您好, 访客   登录/注册

致癌、抑癌,还是别的什么? 认识p53基因的40年

来源:用户上传      作者:李昂

  摘  要  回顾1979年前后发现P53蛋白的历史过程,以及此后对该基因研究中的一些标志性的成果和应用。结合不同时期的社会背景和分子生物学的整体发展状况,对P53研究中的工作方法、思维范式及其影响给出了一定解释。
  关键词   p53  抑癌基因  分子生物学史
  中图分类号   N09
  文献标识码   A
  位于人类基因组第17染色体短臂的p53基因(也称tp53),属于最早被发现的肿瘤抑制基因(或抑癌基因)之一。它编码的 P53蛋白(具有393个氨基酸,此处“P”大写表示蛋白)能调节细胞周期和避免细胞癌变发生,因此被称为基因组守护者。自1979年该基因被发现以来,人们对它的理解经历了一次彻底反转,相关的研究范式也历经若干重要转变。最初曾认为p53是个致癌基因,但它作为抑癌基因的本质被揭示出来之后,对其作用机理和参与生理过程的研究大量涌现。2009年,已经可以从Pubmed①中检索到将近5万篇相关文章,而到2019年达到近10万篇,在以单个基因为对象的研究中,稳居发表物排行榜之首[1]。那么,对这个研究最多的基因,我们都知道了些什么,又是怎么知道的呢?本文尝试对这个纷繁的过程做一梳理,借此管窥分子生物学发展之一斑。
  一   前史
  细胞癌变(恶性增生)是人类出现之前就存在于动物界的现象[2]。在漫长的历史进程中,由于人类普遍寿命不长,癌症并非主要的致死疾病。对它的认知虽然可以追溯到古埃及([3],p.23),并且在現代之前的多位名医著述中都能找到记载,但水平毕竟受时代的限制①。工业革命之后,一方面随着人均寿命延长,癌症发病率升高;另一方面欧洲主要国家的医疗卫生体系逐渐完善,医院从中世纪那种依附于教会、单纯看护病人的场所,发展成具有教育和研究功能的机构,对肿瘤、癌症这类疾病,才终于开始形成基于现代科学的认识。
  18世纪,法国建立了世界上第一所肿瘤医院②,法国政府还为寻求癌症的病因和疗法设立了奖金。英国医生希尔(John Hill,1716—1775)和波特(Percivall Pott,1714—1788)相继提出某些环境中的化学品可能是引起癌症的原因[4]。法国医生德兰(Henri Fran?ois Le Dran,1685—1770)则第一个推测原发肿瘤通过淋巴扩散到身体其它部位后才会致命[5]。19世纪,费尔肖(Rudolf Virchow,1821—1904)的细胞病理学理论③为现代癌症研究奠定了一个重要基础。20世纪初,一些主要工业国的人口寿命达到了50岁,癌症研究逐渐成为显学,专门机构陆续建立起来。例如,1902年成立的英国癌症研究基金会(两年后更名为帝国癌症研究基金会,ICRF)④、1937年美国依据国家癌症法案设立的国家癌症研究所(NCI)等。大量经费被用以寻找癌症病因以及研究诊疗方法。不过,在相当长的一段时间里,人们的认识并没有显著提高——很大程度上只是就不同化学制剂验证希尔和波特的理论。而治疗的方案除了手术切除,只有实验性的X光照射⑤。直到劳斯(Peyton Rous,1879—1970)的病毒致癌说引起学界重视,才开辟了一条更富启发性的进路,并使癌症机理的研究从细胞向分子层面深入。
  事实上,劳斯早在1911年的论文中就提出:病毒感染有可能导致正常细胞转化为癌细胞[6]。不过当时病毒对很多人来说还只是一种理论上的存在,没办法直接进行观察。两次世界大战的爆发无疑对各领域学术研究的走向和进程都产生了重要影响,病毒与癌症的关系在此期间并不是个受关注的领域。二战后随着噬箘体①成为分子遗传学的一个重要研究工具,人们对病毒的兴趣逐渐提高。而电子显微镜的发明,则让这种比细菌更小的有机体终于暴露在人类的视野下②。20世纪50年代,几种重要的人类病毒(如水痘带状疱疹病毒)被分离鉴定;而1952年脊髓灰质炎在美国的严重疫情则促使更多人员经费投入到病毒学这个新兴的热门领域。劳斯在半个世纪前工作的重要性也终于获得了确认,并于1966年获得了诺贝尔医学生理学奖。他的获奖激发了不少研究者对病毒与癌症关系的兴趣。加上1971年尼克松签署了新的美国国家癌症法案,据此扩大了NCI的研究范围和工作职权,并制定了国家癌症研究计划,一场轰轰烈烈的“抗癌战争”就此拉开序幕。
  二   发现
  20世纪70年代之前,癌症研究大多集中于病源学(例如将吸烟与肺癌联系起来的研究)和经验性治疗方法。然而,劳斯的影响令很多研究小组都忽然对致癌病毒感兴趣起来[7]。一些人推测癌症可能与基因有关。不过,要知道这个时候基因工程还处于襁褓中,人们能够对基因进行的操作非常有限,而且过程复杂费时。如果利用致癌病毒,想要验证这个猜想还是可能的,毕竟病毒只携带有限的几个基因。
  事实上,早在20世纪初,德国发育生物学家博韦里(Theodor Boveri,1862—1915)就提出过遗传物质的变化与癌症相关的概念[8]。1969年,美国NCI的研究人员第一次在论文中正式使用了“致癌基因”(oncogene)一词[9]。1970年,加州大学伯克利分校的马丁(G. Steve Martin)博士首次在会议中报告分离出了劳氏肉瘤病毒(RSV,即上述劳斯发现的病毒)中的致癌基因,这是第一个被确认的致癌基因,被称为Src([3],p.32)。与此同时,很多研究小组也都在开展相关研究。加利福尼亚大学旧金山分校的毕肖普(Michael Bishop)和瓦慕斯(Harold Varmus)团队发现:包括人类在内的许多生物体中都有与Src同源的基因,他们认为病毒中的癌基因来源于一种细胞生物的正常基因(原癌基因)①,病毒在其宿主细胞中复制时将其重组进了自己的基因组[10]。这个发现在1976年发表后,对肿瘤发生机制的认识产生了重要影响,人们很快就找到了多种不同的癌基因,毕肖普和瓦慕斯也因此获得1989年诺贝尔生理学医学奖。   不过,劳氏肉瘤病毒作为实验工具有一大不足——它主要侵染禽类,而不是哺乳动物[11]。在后来的研究中,更为常用的一种病毒是简称SV40的猿猴空泡病毒40(Simian vacuolating virus 40)。这是一种DNA病毒,1960年首次发现于用来生产脊髓灰质炎疫苗的猕猴肾脏细胞中,因其使受感染细胞产生异常数量的液泡而得名。它在猕猴中通常处于不引起症状的休眠态,但是在鼠类中会引发多种肿瘤,因此被广为用于建立实验动物模型。
  SV40表达的蛋白中,最初有两个被认为与将正常细胞转化为癌细胞的过程有关,分别称为大T和小t抗原。在动物实验中,观察到它们与小鼠的未知蛋白结合[12]。因此,鉴定这些未知蛋白就成了研究肿瘤形成机制的重要一步。
  较早开展相关研究的有纽约州立大学石溪分校的特格特迈尔(P. Tegtmeyer)所在的团队。20世纪70年代中期,他们使用SV40转化细胞的提取物来制备抗血清,再用其免疫沉淀SV40感染细胞的蛋白质,然后通过凝胶电泳分离沉淀下来的蛋白质(混合物)。实验结果中包括有分子量为50 kDa的蛋白质,后来认为就是P53②,可惜他们当时并没有关注于此③。而另外六组研究人员,很快独立观察到了这种蛋白存在的更多证据,于是在1979年涌现出一系列关于这种分子的报道。
  首先发表的是伦敦帝国理工学院的莱恩(David P. Lane,1952—)和克劳福德(Lionel V. Crawford,1932—)。他们的实验思路与上述特格特迈尔的很相似,但是因为解决了制备抗血清的技术问题,大大减少了血清和细胞提取物之间免疫反应中的非特异性沉淀。他们使用纯化的大T抗原生产抗T血清,然后与来自SV40转化小鼠的细胞提取物进行免疫沉淀,获得了两种蛋白质:大T抗原和分子量为53 kDa的蛋白质。他们推断53 kDa蛋白是由细胞编码的,因为SV40基因组太小,除了已知蛋白之外不太可能有空间再编码这么大的蛋白。这篇关于大T结合宿主蛋白(P53)的报告发表在1979年3月的《自然》杂志上[13]。
  而此时,在大西洋的另一边,普林斯顿大学的莱文(Arnold Levine,1939—)实验室和纽约斯隆-凯特琳纪念医院的奥德(Lloyd Old,1933—2011)研究组也在进行着类似的工作,他们在SV40转化的不同动物细胞、人类癌细胞、以及用化学或放射性方法转化的癌细胞中都观察到了类似的蛋白,分别发表在两个月后的《细胞》和《美国科学院院刊》上[14, 15]。
  接着,纽约大学医学院的卡罗尔(R. B. Carroll)团队和法国国家癌症研究所的梅(Pierre May)等人,各自独立发现了在不同类型的癌细胞中,存在与大T抗原结合的约55kDa/50kDa的蛋白质,分别发表在8月的《病毒学》和《病毒学杂志》上[16, 17]。最后,在10月的《细胞》上,是伦敦帝国理工学院泊查(Eva Paucha,1949—1988)小组的研究[18]。此外,1980年的《病毒学杂志》上还有一篇麻省理工的洛特(Varda Rotter)为第一作者的文章,不过绝少被提到[19]。
  总的来说,上述发现得益于前面十几年病毒学知识的积累以及免疫学方法的成熟。虽然大部分结果是从SV40转化的细胞系做出的,不过在用其它方式诱导产生的癌细胞和自然发生的癌细胞中也都找到了P53蛋白。当然,科学家们没有立即认识到这些发现之间的联系,每个实验室都给各自的蛋白取了不同的名字并在后续发表的论文中继续使用了一阵,因此在这个年轻的领域里制造了些混乱。幸而几年后他们总算认识到每个团队都在研究相同的蛋白质。1983年,在英国的玛丽·居里研究所召开了第一次以这个蛋白为主题的研讨会,期间,不同研究小组的代表讨论后决定用“P53”来命名他们各自独立发现的这个蛋白质[1]。此后,P53研讨会大约每两年召开一次,规模不断扩大。
  事后看来,这个发现的思路并不复杂。不过在分子生物学技术尚属粗放的70年代,实验中获得的产物和分析的对象经常是一些混合物。纯化抗原以及制备特异性更强的血清,是当时的工作难点。所以在同一年份爆发式的发现P53蛋白,首先是问题集中,其次当时研究手段也只有那么几种。大多数团队的工作都是基于SV40介导的细胞转化,唯一的例外是一项关于肿瘤诱导的免疫反应的血清学研究[15]。一定程度上也反映出20世纪70年代癌症研究的主流集中在病毒病因学,同时对肿瘤免疫反应的研究仍在继续。
  三   反转
  虽然科学家对P53的发现感到兴奋,但一开始只是把它当作一种普通的致癌基因。当然,这也是一个合乎逻辑的推论。因为,在前一个时期的实验中,观察到的现象主要包括:(1)P53与SV40病毒的主要致癌蛋白(T抗原)结合,暗示它是大T抗原作用途径的下游效应物;(2)P53在许多种类的癌细胞中高水平表达。
  那么,要进一步研究它是如何起作用的,首先就得拿到cDNA①克隆。克隆(clone)一词广义上是指利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组之后代的过程。作为名词的时候,意思是拥有相同遗传组成的不同个体。在分子生物学、细胞学或生态学等不同语境里,一个克隆可以指:选择性地复制出的一段DNA序列(或包含这样一段DNA的细菌所形成的菌落)、一个细胞或是个体。如今,分子克隆是个相对简单的技术,不过在20世纪80年代初,还是个费时费力,又充满挑战的辛苦活儿②。并且,因为要用到重组DNA技术,虽然阿西洛马会议③已经过去了几年,人们对此仍然存在一些伦理争议。
  尽管如此,前辈分子生物学家们还是满怀热忱地投入到了克隆癌基因的工作中。到1982年为止,至少已经发现了10个癌基因[20]。那一年,若干個研究组相继克隆到了人的ras基因④。同年,俄罗斯科学院的査莫科夫(Peter Chumakov)第一个克隆到了来自小鼠的p53基因[21]。不过,由于他的文章是用俄语发表的,在P53圈子之外很少为人所知。差不多同时,以色列维斯曼研究所的欧仁(Moshe Oren)也独立拿到了他的小鼠p53克隆[22],这是他在莱文实验室时启动的工作,真正完成花了2年半的时间([3],p.60)。   之后,事情开始逐渐变得容易一些。因为1983年,PCR技术⑤诞生了;不久,DNA测序也实现了自动化。这些新技术令20世纪80年代中期的生物学圈子非常兴奋,P53的研究此时也进入了建构时期,在1984—1985年间,几个研究组相继克隆了人类的p53基因,并得到了基因全长的克隆[1]。人们普遍认为它是一个重要性和作用机制有待揭示的致癌基因,为其研究开发了大量动物模型和工具[1]。
  不过,其实也有一些实验结果不甚符合这个观点,比如1984年沃尔夫(David Wolf)和洛特的研究,他们发现在一个小鼠白血病细胞系中,p53基因是被逆转录病毒插入失活的[23, 24]。后来其他人也在小鼠细胞中观察到类似的现象[25]。此外,洛特等人还发现,在白血病来源的人类细胞系HL60中,p53的编码区几乎被删除了,无法产生P53蛋白。对这个结果最简单的解释是:p53的丢失催生了癌变,暗含的意思就是——正常p53的功能是防止癌症所必需的[1]。这些提示P53可能是肿瘤抑制因子的线索,事后看来很明显,但当时要么被忽视,要么被用另外的方式解释,很大程度上是因为,肿瘤抑制基因在20世纪80年代中期还只是一种假设。
  肿瘤抑制基因的概念来源于20世纪60—70年代的一些细胞杂交实验。在这些实验中观察到,肿瘤细胞内的遗传物质变异或损失,可被其他细胞的遗传物质修补或替代,并使肿瘤细胞的致癌特性丢失或延缓。由此推测,肿瘤细胞内丢失了可抑制肿瘤生长的DNA[26, 27]。不过,这种基因的存在,直到20世纪80年代中期,才通过对视网膜母细胞瘤的研究证实。视网膜母细胞瘤是婴幼儿中常见的恶性肿瘤,具有明显的家族遗传倾向。关注肿瘤遗传因素的研究者,很早就注意到了这个研究对象。1971年,卡纳德森(AG. Knudson)提出了关于这一类基因的“两次打击”理论,认为:只有一个基因的两个等位基因位点均受到变异或损伤时,基因的正常表达和功能才完全丢失。相对于导致癌基因病变的“一次性突变”学说,需要两次打击,才能使抑癌基因失活。因此,抑癌基因属于隐性基因[28]。1983年,研究者发现视网膜母细胞瘤患者中的13号染色体发生了缺失,这就意味着抑制肿瘤发生的基因被删除,从而确定了视网膜母细胞瘤易感基因(retinoblastoma susceptibility gene, RB1)作为一个肿瘤抑制基因,同时也证实了上述推测的重要性。1986年,RB1基因克隆成功。在随后的几年中,研究人员又发现了一些肿瘤抑制基因,例如人们比较熟悉的、与乳腺癌相关的BRCA1基因等。
  此时,围绕p53的工作也集中在克隆测序阶段,各地的实验室获得了很多不同来源的p53克隆,并用于验证其在细胞中的功能。最先意识到问题的是莱文实验室——他们的一个p53克隆完全无法像其他克隆那样将正常细胞转化成癌细胞。他们最后对这个克隆以及之前使用过的,包括从其他实验室获得的p53克隆进行了测序,结果发现没有两个克隆在序列上是相同的,这说明先前实验中的克隆至少有一些(如果不是全部的话)实际上在p53编码区携带了突变。当来源于正常组织的小鼠野生型p53的序列被测定之后(1988),这一点得到了确凿的证明。这样一来事情就比较明朗了——癌细胞中的p53经常是突变的(包括许多实验室使用的cDNA克隆),并且只有携带突变的p53 cDNA能够在实验中发挥转化作用,野生型的p53不行[1]。
  在约翰霍普金斯,另一个研究肿瘤分子生物学的重镇,佛格施坦因(Bert Vogelstein)实验室证明:在人类结直肠肿瘤中,野生型p53等位基因常常因突变,缺失或两者兼有而失去功能。也就是说癌细胞不能保有正常的p53。这是一个里程碑式的发现[29]。同时,莱文和欧仁实验室独立开展的功能分析表明:在表达癌基因c-myc和H-Ras的培养细胞中,野生型p53的过表达能够有效地抑制转化(与肿瘤来源的P53突变体的转化活动形成鲜明对比),即作为肿瘤抑制基因在起作用[30]。这两项研究均发表于1989年,标志了P53研究的转折点。
  早先病毒学家的理论给癌症研究带来了一种主流思路,即:细胞癌变是一种获得性的性状(而非基因功能缺失造成的)。抑癌基因的发现则带来了一种研究范式的转换,破除了p53是致癌基因的思维壁垒。当然,必须指出的是,20世纪80年代初期克隆基因的效率很低。因此在当时的实验设计中,从P53蛋白丰度高的细胞中提取相应的mRNA,是很自然的想法。可想而知最初成功获得cDNA克隆的几组人马,使用的都是来自被转化的细胞(癌细胞)而不是正常组织细胞中RNA。
  四   大热门
  在把p53当做癌基因研究了10年之后,发现它其实是个肿瘤抑制基因,并且,是在人类癌症中最常发生突变的一个[31]。那么进一步鉴定P53在癌症、发育和其它生理过程中的作用,对于攻克癌症的意义是显而易见的。因此,在20世纪90年代,P53吸引了大量研究,甚至可以说诞生了一个新的研究领域。
  回到以色列维斯曼研究所任职的洛特,在其对历次P53研讨会的回顾中,曾经做了一个生动的比喻:1988年的 P53就像一只丑小鸭,大家对它是什么都还很困惑。而到了1991年的会上,它已经变成了众人眼中的白天鹅①。那个时候,人们已经明确了有一种野生型P53蛋白和许多突变型P53蛋白。之前的十几年,研究的都是p53突变基因。那么正常的p53在细胞中本来是起什么作用的呢?
  其实早在1983年,就发现转化细胞中的P53水平与快速细胞生长本身有关,推测它是一种与细胞周期有关的蛋白[32]。事实上,许多癌基因和抑癌基因都涉及到细胞周期的调节过程,比如上文提到的(视网膜母细胞瘤)RB蛋白。而接下来的一些研究则证明,P53是一种转录因子。
  转录因子是指能够结合在某个基因上游特異核苷酸序列上的蛋白质,这些蛋白质能调控该基因的转录。它们通常至少具有DNA结合结构域与效应结构域这两个功能区①。1989年,纽约州立大学石溪分校的菲尔兹(Stanley Fields)和博士生宋玉圭(Ok-Kyu Song)开发了一种称为酵母双杂交的实验体系,用于验证蛋白质分子存在相互作用②。随即,多个实验室利用此方法于1990年独立证明了P53蛋白能够发挥转录因子的功能[33, 34, 35]。   接着,通过总结1991—1992年间的一系列报道(以及之前的部分工作),确定P53在修复DNA损伤中的重要作用[36]。不过,更重要的一项工作是发现了P53与MDM2蛋白之间的负反馈调控回路。MDM2是一种泛素连接酶,最初在小鼠中发现它与P53蛋白形成复合物,并且可以抑制P53作为转录因子的活性[37]。后来知道当P53蛋白浓度高时,就会启动MDM2基因表达,MDM2与P53结合后,将其与泛素连接。连接了泛素的P53遂进入蛋白降解过程,由此形成負反馈调节,使正常细胞中的P53蛋白一直维持在一个较低的基础水平。此后,又发现许多其他分子参与P53蛋白的反馈调控环路,说明其拥有一个网络化的调控系统[38]。
  MDM2-P53负反馈环路,是细胞中调节P53浓度的重要机制,在1992年提出后,就被众多系统生物学家和计算机生物学家所关注。并成为研究信号通路内调控途径的经典模型。在实用研究领域,该环路也是众多大有希望的抗癌药物的作用靶点[38]。
  此外,1992年的另一项里程碑是获得了p53基因敲除的小鼠模型[39]。构建基因敲除(或突变)的生物模型,是研究某个基因功能的重要实验方法。其基本思路是:用生物技术手段在某个模式生物中使感兴趣的基因失活,观察其生理和表型的变化,由此推测该基因的功能;后续还可以在这个模型中重新导入该基因或其产物,验证前面的推测。这代表了分子生物学研究的一种范式,很多科学家致力于此类工作。在90年代,这是一项很有难度的工作,如果某个实验室建立了一个重要的突变体模型,往往意味着确立了在该领域的领先地位。
  基于上述进展,及其日益高涨的热度,1993年,《科学》杂志将P53评为年度分子[40]。1994年,欧美的一些学者联合构建了一个数据库。通过文献检索,汇集了p53基因中的2,500多个突变。存放在EMBL数据库中,并以电子形式免费提供[41]。后来,其它一些组织也建立了自己的P53数据库①。
  不同的突变体,表现不同的生理特征。通过对它们的研究,可以对单个基因做精细的解读。在此,也许不应该拿太多的知识细节来轰炸读者,不过值得一提的是,在这些前期工作中,也有中国的贡献,即发现在黄曲霉素所引发的肝癌中,存在特异位点的P53突变[42]。此项工作的思路由中国医学科学院肿瘤医院的孙宗棠医生提出,样品采集自江苏启东地区。但受实验条件所限,当时只能与美国学者合作进行②。
  2009年,《自然-综述》组织了一个关于P53的特刊,描述当时对这一领域的理解。简单说,P53在许多信号传导途径中起着节点的作用,从而调节从生殖、发育到维持基因组稳定性(DNA修复)和细胞老化、凋亡的各种重要生物活性。一些证据表明P53的单体或二聚体可以与同一家族的另外两种蛋白P63或P73形成杂四聚体,这三种转录因子产生的组合可能具有更加复杂的调控功能[1]。由于其在协调细胞周期对DNA损伤和其它应激信号的反应中至关重要,P53蛋白在避免癌症发生的机制中扮演了细胞守护者的角色。在超过半数的人类癌症中,都会发现p53基因的突变[43]。这也是它受到特别关注的原因。
  此后的10年里,关于P53不断有新的调控因子、信号通路、代谢途径被发现、解释,并从中提出新的抗癌策略。文献数量增加了数万篇,并且随着新的基因编辑技术成熟完善,构建动物模型变得更加方便、精确,可以料想研究文献的产生速度还将进一步提升。在维基百科这样的大众知识来源中,已经给出了P53与上百种其他生物分子相互作用的链接。但是,对普通人来说,最关心的大概还是:知道了这些,到底对攻克癌症有什么用呢?
  五   基于P53的癌症治疗
  鉴于P53在癌症中的核心角色,围绕其开发抗癌药物和治疗方法,在工业界和学术界都是一个重要的努力方向。早在1996年的P53研讨会上,就已经开始讨论基于P53的疗法。那一年,德克萨斯大学安德森癌症中心的杰克罗斯(J. A. Roth)等人率先尝试了在人体内进行p53基因治疗。他们通过直接注射表达人p53的逆转录病毒载体,治疗非小细胞肺癌[44]。其思路简单说就是用病毒载体将正常的p53基因导入癌症患者体内,希望它能补偿突变的p53所导致的功能缺失。后来的研究表明,使用腺病毒载体,更适合控制成本进行大规模规范化生产。德克萨斯州的Introgen Therapeutics公司就是采用了这个方法。其产品名为Advexin,在美国进行了不少临床试验,对多种癌症都报道了颇有希望的试验数据。然而,在2008年最后的审批环节该公司却撤回了申请,产品未能上市①,公司随后破产。
  实际上,世界各地有好多机构都曾经开展过这方面的研究。幸运的是,同类药物在中国受到了官方支持。1998年3月,在深圳成立了赛百诺基因技术有限公司,研发“重组人P53 腺病毒注射液”。同年12 月,这个药物获得国家药品监督管理局批准进入Ⅰ期临床试验。接着的几期临床试验乃至生产都得到了来自科技部的项目经费支持②。2003年,产品名为“今又生”(Gendicine)的重组Ad-p53腺病毒注射液获得药监局颁发的新药证书,2004年1月和3月,又陆续获得准字号生产批文和药品GMP认证,成为世界上第一个获得官方批准上市的基因治疗新药,作为治疗头颈癌的基因治疗产品进入商业市场[45]。使用这个产品的病例不时在科学期刊上有报道[46],让西方人颇感扭曲和受到挑战的是,2009年Introgen Therapeutics进入破产程序之际,赛百诺公司却得到美国食品药品监督管理局(FDA)批准,开始了在美国的临床试验[47]。
  与基因治疗相比,更常规的新药研发进路是寻找一些以P53系统为标靶的小分子药物。比如抑制P53-Mdm2蛋白相互作用的Nutlins,以及可以使肿瘤细胞内突变的P53蛋白改变构象以恢复其正常功能的PRIMA1[47]。这些是比较成熟,已经进入临床试验的。然而大部分基于P53的新型抗癌疗法,都还在实验初期。部分问题是P53参与了如此多的细胞过程,提高其效果可能会导致不必要的副作用。总的来说,治疗的思路很多,据2015年的统计,至少有114家公司正在积极开发针对P53信号通路的药物③。除了治疗上的应用,P53基因的表达状态也是癌症前期诊断的重要指标之一。   相对于早期肿瘤分子生物学家的谨慎[48],随着对P53调控途径的了解愈加充分,现在越来越多的人开始对其应用前景表示乐观,并对一些新的研究方向做出了展望[49]。但争论仍在继续,认知也在对观念的不断重新审视中获得推进。
  六   结语
  过去40年对P53研究的历史,以丰富的例证说明了发现新知识的过程是如何充满意外,以及研究范式和新的方法论突破如何使我们以完全不同的方式感知相同的事实①。同時还可以看到对一个分子的深入研究如何引领了一个相当大的学科领域的发展。
  可以说,p53是人们目前了解最多的一个基因,也恰恰因此,它为人们打开了更多的未知。2009年在纪念P53发现30周年的文章中,称一个理性时代才刚刚开始,在其研究真正成熟之前,还将有很多个第一次[50]。2019年5月②,在纪念P53发现40周年的会议上,吴家睿教授又引用莎士比亚的名言“凡是过往、皆为序章”(What’s past is prologue),来表达对未来发展的期待。诚如会议中有学者所说:对P53的认识,有如盲人摸象,看到了多样的局部,但还没有揭开真实完整的全貌。
  如前所述,从文献数量来看,关于P53的新发现并未随着时间的增长而下降,并且很多都发表在普通生物学者所仰视的CNS级③刊物上。参与过P53研究的团队也越来越庞大。当我们置身其中的时候,每一步进展都曾经带来巨大的喜悦和希望。但不久之后回顾,很多当时令人激动万分的发现,就只是大屏幕上的一个小小的像素。这种以还原论为指导的生命科学研究现状,大概还要维持一段时间。以生命现象之复杂多样,能否达到像物质科学中那样精准的规律性认识,仍属未知。
  伊芙琳·凯勒(F. Keller)在《基因的世纪》(The Century of the Gene)中,对主导20世纪遗传学研究的还原论思想提出挑战,试图推动生物学家创造一套比“基因”概念更能处理生物组织之复杂性的术语[51]。虽然,她的建议当时(以及现在都)没有可操作性,但是,结合P53的认识历程,也许对现代分子生物学的基本方法进行反思也是有必要的。
  在人类认识p53的40年中,出现了很多现象级的人物和教科书式的案例,笔者受能力所限,做此粗疏的整理,聊作纪念之外,也期待更多学人关注。
  参考文献
  [1] Levine, J., Oren, M.. The first 30 years of P53: growing ever more complex[J]. Nature Reviews Cancer, 2009, 9(10): 749—758.
  [2] Rothschild, M., Tanke, H., Helbling, M., Martin, D.. Epidemiologic study of tumors in dinosaurs[J]. Naturwissenschaften, 2003, 90: 495—500.
  [3] Armstrong, S.. P53, the gene that cracked the cancer code[M]. London and New York: Bloomsbury Sigma, 2014.
  [4] Hajdu, I.. A note from history: Landmarks in history of cancer, part 2[J]. Cancer, 2011, 117(12): 2811—2820.
  [5] Faguet, B.. A brief history of cancer: Age-old milestones underlying our current knowledge database[J]. International Journal of Cancer, 2015, 136: 2022—2036.
  [6] Rous, P.. A sarcoma of the fowl transmissible by an agent separable from the tumor cells[J]. The Journal of Experimental Medicine, 1911, 13: 397—411.
  [7] What Price the Crusade for Cancer Research?[J]. Nature New Biology, 1971, 230(16): 225—226.
  [8] Calkins, N.. Book Review: Zur Frage der Entstehung maligner Tumoren[J]. Science, 1914, 40(1041): 857—859.
  [9] Huebner, R., Todaro, G.. Oncogenes of RNA tumor viruses as determinants of cancer[J]. Proc. Nat. Acad. Sci, 1969, 64: 1087—1094.
  [10] Stehelin, D., Varmus, E., Bishop, M., Vogt, K.. DNA related to the transforming gene(s) of avian sarcoma viruses is present in normal avian DNA[J]. Nature, 1976, 260: 170—173.
  [11] Tsuchida, N., Murugan, K., Grieco, M.. Kirsten Ras* oncogene: Significance of its discovery in human cancer research[J].  Oncotarget, 2016, 7(29): 46717—46733.   [12] Tegtmeyer, P., Schwartz, M., Collins, K., Rundell, K.. Regulation of Tumor Antigen Synthesis by Simian Virus 40 Gene A[J]. Journal of Virology, 1975, (6): 168—178.
  [13] Lane, P., Crawford, V.. T antigen is bound to a host protein in SV40-transformed cells[J]. Nature, 1979, 278(5701): 261—263.
  [14] Linzer, I., Levine, J.. Characterization of a 54K dalton cellular SV40 tumor antigen present in SV40-transformed cells and uninfected embryonal carcinoma cells[J]. Cell, 1979, 17: 43—52.
  [15] DeLeo, B., Jay, G., Appella, E., Dubois, C., Law, W., Old, J.. Detection of a transformation-related antigen in chemically induced sarcomas and other transformed cells of the mouse[J]. PNAS, 1979, 76(5): 2420—2424.
  [16] Melero, A., Stitt, T., Mangel, F., Carroll, B.. Identification of new polypeptide species (48-55K) immunoprecipitable by antiserum to purified large T antigen and present in SV40-infected and -transformed cells[J]. Virology, 1979, 93: 466—480.
  [17] Kress, M., May, E., Cassingena, R., May, P.. Simian virus 40-transformed cells express new species of proteins precipitable by anti-simian virus 40 tumor serum[J]. Journal of Virology, 1979, 31: 472—483.
  [18] Smith, E., Smith, R., Paucha, E.. Characterization of different tumor antigens present in cells transformed by simian virus 40[J]. Cell, 1979, 18: 335—346.
  [19] Rotter, V., Witte, N., Coffman, R., Baltimore, D.. Abelson murine leukemia virus-induced tumors elicit antibodies against a host cell protein, P50[J].  Journal of Virology, 1980, 36: 547—555.
  [20] Reddy, P., Reynolds, K., Santos, E., Barbacid, M.. A point mutation is responsible for the acquisition of transforming properties by the T24 human bladder carcinoma oncogene[J]. Nature,1982, 300(5888): 149—152.
  [21] Chumakov, M., Iotsova, S., Georgiev, P.. Isolation of a plasmid clone containing the mRNA sequence for mouse nonviral T-antigen[J]. Doklady Akademii Nauk SSSR (in Russian), 1982, 267(5): 1272—1275.
  [22] Oren, M., Levine, J..  Molecular cloning of a cDNA specific for the murine p53 cellular tumor antigen[J]. PNAS, 1983, 80(1): 56—59.
  [23] Wolf, D., Rotter, V.. Inactivation of P53 gene expression by an insertion of Moloney murine leukemia virus-like DNA sequences[J]. Mol Cell Biol, 1984, 4: 1402—1410.
  [24] Wolf, D., Rotter, V.. Major deletions in the gene encoding the P53 tumor antigen cause lack of P53 expression in HL-60 cells[J]. PNAS, 1985, 82: 790—794.   [25] David, Y., Prideaux, R., Chow, V., Benchimol, S., Bernstein, A.. Inactivation of the P53 oncogene by internal deletion or retroviral integration in erythroleukemic cell lines induced by Friend leukemia virus[J]. Oncogene, 1988, 3: 179—185.
  [26] Harris, H., Miller, J., Klein, G., Worst, P., Tachibana, T.. Suppression of malignancy by cell fusion[J]. Nature, 1969, 223: 363—368.
  [27] Stanbridge, J.. Suppression of malignancy in human cells[J]. Nature, 1976, 260: 17—20.
  [28] Knudson, G.. Mutation and Cancer: Statistical Study of Retinoblastoma[J]. PNAS, 1971, 68(4): 820—823.
  [29] Baker, J.. et al. Chromosome 17 deletions and P53 gene mutations in colorectal carcinomas[J]. Science, 1989, 244: 217—221.
  [30] Finlay, A., Hinds, W., Levine, J.. The P53 proto-oncogene can act as a suppressor of transformation[J]. Cell, 1989, 57: 1083—1093.
  [31] Vogelstein, B., Sur, S., Prives, C.. P53: The Most Frequently Altered Gene in Human Cancers[J]. Nature Education, 2010, 3(9): 6.
  [32] Winchester, G.. Tumor vorology: P53 protein and control of growth[J]. Nature, 1983, 303: 660—661.
  [33] Raycroft, L., Wu HY, Lozano, G.. Transcriptional Activation by Wild-Type But Not Transforming Mutants of the P53 Anti-Oncogene[J]. Science, 1990, 249(4972): 1049—1051.
  [34] Fields, S., Jang SK. Presence of a potent transcription activating sequence in the P53 protein[J]. Science, 1990, 249(4972): 1046—1049.
  [35] O’Rourke, W., Miller, W., Kato, J., Simon, J., Chen DL, Dang CV, Koeffler, P.. A potential transcriptional activation element in the P53 protein[J]. Oncogene, 1990, 5(12): 1829—1832.
  [36] Kastan, B., Kuerbitz, J.. Control of G1 arrest after DNA damage[J]. Environmental Health Perspectives, 1993, 101(Suppl 5): 55—58.
  [37] Momand, J., Zambetti, P., Olson, C., George, D., Levine, J.. The mdm-2 oncogene product forms a complex with the P53 protein and inhibits P53-mediated transactivation[J]. Cell, 1992, 69(7): 1237—1245.
  [38] Brady, A.,  Attardi, D.. P53 at a glance[J]. Journal of Cell Science, 2010, 123(15): 2527—2532.
  [39] Donehower, A.. et al. Mice deficient for P53 are developmentally normal but susceptible to spontaneous tumours[J]. Nature, 1992, 356: 215—221.
  [40] Koshland, E.. Molecule of the year[J]. Science, 1993, 262(5142): 1953.
  [41] Hollstein, M., Rice, K., Greenblatt, S., Soussi, T., Fuchs, R., S?rlie, T., Hovig, E., Smith-S?rensen, B., Montesano, R., Harris, C.. Database of P53 gene somatic mutations in human tumors and cell lines[J]. Nucleic Acids Res, 1994, 22(17): 3551—3555.   [42] Hsu, C., Metcalf, A., Sun, T., Welsh, A., Wang NJ, Harris, C.. Mutational hotspot in the P53 gene in human hepatocellular carcinomas[J]. Nature, 1991, 350: 427—428.
  [43] Toledo, F., Wahl, M.. Regulating the P53 pathway: in vitro hypotheses, in vivo veritas[J]. Nature Reviews Cancer, 2006, (6): 909—923.
  [44] Roth, A., Nguyen, D., Lawrence, D., Kemp, L., Carrasco, H., Ferson, Z., Hong WK, Komaki, R., Lee JJ, Nesbitt, C.. et al. Retrovirus-mediated wild-type P53 gene transfer to tumors of patients with lung cancer[J]. Nature Medicien, 1996, 2: 985—991.
  [45] Pearson, S., Jia H, Kandachi, K.. China approves first gene therapy[J]. Nature Biotechnology, 2004, 22: 3—4.
  [46] Zhang WW. et al. The First Approved Gene Therapy Product for Cancer Ad-p53 (Gendicine): 12 Years in the Clinic[J]. Human Gene Therapy, 2018, 29(2): 160—179.
  [47] Lane, P., Cheok, F., Lain, S.. P53-based Cancer Therapy[J]. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2010, 2: 1—24.
  [48] Angier, N.. Natural Obsessions[M]. Boston: Houghton Mifflin, 1988.12.
  [49] Levine, J., Hu W, Feng Z. The P53 pathway: what questions remain to be explored?[J]. Cell Death and Differentiation, 2006, 13: 1027—1036.
  [50] Soussi, T.. The history of P53[J]. EMBO reports, 2010, 11(11): 822—826.
  [51] Keller, F.. The Century of the Gene [M]. Harvard University Press, 2002.
  Oncogene, Tumor Suppressor, or Something Else?
  40 years of  p53 studies
  LI Ang
  Abstract: This paper mainly reviews the historical process of the discovery of P53 protein in 1979 and some landmark achievements in the study of this gene along with applications derived from them. Social and knowledge backgrounds are provided for better understanding of the study of P53 in the context of the development of molecular biology. While how experiment methods and working paradigms effect P53 studies have been explained to some extent.
  Keywords: p53, tumor suppressor, history of molecular biology
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15174040.htm