PBRM1

本次以“突破瓶颈 打造健康产业新引擎”为主题，设一场主论坛和五场主题论坛，从前沿创新突破、临床应用拓展、工艺技术优化、商业化开发等多个全新视角推动CGT技术开发与应用，成就健康产业未来。 癌症研究是医学研究领域的皇冠明珠，同时也是生物材料研究的母题。Nature Genetics和Nature Medicine曾联合发表了“Nature Milestones in Cancer”一文，总结了近20年来癌症研究旅程中的14个重要的里程碑事件，以展示在理解癌症和开发新疗法方面取得的重大进展。 在下面的内容里，小编也一一汇总了这些里程碑事件，希望这些突破性事件能激发人们对癌症研究的乐观情绪，并积极开发新的方法来攻克癌症。 时间线 里程碑1 肿瘤对靶向药的耐药途径 对耐药性机制的解释（Nat. Rev. Cancer，DOI：10.1038/s41568-020-00302-4） 到千年之交，已经开发出选择性靶向驱动基因的药物。例如，酪氨酸激酶抑制剂，如伊马替尼，已被证明可以通过靶向BCR-ABL（一种具有组成型酪氨酸激酶活性的融合基因），使晚期慢性粒细胞白血病（CML）患者持续缓解。 不幸的是，后来的研究发现了EGFR突变在肺癌中对吉非替尼产生耐药性，这同时也阐明了癌症的几个重要方面。一方面，这些数据表明癌症是一个进化过程：在强大的选择性压力下，具有适应能力的细胞将占据主导地位，从而克服不利的环境。这些细胞实际上可能已经存在于最初的肿瘤中，即使是看似同质的癌症也可能包含基因异质的群体，这些群体在与治疗的“军备竞赛”中具有优势。 此外，阻力可以通过明显不同但功能趋同的方法来实现。另一方面，这些研究也揭示了癌症的一个关键特征：某些基因和突变仍然是肿瘤生长和存活的重要驱动因素。因此，了解和靶向这些核心驱动因素仍然是一项重要的临床策略。 里程碑2 利用液体活检中追踪癌症 肿瘤学家早就意识到癌症细胞通过血液传播，并在2000年代初就致力于开发可靠和敏感检测癌症细胞及其体液成分的技术。研究发现，在开始全身治疗之前，患有转移性乳腺癌症的女性血液中循环上皮细胞的数量明显高于未患癌症或患有良性乳腺疾病的女性。这项研究首次证明了循环肿瘤细胞计数对癌症患者分层的临床相关性。随后的研究探索了更具体的方法来鉴定血液中是否存在肿瘤衍生物质，例如检测循环肿瘤细胞（CTC）中的肿瘤相关突变。 通过血液检测检测癌症（Science 6499, eabb9601 (2020).） 为了克服与从CTC中纯化DNA相关的技术挑战，人们已经专注于改进从人类血液无细胞部分提取的DNA中体细胞突变的检测。通过对癌症患者队列中肿瘤突变的敏感检测，人们发现接受完全手术切除或化疗的患者血液样本中循环肿瘤DNA（ctDNA）水平的突然下降。 此外，ctDNA水平无法检测到而非可检测到的患者的疾病复发率明显较低，从而为使用ctDNA分析作为肿瘤生物标志物的潜在价值提供了第一个证据。来自循环肿瘤物质分析的各种临床应用最终创造了“液体活检”一词。 后来的观察结果证实，癌症细胞和癌症衍生的DNA可以在疾病进展的任何阶段进入血液，从而引起人们对液体活检在早期癌症检测中的作用的新关注。该领域的下一个挑战之一是将液体活检纳入癌症常规筛查方案，以促进癌症的早期诊断。 里程碑3 癌症预防策略兴起 癌症预防策略理论上很有吸引力，但由于大多数癌症的多因素发病机制，通常很难实施。2002年发表了针对HPV-16的VLP衍生疫苗的首次HPV疫苗临床试验结果。2004年11月发表的另一项试验首次证明了HPV疫苗接种可能降低宫颈癌症风险：发现16和18型HPV的二价疫苗Cervarix可将相关宫颈异常的风险从4.9%降低到0.4%。 而越来越多的研究表示，男性也可接种HPV疫苗：接种疫苗的男性有可能防止将HPV传播给任何性伴侣，此外，接种疫苗可能会对其他HPV阳性癌症提供一些保护，包括阴茎、口咽、口腔/喉部和肛门的癌症。 尽管取得了这些明显的成功，但HPV疫苗接种的潜力才刚刚开始实现。许多经济发达国家仍然缺乏普遍的HPV疫苗接种计划，疫苗的可用性往往仅限于卫生中心，而不是学校和其他社区环境。公众对疫苗的不信任加剧可能会对疫苗的实施带来进一步的挑战。 里程碑4 合成致死疗法的出现 当两个基因的共同突变杀死细胞时，就会产生合成致死性。当合成致死性的概念被应用于癌症研究，最终导致新疗法的诞生。已知快速分裂的细胞容易受到药物诱导的DNA损伤，这表明DNA-repair抑制剂可能选择性地杀死癌症细胞。 也就是说，DNA对聚（ADP）-核糖聚合酶（PARP）酶抑制剂已被证明与DNA损伤剂联合使用比单独使用更有效地杀死癌症细胞。具有里程碑意义的研究表明，DNA对肿瘤抑制基因BRCA1和BRCA2突变的人类癌症细胞对PARP抑制剂选择性敏感。碱基切除修复酶PARP1的缺失会增加DNA损伤，如折叠的复制叉，这些损伤通常可以通过同源重组（HR）修复。 因此，参与HR的BRCA1或BRCA2缺陷可能会因PARP1或PARP抑制的丧失而导致合成致命性。由此，PARP抑制剂奥拉帕尼成为欧洲药品管理局（EMA）和美国食品药品监督管理局（FDA）批准的第一种靶向治疗具有种系BRCA1/2突变的癌症患者的药物。 里程碑5 癌基因诱导衰老 细胞衰老可以作为过度增殖的突破口，提供初始屏障，最终保护细胞免受肿瘤发生。细胞衰老是由内在的有丝分裂计数器（复制性衰老）或外在因素引起的，如细胞复制史上任何时候的氧化应激或DNA损伤（早衰）。后者也可以由活化的癌基因驱动，如RAS家族中的癌基因，更为人所知的是癌基因诱导的衰老（OIS）。 研究表明，当肿瘤抑制因子PTEN丢失时，p53在体外和体内对癌前前列腺组织中的OIS至关重要。p53和PTEN的缺失抑制了对前列腺癌症发展的任何保护，但这种类型的诱导衰老通过p53调节因子的缺失而逆转。 此外，衰老触发因素是否相互作用？2006年的两项后续研究提供了强有力的证据，表明OIS（通过癌蛋白HRAS-V12、MOS、CDC6或细胞周期蛋白E诱导）与DNA复制应激的迹象有关，从而确定OIS是DNA过度复制和双链断裂形成后强烈的DNA损伤检查点反应的直接结果。 此外，炎症介质似乎是屏障网络中的一个关键方面。经历OIS的细胞表现出衰老相关的分泌表型（SASP）。2008年，发现多种趋化因子和白细胞介素（包括IL-6和IL-8）的分泌可以维持生长停滞，从而稳定系统，而SASP因子在其他环境中可能起到生长促进剂的作用。 尽管治疗诱导的衰老可以改善长期结果，但也发现它会导致癌症治疗的复发、自我更新增强和不良反应。因此，消除衰老细胞最近已成为一种明智的治疗策略。 里程碑6 代谢转变并非癌症产生根本原因 细胞呼吸——它们消耗氧气和葡萄糖以ATP的形式产生能量。当氧气不可用时，分化组织中的细胞将葡萄糖分解为乳酸（通过糖酵解）以产生能量。“沃伯格效应”描述了Otto Warburg在20世纪20年代的观察结果，即恶性肿瘤细胞即使在有氧的情况下也主要进行糖酵解（有氧糖酵解），从而导致高乳酸分泌。根据Warburg的说法，癌症的起源完全基于代谢变化。我们今天知道Warburg并不完全正确：致癌信号从根本上促进了恶性转化，部分是通过调节代谢。 肿瘤抑制剂的水平证实了癌症驱动基因突变与Warburg效应的联系。细胞呼吸依赖于三羧酸（TCA）循环以及与线粒体中的氧化磷酸化（OXPHOS）偶联的电子传递链（ETC）。事实上，发现肿瘤抑制蛋白p53参与控制糖酵解和OXPHOS之间的平衡。现有的研究进一步推翻了Warburg关于癌症中线粒体不可逆损伤的假说，表明癌蛋白KRAS在体外和体内诱导癌症细胞生长需要线粒体代谢和ETC功能。 此外，发现戊糖磷酸途径（PPP）中的葡萄糖代谢通过产生核苷酸前体和NADPH对致癌KRAS诱导的生长至关重要。PPP衍生的抗氧化剂也与促进癌症细胞存活有关，从而突出了抗氧化剂防御在癌症生长中的重要性。 里程碑7 癌症基因组测序 下一代测序（NGS）在二十一世纪第一个十年的出现预示着癌症研究的重大变化。单核苷酸变异（SNV）分析表明了包括匹配的正常样本的重要性：在肿瘤样本中鉴定出380万个SNV，其中260万个也发生在皮肤中，因此被归类为种系变异。经过进一步筛选，共有8个SNV被验证为对基因功能有预测影响的新型体细胞变体。 这八个基因在功能相关的途径中发挥作用——细胞信号传导（PTPRT、KNDC1、ADGRA1、GPR183和GCOM2）、细胞粘附（CDH24和CDHR2）和跨膜转运（SLC15A1）——因此表明基因组测序可以在关键的、潜在的治疗靶向性肿瘤发生途径中识别新的候选癌症基因。 目前的研究表明，癌症在单个肿瘤实体内部和之间都存在实质性的遗传异质性。最重要的是，这些发现为未来的研究提供了一条明确的道路：需要大规模应用全基因组测序以及描述转录组和表观基因组的相关技术，以更好地了解癌症复杂的遗传基础，并深入了解这些基因发现如何在临床上应用。 癌症基因组图谱（TCGA）和全基因组泛癌分析（PCAWG）等大规模研究目前已对多种肿瘤类型的数万个癌症基因组进行了测序。从这些大型队列中获得的见解包括识别出更多与先前意想不到的细胞过程相关的癌症基因，如代谢（IDH1和IDH2）和表观遗传调控（EZH2和PBRM1），以及确认肿瘤中的大多数体细胞突变并非高度复发（突变频率的“长尾”）。他们点燃了癌症进化的研究，这些研究基于通过测序推断的体细胞突变的系统发育，揭示了肿瘤发生的复杂动力学。 最后，突变特征的分析确定了许多以前已知和新的诱变过程，以及以前暴露的基因组特征。 里程碑8 利用免疫系统抵抗癌症 利用免疫系统进行癌症治疗的努力可以追溯到100多年前；然而，癌症是在持续的免疫监视下发展的，因此发展出多种免疫抑制机制，这些机制已被证明难以克服。1996年，James Allison及其同事证明，靶向CTLA-4（一种已知抑制T细胞激活的受体）的拮抗抗体可以诱导小鼠的肿瘤排斥反应，这一突破最终导致免疫疗法成为癌症治疗的新支柱。 这一发现揭示了“免疫检查点”在自我耐受癌症免疫逃避中的生理作用，同时也阐明了免疫检查点抑制剂（ICIs）的治疗潜力。2003年，Allison和合作者在一项针对黑色素瘤或癌症患者的CTLA-4抗体易普利单抗的首次人体研究中提供了这一治疗概念的临床证据。大约在同一时间，陈列平（Lieping Chen）、Tasuku Honjo、Gordon Freeman、Arlene Sharpe和其他人的临床前工作表征了一种不同的免疫检查点配体PD-L1，它可以在癌症细胞本身上发现（不同于仅限于专业抗原提呈细胞的CTLA-4配体）。 此外，Chen和Honjo证明了PD-L1在肿瘤免疫逃避中具有直接作用，并且可以用抗体进行治疗靶向。此前，Honjo还发现了T细胞上PD-L1的受体PD-1。这些进展刺激了针对PD-1-PD-L1轴的新型ICI的发展。2010年，对PD-1抗体nivolumab的首次人体研究揭示了几种肿瘤类型的持久消退，以及PD-L1的反应性和肿瘤表达之间的相关性，这最终被证明是一种有用但不精确的反应预测生物标志物。 2010年见证了ICI发展的第二个里程碑，ipilimumab（易普利姆玛）成为第一种被证明可以延长晚期黑色素瘤患者总生存期（OS）的药物（从中位约6个月延长至10个月）。因此，2011年3月，易普利姆玛成为美国食品药品监督管理局批准的第一种ICI，从而验证了Allison最初提出的免疫治疗方法。 然而，ICI并不是灵丹妙药。尽管ICI通常比其他抗肿瘤药物耐受性更好，但ICI存在多种潜在的严重免疫相关不良事件（irAE）的风险。此外，在几乎所有的癌症中，反应的频率和持续时间都是有限的。初步研究表明，影响干扰素信号传导（JAK1/2突变）和/或抗原呈递机制（B2M突变）的异常是耐药性的机制。 相比之下，具有某些突变特征的癌症会产生大量非自身表位（新抗原），因此对ICI特别敏感。毫无疑问，ICI已经彻底改变了癌症治疗，2018年诺贝尔生理学或医学奖授予Allison和Honjo就是明证。为了进一步开发ICI的治疗潜力，这些药物正在探索用于早期癌症，分别在黑色素瘤和非小细胞肺癌的明确局部治疗后具有批准的辅助和巩固适应症。这些药物也与各种其他治疗方法结合使用，导致涉及化疗和抗血管生成的批准。 然而，必须解决重要问题以进一步改善患者预后，特别是通过改善目前次优的预测生物标志物和减轻irAE。 里程碑9 工程化改造T细胞 T细胞可以有效识别并杀死受感染的细胞，如果它们识别癌症细胞，也可以杀死它们。过继性细胞疗法（ACT）就是利用T细胞的这种细胞毒性能力来根除肿瘤。早期研究显示，经过修饰的T细胞在转移后可以持续数月，这是未来ACT的关键条件。 1989年，Zelig Eshhar及其同事意识到，通过用对这些细胞上的蛋白质具有特异性的抗体部分替换T细胞受体（TCR）的结构域，可以克服T细胞识别表面肿瘤抗原的能力。他们将抗体的可变区与TCR链的恒定区结合，从而产生嵌合抗原受体（CAR），为T细胞提供抗体类型特异性。 表达CAR的T细胞识别并清除靶细胞，并在抗原存在的情况下产生白细胞介素2，这证明了这种方法会引发细胞免疫反应。T细胞对肿瘤抗原的生理识别是由TCR-CD3复合物介导的。然而，仅凭这种复合物不足以引发生产性T细胞反应，这需要共刺激受体的同时参与。 2002年，Michel Sadelain及其同事通过将TCR的细胞内结构域和关键的共刺激受体CD28整合到一个分子中来优化CAR设计，以帮助维持T细胞的扩增、功能和持久性。随后出现了其他类似的第二代CAR，结合了不同的共刺激结构域，如4-1BB，Crystal Mackall及其同事表明，4-1BB可以减少连续CAR信号传导引起的T细胞耗竭，从而提高抗肿瘤疗效。 2010年，James Kochenderfer及其同事在CAR T细胞疗法方面取得了突破，报告了一名晚期滤泡性淋巴瘤患者的肿瘤消退，该患者接受了两次自体T细胞输注，这些T细胞经过基因工程改造，表达了特异性识别B细胞上表达的抗原CD19的CAR。 CAR T细胞在患者中具有活性的发现推进了ACT领域的发展，在接下来的几年里，ACT取得了巨大的进展，在B细胞恶性肿瘤中取得了显著的成果，包括儿童和成人急性淋巴细胞白血病（ALL）、侵袭性B细胞淋巴瘤、慢性淋巴细胞白血病和用CD19 CAR T细胞治疗的多发性骨髓瘤。 与CAR T细胞并行开发的另一种ACT是工程化T细胞以表达识别肿瘤相关抗原的TCR。这种方法具有靶向细胞表面不存在的抗原的优点。尽管T细胞免疫疗法取得了成功，但重要的障碍仍然存在。 由于抗原丢失，疾病复发和对CD19 CAR T细胞治疗的获得性耐药性可能会在初始反应后发生。毒性效应，如细胞因子释放综合征或免疫效应细胞相关神经毒性综合征，也是一个重要的障碍，迫切需要反应和毒性的生物标志物。正在开发新的CAR构建体来解决这些局限性，包括多种抗原靶向CAR、加入细胞因子以提高疗效以及条件性表达CAR以调节CAR活性和安全性。 细胞工程的进步使CAR能够与自然杀伤细胞等其他免疫细胞一起使用，CRISPR-Cas9等基因编辑技术可以解决与CAR设计的复杂性和制造成本相关的局限性。总的来说，这些新方法可以在未来将这些革命性的“活药”扩展到更多的患者。 里程碑10 癌症的表观遗传驱动因素 肿瘤发生通常是一个缓慢的过程，与复杂的遗传改变网络的逐渐积累有关，随着时间的推移，这些改变会失调细胞的增殖和功能。然而，儿童癌症的病因并非如此——在癌症儿童中发现的复发组蛋白突变表明，“癌组蛋白”可能对基因表达产生巨大影响，是许多侵袭性儿童癌症的根本原因。 作为染色质的重要组成部分，核心组蛋白H2A、H2B、H3和H4不仅为真核DNA包装创造了结构骨架，而且对RNA复制、转录和修复的调控至关重要。组蛋白在这些细胞过程中的作用受其翻译后修饰模式的调节，如甲基化或乙酰化，因此取决于组蛋白修饰和染色质重塑酶的活性。研究表明，癌组蛋白通过改变染色质重塑和可及性来干扰转录调控，从而促进肿瘤的发生和进展。 2019年的一份报告表明，癌组蛋白可能不仅限于胶质瘤和肉瘤。在多种肿瘤类型中，已发现所有核心组蛋白的体细胞改变。这些突变是驱动突变还是乘客突变尚不确定，但受影响残基的位置表明，与第一个鉴定的GBM H3癌组蛋白类似，这些突变可能通过干扰翻译后组蛋白修饰和染色质重塑，从而有可能大大覆盖正常的基因表达模式。 在下游，这些变化与激酶信号传导和细胞代谢的改变有关，尽管其潜在机制尚不清楚。这些在理解癌组蛋白在癌症中的作用方面的进展揭示了新的治疗靶点，几种组蛋白脱乙酰酶抑制剂和酪氨酸激酶抑制剂目前正在临床试验中进行测试。新的精准医学努力，根据肿瘤的基因筛查在临床试验中分配治疗干预措施，应该会提高成功的机会。 里程碑11 肿瘤细胞克隆的多样性 下一代测序技术的出现使得癌症基因组的表征具有前所未有的分辨率（里程碑7）。通过将患者的癌症DNA与其种系DNA进行比较，使用来自肿瘤样本中单个细胞随机子集的数十亿份代表基因组的测序读数可构建体细胞突变的详细目录。对一些癌症基因组景观的深入了解有望将癌症治疗转向基因型指导方法。 然而，大多数癌症，甚至是具有明显初始反应的高度药物敏感性肿瘤，都会对靶向分子疗法产生耐药性（里程碑1）。2012年，Gerlinger等人证实了长期以来的怀疑：癌症是高度动态的进化实体，这对个性化医疗提出了重大挑战。癌症基因组的特征是极端异质性，不仅在肿瘤类型、原发性和继发性肿瘤或具有相同组织学肿瘤类型的个体之间，而且在单个肿瘤内也是如此。 癌症作为一种进化过程的概念是由彼得·诺埃尔于1976年提出的，他假设以克隆选择的形式作用于肿瘤的自然选择持续驱动进化适应。诺埃尔的原始进化模型反映了一条基本线性的路径，其中顺序显性克隆是疾病进展的基础。 詹姆斯·戈尔迪（James Goldie）和安德鲁·科尔德曼（Andrew Coldman）随后提出了肿瘤基因异质性助长治疗耐药性的观点，他们认为肿瘤的克隆异质性是癌症治疗导致进化变化的主要因素。令人惊讶的是，来自同一患者的两个样本在基因上没有完全相同，系统发育分析揭示了一种分支模式，而不是线性肿瘤进化。这项研究推动了肿瘤思维的转变——从线性到树状的癌症进化。 突变、基因漂移和选择的进化力量作用于数十亿癌症细胞及其微环境，从而产生肿瘤的突发行为。新的突变和作用于对肿瘤有益的突变的选择推动了亚克隆的扩张；随后，细胞分裂和突变的持续获得产生了进化适应所需的遗传异质性。 里程碑12 靶向非成药性靶点 21世纪初，当数十种激酶抑制剂进入临床时，肿瘤学中的关键非激酶靶点进展相对较小。RAS是一种小的GTPase，是癌症中最常改变的蛋白质之一，因此受到了特别的关注。由于在鉴定RAS抑制剂方面缺乏成功，许多人认为其是非成药性的。 然而，在2013年，Kevin Shokat的实验室开发了一种突破性的KRAS G12C突变体抑制剂，这是非小细胞癌症（NSCLC）中最常见的RAS改变之一。Shokat的化合物与RAS改变形式中位置12处的固有反应性半胱氨酸残基形成共价键，而野生型RAS在该位置有甘氨酸，不与Shokat化合物反应。 这一发现为Wellspring Biosciences奠定了基础，该公司将该化合物转化为更像药物的分子ARS-1620。在这个不断发展的共价RAS抑制剂领域，已经开发出两种药物，并在早期临床试验中显示出疗效：安进的索他西伯（AMG510）和Mirati的MRTX849。 AMG510和MRTX849都与KRAS-G12C中的反应性半胱氨酸形成共价键。在KRAS-G12C驱动的癌症小鼠模型中，这些药物作为单一疗法诱导肿瘤消退。一种更有前景的泛突变方法是靶向RAS与其下游效应器或SOS（一种激活RAS的鸟嘌呤核苷酸交换因子）之间的相互作用。 基因泰克、勃林格殷格翰和包括Terence Rabbitts在内的学术研究人员使用基于结构的设计来鉴定抑制这些相互作用的化合物，从而抑制下游信号传导。此外，靶向降解可能对这些其他不可药用的蛋白质有用。蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）是合成的E3连接酶，它结合靶蛋白并标记它们进行泛素介导的降解。 最初于2001年在Craig Crews的实验室中构思的第一个诱导雄激素受体降解PROTAC于2020年成功完成了一项I期试验，显示出一些抗肿瘤疗效的迹象。尽管许多非激酶癌症靶点仍然不稳定，但共价KRAS抑制剂和PROTAC的成功表明，开发靶向这些蛋白质的治疗化合物极具前景。 里程碑13 肠道菌群对肿瘤治疗的影响 定植于胃肠道黏膜的共生细菌深刻影响宿主的生理功能，包括代谢、细胞增殖、炎症和免疫。这些效应是由驻留细菌产生小分子和代谢物的能力以及在肠道屏障和全身与宿主免疫细胞协调串扰的能力所驱动的。 2013年，Laurence Zitvogel和Giorgio Trinchieri团队的两项开创性研究显示，完整的肠道微生物群对先天免疫系统和适应性免疫系统的启动对于三种抗癌方案的有效性至关重要。 如今，越来越多的研究已经表明，肠道微生物群的组成差异与ICIs的临床反应有关。重要的是，用无反应患者的粪便移植重建无菌小鼠，通过抑制局部和全身免疫来削弱PD-1阻断的抗肿瘤作用，从而表明肠道微生物组的组成可能是导致ICIs主要耐药性的一个因素。 肠道微生物群落具有强大的力量，可以调节对一系列治疗方式的反应，这一证实提出了一种有趣的可能性，即基于微生物的疗法最终可以在临床环境中实施。例如，操纵人体肠道微生物群可以采取饮食干预和益生元补充、粪便微生物群移植以及细菌群落或益生菌给药的形式。 然而，在这些可能性在治疗患者中实现之前，还需要做更多的工作来识别和验证可靠的预测微生物组生物标志物，并从根本上确定什么才是真正构成能够驱动有效癌症治疗反应的有利微生物组。 里程碑14 AI革命 组织病理学是目前癌症诊断的“金标准”。尽管组织切片的解释是主观的，但临床基因组学的出现通过识别可操作的肿瘤弱点，有助于完善患者分层和临床决策。然而，组织学评估和测序方法都是耗时且昂贵的，而且它们在不同机构之间往往会产生不一致的结果。而借助大数据和人工智能（AI）领域，可以生成预测模型，实现临床级自动化诊断，并促进临床医生的工作流程以实现准确诊断。 过去十年，数字化临床数据量激增，包括电子健康记录、基因组学和数字生物医学图像。也许是因为其标准化的高质量数据收集协议，以及比其他临床数据类型更少的固有缺失数据挑战，医学成像已成为人工智能在医学领域取得成功的前沿。 计算机视觉使一些最引人注目的研究能够从数字化图像中预测分子和病理线索。从数字图像中检索到的信息水平在速度以及推断和检测人类感知中隐藏的微妙特征的能力方面都超过了人类的能力。 2017年，Esteva等人发表了一项应用于癌症检测的计算机视觉领域的里程碑式研究。作者使用大量皮肤状况的数字图像数据集来训练和验证一个深度卷积神经网络，该网络能够以与训练有素的皮肤科医生相似的精度区分良性和恶性病变。 这些发现引发了进一步的研究，旨在了解是否可以从组织学模式中确定肿瘤与正常组织分类之外的其他特征——这是一项训练有素的病理学家可以很容易地通过视觉进行的任务。Coudray等人的概念验证工作提供了第一个确凿的证据，表明对肿瘤组织切片的深度学习可以预测驱动突变并对肿瘤亚型进行分类。 后续工作表明，如果数据集足够大，可以在不需要事先数据管理的情况下实现高诊断准确性。而有研究已经扩大了这些算法在检测多种癌症的分子足迹和预后相关性方面的适用范围。 参考文献： https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/immersive/d42859-020-00083-8/index.html 【转载声明】本文转载自“BioMed科技”微信公众号。 同写意媒体矩阵，欢迎关注↓↓↓

▎药明康德内容团队报道“合成致死”是指两个非致死基因同时被抑制，导致细胞死亡的现象。利用这一机制找到肿瘤中的特异突变，再找到它的“合成致死搭档”，将有望特异性杀死癌细胞。众所周知的PARP抑制剂是首个利用“合成致死”概念在临床上取得成功的药物。PARP抑制剂之外，科学家们也在探索一些其它的“合成致死”新靶点，以期给癌症患者带来更多的治疗选择，ATR就是被寄予厚望的靶点之一。据不完全统计，当前全球范围内已有至少15款ATR抑制剂进入到临床试验阶段，研发公司既有诸如阿斯利康、德国默克、罗氏、拜耳等国际大药企，也有恒瑞医药、英派药业、正大天晴等中国公司。那么，ATR与疾病到底有何关联？当前，ATR抑制剂的开发现状是怎么样的？它们又有望惠及哪些患者？本文中就让我们来一起了解下。图片来源：123RF——✦ATR：癌症治疗新靶点✦——2005年，距离首次报道癌细胞有丝分裂图异常一个多世纪后，两项开创性的研究揭示了人类癌症中DNA损伤反应（DDR）的广泛激活。这些研究表明，癌细胞中基因组不稳定性的起源可能与DNA复制过程中出现的问题有关。此后不久，几份报告证实癌基因的表达会诱导复制应激（Replication Stress，RS）[2]。ATR中文全称是共济失调毛细血管扩张症和Rad3相关蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶，它与毛细血管扩张共济失调突变（ATM）、DNA依赖性蛋白激酶催化亚基(DNA-PKcs)一起形成DNA损伤反应的核心激酶。虽然这三种激酶的序列相似，但它们针对的DNA损伤反应并不相同。其中，ATM和DNA-PKcs主要出现在DNA双链断裂修复中，ATR主要出现在复制应激中。图片来源：123RF现在人们已经知道，ATR是PI3K相关激酶（PIKK）家族的成员，也是细胞复制应激反应（RS Response，RSR）的中心介质，其调节细胞周期检查点的激活和DNA复制，以控制细胞分裂并保护基因组完整性。ATR主要感知复制叉停滞位点或其他DNA损伤来源引起的广泛单链DNA断裂并被激活。激活后，ATR通过启动一系列协调的下游反应来转导该信号，最终导致细胞周期进程的停滞和停滞的复制叉的稳定，从而实现DNA修复。研究发现，激活后的ATR会磷酸化多种下游底物，尤其是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶CHK1。抑制ATR-CHK1信号通路会导致广泛的基因组不稳定、DNA双链断裂和复制叉崩溃。此外，抑制ATR还会导致不适当的细胞周期进展，无论复制压力或DNA损伤如何，都会过早进入有丝分裂，从而引发有丝分裂灾难和细胞凋亡[1]。总体而言，现有数据支持RS是癌症基因组不稳定性的主要来源，并且不断受到RSR的抑制。RSR因子在具有高水平复制损伤的癌症中被积极选择，这使得肿瘤细胞能够在RS存在的情况下生长。而且，越来越多的证据表明，许多具有高水平RS的肿瘤特别容易受到ATR缺失的影响。这些研究发现为开发ATR抑制剂治疗癌症提供了基础。——✦ATR的“合成致死”搭档✦——生物标志物的测定对于ATR抑制剂的开发至关重要，然而目前尚未建立起针对ATR抑制剂反应的整体生物标志物。目前正在研究的潜在生物标志物包括容易导致复制应激累积的个体基因组改变、能表明RSR升高的基因特征等等。ATM在DDR和RS的调节中与ATR具有重叠的功能，因此ATM功能障碍被描述为通过增加对ATR-CHK1信号通路的依赖，从而与ATR抑制剂组成“合成致死”搭档。因为染色质重塑复合物也部分参与DNA修复，具有肿瘤抑制功能的特定表观遗传修饰因子的缺陷也被认是ATR抑制作用的“合成致死”搭档，例如ARID1A、SETD2、PBRM1和转录激活因子BRG1（也称为SMARCA4）等。▲在合成致死相互作用的筛选中已鉴定出具有作为生物标志物潜在价值的基因组改变。（图片来源：参考资料[1]）众所周知，癌细胞利用端粒酶或替代性端粒延长(ALT)来维持端粒长度并实现复制永生。在癌细胞中，ATRX的缺失会导致细胞周期调节受损以及DNA复制后RPA-端粒关联持续存在。有研究发现，在ATRX缺失的癌细胞中抑制ATR会导致ALT破坏并引发染色体断裂和细胞凋亡，预示ATRX异常也可能是ATR抑制剂的潜在生物标志物。除了上述单个基因组改变之外，化学遗传学筛选还可以鉴定广泛的其他潜在基因组改变，作为ATR抑制剂的“合成致死”搭档，其中包括：RNAse H2复合体缺陷；APOBEC3A/B的改变；致癌基因激活，例如MYC扩增；RAS突变或NF1功能丧失；其他细胞周期检查点/DNA修复蛋白的缺陷，包括CCNE1扩增、TOPBP1、CDK12和ERCC1/XRCC1；剪接体热点突变，包括SF3B1、U2AF1和SRSF2；其他的还包括SPOP突变、PAX3-FOXO1融合癌基因表达、STAG2丢失或胞质铁硫(Fe-S)蛋白组装复合物的破坏等。不过，文章也指出，仍需要更进一步的数据来更好地理解这些改变与ATR抑制剂临床应用的相关性。——✦10余款ATR抑制剂进入临床阶段✦——ATR在调节RSR中的关键作用使该蛋白成为抗癌药物开发的一个有吸引力的靶标，可用于治疗复制应激升高或DNA修复缺陷的癌症。然而，由于ATR蛋白体积较大，开发特异性且有效的ATR抑制剂具有挑战性。同时，因为ATR活性仅限于S-G2期，并且所有磷脂酰肌醇3激酶相关激酶（PIKK）中的活性位点具有高度同源性，这使药物的选择性变得复杂。第一种被发现能抑制ATR的化学物质是咖啡因。然而，咖啡因在实验中使用的剂量非常高，它也会抑制其它几种PIKK。接下来，天然存在的化合物五味子素B被证明可以抑制ATR并消除G2-M期的检查点激活，尽管使用的浓度也很高。后来，科学家们通过几种不同的方法发现了有效的ATR抑制剂。例如，研究人员通过添加4-羟基-他莫昔芬可以在哺乳动物细胞中随意释放ATR活性的细胞系统的开发，使得基于细胞的高通量显微镜筛选特异性阻断ATR活性的化合物成为可能。同时，还有研究人员使用CHK1磷酸化作为ATR激活的指标发现CDK2抑制剂NU6027也可以作用于ATR。此外，科学家们直接使用重组ATR进行体外激酶反应，也鉴定了一系列以ATR为靶点而不影响ATM或DNA-PKcs的化合物。随着ATR领域研究的不断进展，全球范围内已涌现出了越来越多的ATR抑制剂。据不完全统计，目前至少有15款ATR抑制剂已进入到临床试验阶段，研发企业既有阿斯利康（AstraZeneca）、德国默克（Merck KGaA）、罗氏（Roche）、拜耳（Bayer）等国际药企，也有英派药业、正大天晴、恒瑞医药、泰德制药、智康弘义等中国公司。从适应症来看，这些在研ATR抑制剂主要针对不同的实体瘤，只有少数在研药物在开发针对血液癌症的临床研究。研究发现，单药之外，ATR抑制剂与化疗、PARP抑制剂、PD-1/-L1抑制剂等联用也能表现出良好的治疗效果。因此，联合治疗已成为ATR抑制剂的一个主要探索方向。从上表可以看出，目前有不少在研ATR抑制剂正在开展组合用药的临床研究，用药“搭档”主要包括放射治疗、化疗、PD-1/PD-L1抑制剂、PARP抑制剂。▲ATR抑制剂的潜在联合用药搭档（图片来源：参考资料[1]）上述靶点之外，在过去几年中，临床前研究也发现了越来越多其它在被抑制后有望与ATR抑制剂产生协同作用的潜在靶点，包括AXL、BET、exportin-1、Aurora激酶、CTP合酶和雄激素信号传导等。此外，还有研究发现ATR抑制剂和抗体偶联药物（ADC）组合也有可能产生协同的抗肿瘤作用。 ——✦挑战和未来✦——整体而言，ATR抑制剂的开发还处于早期阶段，目前尚未有产品上市。根据今年2月发表在Nature Reviews Clinical Oncology上的一篇综述，围绕ATR抑制剂未来开发的几个挑战仍然存在，包括：1）如何确定生物标志物，以便可以精准地选择患者；2）如何建立最佳给药方案和合理的组合治疗策略，使ATR抑制剂的获益最大化，同时使毒性最小化；3）如何分析该药物类别内药物之间的特异性差异性。这篇文章指出，ATR领域的进一步药物开发工作应优先考虑预测生物标志物的识别和完善，阐明ATR抑制剂的耐药机制，以及开发合理的组合，同时了解ATR功能的亚效性及其与不同RSR机制的串扰。希望随着研究的进展，靶向ATR的药物开发领域能取得更多突破，早日为癌症患者带来新的治疗选择。参考资料：（可上下滑动查看） [1]Ngoi, N.Y.L., Pilié, P.G., McGrail, D.J. et al. (2024) Targeting ATR in patients with cancer. Nat Rev Clin Oncol . https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41571-024-00863-5[2]Lecona, E., Fernandez-Capetillo, O. (2018)Targeting ATR in cancer. Nat Rev Cancer . https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41568-018-0034-3[3]中国药物临床试验登记与信息公示平台官网. From http://www.chinadrugtrials.org.cn/index.html[4]Clinicaltrials网站，From https://www.clinicaltrials.gov/[5]各公司公开资料。本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「医药观澜」微信公众号留言联系我们。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。

引言p53是最重要的抑癌基因，功能广泛而强大。自从1979年p53蛋白被发现以来，p53一直是分子生物学和肿瘤学的“明星分子”。在PubMed数据库中用p53为关键词搜索，可以找到超过十万篇文献。在 Nature 杂志2017年的一项统计中，p53以绝对优势位列过去几十年最热门研究基因榜第一名。2024年是p53蛋白被发现45周年。为庆祝这一事件，2024年5月9日，美国哥伦比亚大学欧文医学中心顾伟教授课题组（刘彦卿博士为第一作者）应邀在 Cancer Cell 杂志撰写了题为：Understanding the complexity of p53 in a new era of tumor suppression 的长文综述。该综述全方位地总结了p53的发现、结构、功能、调节、在生理病理过程中的作用、作为疾病治疗靶点的潜力，以及p53研究领域的一些未解之谜。一、p53的发现、进化与结构p53的研究在过去几十年经历了几次关键的转折，是现代分子肿瘤学发展的一个缩影。1979年，多个实验室在SV40以及其它方式转化的细胞进行研究时独立发现了p53蛋白。最初，p53被认为是一个促进细胞转化的癌基因。然而，1989年一系列论文揭示野生型p53（WT p53）实际上是一个肿瘤抑制因子（图1）。图1 p53研究领域里程碑发现人类p53基因家族包含三个成员p53\p63和p73。该家族起源于至少8亿年前，随后发生基因复制和结构多样化从而产生这三个家族成员。一个有趣的发现是p53家族基因存在于一些单细胞真核生物中，例如领鞭毛类Monosiga brevicollis，这表明p53家族在多细胞生物的进化可能存在重要作用。单细胞真核生物中的p53家族基因被认为可以维持基因组稳定性以应对各种刺激。而p53基因出现在最早的脊椎动物中，并在进化上一直保守。鉴于低等生物患癌症的风险极小，p53家族在低等生物中的存在是引人注目的。这就提出了一个关于p53家族在进化中的最原始功能的问题。该家族最初可能参与维持生殖细胞的完整性，其众所周知的肿瘤抑制能力是在很久以后才获得的。p53蛋白的主要是作为一个转录因（TF）调控基因表达，但它也存在TF非依赖的功能（图2）。人类的全长p53蛋白（FLp53）包含393个氨基酸，这些氨基酸被组织成五个不同的结构域：N端转录激活结构域（TAD）、富含脯氨酸的结构域（PRD）、中间的DNA结合结构域（DBD）、四聚化结构域（TD）和C端调节结构域（CTD）。p53的 TAD分为两个子结构域TAD1和TAD2。在未受刺激的细胞中，p53蛋白同时以单体、二聚体和四聚体的混合状态存在，其中二聚体占主导地位。在不同类型的刺激信号（包括DNA损伤、癌基因激活、核糖体应激、端粒损伤、营养缺乏和缺氧等），p53蛋白通过其TD快速组装成功能性四聚体（一个“二聚体的二聚体“结构”）。通过使用 DBD，该四聚体可识别位于靶基因启动子或增强子处的p53结合位点以调节转录。p53的DBD折叠很好，其结构已被解析。然而，p53的TAD和CTD存在很多无序区，导致其并没有一个确定的结构。但这一特点有利于它们与转录相关的cofactor相互作用。这些无序区也可能通过与别的蛋白发生相分离介导转录活动。这两个结构域也是进行翻译后修饰 (PTM) 的主要区域。此外，PRD也有助于p53的转录调节活性。p53通过由两个十聚体重复组成的特定反应元件（RE）被招募到 DNA：RRRCWWGYYY（R，嘌呤；W、A 或 T；和 Y，嘧啶）。p53直接调控300多个靶基因的转录。而考虑到间接调节的基因，p53可以调节数千个基因的表达。目前大多数被报道的p53靶基因是蛋白质编码基因，但p53还调节各种非编码 RNA，比如miRNA、lncRNA，甚至circRNA。二、p53的调节：蛋白翻译后修饰是关键为了准确地执行其多方面的功能，p53的表达和活性需要在蛋白质、DNA和RNA水平上受到精细和多层次的调控（图2）。图2 p53的调节蛋白层面的调节p53蛋白可经历多种类型的PTM，包括ubiquitination、phosphorylation、acetylation、methylation、SUMOylation、NEDDylation、OGlcNAcylation、ADP-ribosylation、UFMylation、hydroxylation、β-hydroxybutyrylation、sulfation及isoLG adduction。不同的刺激信号决定PTM的位点和类型。p53的许多PTM是可逆的。PTM对p53的影响包括改变其蛋白质水平、细胞定位、cofactor招募、靶基因选择性，甚至蛋白质聚集。其中，泛素化、磷酸化和乙酰化在影响p53功能方面最常见且最有影响力。泛素化通常发生在p53 的C赖氨酸残基处。MDM2是最著名的p53调节因子，它使p53发生泛素化而受到降解，以维持未受刺激的细胞中的低p53水平或将核p53输出到细胞质。许多刺激和调节因子是通过减轻MDM2的抑制来激活p53。例如，p14ARF蛋白可以通过抑制MDM2介导的p53降解来稳定p53。支持MDM2介导的p53抑制的重要性的令人信服的证据来自小鼠模型，其中MDM2缺陷引起的胚胎致死可以通过敲除p53来回复。有趣的是，MDM2本身就是p53的靶基因。MDM2-p53构成的反馈环路是p53相关通路的核心。MDMX（或MDM4）是MDM2的家族成员，虽然其本身缺乏E3泛素连接酶活性，但可以与MDM2形成异二聚体，增强p53的降解。其他可降解p53的E3泛素连接酶包括ARF-BP1/HUWE1、COP1、CHIP和Pirh2。 丝氨酸和苏氨酸磷酸化位点分布在整个p53蛋白。ATM对p53的磷酸化是最早用于解释p53如何响应DNA损伤的机制。S15、T18和S20的磷酸化会破坏MDM2对p53的结合和抑制，同时增强p53与CBP等转录辅助因子的相互作用。其结果是p53介导的转录被激活，诱导细胞周期停滞和细胞凋亡。严重的DNA损伤进一步使p53在S46处磷酸化，从而加强细胞凋亡。p53乙酰化的发现是最早发现非组蛋白也可以发生乙酰化的例子。DBD中几个赖氨酸残基的乙酰化对于p53激活的能力至关重要，可以以启动子特异性的方式影响细胞周期停滞、细胞凋亡、衰老、铁死亡和mTOR通路。p53乙酰化在肿瘤抑制中的作用可以通过一系列乙酰化缺陷型（KR mutation）基因敲入小鼠模型得到最好的说明。例如，尽管p53-3KR突变体保留了其DNA结合活性，但却不能激活p21等主要靶基因。然而 p53-3KR突变小鼠却不易患肿瘤。而p53-4KR和p53-5KR突变体进一步消除了p53调节铁死亡和mTOR通路的能力，使得p53基本丧失肿瘤抑制功能。值得注意的是，CTD乙酰化的作用很复杂：CTD相同的赖氨酸残基也可以发生甲基化、泛素化、SUMOylation和NEDDylation等修饰。因此，CTD乙酰化缺陷突变体（p53-6KR和p53-7KR）小鼠未能表现出对肿瘤抑制的显著影响，因为这些突变体同时消除了不同类型PTM对p53功能的正面和负面影响。事实上，模拟乙酰化 (p53-KQ)的突变小鼠在转录和肿瘤抑制中表现出明显的p53激活（即便p53蛋白水平并未显著增加），这一发现强调了CTD乙酰化在体内状态的作用。总而言之，多种多样的蛋白修饰类型一起调节了p53的活性。值得注意的是，虽然in vitro研究表明很多PTM都对p53的功能有重要影响，但这些结果在in vivo状态未必可以得到重复。要想弄清某种蛋白修饰对p53的功能影响，最合适的是使用knock-in的小鼠模型。在蛋白质水平上，cofactor是另一个影响p53活性的重要因素。p53蛋白可以与多种cofactor结合，包括activator和inhibitor，这对其蛋白折叠、稳定性、细胞定位、DNA 结合、转录激活能力和靶基因选择有重要影响。例如，许多分子伴侣可以调节调节p53的折叠和稳定性。MDM2和MDMX结合p53的TAD以抑制其转录激活活性（不依赖于与MDM2作为E3泛素连接酶的作用）。多种转录调节因子（例如PBRM1、SET和Dicer）能够与p53相互作用。m6A甲基转移酶复合物的组成部分METTL3和 RBM15与p53相互作用，选择性地修饰部分p53靶基因的mRNA。 局部的染色质结构和表观遗传状态在决定p53的DNA结合和有效转录激活方面也起着至关重要的作用。在胶质母细胞瘤中，BRD8通过在p53靶基因位点招募组蛋白变体H2AZ来维持抑制性的染色质状态，从而阻止p53的结合。而TRIM24可以同时结合 p53和未甲基化的H3K4，阻止p53打开染色质。p53还可以与其他临近结合的TF合作建立易接近的染色质状态并增强转录。DNA和RNA层面的调节p53基因拥有两个启动子，从而导致选择性转录起始。p53基因的启动子区域可以发生DNA甲基化和组蛋白甲基化，从而影响p53基因本身的转录。多种转录因子可以控制p53基因的转录。p53的pre-mRNA可以发生选择性剪接。此外，p53 mRNA的稳定性、细胞定位和翻译都受到严格调控。另外，p53的激活是不是一个简单的“全或无”的模式，而是一个高度动态的过程。细胞的异质性、刺激的特性、上述多样化的调控因素以及其下游靶基因的稳定性共同决定了p53活性的动态变化。p53的variant、isoform和家族成员上述调节主要针对野生型p53。除此之外，p53还存在多种变体（包括单核苷酸多态性SNP和突变体）、不同转录本（isoform）和另外两个家族成员p63和p73。p53 SNPs: twins are differentP72R多态性是p53研究最广泛的SNP。与R72变体相比，P72变体诱导细胞凋亡的能力较弱，因此与R72变体相比，其个体寿命更长，但癌症死亡率更高。然而，也有报道称，携带R72变体的小鼠比P72的小鼠表现出更高的代谢功能障碍倾向，但它们也表现出雌性胚胎着床率的提高。p53基因中还有一些种族特异性的SNP，可能影响疾病易感性和治疗。p53 mutants: guardian has a dark side除了SNP之外，p53基因还会经历其他类型的遗传变异，例如基因缺失，以及更常见的基因突变。p53是癌症中最常见的突变基因之一，超过一半的癌症具有突变的 p53。错义突变是p53的主要突变类型。p53错义突变有6个最主要的突变位点：R175、G245、R248、R249、R273和R282，均位于DBD。它们的突变占p53所有错义突变的近 30%。其他错义突变发生率相对较高的位点包括H179和Y220。所有错义突变都能不同程度地影响p53的热稳定性。一般来说，p53的错义突变可分为“接触突变”和“结构/构象突变”。接触突变维持p53的整体构象但破坏了p53与DNA的结合（例如R248W和R273H）；而结构/构象突变则显著改变DBD的构象和稳定性（例如R175H、G245S和R249S），均会破坏p53的转录激活活性。R196、R213、R306和R342是p53无义突变的主要位点。虽然大多数癌症患者的p53突变发生在其体细胞中，但Li-Fraumeni综合征(LFS)患者携带一个生殖细胞来源的p53突变。他们一生中患一种或多种癌症的风险高达90%，其中50%在30岁之前罹患癌症。值得注意的是，正常体细胞也可能含有p53突变和其他致癌突变，这引出了一个问题：这些细胞在某些条件下是否更容易发生癌变。突变体p53的功能可归因于三种不同的效应：1）功能缺失（LOF）：突变体p53失去WT p53的活性。例如，p53突变体诱导细胞周期停滞和细胞凋亡的能力常常受到损害。2）显性负效应（DNE）：突变体p53干扰剩余的WT p53的功能。在人类多能干细胞中，突变型p53促进细胞自我更新。然而，正常组织中的这种DNE可能不像癌细胞中那样常见，因为正常细胞中突变型p53的水平通常保持在较低水平，类似于WT p53。3）功能获得（GOF）：突变体p53获得了缺失WT p53所未观察到的额外活性，通常是通过与特定cofactor的相互作用来实现。突变体p53的GOF很大程度上归因于其在癌细胞中可以积累到很高水平。例如，突变体p53可以与WT p53和其他肿瘤抑制因子（例如p63和p73）发生聚集。p53热点突变体可能获得抑制铁死亡的活性，从而促进肿瘤生长。通过调节促转移基因的表达，p53突变体能够增强不同小鼠模型中癌细胞的转移潜力。尽管大量证据表明p53突变体GOF的重要性，最近的一项研究表明，在不同的实验设置下，LOF比GOF更为关键。然而，将p53突变的功能仅归类为这三种效应之一过于简单化。GOF还是LOF在体内发挥更主导的作用可能取决于具体情况。很明显，p53突变引起的总体效果是上述所有三种效应综合作用的结果。p53 isoforms: one root, many branches除了全长p53（FLp53）之外，p53基因还可以产生其它转录本（isoform），这是由启动子选择、选择性剪接、选择性翻译，甚至FLp53的翻译后切割引起的。由四种不同 N 末端（ATG1、Δ40、Δ133和Δ160）和三个不同的C末端（α、β和γ）的不同组合方式，p53蛋白有至少12 种典型isoform。这些isoform的表达取决于其种类、发育阶段、组织类型，并且还受到各种调节机制的影响。这些isoform可能具有独特的活性。整体而言N端亚型比C端亚型得到更好的研究。特别地，它们在不同的癌症中经常表达异常。例如，Δ40p53抑制肿瘤细胞生长，而Δ160p53可以与突变型p53协作促进肿瘤发生。p63 and p73: siblings stand togetherp53与p63和p73具有高度的结构相似性，尤其是在它们的DBD。然而，它们在结构上也存在差异。这些结构特征导致这三种蛋白质之间既有共同，又有不同的功能。p63和p73都能够调节许多p53的靶基因并表现出肿瘤抑制活性。与p53相比，p63和p73在生殖细胞保护、生育力维持和发育调节方面发挥更多作用。例如，p63敲除（KO）小鼠表现出肢体、颅面和上皮发育缺陷，而p73 KO小鼠则表现出神经系统异常。三、p53的功能：多样性与复杂性p53可以调节多种功能，这些功能共同组成了复杂的p53功能网络（图3）。图3 p53的功能以及其在生理病理过程中的作用细胞周期停滞、凋亡、衰老与基因组稳定性诱导细胞周期停滞、凋亡和衰老是p53最早被发现的几项功能。各种刺激信号可以诱导p53发挥这些功能，其中DNA损伤是最有效的刺激类型。DNA损伤后，p53蛋白被稳定并激活以阻止细胞周期进行，为细胞提供时间窗口和足够的物质和能量，以修复受损的DNA。如果损伤太严重而无法修复，p53就会引发细胞凋亡和衰老，以消除受损的细胞。值得注意的是，p53激活的结果还取决于细胞和DNA损伤的类型。这三种功能被广泛认为是p53预防肿瘤发生的主要屏障。另外，p53也能被CRISPR-Cas9编辑基因组时产生的DNA损伤激活，从而降低基因编辑的效率。另一方面，未能消除受损细胞会导致基因组不稳定。p53的缺失，包括失杂合性（LOH）和双等位基因失活或缺失，会促进基因组不稳定并驱动肿瘤细胞基因组的进化。p53被誉为“基因组的守护者”。p53可以直接促进DNA伤修复。事实上，许多p53靶基因有助于DNA修复过程。然而，目前仍不清楚p53介导的这些DNA修复相关靶基因的激活是否足以独立于其他p53功能从而抑制肿瘤发生。代谢和铁死亡p53是调节葡萄糖、脂质、氨基酸、核苷酸、铁和氧化还原代谢的重要调节因子（参见一阴一阳之谓道：顾伟实验室总结p53基因在肿瘤代谢中的复杂作用）。此外，它还调节自噬，并与AMPK、AKT和mTOR等关键代谢调节因子存在广泛的交互作用。p53的这一功能将其与多种代谢性疾病（包括癌症）联系起来。一般来说，p53抑制合成代谢过程（例如脂肪从头生成和核苷酸合成），同时促进分解代谢（包括氧化磷酸化、脂肪分解和脂肪酸氧化）。增强的糖酵解会产生多种用于癌细胞生物合成的分子原料（Warburg效应），因此也会受到p53的抑制。p53的这些代谢功能抑制了癌细胞快速增殖的需求，从而导致肿瘤抑制。然而，p53在许多代谢过程中表现出双向作用。这种矛盾的活动本质在于p53功能的复杂性。p53在ROS控制中的作用提供了一个很好的例子。当ROS强度较低时（代表轻度、短暂、可耐受和可缓解的刺激），p53发挥抗氧化作用，减少ROS，保护细胞免受损伤（促生存）。相反，当ROS水平过高并可能造成无法控制的损伤（代表严重、长期、有害且无法缓解的刺激）时，p53会进一步提高ROS水平，导致细胞死亡，从而保护附近未受损的细胞（促死亡）。铁死亡是一种铁依赖的受调节细胞死亡方式，发生在脂质过氧化水平过高时，与代谢途径密切相关。p53是铁死亡的主要调节因子之一（参见重新界定铁死亡基本类型：顾伟实验室总结p53在铁死亡调节中的复杂作用）。p53的几个代谢靶基因（包括SLC7A11、VKORC1L1、GLS2和PLTP）直接参与调节铁死亡。与DNA损伤反应期间的细胞凋亡类似，铁死亡能够消除代谢应激过程中严重受损的细胞。p53介导的铁死亡被认为是肿瘤抑制中的重要武器。有趣的是，一个非洲人群特异性p53 SNP可能减弱p53诱导铁死亡的能力从而损害了其肿瘤抑制功能。与细胞凋亡不同，经典铁死亡的发生通常需要用铁死亡诱导剂（例如GPX4抑制剂）对细胞进行处理。值得注意的是，最近的一项研究表明，在缺乏常见铁死亡诱导剂的情况下，PHLDA2介导的磷脂酸过氧化会触发非经典铁死亡反应。由于p53能够同时促进经典和非经典铁死亡过程，因此一个有意思的问题是哪种铁死亡途径在p53介导的肿瘤抑制中发挥了更重要的作用。干细胞与细胞竞争干细胞与癌细胞有许多相似之处，包括持续增殖能力、代谢重编程和核心的转录因子网络。因此，p53在各种类型的干细胞中限制细胞干性并调节细胞命运。在胚胎干细胞（ESC）中，p53抑制维持干性的基因，同时激活促进分化相关的基因。在成体干细胞（ASC）中，p53抑制细胞自我更新、促进干细胞耗竭、维持干细胞静止或刺激分化。p53限制细胞干性的能力对其肿瘤抑制功能至关重要，因为这可以阻碍癌症干细胞的形成。p53调节的特异性分化途径有助于肺癌的肿瘤抑制。p53的丢失或突变可能会导致癌症中的去分化、细胞重编程和细胞可塑性增加。产生诱导型多能干细胞（iPSC）的过程类似于去分化和细胞癌化。p53是这一过程中的主要抑制因子之一，沉默p53可以大幅提高产生iPSC的效率。细胞竞争在正常发育、组织损伤修复、肿瘤进化和转移中至关重要。 一般来说，由于p53抑制合成代谢和增殖，同时促进细胞死亡，不利于细胞在竞争中胜过邻近细胞，因此高水平的p53活性往往标志着细胞竞争中的“失败者”状态。然而，有研究表明果蝇里的超级竞争者细胞需要p53活性才能消除附近的正常细胞。p53对细胞竞争的调节具有重要的生理意义。携带突变p53的细胞可能会发生克隆扩增，可能驱动肿瘤的发生和进化。这些p53突变细胞并不总是被保留，因为它们可能通过与附近的正常细胞竞争而经历坏死性凋亡，或者被具有更高适应度的其它基因突变的细胞所淘汰。肿瘤转移p53以细胞自主和非自主的方式在多个阶段抑制转移。在肿瘤细胞中，p53限制其移动性和上皮-间充质转化（EMT）过程。循环系统中的转移性癌细胞可能会发生失巢凋亡和铁死亡，这两个过程均可以被p53促进，以防止癌细胞迁移到新位点。在转移扩散的每一步，癌细胞都会采用专门的代谢程序来满足其能量和生物分子的需求，p53则可能抑制这些细胞代谢过程。另一方面，p53塑造了不利于转移的肿瘤微环境（TME）。例如，p53抑制血管生成和淋巴管生成，阻断通过血液和淋巴系统这两条的要转移途径。它还可以维持细胞外基质的完整性，增强肿瘤细胞在其上面的粘附，限制肿瘤细胞的运动。此外，p53还可以激活抑制肿瘤转移的炎症反应。免疫p53的另一个重要功能是调节免疫反应。p53通过多种机制在先天免疫和适应性免疫中发挥作用。肿瘤细胞和非肿瘤细胞中的p53协同构建肿瘤抑制免疫网络。在肿瘤细胞中，p53通过上调miR-34间接抑制PD-L1表达，使肿瘤细胞对抗肿瘤免疫反应和免疫治疗敏感。p53激活cGAS-STING通路以诱导抗肿瘤活性。在小鼠肝癌模型中，恢复p53表达会诱导肿瘤细胞衰老，引发炎症细胞因子的释放，并引发先天免疫反应以消灭肿瘤细胞。在肝星状细胞中，p53诱导的细胞衰老也表现出肝癌抑制作用—通过建立衰老相关分泌表型（SASP），可增强M1巨噬细胞极化以维持肿瘤抑制性TME。在小鼠骨髓前体细胞的亚型中，p53驱动其分化为Ly6c+CD103+单核抗原呈递细胞，从而增强抗肿瘤免疫。肿瘤细胞或TME细胞中p53的缺失可以将肿瘤抑制性免疫微环境逆转为免疫抑制状态，促进肿瘤细胞的免疫耐受或逃逸，或建立有利于肿瘤转移的炎症环境。突变的p53可能会刺激肿瘤细胞免疫逃避。有趣的是，p53突变体本身可以产生作为肿瘤免疫治疗靶点的肿瘤抗原。p53也参与自身免疫反应和针对各种病原体的免疫防御。值得注意的是，并非p53的所有免疫相关活性都会促进免疫细胞功能或有益于健康。p53可能抑制某些T细胞亚型的增殖和功能。例如，p53抑制抗原非特异性CD4+T细胞增殖，这一过程可以通过T细胞受体（TCR）信号通路消除。一些病毒依赖于p53引起细胞周期停滞来进行复制。p53功能的再思考p53是一个强大的调节因子，具有一系列多样化且复杂的功能，很难仅用几句话来概括其作用。这些功能由这种单一蛋白质精细协调，以实现统一的生物学目的。一些简化的表述通常被用于描述p53的工作模式，例如“基因组的守护者”、“保护者或杀手”、以及“促生存或促死亡”。p53的工作模式源于低等生物中p53同源基因对生殖细胞的保护。人类p53在体细胞中发挥类似的保护作用。在大多数表达p53或p53样基因的物种中，该基因本质上是一个刺激反应因子，而不仅仅是肿瘤抑制因子。因此，p53也可以被称为“细胞卫士”。p53的肿瘤抑制作用可能是一种巧合，因为它的一些卫士功能本质上与许多癌细胞特性是拮抗的。因此，p53的正常活性附带地抑制了肿瘤的发生和发展。四、p53在生理病理过程中的作用基于其广泛的功能，p53在正常生理活动中有重要作用。另外，p53也在疾病中发挥正面或负面的作用（图3）。生殖、发育、再生、修复和衰老p53主要影响雌性的生殖。p53可以转录激活激活LIF基因，这是胚胎着床的关键细胞因子。p53缺失的雌性小鼠中较低的LIF水平会导致着床失败。在35岁以下不孕女性中，p53的P72变体（对LIF转录激活作用比R72更弱）的比例更高，表明p53活性与着床率之间存在正相关。p53对发育的调节源于其在细胞周期、细胞死亡、干细胞和细胞竞争中的关键作用。p53维持胚胎干细胞的基因组完整性，促进分化，维持正常发育。早期发育中的p53必须受到控制，p53失调（缺失、过度激活或突变）与小鼠和人类的各种发育缺陷有关。p53还在不同类型的成体干细胞中发挥作用，通过保护成体干细胞完整性、使它们处于休眠状态、微调分化途径、阻止无限增殖、无序分化和去分化过程，以及抑制肿瘤发生，来维持体细胞层次结构。p53也在组织再生中发挥作用。最近的一项研究发现，p53通过调节AT1分化来促进肺泡再生。由于伤口愈合过程与肿瘤转移有许多相似之处，p53可能会抑制这个过程。理论上，p53的活性同时具有促衰老和抗衰老作用。一方面，p53介导的应激（尤其是DNA损伤，这是衰老的关键驱动因素）反应利于细胞存活、去除受损细胞、保护组织完整性并维持机体稳态，从而有可能延缓衰老。然而，p53调节的过度且持续的DNA损伤反应会对衰老产生相反的影响。另一方面，p53导致的干细胞耗竭会加速衰老过程，但也有反例。此外，p53调节代谢、免疫活性及其与Sirtuins家族蛋白的相互作用也与衰老有关。p53活性、肿瘤抑制和衰老之间的关系已在不同的小鼠模型中进行了研究，但尚未达成共识，这可能源于p53功能的高度环境依赖性。对p53、癌症和衰老之间关系的深入了解可以通过研究小鼠以外的动物来获得。一个值得注意的例子是大象，它有20个p53基因拷贝，并且表现出低肿瘤发生率和较长的寿命。目前还需要投入更多努力来探索p53在衰老中的作用，希望开发出能够更好地平衡肿瘤抑制与衰老的干预措施，或者可能在降低肿瘤发病率的同时实现长寿。神经退行性疾病p53在衰老调节中的作用与其在各种神经退行性疾病（NDD）中的功能密切相关。p53蛋白水平在这些疾病中通常是升高的。p53主要通过诱导细胞凋亡来促进NDD进展。最近，铁死亡被认为在NDD中发挥着重要作用。作为铁死亡的主要调节者，p53可能通过调节铁死亡参与NDD进展。此外p53蛋白聚集与阿尔茨海默病有关。在开发通过针对p53通路来进行癌症治疗或延缓老年人衰老的的药物时，应考虑p53对NDD的影响。放射病、化疗毒性和缺血性损伤接触辐射和基因毒性试剂（出于意外或者是作为癌症治疗的一部分），都会激活p53依赖性细胞凋亡和铁死亡，导致不同器官出现病变。特别是，这种机制是肿瘤放疗和化疗中主要副作用的基础。在基因毒性刺激下，p53的存在并不总是有害的。p53对辐射的反应是组织特异性的；虽然它会刺激造血系统、毛囊和脊髓中与辐射相关的细胞死亡，但它对胃肠道具有辐射防护作用。同样，p53促进的细胞凋亡和铁死亡会导致大脑（例如中风）、肾脏（例如肾移植）和心脏（例如心肌梗塞）等器官的缺血性损伤。代谢性疾病p53在多种代谢疾病中，包括肥胖、糖尿病、酒精性和非酒精性脂肪肝病（AFLD和NAFLD）以及心血管疾病，发挥着复杂的作用。它的多方面活性，特别是在代谢调节方面的功能，影响不同细胞、组织和器官（例如胰腺β细胞、肝脏、肌肉和脂肪组织）中发生的代谢性疾病。关于p53在这些疾病中的功能，经常有看似相互矛盾的结果。例如，骨骼肌祖细胞和agouti-related peptide neuron中的p53可以预防肥胖。而肝脏中的R72 p53变体却可促进脂肪积累和NAFLD。此外，在内皮细胞中，p53会加剧饮食性肥胖。因此，在讨论p53在全身代谢和相关代谢疾病中的功能时，必须将其置于特定的背景下。以p53为靶点治疗某些代谢疾病时必须小心，以避免扰乱其他代谢过程，并最大限度地降低受体细胞癌变的风险。癌症如前所述，p53拥有一系列功能来对抗癌症的所有Hallmarks，这些功能可能由于其在癌细胞中的突变、缺失或抑制而丢失或逆转（图4）。图4 p53与cancer hallmarks虽然只需要一个p53等位基因的突变就可能导致细胞癌化，p53基因的失杂合性（LOH）经常发生。p53突变背后的机制尚不完全清楚。有些可能是由环境和化学致癌物引起的，例如紫外线辐射、黄曲霉素和烟草，它们会在p53基因上留下特征突变指纹。p53突变的频率和模式由性别、组织类型和细胞等因素决定。此外，不同肿瘤之间p53突变发生的时间也不同。即使在同一肿瘤类型中，不同的p53突变体也可能不会导致相同的表型。之前介绍过，突变型p53通过LOF、DNE和GOF促进肿瘤发展，这在小鼠模型中得到了很好的证明。虽然人们广泛关注p53热点突变，但其它突变也不应忽视。例如，破坏p53寡聚化的错义突变可导致肿瘤发生。p53 PRD中的错义突变可能会影响其肿瘤抑制功能。肿瘤中针对突变p53的血清抗体、突变p53的免疫组化结果，以及突变p53的DNA片段可用作肿瘤患者的诊断和预后生物标志物。p53突变还可作为某些肿瘤治疗效果的预测因子，并可用于患者分类。p53基因位于17号染色体的短臂（17p13.1）上，这是肿瘤中经常缺失的区域。p53 缺失以多种不同方式促进肿瘤生长和转移。p53缺失通常与附近基因（例如POLR2A和EIF5A）的缺失有关，这些基因的缺失也有助于肿瘤发生。同时靶向这些一起缺失的基因有可能更好地治疗肿瘤。由于p53突变和缺失对癌症发生有显著影响，p53突变或缺失已被有效地应用于建立各种小鼠肿瘤模型。一个紧密相关的问题是，p53的LOF、DNE和GOF中，哪一个对于p53相关的肿瘤进展更重要？虽然p53突变体的GOF对肿瘤的促进作用已获得大量证据支持，但也有研究表明，LOF和DNE比GOF对细胞癌化的贡献更大。LFS患者中等的p53 LOH发生率（40-60%）对这个问题有提示作用。目前还需要进行更多研究来澄清这个问题。此问题的答案很可能是随不同的肿瘤类型发生变化。 相当大比例的肿瘤保留了两个完整的野生型p53等位基因。这些肿瘤可能使用不同的方法来减弱p53及其相关通路的活性。一种常见的方法是通过上调p53的负调节因子来增强对p53蛋白水平、入核、启动子结合和转录激活活性的抑制。肉瘤和胶质母细胞瘤中MDM2基因的扩增就是一个显著的例子。除了扩增之外，MDM2的T309G SNP 和p14ARF的缺失都会增强肿瘤中MDM2对WT p53的抑制。许多致癌病毒（例如SV40、EBV和KSHV）通过抑制p53来转化细胞。WT p53会通过多种机制错误折叠成pseudo-mutant。除了直接抑制p53外，p53下游效应分子的抑制也会损害WT p53的肿瘤抑制作用。尽管p53是众所周知的肿瘤抑制因子，但零星报道表明在某些情况下,WT p53活性可能促进肿瘤发生和肿瘤存活。这可能发生在癌前阶段和肿瘤生长期间。WT p53的激活还可能破坏肿瘤治疗的疗效，促进肿瘤耐药，导致肿瘤复发。这些情况都源于癌前细胞或肿瘤细胞为了生存和发展而利用了p53的一种或多种功能。相应地，一些p53靶基因，例如MDM2和TIGAR，可以发挥癌基因作用。因此，p53不应被简单而刻板地视为一个肿瘤抑制因子。p53还影响其他一些疾病。总而言之，除了其最著名的在癌症中的功能之外，p53在正常生理和病理过程中都有广泛作用（图 3）。机体健康是通过维持身体各方面的稳态来实现的，这是一个动态和平衡的过程。作为主要的应激反应因子，p53可以保护细胞稳态免受各种刺激的影响。然而，它的活性可能对健康产生积极和消极的影响，因此应被保持在一个平衡状态。p53活性不足和过度都会破坏健康状态。因此，在设计靶向p53的健康促进和疾病治疗策略时，应认真仔细地考虑p53的双刃剑角色。五、靶向p53以治疗疾病靶向p53治疗癌症其“肿瘤抑制转录因子”的特性使得p53看起来很难成为靶向治疗的靶点。尽管如此，研究者已经开发了多种方法来增强或恢复野生型p53的功能，这具体取决于p53在癌细胞中的状态（抑制、突变或者丢失）（图 5）。图5 靶向p53治疗癌症在保留WT p53的癌细胞中，一个直观的想法是消除对p53的抑制。这可以通过降低p53抑制蛋白的蛋白质水平（使用siRNA、PROTAC或分子胶水等）或活性来实现。然而，这些方法通常缺乏靶点特异性，因为许多p53抑制因子具有p53之外的其它靶标。因此，人们付出了大量努力来寻找特异性破坏p53与其抑制因子之间的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）的小分子。MDM2是提高WT p53蛋白水平和活性的主要靶点。Nutlin是第一个干扰MDM2结合并降解p53的小分子。基于它，包括RG7112和更有效的RG7388 （idasanutlin）在内的几种衍生物已被开发出来并在临床试验中进行测试。MDM2拮抗剂idasanutlin在一项名为“复发性或难治性急性髓系白血病的总体生存（MIRROS）”临床试验中，尽管与阿糖胞苷加安慰剂组相比，阿糖胞苷加idasanutlin组的总体缓解率令人鼓舞，但尚未达到主要终点（总体生存率）。更重要的是，idasanutlin治疗可能会引起血细胞和胃肠道毒性，凸显了p53激活药物的潜在副作用。MDM2-p53相互作用的其他小分子抑制剂包括APG-115和AMG 232（KRT-232），两者均正在临床试验中。ALRN-6924是一种装订肽，可同时减轻MDM2和MDMX对p53的抑制。p53的其他负调节因子，如USP7、HPV E6、SIRT1/2、VPRBP和SETD8都是很有前景的激活p53的靶标。鉴于PTM对调节p53活性至关重要，靶向这些cofactor具有不错的潜力。同样，如何特异性影响p53的蛋白翻译后修饰状态（而不影响别的蛋白）是一个很大的挑战。另外，调节WT p53蛋白质折叠、细胞定位、DNA结合和活性动态的cofactor也应考虑用于靶向治疗。与p53表达和活性相关的其他方面，包括选择性剪接和翻译、mRNA稳定性和SNP，也可以作为治疗靶点。在携带p53错义突变的癌细胞中，目前主要努力方向集中在恢复WT p53的活性。多项证据提示WT和突变体p53的构象可能是可互换的。这种可能性为使用专门设计的小分子（corrector）来恢复突变型p53的肿瘤抑制构象提供了机会。1999年，CP-31398成为第一个被发现能够恢复突变p53转录激活能力并抑制肿瘤生长的化合物。此后，发现了更多突变p53的corrector，例如PRIMA-1。PRIMA-1的降解代谢物亚甲基奎宁环酮（MQ），与突变体p53中半胱氨酸的硫醇基团共价结合，以恢复其WT构象。然而，它还通过与其他蛋白质反应，以p53非依赖的方式改变细胞的氧化还原状态。其衍生物PRIMA-1MET（APR-246或eprenetapopt）和APR-548正在进行多项临床试验。一种缩氨基硫脲药物COTI-2也处于临床试验中。上海交通大学卢敏教授课题组发现，三氧化二砷（ATO），一种治疗急性早幼粒细胞白血病的药物，可以恢复许多p53突变体，其效率取决于突变体的可溶性和温度敏感性。该组还发现抗寄生虫药物酒石酸锑钾(PAT)也可以恢复温度敏感型p53突变体，如p53-V272M。上述这些corrector可以恢复多个p53突变体，但它们的广谱性质可能会限制它们对特定突变的效率。针对特定突变的靶向corrector将更适合个性化治疗。例如PhiKan083、PK7088、PC14586和KG13可以用于纠正p53-Y220C突变体。此外，西奈山医学院金坚教授课题组发现了一种p53乙酰化靶向嵌合体（AceTAC）-MS78可促进p53-Y220C的K382乙酰化，从而专门恢复其肿瘤抑制活性。对于更常见的p53-R175H突变体，缩氨基硫脲药物ZMC1（NSC319726）可促进突变p53与锌结合使突变体形成WT构象。ReACp53和ADH-6可以缓解突变体p53的聚集。解离的突变体p53部分恢复了肿瘤抑制活性。突变体 p53的某些GOF方面也是可靶向的。例如，NSC59984促进突变型p53降解，从而释放被束缚的p73以抑制肿瘤生长。其他药物，如ganetespib、MCB-613和biomimetic nanoreceptor也促进突变型p53降解。为了治疗p53的无义突变，可以使用诱导翻译通读（readthrough）或抑制“无义介导的mRNA降解（NMD）” 的小分子，例如G418、2,6-DAP、CC-90009和NMDI14。对于p53突变的癌细胞，另一种方法是溶瘤病毒疗法。ONYX-015是一种改良的腺病毒，仅在p53失活的细胞中复制，因此选择性地杀死具有p53突变的癌细胞，同时不伤害正常细胞。要治疗p53缺失的肿瘤，一种方法是直接引入p53蛋白或使用基因疗法来传递p53的mRNA或DNA进入肿瘤细胞，从而恢复WT p53蛋白的表达。腺相关病毒（AAV）和纳米颗粒技术的进步可能会增强p53基因治疗的开发和应用。CRISPR-Cas9碱基编辑技术在纠正肿瘤中p53突变方面的潜力也值得重视。靶向p53可以涉及肿瘤微环境中的多种细胞类型，以实现肿瘤抑制的效果。例如，p53激活会诱导内源性逆转录病毒的表达，从而增强免疫治疗。如前所述，突变型p53可以产生免疫治疗可靶向的肿瘤新抗原。例如，工程化抗体P1C1TM可以区分WT和p53突变细胞上的识别p53肽段的MHC，介导细胞毒性或作为抗体药物偶联物（ADC）以特异性消除p53突变的肿瘤细胞。双特异性抗体H2-scDb，可将呈递p53-R175H新抗原的癌细胞与T细胞连接起来，有效促进T细胞对癌细胞的破坏。识别突变型p53衍生的新抗原还可以增强过继性细胞疗法（例如CAR-T和TCR-T）和p53疫苗的开发。近年来mRNA疫苗技术的成功鼓励了在p53疫苗方向的进一步探索。靶向免疫细胞和肿瘤基质细胞（例如癌症相关成纤维细胞）中的p53也可以增强抗肿瘤效果。p53的状态可以显著影响对某些癌症治疗的敏感性。通常，p53靶向疗法会与其他疗法联合使用，这主要有两个目的：增强激活或恢复p53的功效，以及利用由同时激活 p53并干预其他途径产生的合成致死效应。例如，在急性髓性白血病中，p53的激活与 Bcl-2抑制相结合有助于克服对其中任何单个治疗方法的耐药性并增强癌细胞凋亡。除了直接靶向p53蛋白之外，p53通路关键的下游成分，尤其是对p53介导的肿瘤抑制至关重要的效应分子，也可以进行靶向从而部分激活p53信号通路。这种方法虽然可能不如直接激活WT p53有效，但可能比激活p53更容易实现，并且可以作为p53靶向治疗策略的补充。除了治疗和预防应用之外，p53在诊断和预后方面的价值也不应被忽视。虽然从来不缺乏靶向p53的思路，但能进入临床试验的药物和疗法只是少数，更不用说成功获批进入临床应用了。在p53靶向药物真正造福癌症患者之前，还需要克服以下几个障碍：1、需要优化药物的吸收、分布、代谢和排出（ADME）。2、p53靶向治疗的效率受到多种因素的影响。尽管p53具有强大的肿瘤抑制能力，但其激活并不总是能保证有效地根除肿瘤细胞。患者分类和联合治疗等策略可能会提高疗效。3、一些药物的特异性较低，可能会导致脱靶效应。4、药物on-target或off-target所引起的副作用是主要的安全问题。这在正常细胞通过阻断MDM2-p53相互作用来激活WT p53时尤其明显。鉴于诱导细胞周期停滞、细胞凋亡和衰老对于p53的肿瘤抑制并非必不可少（而这几个效应却是p53激活的副作用产生的主要机制），开发在不损害正常细胞的情况下依然保留p53抗肿瘤作用的疗法是一个切实可行的目标。另一个令人担忧的问题是，在携带p53突变的正常细胞中，MDM2抑制剂可能通过稳定这些p53突变体来激活它们的致癌功能。这一问题值得临床实践中认真关注。特异性地向肿瘤细胞递送药物可以降低毒性。值得注意的是，如前所述，p53介导的细胞死亡对肿瘤放疗和化疗过程中出现的副作用有明显贡献。因此，抑制p53活性可能有利于减少这些与治疗相关的副作用。有趣的是，如果控制得当，p53的轻度激活可用于cyclotherapy，从而起到保护正常细胞的作用。5、p53靶向治疗存在驱动肿瘤进化的风险，以及筛选出p53突变，导致治疗抵抗和肿瘤复发。适当的联合治疗可能有助于减轻这种风险。6、如前所述，p53在极少情况下会促进肿瘤存活、进展、耐药性和复发。在这些情况下，需要仔细考虑以确定是否应该激活p53来治疗肿瘤。随着人工智能、结构生物学和多组学等领域的进步，这些问题最终将得到解决。靶向p53治疗其它疾病在正常生理过程和非癌症疾病中靶向p53的探索并不像在癌症中那样广泛和深入。然而，鉴于p53的广泛作用，调节其活性可能改善正常生理功能和以及减轻p53相关疾病，从而增强健康。例如，激活子宫中的p53可能会提高胚胎着床的成功率，而抑制p53则可能会预防神经退行性疾病并减少缺血性器官损伤。在代谢性疾病和衰老中，p53的作用仍然存在争议，值得进一步研究。为了抑制p53活性，可以采用多种方法，例如使用p53特异性抑制剂，破坏p53与其激活因子之间的蛋白结合，或增强p53抑制因子的功能。这些方法正好与用于激活p53的方法相反。需要注意的是，抑制p53可能会无意中增加肿瘤发生的风险。进行短期干预和针对某些细胞进行特异性递送p53抑制药物等策略可以降低这种风险。展望未来，p53的临床应用将不仅仅局限于癌症治疗；靶向p53以改善健康的前景充满希望。六、p53领域亟待解决的重要问题p53领域在过去45年的发展里取得了巨大的进展。p53基本的作用机制，调节方式，以及疾病治疗潜力得到了阐明。但这个领域依然存在一些基本的问题需要解决。第一、基础水平的p53有什么作用。在静息状态的细胞中，p53蛋白的表达和活性都保持在较低水平，直到各种刺激稳定并激活它。然而，p53执行某些功能（例如调节细胞干性、细胞竞争、ROS水平和免疫活动）时并不总是需要明显的刺激。那么基础水平的p53在未应激的细胞中如何发挥作用？p53的基础活性是否有助于肿瘤抑制？基础表达的p53可以与其部分靶基因的启动子或增强子结合，建立一个对刺激进行快速反应的准备状态。重要的是，它还维持一个特定的靶基因表达谱。特别地，基础水平的p53可以维持一些肿瘤抑制基因，如PTEN的表达。基础水平p53和p53激活所调节的靶基因谱可能存在差异。另外，p53的蛋白积累、完全的转录激活能力、以及四聚体的构象对于其肿瘤抑制作用并不是绝对必要的。因此，利用p53的基础活性可能有助于最大限度地减少对正常细胞的副作用，并降低因其激活而选择p53突变的风险。研究基础水平p53的功能需要合适的实验模型。虽然敲除肿瘤细胞系中的p53可能会提供一些见解，但将细胞从体内转移到培养皿的这个过程本身就可能激活p53。因此，培养皿细胞中的p53水平可能无法反映真正无应激的基础p53状态，这在解释体外实验结果时需要注意。更重要的是，培养的细胞缺乏体内存在的多样化环境刺激，因此无法完全模拟实际的成瘤过程。此外，在p53 KO小鼠中观察到的表型不应仅仅归因于基础p53活性的丧失，因为激活的p53的功能也被消除了。第二、p53的抑制性靶基因对其功能有何贡献？p53的作用不仅限于激活转录。人们还发现它可以抑制许多基因的表达，包括SLC7A11、NANOG和VKORC1L11。在大多数情况下，p53在转录或转录后水平间接抑制基因表达。它与其它转录因子竞争DNA结合，激活基因表达的负调节因子，或抑制转录激活因子的表达。但也有报道表明，通过识别特殊的结合位点，p53可以直接抑制转录，干扰增强子功能，以及重塑染色质结构。尽管p53是否可以直接抑制转录尚存争议，需要进一步研究。但一个无可争议的事实是，数百个基因在p53激活时下调，或在p53缺失时上调。未来的研究将更明确地阐明p53是否以及如何直接抑制转录，以及这些抑制性靶基因在p53网络中发挥什么样的作用。第三，基因工程小鼠模型（GEMM）对于p53研究是否足够有效？虽然GEMM极大地增进了我们对p53的理解，但它们也存在固有的局限性。最值得注意的是人类和小鼠之间的物种差距，许多人类p53与小鼠 p53的靶基因并不重叠，更不用说免疫系统或其他生物系统之间的差异了。在体外研究中获得的有关p53的结果经常在小鼠模型中进行测试。尽管如此，在小鼠中大多数可重复的结果不能直接转化应用到人类身上。目前，人源化小鼠模型和人类类器官可作为GEMM的补充。然而，这些替代方案也有其局限性。因此，迫切需要为p53研究开发更实用且与人类生理病理相关的实验系统。第四，p53环境依赖性活性的基础机制和生物学相关性是什么？上述各部分内容里，一个反复重申的事实是p53功能高度依赖具体的环境。p53的靶基因谱表现出显著的器官特异性和随时空不同而变化。p53表达的异质性在单个肿瘤的不同细胞里也很明显。即使在同一细胞内，p53激活的靶点选择性和结果也由多种变量决定。此外，性别也可以决定某些受p53调节的人类行为。在解释与p53相关的实验结果时，将它们置于特定的背景中至关重要。目前仍需进一步努力，更深入地了解p53活性调控机制，以根据不同情境开发针对p53的特定治疗方案。第五，靶向p53真的是治疗癌症的可靠方法吗？癌症中p53的多种失调形式和p53错义突变的多样性使针对每种类型的p53变化而设计的特定药物变得困难。p53活性的背景依赖性使这个问题变得更加复杂。然而，以p53为靶点来治疗癌症仍然是一种吸引人的方法。考虑到频繁的副作用，p53通路中是否还有其他元件可以作为比MDM2更安全的靶点，而不影响抗肿瘤功效？是否有可能通过激活或抑制p53来治疗所有p53相关疾病，并改善整体健康，特别是延长寿命，从而实现“双药包治百病”的目标？这个目标看似遥不可及，但确实值得探索。同样，其他几个重要问题仍然没有答案。p53的新靶基因不断被发现。一个值得注意的例子是ZMAT3基因，它在p53的肿瘤抑制中发挥着关键作用。p53的未被发现靶点和功能有哪些？p53介导肿瘤抑制不可或缺的靶点或功能有哪些？p53的两个TAD的功能多样性和进化意义是什么？它们如何合作执行p53的肿瘤抑制功能？该领域已取得一些进展，但尚未得到充分解决。p53的non-cell-autonomous活性是癌症治疗的可行靶标吗？在什么情况下p53会支持肿瘤的发展？我们能否利用p63和p73与p53靶向药物协同治疗癌症或其他疾病？这个问题清单可以更长。未来还会涌现出新的问题。正是在寻找这些问题的答案的过程中，我们对p53的认识得到更新和加深。七、结论在过去45年里，对p53研究是一段非凡历程。如上所述，无数发现使人们更好地了解在不同生理环境下p53功能的复杂性。p53能调节多种肿瘤抑制活动，这提出了一个问题：哪种机制对于抑制不同类型的肿瘤更为关键。此外，虽然p53被广泛认为是一种肿瘤抑制因子，但并非所有p53诱导的活性都是肿瘤抑制所必需的。例如，p53介导的促细胞生存活性似乎与其在肿瘤中的生长抑制功能不一致。然而，这种活性对于正常细胞稳态可能很重要，允许正常细胞在应激反应期间存活。如何激活p53功能来治疗癌症依然没有很完善的答案。将MDM2靶向方法转化为临床应用的困难引发了一个重要的问题，即如何在不伤害正常组织的情况下杀死癌细胞。目前尚不清楚MDM2抑制剂（特别是在骨髓中）引起的毒性是MDM2途径或是p53激活所特有的。如果是前者，则应认真考虑靶向p53激活的不同途径。值得注意的是，与细胞凋亡等经典活动相比，许多涉及代谢、铁死亡和免疫的p53靶点不会直接对细胞造成严重伤害。研究这些靶基因的特异性激活是否能有效抑制肿瘤生长而不引起严重毒性将是很值得探索的方向。该综述通讯作者为哥伦比亚大学医学院顾伟教授，第一作者为顾伟教授实验室刘彦卿博士。本文写作过程中得到了p53主要发现者之一的Arnold Levine院士的帮助。苏振毅博士（近期已回到南京医科大学建立实验室）和Omid Tavana博士对本文亦有贡献。通讯作者介绍：顾伟教授，1986年毕业于北京大学，1995年获美国哥伦比亚大学博士学位，1995-1998在洛克菲勒大学从事博士后研究（导师为真核生物RNA聚合酶发现者、拉斯克奖得主Robert Roeder教授）。1999年入职哥伦比亚大学。2007年至今在哥伦比亚大学医学中心担任正教授、哥伦比亚大学Institute for Cancer Genetics的Abraham and Mildred Goldstein教授。顾伟教授顾伟教授主要从事p53在肿瘤抑制中的功能研究。他在p53相关调控通路（乙酰化和泛素化）以及铁死亡领域取得了杰出成就，在 Cell、Nature、Science、Cancer Cell、Nature Cell Biology、Nature Cancer、Cell Metabolism 和 Molecular Cell等国际权威杂志上发表论文60余篇，包括以通讯作者在Cell（7篇）、Nature（6篇）和Science（1篇）发表论文14篇，论文总被引近60000次，H指数95，并担任 Cell、Nature 和 Science 等国际权威期刊的审稿人。原文链接https://www-cell-com.libproxy1.nus.edu.sg/cancer-cell/abstract/S1535-6108(24)00133-8文章来源|“生物世界”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述