全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 19卷 第 3期
2007年 6月
Vol. 19, No. 3
Jun., 2007
p53转录非依赖活性介导细胞凋亡
钱呈睿，葛海良，王　颖*
（上海交通大学医学院上海市免疫学研究所，上海 20 00 25）
摘　要：p5 3 主要通过两条途径诱导细胞凋亡：p5 3 作为转录因子，促进细胞凋亡的靶基因的表达上
调，如 PUMA、NOXA、PIDD、p53AIP1、COP1 等，并通过这些蛋白参与内源和外源凋亡途径；
另一方面，胞浆中的 p 5 3 能转位到线粒体，激活内源性的线粒体途径，促进凋亡。后者已成为研究
p53促凋亡机制的热点。本文就 p53对转录非依赖活性诱导细胞凋亡途径的研究进展作一概述。
关键词：p 5 3；线粒体；转录非依赖凋亡；细胞凋亡
中图分类号：Q244; Q255; Q75　　文献标识码：A
p53: pro-death factor that directly targets mitochondria for
triggering apoptosis
QIAN Chengrui, GE Hailiang, WANG Ying*
(Shanghai Institute of Immunology, Medical School of Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200025, China)
Abstract: p53 exerts its tumor-suppressing activity through complicated apoptotic mechanisms. Besides as a
transcriptional factor for induction of multiple apoptotic-associated gene expression, p53 also triggers apoptosis
through transcription-independent pathways. Cytosol p53 protein targets mitochondrial membrane through
interaction with anti- or pro-apoptotic Bcl2 family members and induces the permeabilization of mitochondrial
membrane, which in turn initiates intrinsic mitochondria-mediated apoptotic pathway. This review focuses on
the mechanisms of its unexpected transcription-independent pro-death programs at mitochondria and high-
lights the remarkable relationship between transcription-dependent and -independent apoptotic pathways.
Key words: p53; mitochondria; transcription-independent; apoptosis
诱导肿瘤细胞凋亡是 p53发挥抗肿瘤作用的很
重要的一个方面。在很多凋亡诱导剂作用下，p53
能被激活，并作为一个转录因子，诱导多种与凋亡
相关蛋白的表达[1]。随着人们对 p53抑瘤作用的深
入研究，发现 p53还能转移至胞浆中发挥促凋亡的
作用。自 1994年 Caelles等首次发现不依赖于 p53
转录活性而促凋亡的现象以来，人们通过运用转录
或翻译抑制剂、p53位点突变等方法为这一现象提
供了越来越多的证据[2-3]。
文章编号 ：1004-0374(2007)03-0326-04
收稿日期：2007-03-13；修回日期：2007-05-11
基金项目：国家自然科学基金项目(30572117)
作者简介：钱呈睿(1981—)，女，硕士研究生；王　颖(1969—)，女，博士，*通讯作者，E-mail: ywang@sibs.ac.cn
1　p53转录非依赖诱导凋亡功能的发现
p53 的转录非依赖诱导细胞凋亡的作用最早在
一种表达温度敏感的 p53-Val135的突变细胞中发
现。DNA损伤后，经抑制基因转录或蛋白质合成
抑制物处理，p53针对的靶基因的转录上调消失，
而细胞的凋亡仍然发生[2]。 Marchenko等[4]首次通过
免疫电镜、激光共聚焦显微镜等方法证明，在人类
ML-1、RKO等肿瘤细胞系和人正常细胞系 IMR90、
MRC5、小鼠 32D、Baf3等细胞系中，DNA的损
327第3期 钱呈睿，等：p53 转录非依赖活性介导细胞凋亡
伤和缺氧刺激导致内源性 p53的线粒体转位，且这
种现象只存在于发生凋亡的细胞中，在其他情况，
如 p53 依赖的细胞周期阻滞中未被观察到。运用
TUNEL法发现，连接有线粒体引导序列的 p53融合
蛋白(Lp53wt)与野生型蛋白相比能更有效地诱导细胞
凋亡。在无细胞核的体系中，从胞浆部分提取的
p53能直接激活线粒体。Talos等[5]获得淋巴瘤小鼠
的肿瘤细胞后分别将带有GFP荧光标记的羧基端连
接有Bcl-2穿膜序列的 p53(p53CTM)、Bcl-xl穿膜序
列的 p53(p53CTB)转染肿瘤细胞，并将转染后的细
胞注射到同系小鼠体内后，发现转染 p53CTB或
p53CTM的肿瘤细胞内的p53在转录功能缺失的情况
下，能通过激活线粒体途径的凋亡而抑制肿瘤的生
长，进一步为 p53不依赖转录促进细胞凋亡和抑制
肿瘤的作用提供可靠的体内实验证据。
2　p53转录非依赖促凋亡的作用与线粒体的关系
许多实验表明在各种凋亡刺激下，p53转录非
依赖促凋亡的功能主要通过内源性线粒体途径发挥
作用，其作用过程包括活化的 p53向线粒体的快速
转位，并与位于线粒体膜上的 Bcl家族成员相互作
用，致使线粒体的外膜通透性改变，使线粒体内的
一些促凋亡蛋白(如细胞色素C、AIF、Smac、HTRA2
等)释放到胞浆，激活胞浆中的效应分子，如 caspase
蛋白酶，中和凋亡抑制蛋白，从而诱导凋亡。
2.1　p53线粒体的转位　虽然p53缺乏经典的线粒体
定位序列，但是 p53的线粒体转位在很多细胞中普
遍存在，如原代培养的小鼠胸腺细胞、人乳腺上皮
细胞、表皮角质层细胞以及部分永生细胞系[6 -8 ]。
Erster等[9]通过体内实验证实经 γ射线或 etoposide处
理的小鼠，p53的线粒体转位只发生在辐射敏感组
织，包括胸腺、脾脏、睾丸、脑；而辐射不敏
感的组织，如肾、肝脏中都未见。值得注意的是
p53的线粒体转位出现在凋亡发生的早期，并且发
生在 p53发挥转录活性之前[7,9]。可见 p53线粒体转
位是一种广泛存在的不依赖 p53转录因子功能的现
象。为了进一步了解转位后 p53在线粒体中的具体
定位，人们应用免疫金电镜和胰酶消化纯化的线粒
体的方法发现 p53定位在线粒体的外膜。最近，通
过免疫金电镜发现线粒体基质中也存在 p53。Zhao
等[7]发现经TPA处理的表皮细胞中p53与基质中的超
氧化物歧化酶(MnSOD)结合，通过抑制MnSOD清
除过氧化物的活性，诱导细胞凋亡。以上实验说明
p53转位到线粒体后除与外膜的Bcl-2家族蛋白相互
作用外，还作用于线粒体氧化还原体系，从而影响
细胞对凋亡刺激的反应。
2.2　p53与 Bcl-2家族蛋白的相互作用　胞浆中的
p53主要通过与Bcl-2家族蛋白相互作用发挥促凋亡
的功能。Bcl-2家族蛋白由一类序列高度同源的蛋白
组成，可分为抗凋亡成员(Bcl-2、Bcl-xl、Mcl-1等)
和促凋亡成员(Bax、Bak、Puma、Noxa、Bim等)[10]。
其中 Bak在正常细胞中组成性表达，但促凋亡的功
能因与Mcl-1形成复合体而受到抑制。细胞接受凋
亡刺激后，胞内 p53含量增加，进入胞浆后 p53与
Mcl-1竞争结合 Bak，使Mcl-1释放 Bak，引起 Bak
寡聚化[7]。同样 p53与 Bax相互作用后能使 Bax从
Bax\Bcl-xl复合体中释放出来，引起Bax蛋白的寡聚
化[5]。Bax和 Bak的寡聚化能增加线粒体外膜通透
性，最终激活线粒体途径的细胞凋亡。Jiang等[11]
研究证实在胞浆中存在 Bad/p53复合体，通过活化
Bak的寡聚化，最终激活线粒体途径的细胞凋亡。
以上实验表明，p53能通过结合抗凋亡蛋白而使其
释放原本结合的促凋亡蛋白，发挥间接的促凋亡功
能。除此之外，Chipuk等[12]将纯化的 p53与 Bax和
纯化的线粒体共孵育，在没有其他蛋白存在的前提
下，p53能直接诱导 Bax的寡聚化继而引起线粒体
膜通透性的改变，从而表明 p53能直接或间接的作
用于 Bax和 Bak 等蛋白，发挥其介导的线粒体依赖
的促凋亡作用。
2.3　p53的结构域在转录非依赖凋亡中的作用　近
年来，多个研究小组相继阐述了 p53的结构域在介
导线粒体相关的转录非依赖凋亡中的作用。p53分
子中的结构域包括N端的转录激活结构域(TAD)和
脯氨酸富集区( P D )、中间的 D N A 结合结构域
(DBD)、核定位序列(NLS)、四聚体区(TD)以及 C
端调节区(CTRD)等。Mihara等[6]发现 p53的DBD区
可与 Bcl-xl结合，保守的DBD区域中 239到 248氨
基酸残基的缺失使p53不能与Bcl-xl形成复合物，同
时丧失了促凋亡功能和克隆生长抑制作用。p53的
DBD区与Bcl-xl的结合已通过磁共振试验得到进一
步确证：p53的DBD与 Bcl-xlα1羧基端、α3和 α4
之间的袢、α5 和 α6 之间的袢结合[13]。为了证明
DBD区域突变的肿瘤细胞中p53和Bcl-xl结合能力是
否有所改变，作者随机选择了四种乳腺癌细胞SKBr3
(R175H)、T47D(L194F)、MDA468(R273H)、
MDA231(R280K)(四种突变都发生在 98到 292位编
码DBD区域的氨基酸序列中)，与表达野生型p53的
328 生命科学 第19卷
RKO细胞相比，在没有凋亡刺激的存在下，四种
突变的 p53都聚集到了线粒体部分，但是通过免疫
共沉淀的方法在 SKBr3、T47D、MDA468突变细
胞中未发现 p53/Bcl-xl复合物的存在，MDA231中
两者的结合力很低。这些结果证实了DBD区域中的
突变影响了 p53和 Bcl-xl的结合，从而可能影响了
p53转录非依赖的促凋亡功能[6]。含有转录激活区
域的 TAD区和脯氨酸富集区 PD的N端对于 p53与
Bcl-xl的结合也是非常重要的，Xu等[14]用核磁共
振，荧光共振能量转移试验等方法证实 p53 N 端
(1— 102 残基)与 Bcl-xl的 α4、α3的氨基端和羧基
端、α5 的氨基端、α2 的中间区域相结合。最近
Johnson等[15]构建了 p53L25QW26S 突变体(p53QS：p53第
25和 26位氨基酸突变分别为谷氨酰胺和丝氨酸)，
突变点位于 p53的TAD区。该位点的突变使MDM2
与p53的结合下降，使p53QS激活转录的功能大大降
低，但在无血清培养、缺氧等依赖 p53的凋亡刺激
作用下，细胞仍可以发生凋亡。综上所述，p53蛋
白序列中多个功能区域(TD、PD、DBD、NLS)氨
基酸的改变能影响 p53的转录非依赖活性。
3　p53的翻译后修饰对转录非依赖功能的影响
在应激诱导下的细胞内 p53蛋白含量增加，原
因之一是 p53蛋白翻译修饰后稳定性大大增加。例
如 p53蛋白N端 Ser15、Thr18、Ser20 和 Ser37的
磷酸化干扰MdM2与p53的结合，MdM2介导的p53
降解受到抑制。那么凋亡刺激后 p53的修饰对其在
核或线粒体的定位有影响吗？ p53多位点的磷酸化
依赖胞浆中不同的磷酸激酶，不同的细胞类型，不
同的凋亡刺激。在天花粉诱导的肥大细胞凋亡的试
验中发现，0－ 72 h胞浆 p53的总量并无显著差异，
但是 C端Ser15磷酸化的p53的量却明显增加。Park
等[16]用荧光共聚焦的方法，在线粒体上发现大量的
Ser15磷酸化 p53。 而 Nemajerova等[17]首先用二维
电泳的方法比较了经喜树碱或γ射线刺激的ML-1细
胞的核 p53和线粒体 p53蛋白质，未发现明显差异
点。为了找到可能存在的单个磷酸化位点的差异，
他们又分别用针对特异性磷酸化位点(Ser6, Ser9、
Ser15、Ser20、Ser33、Ser37、Ser46、Ser92)的
p53抗体检测了ML-1、RKO、HCT116细胞系，亦
未发现差异 。ML-1核内的Lys382乙酰化的水平是
线粒体 p53的两倍。RKO、HCT116中核内的 Lys
382乙酰化的水平却比线粒体的低。5-FU诱导的
HCT116的凋亡中未见线粒体p53 Lys382的乙酰化。
综上所述，p53的修饰依赖于细胞的类型，刺激方
式的不同。与 p53线粒体转位相关的修饰有待进一
步的研究。
4　p53转录依赖和转录非依赖的诱导细胞凋亡之
间的联系
如上所述，p53可以通过转录依赖和转录非依
赖两条途径促进细胞的凋亡。那么两种促凋亡途径
之间的关系又是如何呢？研究表明，通过 p53转录
激活的相关蛋白(如HDM2、PIRH2、COP1等)在胞
浆中可以作用于 p53，通过使 p53的泛素化增强降
低胞浆中 p53的含量。其中HDM2与 p53的转录激
活区结合抑制 p53向胞浆转移，PIRH2、COP1则
使胞浆中的 p53的代谢增强[18-19]。同样，与 p53转
录非依赖功能密切相关的Bcl2家族蛋白中的很大一
部分成员，如 Bax、Puma、Noxa、Bid等，都是
p53的转录靶基因。其中Puma基因敲除老鼠表现明
显抗凋亡现象，该蛋白的基因中包含有 p53 激活
区，即 p53是 PUMA的转录因子。在应激情况下，
p53促进 PUMA的表达，说明 p53作为转录因子调
节PUMA的生成，而PUMA 在胞浆中又能调节p53/
Bcl-xl复合体。Chipuk等[20]运用免疫沉淀结合质谱
分析的方法，发现 p53/Bcl-xl复合物受到 PUMA的
调节。在UV刺激的PUMA+/+的细胞中 p53/Bcl-xl复
合物的含量大大低于 PUMA-/- 细胞，体外试验证实
PUMA能使 p53/Bcl-xl复合物解离。他们进一步构
建了一个只能与p53结合而不与PUMA结合的Bcl-xl
突变体(Bcl-xlG138A)，结果 PUMA的表达能阻断
p53/Bcl-xl 复合物对凋亡的抑制作用，但对 p53/Bcl-
xlG138A复合物无效。有PUMA存在能使与Bcl-xl结
合的 p53 从中释放出来发挥转录非依赖的凋亡作
用。另外，在造血前体细胞中用 EMSA和 CHIP等
方法发现了 PUMA基因的另外一个转录因子 slug。
Puma/slug共敲除后能有效的抑制单一的slug敲除小
鼠对辐射的敏感性，而 p53又能作为转录因子激活
slug的表达，表明 p53能通过核内和胞浆两条途径
调节 PUMA这一在 p53线粒体凋亡途径中的重要蛋
白[21]。 另外，有人在体内环境中证实 γ电离辐射作
用导致一些辐射敏感组织中的细胞先出现 p53的线
粒体转位，引起 caspase3的初次活化，而后 p53的
转录依赖途径开始发挥作用，引起 caspase3再次活
化，进一步的诱导凋亡。最近有实验证实 p53有两
个激酶切割位点，分别位于 21位和 186位氨基酸
上，p53能被活化的 caspase3分割成大小不同的片
329第3期 钱呈睿，等：p53 转录非依赖活性介导细胞凋亡
断，这些 p53小片断缺乏转录活性，但是能结合到
线粒体上，进一步强化 p53的促凋亡功能[22]。
综上所述，P53转录依赖和转录非依赖诱导凋
亡途径间既相互促进，又存在彼此抑制的关系。对
p53转录非依赖诱导凋亡功能的深入研究，有助于
建立更完善的 p53调节细胞凋亡的网络，为研究安
全而有效的肿瘤治疗方法以及对在正常机体遭遇应
急损伤导致的细胞凋亡过程中阻断 p53通路而产生
的保护性机制提供了新的切入点[23]。
[参　考　文　献]
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