mut p53可能有更多的應用可能性。然而，在治療上恢復mut p53比破壞p53-MDM2相互作用更困難。與靶向癌蛋白的藥物開發途徑截然相反，開發p53的靶向藥物需要恢復（而不是抑制）蛋白的正常活性，以抑制腫瘤的發生、發展。臨床上100多個靶向藥物幾乎都靶向促癌蛋白，而無一靶向抑癌蛋白。在整個行業尚無成功靶向抑癌蛋白的先例的背景下，要恢復p53的蛋白功能是一項巨大的挑戰。更為艱難的是，p53蛋白的表面光滑，沒有合適的口袋能夠與化合物結合，因此成藥方面的挑戰也不容忽視。第一個p53激活劑CP-31398的發現預示著mut p53激活劑的開發進入瞭一個嶄新階段，其中一些化合物已進入臨床試驗，包括APR-246（eprenetapopt）與azacytidine聯合治療伴有mut p53的骨髓增生異常綜合征（MDS）（圖9）。
圖10：直接針對mut p53的藥物除瞭重新激活mut p53，選擇性靶向mut p53蛋白也可能顯示出抗腫瘤作用。由於p53蛋白表面光滑，直接針對mut p53蛋白的抑制劑開發困難重重，科學傢將更多的目光轉向如何降解mut p53上來。針對突變 p53 進行降解的治療主要集中在Hsp90抑制劑和組蛋白去乙酰化酶抑制劑，其中HDAC正調節Hsp90，p53與Hsp90結合以避免降解，從而獲得蛋白質穩定性。因此，HDAC和Hsp90抑制劑導致突變p53不穩定而被降解（圖10）。
圖11：p53合成致死策略近年來隨著合成致死效應的持續火熱，p53的合成致死抗癌策略也受到越來越多科學傢的青睞，與p53靶向劑相比，合成致死方法的功效較少依賴於mut p53結構，表明它可以在更加廣泛的條件下使用。p53蛋白是細胞周期中的關鍵蛋白之一，針對DNA損傷，p53 WT可以激活p21，進而阻滯G1期來促進DNA損傷的修復。在p53突變的情況下，癌細胞更多地依賴於阻滯S期和G2期來進行 DNA 修復。因此，抑制S期和G2期藥物都會會導致DNA損傷的積累和有絲分裂災難，進而造成癌細胞的殺傷（圖11）。
圖12：p53合成致死伴侶
總結腫瘤抑制因子p53是人類癌癥研究中最受認可和研究最多的蛋白質，自1979年發現p53以來，已發表超過80,000篇關於p53的文章，涉及生物醫學研究的幾乎所有學科，包括細胞和分子生物學、生物化學、遺傳學、生物物理學、藥理學、免疫學、臨床研究等。p53蛋白被認為是人類中最重要的腫瘤抑制因子，並且幾乎在每種癌癥中都是失活的，這使其成為癌癥治療的主要靶點，有發展成為廣譜抗癌藥的潛質。然而，歷經40餘年的開發，p53也被證明是腫瘤研究中最難開發的靶點之一，目前全球尚未有一款靶向p53的藥物被批準上市。未來，p53究竟會如RAS般被人類突破重圍，發展為下一代廣譜抗癌藥，還是會繼續成為吞噬藥企的研發黑洞？讓我們拭目以待。
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