一篇综述剖析，癌症中的 p53 药物：一种蛋白，多种靶点

2023-06-16 18:25·邱志远大夫

分子病理实验室

Drugging p53 in cancer: one protein, many targets

肿瘤抑制基因TP53的突变在癌症中非常常见，几十年前就开始尝试恢复 p53 在肿瘤中的功能作为一种治疗策略。然而，这些药物开发项目中很少进入后期临床试验的，并且迄今为止，美国或欧洲还没有批准基于 p53 的疗法。这可能是因为作为核转录因子，p53 不具备典型的药物靶标特征，因此长期以来一直被认为是不可药用的。尽管如此，近年来出现了几种基于 p53 治疗的有前途的方法，包括早期策略的改进版本和使不可药物靶标可药物化的新方法。可以保护 p53 免受其负调节因子影响或恢复突变 p53 蛋白功能的小分子正在引起人们的兴趣，针对特定类型的 p53 突变体定制的药物正在出现。与此同时，人们对基因治疗策略和基于 p53 的免疫治疗方法重新产生了兴趣。

p53，一个有吸引力的癌症靶点

自 1979 年首次描述以来，人们对 p53 蛋白的功能及其与癌症的关系有了广泛的了解。然而，新功能不断涌现。一致认为，p53 是一种强大的肿瘤抑制因子，可以通过多种方式抑制肿瘤生长。作为转录因子，p53 协调可促进细胞周期停滞、细胞凋亡、DNA 修复等目标基因的表达。此外，p53 还可以通过转录非依赖性机制发挥抗增殖作用。事实上，据报道，p53 会影响几乎所有细胞区室和细胞器，包括线粒体、溶酶体、内质网等（图 1）。

图1野生型 p53 的肿瘤抑制作用和突变型 p53 的致癌作用a| 野生型 p53 (wtp53) 主要作为转录因子来限制癌细胞增殖和存活。还涉及许多非转录效应。Wtp53 可通过与细胞凋亡调节因子 BCL-2 家族的多域成员（如 BCL-2 和 BCL-X）相互作用，促进线粒体诱导的细胞凋亡，释放促细胞凋亡 BH3-only 蛋白（如 BAK 和 BAX）的活性。Wtp53 还可以增加应激时的 Ca 2+负荷，从而诱导细胞凋亡。此外，wtp53 是自噬的重要调节因子。b| 突变体 p53 (mutp53) 可以通过搭载其他转录因子 (TFX) 来调节转录，也可以通过非转录机制促进癌症的发生。Mutp53 可以抑制过氧化物酶体增殖物激活受体-γ 共激活因子 1α (PGC1α)，PGC1α 是线粒体生物发生和氧化磷酸化的主要调节剂。此外，与 wtp53 相比，mutp53 通过调节未折叠蛋白反应 (UPR) 来抑制内质网 (ER) 应激诱导的细胞凋亡，从而增加 ER 应激时的细胞存活率。Mutp53 还诱导许多编码蛋白酶体亚基的基因的转录。这种转录激活由 mutp53 与转录因子核因子红细胞 2 相关因子 2 (NRF2) 的结合介导，导致蛋白酶体活性升高和肿瘤抑制蛋白的降解增强。wtp53 和 mutp53 都会影响多个细胞器和细胞室，并且还可以通过分泌各种分子（包括可溶性分子和由外泌体或细胞外囊泡携带的分子）引发非细胞自主效应。wtp53 的存在抑制高尔基支架蛋白的表达，从而抑制高尔基体中分泌性囊泡的生物发生，而 mutp53 可以通过与缺氧反应因子 HIF1α 相互作用诱导 microRNA miR-30d 表达来调节高尔基体功能。因此，miR-30d 调节高尔基体的小管囊泡形成，促进囊泡运输和分泌。

小分子

对能够激活 p53 信号转导的小分子的追求始于几十年前，此后稳步加强（图 2）。重要的是，具有不同TP53状态的肿瘤需要非常不同的小分子策略。因此，对于携带TP53错义突变的肿瘤，小分子药物开发主要集中在能够恢复 mutp53 蛋白的野生型样构象和活性的化合物上。相反，对于维持 wtp53 的癌症，主要方法是鉴定可将 p53 从其负调节因子（最显着的 MDM2）抑制中解放出来的小分子，从而释放出完整的 p53 活性。

图 2 按年份和治疗类别划分的 p53 靶向临床试验数量

多年来，已经描述了许多其他的 mutp53 重新激活药物。例子包括 MIRA-1，它包含一个可以参与亲核加成反应的马来酰亚胺基团，以及 STIMA-1，一种 2-styrylquinazolin-4(3H)-one 相关衍生物。与 PRIMA-1 一样，MIRA-1 和 STIMA-1 也具有 Michael 受体活性，并且可以潜在地修饰 p53 蛋白中的半胱氨酸以稳定野生型构象并防止 mutp53 展开。尽管这两种化合物在体外和体内均表现出 p53 依赖性作用，但由于溶解度问题 (STIMA-1) 和对正常细胞的毒性(MIRA-1)，均未进入临床试验（图 3 ）。

图 3用于癌症治疗的基于 p53 的小分子

a| 在 p53 野生型 (wtp53) 肿瘤中，小分子药物开发主要集中在抑制或降解 p53 的负调节因子，包括 MDM2、MDM4 和人乳头瘤病毒 (HPV) E6。这种抑制增加了癌细胞中 p53 蛋白的丰度和 wtp53 活性，促进了 p53 靶基因的表达。ALRN-6924 是一种固定肽，可阻断 MDM2–p53 和 MDM4–p53 相互作用。p53 激活蛋白水解靶向嵌合体 (PROTAC) 的工作原理是靶向 MDM2，通过特定的 E3 连接酶进行泛素化，从而导致 MDM2 降解。

b| 在表达错义突变体 p53 (mutp53) 蛋白的肿瘤中，药物开发旨在恢复 wtp53 构象和/或抑制 mutp53 的功能获得活性，例如抑制 p73。从左到右：(1) RETRA（转录报告活性的再激活）或 NSC59984 等小分子抑制 mutp53 与 p73 的相互作用，释放 p73 并使其进入细胞核并反式激活与 p53 部分重叠的靶基因目标基因。(2) 一些小分子（三氧化二砷（ATO），ZMC1）主要作用于p53结构突变体（如p53（R175H））以恢复wtp53构象并诱导p53靶基因表达。(3) p53(Y220C) 突变体在突变位点附近有一个可接近的缝隙，它可以被小分子靶向以热力学稳定突变蛋白并将其转变为类似野生型的状态。(4) 许多化合物（例如 APR-246 和 pCAP）靶向广谱的 p53 突变体以恢复类似 wtp53 的结构，从而激活 p53 靶基因（有关更详细的机制描述，请参见参考文献。195）。(5) 一些小分子——如 ReACp53 或 ADH-6——通过抑制 mutp53 聚集、恢复 wtp53 样结构和激活 p53 靶基因发挥作用。

c | 其他小分子抑制过早终止密码子 (PTC) 的识别，从而在具有截短TP53突变的细胞中实现全长 p53 蛋白的翻译通读和合成。所有这些药物的首要目标是恢复 wtp53 靶基因的表达，以此作为诱导癌细胞死亡或复制衰老的手段，从而抑制肿瘤生长。

基于p53的癌症免疫疗法

从广义上讲，癌细胞中错义 mutp53 蛋白的过度表达预计会增加来自整个 p53 蛋白的各种肽的呈递。尽管这些肽中至少有一些可能与 wtp53 共享，但免疫系统对癌细胞的选择性将依赖于正常细胞仅表达非常低量的 p53 这一事实（图 4 ）。这种方法的可行性得到了观察结果的支持，即 T 细胞对 p53 的反应不受自然自身耐受性的限制。然而，假设健康细胞不会受到影响是有风险的：事实上，分化细胞可能拥有极少量的 p53 mRNA，因此几乎不能合成任何 p53 蛋白，但这可能不适用于快速增殖的正常祖细胞，其中TP53 mRNA表达更充实。

图 4靶向癌细胞中 p53 的基于抗体的新策略a| 在正常组织的非增殖区室中，TP53通常是沉默的，因此细胞不产生 p53 蛋白，也不在其表面主要组织相容性复合体 (MHC) I 类上呈递 p53 衍生肽。b |增殖的正常细胞产生少量 p53 蛋白，并在其 MHC I 类 (MHC-I) 上呈现少量 p53 衍生肽。C| 在表达野生型 p53 (wtp53) 的癌细胞中，致癌应激会上调 p53 mRNA 的合成和翻译，导致 p53 衍生肽的更明显呈现。这些呈递肽在数量和质量上的差异为开发基于抗体的策略以选择性地靶向癌细胞提供了基本原理。T 细胞受体 (TCR) 样抗体可识别细胞表面 MHC-I 上显示的 p53 衍生表位，从而引发免疫反应。d | 在含有TP53的癌细胞中错义突变，p53 蛋白水平更高；因此，这些细胞可能会呈现增加量的源自蛋白质非突变区域的肽（蓝色的 wtp53 肽），以及包含突变序列的新肽（mutp53 肽，红色）。可以设计双特异性抗体来识别源自 mutp53 的新抗原和 CD8 + T 细胞上的 TCR-CD3 复合物，从而对表达 mutp53 的癌细胞产生选择性细胞毒性。

除了有针对性地尝试开发 p53 特异性免疫治疗方式外，最近的研究还强调了 p53 与癌症免疫治疗之间更广泛的联系。因此，癌细胞中的 p53 状态可以影响 TME 中的免疫景观（图 5）。

图 5 p53可以通过调节肿瘤免疫微环境来影响免疫治疗

在 p53 野生型 (wtp53) 肿瘤中，肿瘤免疫微环境主要具有抗肿瘤作用。这可以归因于几种机制。例如，wtp53 可以上调 UL16 结合蛋白 1 (ULBP1) 和 ULBP2 以及 microRNA miR-34a 的表达。ULBP1 和 ULBP2 是自然杀伤 (NK) 细胞的激活配体，可增强其细胞毒活性。miR-34 阻断PDL1 mRNA的翻译并驱动其降解；因此，PDL1 蛋白水平在保留 wtp53 的癌细胞中下调，使这些肿瘤细胞对 CD8 +敏感T 细胞介导的杀伤。此外，wtp53可促进肿瘤坏死因子（TNF）等抗肿瘤细胞因子的分泌，进一步增强肿瘤免疫微环境的保护作用。在TP53-突变细胞中，ULBP1 和 ULBP2 被下调，PDL1 被上调，导致对 NK 和 CD8 +的杀伤产生抗性T细胞，分别。此外，p53 功能的丧失可以驱动 WNT 配体的分泌，这些配体与巨噬细胞上的同源受体结合，导致它们分泌 IL-1β，从而吸引中性粒细胞等促肿瘤细胞。Mutp53 蛋白促进外泌体的分泌，这些外泌体可以传递 miR-1246 等，将抗肿瘤 M1 巨噬细胞转化为促肿瘤 M2 巨噬细胞。这种促肿瘤巨噬细胞会分泌 IL-1β，它会吸引促肿瘤调节性 T (T reg ) 细胞，从而抑制抗肿瘤反应并保护肿瘤免受免疫消除。

基于p53的基因疗法

近年来，基因疗法重新受到热捧。纳米颗粒也被探索作为 p53 基因治疗载体（图 6）

图 6 基于 p53 的基因疗法可以通过多种方法将野生型 p53 (wtp53) 编码的 DNA 和 RNA 引入癌细胞，包括重组病毒和纳米颗粒。这会驱动 wtp53 靶基因的 p53 表达和转录，从而产生抗癌作用。在TP53突变的肿瘤中，CRISPR-Cas9 与合适的指导 RNA (gRNA) 一起递送可能会启用碱基编辑，从而恢复野生型TP53序列。

挑战和担忧

尽管在更好的基于 p53 的癌症治疗方面不断取得进展，但仍然存在许多挑战，并且仍在寻找最终能够进入临床的高效和选择性药物。

与所有其他抗癌治疗一样，基于 p53 的治疗的一个主要问题是耐药性的出现。基于经验的知识仍然稀缺；然而，一些潜在的情况是可以预测的。因此，对 MDM2 抑制剂产生耐药性的一个明显机制是TP53基因的突变，这已在延长的 nutlin 治疗后通过实验证明。其他包括抗凋亡基因的激活、对细胞凋亡的内在抗性和 MDM4的上调。这会在多大程度上降低基于 p53 的药物的疗效还有待观察。

最后，也许最大的挑战是我们对人类生物学和药物给药后癌细胞内发生的复杂过程的不完全理解。因此，尽管我们的筛选方法在不断改进，并且产生了越来越多的 p53 靶向化合物列表，但我们仍然缺乏足够的知识来预测可靠的脱靶效应，甚至是不良的中靶效应，导致出现不可接受的毒性的不受欢迎的情况。仅在给患者服用药物时才发现。因此，迫切需要更深入的理解和更明确的测试模型。