我们都知道，肿瘤细胞在疯狂增殖过程中遗传信息会发生改变，不断获得些奇奇怪怪的功能特性，但就是不干正事儿。

近日，一篇发表在《自然》期刊上的论文揭示，在肿瘤抑制因子p53的管教下，肿瘤细胞的胡乱行为得到约束，转而向安分守己的方向发展。

美国斯坦福大学的Laura D. Attardi及其同事们发现，p53调控着肺部细胞的再生分化程序。在肺腺癌进展过程中，肿瘤细胞自身表达的p53，能够促使其分化为功能接近于正常肺部细胞、活性较低的肿瘤细胞类型[1]。

论文首页截图

肺癌是全球癌症死亡的主要原因，最常见类型为肺腺癌。约有一半的肺腺癌患者携带失活突变的TP53（p53的编码基因），导致肿瘤侵袭性增强和预后恶化。然而，p53如何抑制肺腺癌一直不为人所知。

在这项研究中，Laura D. Attardi等人利用遗传学手段，构建p53功能活性不同的肺腺癌小鼠模型，并与p53正常、未发生突变的肺腺癌小鼠模型进行对比。这些小鼠均携带基因Kras（G12D）激活突变。

结果显示，与p53未突变患癌小鼠（KT）、p53失活患癌小鼠（KPT）相比，p53过度活跃的患癌小鼠（KFT）肿瘤负担减少，肿瘤进展受到抑制。同样，病理学分析结果提示，p53活性增加与人类患者肿瘤恶性程度降低有关。

p53活性越强，肺腺癌小鼠肿瘤负担越低

这些结果证明了p53在肺腺癌发生和进展中的重要性。另外，小鼠实验中还观察到，p53仅在肿瘤细胞而非间质细胞中表达，说明p53的肿瘤抑制活性由肿瘤细胞自身表达的p53来驱动，不依赖于外部信号或邻近细胞的影响。

p53究竟是如何驾驭肿瘤细胞的呢？

作为一种转录因子，p53能够结合到DNA上特定的序列区域，通过调节基因的转录来影响细胞功能和生理过程。这意味着，p53手下管控着众多基因的表达。

从这个思路入手，研究者们利用单细胞RNA测序等技术，对小鼠肺部细胞的基因表达模式进行分析。结果发现，上述小鼠模型的肿瘤细胞具有明显不同的转录谱，有超过5000个与p53相关的差异表达基因。与p53功能缺失的细胞相比，p53功能正常或过度活跃的肿瘤细胞中，参与调节细胞发育和分化途径的基因表达水平增加，肿瘤细胞维持着类似正常肺细胞的特征。

肿瘤细胞内p53活性增强时信号通路的富集程度

随后，研究者们发现，p53是在帮助肺腺癌细胞分化为更加稳定的肿瘤细胞类型。

肺部中，I型肺泡细胞（AT1）和II型肺泡细胞（AT2）共同构成肺泡结构。薄而扁平的AT1细胞功能高度特化、不再增殖，担负着气体交换的重任；立方形的AT2细胞则主要负责分泌活性物质，且具有干细胞特性，能够自我更新并分化为AT1细胞。肺部损伤修复时，由AT2细胞增殖分化来补充AT1细胞。与此同时，还有处于介于中间状态的过渡细胞。

值得注意的是，肺腺癌起源于AT2细胞，并且随着肺腺癌进展到不同阶段，肿瘤中存在AT2样细胞、AT1样细胞以及过渡细胞。

在这里，利用肺腺癌小鼠实验，研究者们发现，p53功能活性越强的小鼠肿瘤内AT1样细胞水平更高。与AT2样肿瘤细胞相比，表达p53的AT1样肿瘤细胞中，与肿瘤进展相关的基因表达降低，并在增殖过程中遗传信息相对稳定传递、保持类似正常AT1细胞的功能和特性。

如果诱导肿瘤细胞表达功能正常或过度活跃的p53，可以通过细胞形状和标志物表达情况观察到，肿瘤细胞向AT1样细胞转变。

从形状来看，表达p53时，肿瘤细胞向AT1样细胞转变

对多组肺腺癌患者队列的数据进行分析可以得到相似的结果。与TP53基因发生功能性缺失突变的患者相比，具有完整TP53基因的患者肿瘤中AT1样细胞水平更高。

从AT1细胞标志物来看（AGER），携带TP53突变的肺腺癌患者肿瘤中AT1样细胞更少

鉴于p53是个转录因子，研究者们还通过染色质免疫共沉淀实验找出与p53发生互作的DNA序列。结果发现，p53结合的DNA序列区域包含大量AT1细胞相关基因，而非AT2细胞基因。而且，这些受p53关照的AT1细胞相关基因更容易被细胞转录和表达。

也就是说，肿瘤细胞中，p53直接参与AT1细胞特性的激活，从而促进肺腺癌细胞向AT1样细胞方向分化。

除了抑制肺腺癌进展，研究者们发现，p53以同样的方式帮助肺部损伤修复，即通过指导AT2细胞向AT1细胞分化、补充AT1的数量来恢复肺部正常功能。

具体而言，在AT2细胞→过渡细胞→AT1细胞的分化过程中，每一步都得有p53的监督。

一方面，p53会抑制AT2样肿瘤细胞或AT2细胞的自我更新，促进其启动分化为过渡细胞。

另一方面，过渡细胞就好像处于“人生岔路口”，面临多种分化方向。p53则会促进过渡细胞继续向AT1样肿瘤细胞或AT1细胞分化，限制其恶性分化，从而抑制肿瘤进展或阻止组织进一步损伤。

机制图

总体来说，这项研究从一个十分新颖的角度揭示了p53抑制肺腺癌的机制。

有趣的是，同期发表在《自然》期刊上的另一篇文章发现，致癌驱动因子KRAS的操作正好与肿瘤抑制因子p53反着来。

刚才不是说，p53能够诱导AT2细胞分化为AT1细胞吗，美国斯坦福大学的Tushar J. Desai等人的这项研究则是揭示，KRAS（G12D）突变能够对细胞进行重编程，诱导AT1细胞回炉重造——去分化成为AT2细胞[2]。

不仅如此，Tushar J. Desai等人也将AT1细胞鉴定为肺腺癌的起源细胞。他们发现，在肺癌发生和进展过程中，异常AT2细胞往往具有更高的增殖活性，能够迅速扩张、具有侵袭性，异常AT1细胞增殖相对缓慢。由AT1细胞恶性转化成的肿瘤在早期较温和，但随着疾病进展、KRAS（G12D）突变的重编程作用，肿瘤内AT2样细胞增多。

起源于AT1细胞的肺腺癌，在发展6个月时（左）、由KRAS（G12D）诱导2个月后（右）的组织学、分子特征

如此看来，天平倒向AT1细胞还是AT2细胞，是属于肿瘤抑制因子和致癌驱动因子之间的博弈啊。

参考文献：

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-023-06253-8#

[2]Juul, N.H., Yoon, JK., Martinez, M.C. et al. KRAS（G12D）drives lepidic adenocarcinoma through stem-cell reprogramming. Nature （2023）. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06324-w

发布于：北京