细胞凋亡信号转导的 p53 通路

p53 介导的细胞凋亡途径是主要的细胞凋亡信号转导通路之一，涉及 p53 蛋白对细胞外和细胞内凋亡通路的刺激。肿瘤蛋白 p53 是一种核转录因子，能够在响应遗传毒性或细胞应激时调节多种与细胞凋亡、生长停滞或衰老相关基因的表达。p53 中有四个保守结构域：N 端结构域，负责转录激活；一个序列特异性的 DNA 结合结构域；一个位于 C 端附近的四聚化结构域；以及一个可直接与单链 DNA 相互作用的 C 端结构域。

本页内容：

p53 信号转导通路
细胞凋亡内源性和外源性通路的会聚
总结
p53 通路

p53 的半衰期较短，在未受应激的哺乳动物细胞中，通常通过连续泛素化以及随后被 26S 蛋白酶体降解维持在低水平。未磷酸化的 p53 通过 MDM2（鼠双微体-2）泛素连接酶泛素化。然而，当细胞面临如 DNA 损伤、缺氧、细胞因子、代谢变化、病毒感染或致癌基因等应激时，p53 的泛素化被抑制，p53 得以稳定并在细胞核中积累。p53 的 N 端可能被大量磷酸化，而 C 端可能被磷酸化、乙酰化或 SUMO 化修饰。p53 发挥多样化的调控功能的能力可能依赖于其磷酸化模式，而磷酸化模式又取决于其构象。p53 的磷酸化由多种细胞激酶介导，包括检查点激酶 (Chks)、酪蛋白激酶-1-Delta (CSNK1-Delta)、酪蛋白激酶-2 (CSNK2)、蛋白激酶 A (PKA)、细胞周期依赖性激酶-7 (CDK7)、DNA 依赖性蛋白激酶 (DNA-PK)、同源结构域相互作用蛋白激酶-2 (HIPK2) 和 c-Jun氨基末端激酶 (JNK)。参与 p53 磷酸化的主要激酶包括细胞周期检查点激酶-1 (Chk1) 和细胞周期检查点激酶-2 (Chk2)。在响应 DNA 损伤时，p53 被 Chk1 和 Chk2 磷酸化，而 Chk1 和 Chk2 分别由 ATR（共济失调毛细血管扩张和 Rad3 相关基因）和 ATM（共济失调毛细血管扩张突变基因）激活，这些激酶进而磷酸化 p53。Chk2 可在 Ser20 位点磷酸化 p53，防止 MDM2 结合并使 p53 稳定。ATM 还可以在 Ser15 位点磷酸化 p53，这是 p53 作为转录因子激活所必需的，并且可能与 Ser20 位点的磷酸化协同作用。一旦被激活，p53 将以四聚体的形式结合到 p53 结合位点。通过这种方式，p53 会激活下游基因的表达，导致程序性细胞死亡和/或细胞周期停滞，从而发挥肿瘤抑制作用。p53 通过多种机制促进细胞凋亡，包括特定靶基因的转录激活、一组特定基因的下调表达以及转录非依赖性机制 (1-2)。

p53 刺激一个广泛的信号网络，这些信号通过两个主要的细胞凋亡通路发挥作用：外源性通路和内源性通路。外源性通路涉及特定的死亡受体的激活，这些受体属于肿瘤坏死因子受体 (TNFR) 家族，通过形成死亡诱导信号复合物 (DISC)，导致半胱天冬酶 8 和半胱天冬酶 3 等半胱天冬酶的级联激活，最终诱导细胞凋亡。""参与外源性细胞凋亡的最常见的死亡受体包括 Fas、DR5（死亡受体-5）和 PERP。细胞表面受体 Fas (CD95/Apo-1) 是 TNFR 受体家族的成员，是外源性死亡通路的关键组分。Fas 通过其配体 FasL 的结合而被激活，FasL 主要由 T 细胞表达。p53 通过结合 Fas 基因启动子和第一个内含子中的元件来诱导 Fas mRNA 的表达。这种诱导发生在 γ 射线辐照后，并且似乎严格具有组织特异性。除了刺激 Fas 转录外，过表达的 p53 还可能通过促进 Fas 受体从高尔基体转运到细胞表面，增加细胞表面 Fas 的水平。这可能使 p53 在转录依赖性效应发挥作用之前，迅速提高细胞对 Fas 诱导的细胞凋亡的敏感性。目前尚不清楚 p53 是如何促进 Fas 转运的 (3-4)。p53 诱导的该受体家族成员的第二个是 DR5/Killer，它是 TRAIL（TNF 相关凋亡诱导配体）的死亡结构域受体。DR5 在 DNA 损伤后被 p53 诱导，并通过半胱天冬酶 8 促进细胞死亡。DR5 诱导具备细胞类型特异性。另一个凋亡基因 PERP 也在 DNA 损伤后被诱导。PERP 是一种假定的四次跨膜蛋白，是 PMP-22/Gas 蛋白家族的新成员，该家族的蛋白与细胞生长调控有关。PERP 启动子响应 DNA 损伤的诱导动力学以及 PERP 启动子中存在 p53 反应元件，支持了 PERP 是 p53 直接靶标的观点。PERP 促进 p53 介导的细胞凋亡的机制尚待确定。PERP 可能与 Killer 和 FAS 类似，虽然它是一种具有四个跨膜结构域的不同类型的受体，但它可能作为一种细胞死亡受体接收自分泌或旁分泌信号。或者，PERP 与钙通道之间的序列相似性表明，它可能具有通道或孔道活性，允许某些对激活细胞凋亡至关重要的分子通过。无论其具体功能如何，PERP 最终可能通过影响凋亡机制的调节因子[如 BAX（Bcl2 相关 X 蛋白）或 Bcl2]或直接激活凋亡效应器（如半胱天冬酶）来发挥作用 (3, 5-6)。

主要由 Bcl2 蛋白家族调控，该家族蛋白负责控制线粒体中细胞色素 C (CytoC) 的释放。Bcl2 家族包括抗凋亡（促生存）和促凋亡成员。Bcl2 蛋白家族成员根据其结构与 BH（Bcl2 同源）域（BH1、BH2、BH3 和 BH4）和跨膜结构域的相似性进行分类。BH3 结构域存在于所有家族成员中，是成员间异二聚化的必要条件，也是发挥促凋亡功能的最小结构域。促生存蛋白成员在结构上最接近 Bcl2，如 BclXL；促凋亡蛋白，如 BAX 和 BAK（Bcl2 拮抗杀伤因子-1），在结构上也类似于 Bcl2 和 BclXL，并拮抗其促生存功能以及促凋亡的“BH3-only”蛋白。有趣的是，Bcl2 家族基因的一个关键亚群是 p53 的靶标，包括 BAX、Noxa、PUMA（p53 上调的凋亡调节因子）和最近发现的 BID（BH3 相互作用结构域死亡激动剂）。BAX 是首个被证实由 p53 诱导的该组成员，但最近在 BAX 基因中才明确识别出 p53 反应元件。在应激激活后，BAX 形成同源二聚体并释放线粒体中的 CytoC。CytoC、凋亡蛋白酶激活因子-1 (APAF1) 和半胱天冬酶原 9 随后形成一个称为凋亡小体的复合物，其中半胱天冬酶 9 被激活，并促进半胱天冬酶 3、半胱天冬酶 6 和半胱天冬酶 7 的激活。这些半胱天冬酶在切割关键的死亡底物后，会诱导细胞最终的死亡。BAX 在 p53 介导的细胞凋亡中的需求似乎具备细胞类型依赖性 (7)。

PUMA 基因也在 DNA 损伤后通过 p53 反应元件直接由 p53 诱导，这些响应元件位于 PUMA 基因的第一个内含子中。在人体内，PUMA 编码两种含有 BH3 结构域的蛋白质——PUMA-Alpha 和 PUMA-Beta。PUMA 介导的细胞凋亡绝对需要 BAX。PUMA 的表达促进 BAX 的线粒体易位和多聚化，最终导致细胞凋亡诱导。因此，BAX 通过 PUMA 作为 p53 的间接靶标参与死亡反应。另一种 p53 靶基因 Noxa 在其启动子中含有一个 p53 反应元件，并在 X 射线照射后被诱导。Noxa 编码一个 BH3-only 蛋白，因此可能以类似于 PUMA 和 BAX 的方式导致 p53 介导的细胞凋亡，但这一点尚未得到证实。因此，p53 通过诱导至少三种 Bcl2 促凋亡家族成员的表达，激活内源性线粒体凋亡通路，使平衡偏向促凋亡效应。一个重要的 p53 转录靶基因经确定为 p53AIP1（p53 调控的细胞凋亡诱导蛋白 1），该蛋白位于线粒体膜上，并直接参与 p53 依赖性线粒体细胞凋亡。最新证据表明存在 p53 介导的细胞凋亡的转录非依赖性通路。在受损细胞中累积的部分 p53 分子会转移到线粒体，这种转移足以使 p53 通过与保护性蛋白 BclXL 和 Bcl2 形成复合物，诱导线粒体外膜的通透化，导致 CytoC 释放到细胞质中。经证明，p53 能够转录抑制抗凋亡基因 Bcl2、BclXL 和 Survivin (8-10)。

虽然外源性和内源性通路是两条单独的通路，但最近的研究表明这两条通路之间存在联系，支持了它们是会聚而非完全独立通路的观点。促凋亡蛋白 BID 将外源性死亡受体通路的激活与内源性通路中线粒体破坏过程的激活相连接。BID 的激活涉及半胱天冬酶 8 在细胞质中切割 BID，暴露出一个新的 N 端甘氨酸残基，该残基随后在翻译后发生肉豆蔻酰化。肉豆蔻酰化的 BID 转移到线粒体，插入膜中，并激活 BAX 和 BAK，启动导致凋亡小体形成的线粒体事件。BID 基因在 γ 射线照射后通过其第一内含子中的反应元件受到 p53 的转录调控。因此，p53 通过调控 BID 促进内源性通路和外源性通路的会聚 (11)。

Akt 在生长/生存条件下和应激信号下也会对 p53 通路的调控发挥重要作用。在正常条件下，Akt 的激活可以从多个事件开始，主要是配体与细胞膜上的受体结合。最常见的可激活 Akt 的配体包括生长因子、细胞因子、有丝分裂原和激素。生长因子结合到受体酪氨酸激酶 (RTK) 并导致受体内侧结构域的酪氨酸残基发生自磷酸化。磷脂酰肌醇 3-激酶 (PI3K) 通过其调节结构域 (P85) 中的 SH2 结构域结合到经磷酸化的酪氨酸残基（共识序列为 pYXXM），因此被定位到细胞膜内侧。PI3K 的 p85 亚基与磷酸化的 RTK 结合导致 PI3K 的催化结构域 (p110) 发生构象变化，从而引起激酶活化。随后,PI3K 磷酸化膜结合的磷脂酰肌醇-3,4-二磷酸 (PIP2) 生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸 (PIP3)。PIP3 与 Akt 的 PH 结构域结合，使 Akt 锚定在质膜上，并允许其被磷脂酰肌醇依赖性激酶-1 ( PDK1) 磷酸化和激活。Akt 对 p53 的负调控是由 MDM2 介导的生存信号诱导的。激活该通路可导致 p53 抑制和降解。在应激条件下，这一通路通过 Akt 的切割和降解以及通过同源性磷酸酶-张力蛋白 (PTEN) 对 PI3K 的抑制作用而被阻断。这两种活动都是由 p53 诱导的 (12-13)。

p53 采用多种机制，以阶段特异性、组织特异性和应激信号特异性的方式高效诱导细胞凋亡。p53 突变与基因组不稳定性和癌症易感性增加相关。p53 是所有癌症中最常发生突变的蛋白，估计在所有癌症中有 60% 都存在影响其生长抑制活性的突变形式。并且，某些常见肿瘤的 p53 突变率更高，例如 90% 的宫颈癌和 70% 的结直肠癌都存在 p53 突变。p53 蛋白可以通过多种方式失活，包括导致某些家族性癌症（如 Li-Fraumeni 综合征）的发病率更高的遗传突变。某些 DNA 肿瘤病毒，如人腺病毒和人乳头瘤病毒，可以结合并使 p53 蛋白失活。功能性 p53 被认为可提供防止肿瘤发生的保护作用 (14-15)。