P53蛋白對腫瘤細胞鐵死亡的調(diào)節(jié)作用

張佳悅，李政澤，王 媛，宋天嬌，孫 鵬*,梁 冰*

(1.延邊大學醫(yī)學院，延邊大學附屬醫(yī)院藥學部，吉林 延吉133000；2.吉林大學附屬中學，吉林 長春130021；3.吉林大學護理學院，吉林 長春130021)

2012年，Dixon等在探討Erastin誘導RAS突變的腫瘤細胞發(fā)生死亡的作用機制時，發(fā)現(xiàn)了一種鐵依賴的氧化損傷所引起的新型細胞死亡方式，命名為鐵死亡[1]，這種細胞死亡方式可能用于治療腫瘤。野生型(wild-type,wt)p53是一種重要的抑癌基因，可以幫助細胞修復基因缺陷，并誘導腫瘤細胞發(fā)生凋亡，從而具有抑癌作用，p53基因缺失是許多腫瘤發(fā)生的重要因素。然而，突變型p53卻促進腫瘤細胞的生長[2]。最新研究發(fā)現(xiàn)，P53還可通過調(diào)控鐵死亡誘導腫瘤細胞死亡，然而其機制尚不明確。本文綜述P53調(diào)控鐵死亡的機制，為研究鐵死亡的調(diào)控機制提供參考。

1 P53通過下調(diào)SLC7A11轉(zhuǎn)錄促進鐵死亡

SLC7A11(XCT)是膜鈉依賴system X-c的輕鏈亞單位，system X-c是由SLC7A11和重鏈亞單位(SLC3A2)經(jīng)二硫鍵聯(lián)接組成的異二聚體[3]。System X-c可將細胞內(nèi)的谷氨酸鹽轉(zhuǎn)移到細胞外，并介導細胞外的胱氨酸進入細胞，胱氨酸在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為半胱氨酸后用于谷胱甘肽(GSH)的合成，從而保護細胞免受氧化應激損傷。抑制System X-c可通過降低細胞內(nèi)GSH的合成，導致L-ROS累積從而誘導鐵死亡[4]。研究表明，小鼠胚胎成纖維細胞(MEF)中P53激活與SLC7A11表達呈負相關(guān)，提示P53可能通過抑制SLC7A11從而誘導MEF發(fā)生鐵死亡[5]。

以Nutlin-3激活P53可顯著下調(diào)細胞中SLC7A11的表達，p53基因敲除可完全消除Nutlin-3對SLC7A11的抑制作用。在p53基因敲除(p53ko)的細胞中，system X-c和SLC7A11的表達對Nutlin-3不敏感[6]。一項研究在SLC7A11基因的5′區(qū)域鑒定了P53結(jié)合序列，隨后證實該啟動子區(qū)域形成了P53-DNA復合物[7]。P53抑制SLC7A11的轉(zhuǎn)錄導致胱氨酸輸入障礙，進而GSH產(chǎn)生減少，活性氧介導的鐵死亡增多，這一分子級聯(lián)可能有助于P53發(fā)揮抑癌作用[7]。

P53可誘導促進細胞凋亡和細胞周期停滯的基因轉(zhuǎn)錄，而P533KR變異體由于賴氨酸殘基處缺乏乙酰化位點，對這些基因不具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能。然而，表達p533KR的小鼠不易發(fā)生腫瘤，并與野生型小鼠的總體存活率相似[8]；即使缺失P53下游基因，P533KR仍具有抑制腫瘤的作用；在異種移植瘤模型中，P533KR變異體可下調(diào)SLC7A11的表達，并明顯抑制腫瘤生長[9]。以上研究表明，是P533KR變異體保留的P53-SLC7A11軸通過誘導鐵死亡發(fā)揮了抑瘤作用，而與P53的傳統(tǒng)抑瘤機制無關(guān)。

2 P53通過促進DPP4入核抑制鐵死亡

在人類結(jié)直腸癌(CRC)中，P53一方面通過轉(zhuǎn)錄依賴的方式誘導鐵死亡，另一方面在Erastin介導的鐵死亡中發(fā)揮抑制作用。以Erastin處理后，p53-/-的CRC細胞中脂質(zhì)氧化水平進一步增強，GSH下調(diào)更加明顯；將p53 cDNA導入p53-/-的CRC細胞后，丙二醛和GSH得到了恢復[10]。

在獨立轉(zhuǎn)錄機制中，p53缺失誘導的鐵死亡與二肽基-肽酶-4(DPP4)活性受限有關(guān)。DPP4是一種膜結(jié)合的二聚肽酶，廣泛表達于不同細胞類型，具有降解生物活性肽的活性[11,12]。DPP4對許多腫瘤的致瘤作用已被報道[13]，其異常表達與腫瘤侵襲相關(guān)。p53缺失時DPP4的核定位減少，CRC細胞中與質(zhì)膜相關(guān)的DPP4依賴的脂質(zhì)過氧化增加，脂質(zhì)過氧化誘導的鐵死亡增加[14]。P53可通過促進DPP4進入細胞核，并形成DPP4-P53復合物，從而抑制CRC細胞的鐵死亡；解除DPP4-P53復合物可恢復CRC細胞對Erastin的敏感性。在沒有P53的情況下，DPP4可以自由地與NOX1相互作用并形成一個復合物，導致脂質(zhì)過氧化和鐵死亡的增加。抑制DPP4可顯著抑制鐵死亡，特別是在P53敲除的細胞中[10]。

與這一機制不同，P53在其他細胞中是鐵死亡的正性調(diào)節(jié)因子。因此，P53通過轉(zhuǎn)錄依賴或轉(zhuǎn)錄獨立的方式雙向調(diào)節(jié)鐵死亡的作用，可能依賴于腫瘤類型。然而，還有許多重要問題需要證實。首先，研究僅使用兩種CRC細胞系，尚不足以證明P53和DPP4在CRC中對鐵死亡的調(diào)節(jié)作用；第二，DPP4在各類型細胞中廣泛表達，而p53突變和缺失常見于惡性腫瘤，因此需進一步揭示DPP4-P53復合體在CRC和其他惡性腫瘤中調(diào)節(jié)SLC7A11的不同機制；第三，P53是否促進DPP4的核定位并形成DPP4-P53復合體，可能受p53突變或P53修飾(如乙酰化)的影響，這可能為不同細胞中P53的相反作用提供解釋。

3 P53通過上調(diào)GLS2轉(zhuǎn)錄促進鐵死亡

谷氨酰胺溶解指谷氨酰胺在谷氨酰胺酶1(GLS1)和GLS2的催化下轉(zhuǎn)化為谷氨酸，兩個獨立的研究支持GLS2在鐵死亡中的作用。盡管GLS1和GLS2的結(jié)構(gòu)和功能均很相似，但只有GLS2是鐵死亡過程所必需的。已知鐵死亡可降低GSH并增加細胞內(nèi)的活性氧水平，研究員通過使用鐵死亡抑制劑和谷氨酰胺溶解抑制劑來抑制Erastin誘導的鐵死亡，從而證明鐵死亡的發(fā)生需要谷氨酰胺和GLS2[15]。人的GLS2基因位于12q13號染色體，包含兩個潛在的P53結(jié)合位點(BS)。腺病毒介導表達的P53與BS1和BS2均可結(jié)合，但內(nèi)源性P53僅與BS2結(jié)合，提示P53活化后可直接與GLS2啟動子中的BS2結(jié)合，上調(diào)GLS2的mRNA轉(zhuǎn)錄[16]。GLS2表達上調(diào)有助于需氧糖酵解而非氧化磷酸化所引起的鐵死亡，并有助于Warburg效應[15,17,18]。

4 P53激活SAT1誘導鐵死亡

低分子量多胺，包括腐胺、亞精胺和精胺，參與細胞生長、增殖和分化的調(diào)節(jié)。亞精胺/精胺N1-乙酰轉(zhuǎn)移酶1(SAT1)可利用乙酰輔酶A，催化亞精胺和精胺的乙酰化反應[19]。多胺代謝異常與腫瘤密切相關(guān)，SAT1激活可誘導鐵死亡[20]，P53可調(diào)控SAT1的轉(zhuǎn)錄表達[21]，對含野生型P53的黑色素瘤細胞進行RNA測序，發(fā)現(xiàn)SAT1啟動子區(qū)有兩個P53結(jié)合位點。P53誘導SAT1轉(zhuǎn)錄表達可促進脂質(zhì)過氧化和ROS誘導的鐵死亡，沉默SAT1可降低野生型P53細胞中活性氧誘導的細胞死亡，但對P53無效的細胞無影響。

P53的另一個靶基因是前列腺素內(nèi)過氧化物合酶2(PTGS2)，PTGS2的上調(diào)被廣泛用作鐵死亡的標志物，在高表達SAT1的異種移植瘤中表達上調(diào)。Stockwell等發(fā)現(xiàn)，用Erastin和RSL3誘導鐵死亡可導致PTGS2表達上調(diào)。而在P53無效的細胞中，鐵死亡誘導劑未上調(diào)PTGS2表達，表明這種調(diào)節(jié)是P53依賴的。

SAT1誘導的鐵死亡依賴于花生四烯酸鹽15-脂氧合酶(ALOX15)，ALOX15可催化花生四烯酸的過氧化反應并增加脂質(zhì)過氧化。SAT1可增加ALOX15的水平和活性，抑制ALOX15可完全緩解SAT1誘導的鐵死亡。這些結(jié)果與先前的發(fā)現(xiàn)一致，即ALOX15是氧化應激轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)過氧化和細胞死亡的主要調(diào)節(jié)器[20]。

5 P53受SOCS1調(diào)控促進鐵死亡

細胞因子信號轉(zhuǎn)導抑制因子(SOCS)家族蛋白是JAK-STAT介導的細胞因子信號轉(zhuǎn)導途徑的負反饋調(diào)節(jié)因子[22]，JAK/STAT5通路異常活化時，SOCS通過對JAK的負性調(diào)控發(fā)揮抑制腫瘤作用。在各種人類腫瘤中，SOCS1表達下調(diào)與細胞因子受體信號通路失調(diào)有關(guān)，而SOCS1表達上調(diào)與乳腺癌的發(fā)生相關(guān)[23]。

在人成纖維細胞中，SOCS1的表達與P53靶基因存在顯著相關(guān)性，而且SOCS1是P53激活所必需的。SOCS1調(diào)控的基因與氧化磷脂誘導的基因表達相重疊，P53調(diào)控SAT1表達促進鐵死亡的作用依賴于SOCS1。除了影響P53靶基因的表達外，SOCS1還通過促進P53的絲氨酸磷酸化和干擾KAP1穩(wěn)定P53的結(jié)構(gòu)[24]，從而促進P53在DNA損傷處形成蛋白復合物。SOCS1的這一功能維持了一個預激活的P53池，該池的緩慢釋放有助于產(chǎn)生持久的慢性P53反應。

6 P53通過P53-P21軸抑制鐵死亡

最近發(fā)表的一項研究表明，P53對腫瘤細胞的鐵死亡具有抑制作用[25]。研究發(fā)現(xiàn)用Nutlin-3(一種穩(wěn)定P53的化合物)預處理細胞，可以延緩幾種類型細胞發(fā)生鐵死亡。鐵死亡的延遲發(fā)生依賴于P53調(diào)控轉(zhuǎn)錄的一個關(guān)鍵靶點CDKN1A(編碼P21)。P21延遲鐵死亡的機制尚未闡明，但是細胞內(nèi)GSH的保存可能是降低鐵死亡敏感性的重要因素。研究結(jié)果表明，P53-P21軸通過抑制鐵死亡的發(fā)生，使腫瘤細胞能夠在代謝應激的條件下生存，如胱氨酸缺乏。

7 結(jié)論

綜上所述，P53通過轉(zhuǎn)錄依賴和轉(zhuǎn)錄獨立機制對鐵死亡的雙向控制可能是環(huán)境或細胞類型依賴的。由于P53在不同腫瘤細胞中呈現(xiàn)不同的作用，因此P53在鐵死亡中的作用仍未完全闡明，且P53介導的細胞內(nèi)活性氧生成機制尚不清楚。在闡明P53與鐵死亡相關(guān)性的同時，揭示P53的其他生物學特征，可為闡明P53的抑瘤作用提供參考，為利用P53調(diào)節(jié)鐵死亡抑制腫瘤提供依據(jù)。