捲土重來的 p53 抑瘤基因 2020-03-08

駱宛琳博士

說起 p53,或許大多數人都不會太陌生。
 

自一九七九年被發現以來,p53 的身世一直都和癌症脫不了關係。剛開始的時候,大家覺得編碼 p53 蛋白質的基因 TP53,是致癌基因(oncogene)。一直到十年之後,才被還以清名,被正確的歸類為抑瘤基因(tumor suppressor gene)。自此,和 p53 有關的研究,
就像宇宙大爆炸一樣,不僅雷聲大雨聲也大;一直到現在,不論是在學術研究單位還是藥廠研發單位,不論實驗模型是小鼠、人類甚至是大象,p53 依然渾身散發著讓眾人就算想破頭,也要弄清楚搞明白的魅力。它的魅力到底在哪裡?身為抑瘤基因的產物,p53 蛋白質是許多種細胞訊息調節途徑的舵手,地位之重要,牽涉之廣,其角色論起來,大概是像武林門主那樣的地位。若單以研究數據來量化 p53 的地位,亦十分驚人。舉例來說,有大約百分之三十六的肝細胞癌(hepatocellular carcinomas)出現 TP53 的突變,而約有百分之六十八的非小細胞肺癌(non–small cell lung cancers)裡,帶有 TP53 的突變。而且,據實驗統計,在人類腫瘤裡,TP53 大抵可說是突變率最頻繁的基因了。

 

在一九七九年當時,有六個研究團隊各自獨立地,分別在人類細胞與老鼠細胞中,發現有一個蛋白質和癌症的誘發有關。這蛋白質分子量大小約 53 kDa。其中有五個團隊發現這個蛋白質會和 SV40 病毒(是猿猴病毒40之縮寫)所編碼的一種病毒蛋白質結合。SV40病毒在感染細胞之後,會促進細胞增生而導致腫瘤發生。那時,另外一個實驗團隊也剛好在老鼠腫瘤細胞裡,分離出這個蛋白質。所以,把 p53 歸在致癌基因,似乎也是很順理成章的結論。再者,當研究人員把正常版的p53 ,在正常細胞內大量表現時,就足以讓正常細胞搖身變成不斷增殖,完全不受控制的癌細胞。雖然,偶爾還是會有些研究結果宣稱無法用「致癌基因」的角色,來解釋他們所觀察到 p53 所造成的生理影響。但,在一九八零年代中期,抑瘤基因還只是假設性論調而已。那些不符合主流的研究結果,就這樣一直沒有被好好、認真地加以討論。那事情又是如何出現轉機,把瓶頸突破了?這可得一直等到一九八九年呢。這要一直等到研究人員開始定序腸癌(colorectal carcinomas)病人體內的腫瘤細胞 1 。那時候,研究顯示百分之七十五的腸癌腫瘤細胞裡,第十七號染色體的短臂都缺失了。研究人員用了十二個在染色體短臂上的基因標記,發現缺失的那個位置,正是 TP53 基因所在處。
 

同時支持這個發現的,還有一九九零年,研究李佛美尼症候群(Li-Fraumeni syndrome)家族成員的基因體。患有李佛美尼症候群的病人,罹癌率比一般人增加許多。研究發現,這也是因為 TP53 基因有遺傳性變異所導致。於是,TP53 應該是抑瘤基因的論調,漸漸成為板上釘釘的事。

那為什麼最剛開始的那十年,會一直對 p53 的正常功能誤會如此之深呢?原來,那時候大家一直以為是「正常版本」的 p53蛋白質序列,其實,本身是個突變種 2, 3 。而擁有該突變的 p53 蛋白質,剛好會「獲得」把正常細胞癌化的能力。無獨有偶地,該種突變的 p53 蛋白質,也剛好能夠和當時使用的單株抗體結合 3-6 。所以,那些如山多、如海深的實驗數據,其實一點都無法用來證明被他們張冠李戴的 p53 蛋白質,有任何致癌能力。反而,事實可是與他們的推論,天差地遠。誤會解開之後,p53 的身價在過去三、四十年來,自是不減反增。科學家逐漸明白,p53可以調節許多重要的生理途徑。它本身是個轉錄因子,在受到致癌刺激的時候,會去活化許多相關基因,做出適當的反應;舉例來說,像是活化可以促進細胞凋亡的相關基因,使得有變成癌細胞「潛質」的細胞,能夠被扼殺於最初。除此之外,p53 還是細胞要進入細胞分裂週期的守門員,可以促使細胞週期停滯,並且確保基因複製與修復正常進行,以維護細胞基因體序列的完整性。雖然 p53 蛋白質在細胞核內的時候肩擔如此重責大任,當它位於細胞質內的時候,可也沒有閒著。在細胞質時,p53 蛋白質可以抑制細胞自保性的自噬作用(autophagy)。自噬作用可以讓細胞在受到壓力的時候,從自己胞內的所有物裡頭(像是胞器),進行「資源回收」,好讓正常的細胞生理能夠照常進行。但這對於抗癌治療,卻不是好消息。因為如果保護性自噬作用增加了,會讓細胞更容易發展出針對化學療法的耐受性。既然 p53 生理功能如此重要,又有這麼高比例的癌細胞,藉著「突變、丟失 p53」這條彎路,自以為挑了軟柿子,來大變特變;那麼,如何讓癌細胞重新獲得能力,能夠去好好表現正常版本的 p53,就是研究人員不斷努力地目標。目前的研究成果,也頗有進展呢。


目前的成果主要以兩大策略為主。第一種策略,是利用小分子藥物。在正常細胞內,p53 蛋白質的表現量很低。但這不是因為 TP53 基因在正常狀態下不被轉錄、或是轉譯的關係。而是因為 p53 蛋白質的代謝極快,半衰期極短。而這項調控,是由一個叫做 MDM2 的蛋白質所負責。MDM2 可以和 p53 結合,把 p53 蛋白質泛素化(ubiquination),p53 蛋白就會因此被降解掉。於是,顯而易見地,如果可以用小分子藥物去防堵 MDM2 結合上 p53,就能夠讓 p53 獲得自由,p53 蛋白質自然就可以在細胞質內累積了呢!第二個辦法,是利用基因工程技術,把帶有正常 TP53 序列的基因片段,利用病毒性或是非病毒性的方法,轉殖到癌細胞裡。於是,被基因工程改造的細胞,就能夠獲得正常表現p53 蛋白質的能力了。
 

不過,所謂人無完人,藥無兩全。第一種策略的弱點在於,有很大一部分的癌細胞,是直接不具有 TP53 基因的。針對這種把 p53 整個斬草除根的癌細胞,就算有效用極好的小分子藥物,也吹不起讓 p53 再生的東風。至於第二種策略,則是轉殖入的基因片段必然會插入到癌細胞的基因體內。而癌細胞…,對於基因表現的控管就已經是素行不良,並不是很得心應手了。這也就讓研究人員心生隱憂,嵌入基因本身、還有連帶地突變風險,不知道
會不會讓癌細胞還沒學會理財,就中了大樂透呢。

於是,位於美國波士頓 Harvard Medical School、以及 Brigham and Women’s Hospital,由Jinjun Shi 教授所帶領的研究團隊,想要利用合成 mRNA 的方法,讓癌細胞重新獲得表現正常 p53 蛋白質的能力 7 。這種方法有幾個好處。其一,mRNA 位於細胞質,就不用擔心第二種策略的隱憂。其二,既然這療法是自帶伴唱帶,就也不用擔心癌細胞把 TP53 基因砍掉、沒有配樂沒法歡樂大唱癌細胞戰歌的問題了。在 Jinjun Shi 教授的實驗團隊發表這篇文章之前,就已經有不少研究,利用 mRNA 相關技術,把有治療效用的基因送進細胞裡面。這則研究的有趣新穎之處,在於他們結合了奈米粒子的技術(nanoparticle),去結合上實驗室裡生成的 mRNA片段。並且,他們所研發的奈米粒子平台,要先藉由胞飲作用(endocytosis)進入細胞,在脫離胞內體(endosomalescape)之後,他們所製成的奈米粒子,才會因為本身對氧化還原反應敏感(redox-
sensitive)的特性,把 mRNA 片段釋放出來,讓 p53 蛋白質的轉譯作用得以進行。而且,考量到腫瘤內屬於缺氧的微環境,藉由他們的奈米粒子技術,可以大大提高把 mRAN 片段成功遞送到細胞內的效率(可以增高一百到一千倍)。在細胞株與小鼠模型上,研究人員都看到了不確的成效。未來,這項研究的嶄新發現是不是可以用在更廣泛、更臨床的設定底下,是很值得讓人期待的呢。

 



原始論文:
Kong N, Tao W, Ling X, Wang J, Xiao Y, Shi S, Ji X, Shajii A, Gan ST, Kim NY, Duda DG,
Xie T, Farokhzad OC, Shi J. Synthetic mRNA nanoparticle-mediated restoration of p53 tumor
suppressor sensitizes p53-deficient cancers to mTOR inhibition. Sci Transl Med. 2019 Dec
18;11(523). pii: eaaw1565. doi: 10.1126/scitranslmed.aaw1565.

參考資料:

1. Baker, S.J. et al. Chromosome 17 deletions and p53 gene mutations in colorectal
carcinomas. Science 244, 217-221 (1989). doi: 10.1126/science.2649981.
2. Eliyahu, D., Michalovitz, D., Eliyahu, S., Pinhasi-Kimhi, O. & Oren, M. Wild-type p53 can
inhibit oncogene-mediated focus formation. Proc Natl Acad Sci U S A 86, 8763-8767 (1989).
PMC298370. doi: 10.1073/pnas.86.22.8763.
3. Finlay, C.A. et al. Activating mutations for transformation by p53 produce a gene product that
forms an hsc70-p53 complex with an altered half-life. Mol Cell Biol 8, 531-539 (1988).
PMC363177. doi: 10.1128/mcb.8.2.531.
4. Hinds, P.W., Finlay, C.A., Frey, A.B. & Levine, A.J. Immunological evidence for the
association of p53 with a heat shock protein, hsc70, in p53-plus-ras-transformed cell lines.
Mol Cell Biol 7, 2863-2869 (1987). PMC367904. doi: 10.1128/mcb.7.8.2863.
5. Jenkins, J.R., Rudge, K. & Currie, G.A. Cellular immortalization by a cDNA clone encoding
the transformation-associated phosphoprotein p53. Nature 312, 651-654 (1984). doi:
10.1038/312651a0.
6. Ben David, Y., Prideaux, V.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. Oncogene 3, 179-185 (1988).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2842714
7. Kong, N. et al. Synthetic mRNA nanoparticle-mediated restoration of p53 tumor suppressor
sensitizes p53-deficient cancers to mTOR inhibition. Sci Transl Med 11 (2019). doi:
10.1126/scitranslmed.aaw1565.


分類: 學者觀點