实验证实辐射和化学致癌剂等因素造成的转化细胞系和人类许多恶性肿瘤细胞中都有野生型p⁵³抑癌基因丢失或突变, 他们在细胞转化和肿瘤的发生发展中具有重要作用, p⁵³基因及其表达产物已成为近年来研究最多的基因之一。

1 p⁵³基因及表达产物的结构

人p⁵³基因位于17号染色体短臂1区3带(17p13.1), 全长约20kb, 由11个外显子和10个内含子组成, p⁵³基因转录的mRNA长度为2.5kb。鼠的基因位于11号染色体, mRNA长度为2.2kb。p⁵³基因编码一个由393个氨基酸残基的核磷蛋白, 分子量为53KD。该蛋白的一级结构可分为3个不同区域: N端酸性区(1-75氨基酸)、中央核心区(100-300氨基酸)和C端碱性区(310-390氨基酸)。N端酸性氨基端具有转录激活功能, 可与许多转录因子相互作用。中端主要是中性氨基酸, 含有3个高度疏水区, 分别为进化保守区, 该保守区构成p⁵³的DNA结合面, 可嵌入DNA的大糟和小糟。而非保守区组成被称为β三明治的结构, 行使着支持DNA结合构件的功能。大多数p⁵³基因错义突变发生在此区段, 影响其DNA结合活性而致细胞成瘤性增加。C端碱性区含有α螺旋结构, 有很强的亲水性, 还包含使p⁵³蛋白进入细胞核内的核定位信号^[1]。

2 p⁵³基因及蛋白的生物学功能

野生型p⁵³具有多种生物功能, 如对细胞周期的调控, 对DNA修复和合成的转录调控, 参与细胞周期性阻滞, 诱导凋亡和促进细胞终末分化^[2]。此外p⁵³蛋白还可降低突变细胞的发生机率, 作为卫士在维持基因组的稳定性中发挥主要作用。一般认为G1期细胞周期检查点的DNA损伤监视作用缺陷易造成诸如缺失、扩增和易位等染色体畸变, 而G2期细胞周期检查点监视作用缺陷则导致非整倍体或多倍体的出现^[3]。p⁵³基因有细胞检查站的作用, 当细胞DNA损伤后, p⁵³蛋白表达聚集并进一步上调一系列基因表达, 使细胞阻滞于G1期得以充分的修复或诱导凋亡。当p⁵³基因产生突变后, 该功能丧失, 凋亡旁路中断, DNA未经修复便进入S期, 可能导致遗传损伤的累积, 造成向恶性发展的重要一步。该基因直接或间接地至少与50 %人的肿瘤相关, 例如肠癌、肺癌、食管癌、乳腺癌、肝癌、脑癌、皮肤癌、网状内皮癌和造血组织癌。

3 p⁵³突变与辐射敏感性

辐射是一种有效的基因毒性剂, 它可使细胞发生转化形成肿瘤, 但目前对于控制辐射诱发细胞转化的枢纽元件及其调控机制仍了解不多。小鼠受低剂量(10-50cGy) X射线照射12小时后, 小肠、骨髓、脑、肝、肾上腺组织中p⁵³蛋白表达程度不同, 有些组织比正常高2-3倍, 而睾丸和卵巢却没有什么变化^[4]。原代培养的小鼠胚胎成纤维细胞在5GyX射线照射后p⁵³表达升高持续1-2小时, 而成人成纤维细胞在照射后生长阻滞和p⁵³高表达可持续至少2周。所以p⁵³蛋白的表达与不同种属和不同组织细胞及其激素、免疫和神经系统的信号传导有关^[5]。

有实验表明p⁵³基因突变与放射治疗诱发的软组织肉瘤有关, 在检测6例p⁵³基因突变的研究肉瘤中有3例p⁵³基因发生改变, 在X射线诱发的胸腺淋巴瘤细胞中p⁵³蛋白稳定性增加, Vahakangas在对铀矿19例氡所致肺癌病人的研究中发现, 7例患者p⁵³基因有9处突变(其中包括2例缺失), 这些缺失性突变不同于化学物质致癌常见的G: C →T: A转化^[6]。

Kemp等对7-12周龄的野生型和p⁵³突变型的杂合型小鼠给予4Gy的全身X射线照射, 发现野生型小鼠受照后, 没有一个发生肿瘤, 而杂合型小鼠平均照射后40周发生肿瘤, 其中有96 %显示等位基因缺失。此外, 他们对4天龄和6天龄的p⁵³缺失小鼠分别给予1Gy和4Gy照射, 发现肿瘤发生的潜伏期缩短^[7]。

通过大量对辐射损伤的体内外研究发现, 当细胞受照时基因处于激活状态, 其中许多基因蛋白产物紧密地参与细胞的调控。辐射及其它DNA损伤因子引起的基因组遗传不稳定性增加, 带有这种不稳定基因结构的细胞存活增加并传递下去, 最终增加了辐射致癌的危险性。电离辐射是一种很强的诱发分裂因子, 通常它能诱发与促进肿瘤转化有关的多种形式细胞遗传学损伤, 但它仅是一种弱的促进因子, 只有在相当大的剂量时才有意义。

当把突变p⁵³基因的载体导入原代鼠胚胎成纤维细胞时发现, 培养细胞的接种效率增加3-7倍。而当与ras基因共转化时, 能得到有肿瘤性状的转化集落。如果把突变的p⁵³ cDNA转入永久但没有转化的细胞系接种到裸鼠体内, 致癌的机率明显增加。实验证明p⁵³等位基因缺失的小鼠具有很高的恶性肿瘤发病率, 特别是淋巴瘤、骨肉瘤和软组织瘤。p⁵³等位基因缺失的动物对各种致癌剂的敏感性明显增加^[8]。

p⁵³基因是致癌剂作用的靶细胞之一, 细胞暴露于不同的致癌剂时, 常表现为不同的突变谱。例如紫外线可引起特征性的嘧啶二聚体发生CC →TT的突变, 镍可引起p⁵³第238密码子的T →C转移, 黄曲霉素高污染地区肝癌的p⁵³基因249密码子突变(G →T颠换)占81 %, 苯并芘诱发人的支气管肺癌p⁵³基因第248密码子的GG →TT颠换。

许多人类肿瘤显示的p⁵³等位基因失活, 常表现为一个突变, 而另一个失活, 各种常见肿瘤的突变率相差甚远。p⁵³蛋白的过表达可能与肿瘤发生的早期事件、肿瘤的恶性程度、转移率及其复发率有关。早期肿瘤的p⁵³阳性细胞数少, 而晚期肿瘤的p⁵³阳性细胞数多; 转移性肿瘤的p⁵³阳性细胞数多; 低分化和间变性肿瘤常呈现较高比率的p⁵³突变。p⁵³突变的肿瘤常表现为侵袭性增强、预后差、转移率高和5年存活率下降^[9]。肿瘤p⁵³突变性和等位丢失更容易产生化疗药物耐受性和放疗不敏感, 以p⁵³为靶基因的肿瘤基因治疗的报道也不断增多。

4 p⁵³突变的检测方法

目前常用的检测p⁵³突变的方法有免疫组化、PCR-SSCP和序列分析等。野生型p⁵³蛋白半衰期短, 正常情况下用免疫组化检测不到, 而突变性p⁵³降解缓慢代谢半衰期长, 常积聚在核内易于检测, 因此用免疫组化检测到的p⁵³蛋白是突变型p⁵³蛋白, 间接地反映p⁵³基因突变的情况。84个研究报道的总结发现免疫组化法检测p⁵³基因突变的敏感性为75 %; 免疫组化阳性的p⁵³基因突变的预测价值为63 % ^[10]。PCR-SSCP是广泛应用的检测p⁵³基因的方法, 仅检测5-8外显子既可检测出85 %以上的基因突变, 而敏感性在80 %-90 % ^[11]。

p⁵³基因作为肿瘤抑制基因在肿瘤中濒繁失活表明它是肿瘤发生中基因异常的一个共同靶, 在肿瘤发生中起着重要作用。相信随着p⁵³基因研究的不断深入, 必将使我们进一步加深对p⁵³基因的生物学功能和在人类肿瘤发生发展过程中作用的理解, 并为在临床肿瘤学中应用提供新的资料。