p53与线粒体的关系

文章编号： １０００－１３３６（２０１０）03－0354-06

ｐ５３与线粒体的关系

苏玉慧 漆正堂 丁树哲

华东师范大学体育与健康学院，上海　２００２４１

摘要：自从有研究发现ｐ５３可以直接介导Ｂａｘ导致线粒体膜通透性改变和细胞凋亡后，ｐ５３与线粒体的关系也越来越受到重视。本文主要从ｐ５３诱导细胞凋亡的非转录依赖的线粒体途径；ｐ５３对线粒体内能量代谢的调控；以及ｐ５３对线粒体内的ｍｔＤＮＡ稳态、生物发生和活性氧类稳态的调控三大方面进行了综述，以期对线粒体代谢紊乱引起的一些疾病治疗提供些许帮助。

关键词：ｐ５３；线粒体；细胞凋亡；能量代谢；稳态中图分类号：Ｑ４４

收稿日期：２００９－０７－０２

国家自然科学基金（３０８７１２１２）项目资助

作者简介：苏玉慧（１９８６－），女，硕士生，　Ｅ－ｍａｉｌ：３ｓｕｙｕｈｕｉ９＠１６３．ｃｏｍ；漆正堂（１９７９－），男，博士后，Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｚｈｔ７９＠１６３．ｃｏｍ；丁树哲（１９６３－），男，博士，教授，博士生导师，通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：　ｓｚｄｉｎｇ＠ｔｙｘｘ．ｅｃｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

线粒体是大部分细胞通过氧化磷酸化合成ＡＴＰ的主要场所，它与很多代谢：例如核苷酸前体生物合成、细胞凋亡等有密切的关系。此外，动物线粒体有自己的基因（ｍｔＤＮＡ），可以编码呼吸链复合物亚基，线粒体的基因表达异常时，会引起很多代谢紊乱症，例如糖尿病等。因此，研究清楚线粒体在机体中的作用显得尤其重要。近年来，越来越多的研究发现ｐ５３与线粒体有很密切的关系，本文将目前有关的研究结果作－一综述。１．　ｐ５３概述

最先发现于１９７９年的致癌基因ｐ５３　是一个在癌细胞内变异了的肿瘤抑制基因，并且具有潜在的转录因子功能，ｐ５３结合在肌酸激酶（ｃｒｅａｔｉｎｅ　ｋｉｎａｓｅ，　ＣＫ）基因启动子区域的一段特异ＤＮＡ序列上，野生型ｐ５３可以引起ＣＫ基因的表达上调。

ｐ５３由３９３个氨基酸组成，含四个主要区域：转录激活区、ＤＮＡ结合区、低聚反应区和基础区（ｂａｓｉｃａｒｅａ）。Ｎ末端包含转录激活区，被划分成三部分：ＡＤ１（残基１￣４２）、ＡＤ２（残基４３￣６３）和脯氨酸富含区（残基６４￣９７）。ＡＤ１和ＡＤ２区对ｐ５３的调节非常关键，因

为它们是许多ｐ５３调节蛋白的作用位点，比如鼠双小蛋白２　（ｍｕｒｉｎｅ　ｄｏｕｂｌｅ　ｍｉｎｕｔｅ　２，　ＭＤＭ２）、乙酰基转移酶Ｐ３００和ＣＲＥＢ结合蛋白（ＣＢＰ）［１，２］。脯氨酸富含区包含５个ＰＸＸＰ重复模体。有研究发现脯氨酸富含区与细胞的生长抑制和凋亡有一定关系［３］。Ｂｅｒｇａｓｃｈｉ等［４］发现　ｐ５３凋亡刺激蛋白质家族的抑制性因子（ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙ　ｍｅｍｂｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｐｏｐｔｏｓｉｓ－ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｉｎ　ｏｆｐ５３，ｉＡＳＰＰ）通过脯氨酸富含区与ｐ５３起作用。也有研究显示ＤＮＡ损伤时ｐ５３的脯氨酸富含区会激活核基质内的肌动蛋白表达［５］。ＤＮＡ结合区（残基１０２￣２９２）必须与Ｚｎ２＋结合才能使蛋白质正确折叠，并特异性结合靶基因中的ＤＮＡ结合元件，激活靶基因的转录。通过ＤＮＡ结合区与ｐ５３起作用的两种蛋白质是：ｐ５３的凋亡刺激蛋白质　（ＡＳＰＰ）和ｐ５３的同分异构体ｐ６３和ｐ７３［６，７］。Ｃ末端含有低聚反应区和基础区。低聚反应区（残基３２３￣３５６）使ｐ５３经翻译二聚化，然后再自聚成四聚体［８］，该区还含有一个核输出信号（ｎｕｃｌｅａｒ　ｅｘｐｏｒｔ　ｓｉｇｎａｌ，　ＮＥＳ）。基础区（残基３６３￣３９３）位于Ｃ末端，含有两个核定位信号（ｎｕｃｌｅａｒ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌ，　ＮＬＳ）和另一个自调节区。低聚反应区和Ｃ末端调节区在ＤＮＡ损伤时，补充其他蛋白质到损伤部位，提供ＤＮＡ损伤信号。

２．　ｐ５３通过非转录依赖的线粒体途径诱导细胞凋亡

诱导肿瘤细胞凋亡是ｐ５３发挥抗肿瘤作用的一

个重要方面。许多凋亡诱导剂均能激活ｐ５３，从而诱导多种与凋亡相关的蛋白质表达［９］。ｐ５３诱导细胞凋亡的非转录依赖途径最早在一种表达温度敏感的ｐ５３－Ｖａｌ１３５的突变细胞中发现。当ＤＮＡ损伤后，经抑制基因转录或蛋白质合成抑制物处理，ｐ５３的靶基因的转录上调消失，而细胞的凋亡仍然发生。Ｍａｒｃｈｅｎｋｏ等［１０］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等肿瘤细胞系和人类正常细胞系ＩＭＲ９０、ＭＲＣ５，小鼠３２Ｄ、Ｂａｆ３等中，ＤＮＡ的损伤与缺氧刺激会导致内源性ｐ５３的线粒体转位，且这种现象只存在于发生凋亡的细胞中，而在其他情况下，如ｐ５３依赖的细胞周期阻滞中未观察到此现象。用ＴＵＮＥＬ法发现，连接有线粒体定位信号（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｓｉｇｎａｌ，　ＭＬＳ）的ｐ５３融合蛋白（Ｌｐ５３ｗｔ）比野生型蛋白质更能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［１１］分别用带有ＧＦＰ荧光标记的羧基端连接有Ｂｃ１－２跨膜序列的ｐ５３（ｐ５３ＣＴＭ）、Ｂｃ１－ｘｌ跨膜序列的ｐ５３（ｐ５３ＣＴＢ）转染淋巴瘤小鼠的肿瘤细胞，并将转染后的细胞注射到同系小鼠体内，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，能通过激活线粒体介导的凋亡而抑制肿瘤的生长。许多实验表明在各种凋亡刺激下，ｐ５３非转录依赖促凋亡的功能主要通过线粒体途径发挥作用，其过程主要是：激活的ｐ５３快速转位到线粒体，与位于线粒体膜上的Ｂｃｌ家族成员相互作用，从而改变线粒体外膜的通透性，使线粒体内的一些促凋亡蛋白（如细胞色素Ｃ、ＡＩＦ、Ｓｍａｃ、ＨＴＲＡ２等）释放入胞浆，激活胞浆中的效应分子，如胱天蛋白酶（ｃａｓｐａｓｅ），从而诱导凋亡。

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，出现在凋亡发生的早期，并且发生在ｐ５３发挥转录活性之前［１２］。因此ｐ５３线粒体转位是一种广泛存在的不依赖ｐ５３转录功能的现象。ｐ５３转位到线粒体后除与外膜的Ｂｃ１－２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。胞浆中的ｐ５３主要通过与Ｂｃ１－２家族蛋白作用发挥促凋亡的功能。Ｂｃ１－２家族蛋白由一类序列高度同源的蛋白质组成，可分为抗凋亡成员（Ｂｃ１－２、Ｂｃ１－ｘＬ、Ｍｃ１－１等）和促凋亡成员（Ｂａｘ、Ｂａｋ、ｐｕｍａ、Ｎｏｘａ、Ｂｉｍ等）［１３］。其中Ｂａｋ在正常细胞中表达，但因与Ｍｃ１－１形成复合体使促凋亡的功能受到抑制。细胞接受凋亡刺激后，胞内ｐ５３含量增加，进入胞浆后与Ｍｃ１－１竞争结合Ｂａｋ，引起Ｂａｋ寡聚化。同样ｐ５３与Ｂａｘ相互作用后能使Ｂａｘ从Ｂａｘ＼Ｂｃ１－ｘＬ复合体中释放出来引起Ｂａｘ蛋白的寡聚化。Ｂａｘ和Ｂａｋ的寡聚化能增加线粒体外膜通透性，最终激活线粒体介导的细胞凋亡。Ｊｉａｎｇ等［１４］研究证实，在胞浆中存在Ｂａｄ／ｐ５３复合体，通过激活Ｂａｋ的寡聚化，最终激活线粒体介导的细胞凋亡。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［１５］将纯化的ｐ５３与Ｂａｘ和纯化的线粒体一起孵育发现，在没有其他蛋白质存在的前提下，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能直接或间接地作用于Ｂａｘ和Ｂａｋ等蛋白质，发挥其非转录依赖的促凋亡作用。

３．　ｐ５３与线粒体能量代谢

ｐ５３是平衡有氧代谢与糖酵解的一种极其重要的物质［１６］，ｐ５３的缺失会引起氧消耗下降，有氧呼吸减弱而糖酵解加强。ＳＣＯ２（细胞色素Ｃ氧化酶复合物的关键调节亚基）是第一个被确定的ｐ５３转录调控能量代谢的靶基因，ｐ５３通过调控ＳＣＯ２的表达直接调控线粒体有氧呼吸（图１）。ＳＣＯ２是合成细胞色素Ｃ氧化酶（ＣＯＸ）所必需的一个编码铜结合蛋白的核基因，人类ＳＣＯ２基因位于染色体２２ｑ１３，包含两个外显子和一个内含子，全长为９１８　ｎｔ，ｍＤＮＡ编码的ＣＯＸＩＩ亚基组装为ＣＯＸ复合物必需ＳＣＯ２基因，人类ＳＣＯ２基因的失活或突变会导致由有氧呼吸障碍而引起的致命性心肌炎。ｐ５３在核内转录激活ＳＣＯ２，使其移位到线粒体内膜合成电子传递链上的ＣＯＸ复合物。当ｐ５３基因敲除时，ＳＣＯ２蛋白水平会下降，引起ＣＯＸ缺乏而减少细胞色素Ｃ生成，降低膜电位和ＡＴＰ的生成，进而影响了线粒体能量的产生。

当细胞内ｐ５３基因敲除时，能量的生成会从有氧呼吸向糖酵解转变。Ｍａｔｏｂａ等［１７］发现细胞内ｐ５３的缺失会导致ＳＣＯ２的蛋白质水平降低，氧消耗剂量依赖性减少，线粒体呼吸强度降低。同时，乳酸水平增加，总ＡＴＰ产量并没改变，表明糖酵解补偿了有氧氧化的损失。但是，Ｂｅｎｓａａｄ等［１８］发现了一种叫做ＴＰ诱导糖酵解和凋亡调节因子（ＴＰ５３－ｉｎｄｕｃｅｄ　ｇｌｙ－