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编号:10283835
p53功能缺陷型肿瘤的基因治疗
http://www.100md.com 《中国肿瘤生物治疗杂志》 2000年第2期
     作者:吴昊泉 李昌本 赵寿元

    单位:吴昊泉 李昌本 赵寿元(上海复旦大学遗传所免疫分子遗传组 上海 200433)

    关键词:p53;E1B缺陷型腺病毒;肿瘤基因治疗

    中国肿瘤生物治疗杂志000231

    摘 要 p53功能缺陷是恶性肿瘤中最常见现象之一。针对肿瘤p53功能缺陷提出了一些新的治疗方法,大致可分为两个方向:① 可在p53功能缺陷肿瘤中选择性增殖的病毒(如E1B缺陷型腺病毒); ② 用野生型p53基因去恢复肿瘤p53功能。

    《中国图书资料分类法》分类号 Q319.4; R73-3

    p53基因是一个与细胞凋亡有关的抑癌基因,p53基因突变是肿瘤中最为常见的遗传变异[1],而且在许多肿瘤中,p53突变往往引起肿瘤对放化疗的不敏感[2,3]。因此,自1989年p53最终被确认为抑癌基因以来,关于p53的研究论文每年按指数增长,其中相当一部分与肿瘤的基因治疗有关。
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    1 E1B缺陷型腺病毒与p53

    p53被称为“基因组卫士”,具有稳定细胞基因组的功能。当细胞基因组受到损伤时,p53可使细胞分裂暂停,直到损伤被修复,若损伤不能修复则p53启动细胞自杀程序;细胞内有外源DNA合成(如病毒DNA复制)时,p53也会启动细胞自杀程序[4]。因此,病毒在细胞中的复制必须首先克服p53这一障碍。腺病毒中执行这一功能的主要是E1B-55 kD蛋白,E1B-55 kD蛋白可与p53蛋白结合, 从而抑制p53正常发挥作用, 这一结合是腺病毒复制所必需[5]。基于此,Bischoff等推测,E1B-55KD缺陷型腺病毒将能在p53缺陷的肿瘤细胞中复制,但不能在正常细胞中复制。实验结果支持他们的假设,这就意味着这种E1B缺陷型腺病毒能选择性地在p53缺陷型肿瘤细胞中复制[6]。除了选择性地在p53缺陷型肿瘤细胞中复制从而杀死肿瘤细胞具有治疗肿瘤的价值外,由于重组腺病毒作为载体是目前在肿瘤基因治疗中的首选载体,因此这种能在p53缺陷型肿瘤细胞中选择性复制的E1B缺陷型腺病毒,在肿瘤基因治疗中的应用前景非常光明,特别将给由于缺失p53基因而对放化疗不敏感的肿瘤提供新的治疗手段。这种E1B缺陷型腺病毒应用于p53缺陷型人头颈鳞癌的研究已进入临床试验,最近已有二期临床报告,结果令人鼓舞[7]
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    然而,腺病毒复制与p53之间关系似乎并非如此简单,最近有些学者提出了一些不同意见。Braithwaite实验室认为,野生型腺病毒可在p53野生型细胞中正常复制,产生大量细胞病变现象(cytopathic effect, CPE),而在p53缺陷型细胞中CPE现象很少,唯一例外的细胞株是C33A (Bischoff等人所用的细胞株),他们认为这是因为C33A细胞株中的突变p53仍保留了部分功能[8]。然而,将他们的文章与Bischoff等人的文章仔细比较后可发现,矛盾是由于研究方法不同引起的。而且Braithwaite实验室进一步的研究也表明,腺病毒在p53缺陷型的细胞中可完成复制,只是由于p53缺失,腺病毒的生活周期有了较大变化:腺病毒在正常细胞中的生活周期是40 h左右,而在p53缺陷型的细胞中生活周期延长了1倍以上,也就是p53可促进已复制的子代腺病毒从细胞中释放的过程(宿主细胞裂解)[9]。因此,E1B缺陷型腺病毒可在p53缺陷型的细胞中复制,但生活周期有所延长;而生活周期延长并不一定影响E1B缺陷型腺病毒杀肿瘤的效率,因为研究结果显示,较长的生活周期可提高病毒的产出量[7]。另外,Rothmann等研究了E1B缺陷型腺病毒在一些细胞株中的复制情况后认为,E1B缺陷型腺病毒的复制与p53状态无关[10]。他们的实验结果与Kirn实验室(即Bischoff所在的实验室)的并无太大差别,然而所得结论却大相径庭。Kirn实验室研究了10个p53野生型肿瘤细胞株,其中只有3株对E1B缺陷型腺病毒不敏感,其余7株均对E1B缺陷型腺病毒敏感,但是他们并不认为这与他们原先的判断相悖。他们仔细研究了这7个细胞株,发现其中2株有疱疹病毒(HPV) E6蛋白的表达,而HPV E6蛋白可导致p53降解。另外,更有趣的是A2780细胞株,它是p53野生型,对E1B缺陷型腺病毒不敏感,但从这个细胞株中筛选出来的2个对化疗药物不敏感的亚细胞株,却对E1B缺陷型腺病毒敏感。根据这些结果,他们认为p53野生型的肿瘤细胞可由于HPV E6表达以及mdm2过表达(mdm2是p53的负调控因子)等机制,使p53正常功能受到抑制,从而出现对E1B缺陷型腺病毒敏感[11]。因此,p53正常功能受到抑制的p53野生型肿瘤细胞也在E1B缺陷型腺病毒的作用范围内。
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    综上所述,E1B缺陷型腺病毒确实可以在p53功能不正常的肿瘤细胞中复制,因而,它在肿瘤治疗中的应用前景非常光明。对于恶性肿瘤患者尤其是晚期患者已转移至全身各处的肿瘤,目前最为有力的治疗手段仍是放疗和化疗,但许多肿瘤由于p53功能不正常而对放化疗不敏感,因此往往导致治疗最终失败。E1B缺陷型腺病毒则给我们带来了一线曙光。腺病毒增殖后可在体内传播,因此也可作为系统治疗药物使用。只是腺病毒免疫原性太强,在体内传播容易受到宿主免疫系统抑制,因此,若在化疗后患者免疫力受到抑制时使用,效果可以更好。

    2 p53在基因治疗中的应用

    p53基因突变是人类肿瘤特别是恶性肿瘤中最为常见的遗传改变,与肿瘤的恶性程度有相当的关联[3]。由于p53基因有很强的抑制细胞生长与启动细胞凋亡的能力,早在1989年,人们就设想能否给p53缺陷型肿瘤细胞一个野生型p53基因拷贝,从而达到治疗肿瘤的目的。1990年Baker等首先观察到p53导入肿瘤细胞后,肿瘤细胞明显地出现凋亡[12],Roth等于1993年提出了利用p53等手段治疗非小细胞肺癌的临床方案[13]。嗣后,p53用于各种肿瘤的报道越来越多,总结这些报道可以得出p53基因治疗的特点,即毒副作用较小。目前已有多例一期临床治疗报告认为,p53基因治疗安全而有效。
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    抑癌基因导入肿瘤细胞从而控制肿瘤生长是一个较为直观的想法,并且在细胞水平上较易观察到效果。但以目前技术手段,还不能将抑癌基因导入活体生长的肿瘤中的大部分细胞,因此难以取得较好的疗效。人们一般认为,转染效率的高低是基因治疗效果的关键因素。然而p53基因治疗活体应用的结果却令人十分惊讶,即使感染率非常低仍可获得较好疗效[14]。因为p53基因治疗有“旁观者效应”,即只要有部分细胞被导入p53,就可以使附近的其它细胞的生长也受到抑制。这种旁观者效应的具体机理尚不清楚,Roth等推测,转导细胞可能释放出某种因子作用于附近的未转导细胞[13]。近年来研究显示,p53参与调控血管形成。进一步研究发现,p53导入肿瘤细胞后可降低肿瘤细胞血管内皮生长因子(VEGF)的表达,从而使肿瘤内血管形成受到抑制。有研究表明,p53基因治疗后,肿瘤中血管减少约60%,这个发现解释了p53基因治疗旁观者效应的部分原因[15]

    p53功能不正常并不仅仅由p53基因的突变所引起,HPV病毒E6蛋白表达,mdm2过表达等都可导致p53的正常功能受到抑制,因此许多具有野生型p53基因的肿瘤细胞p53功能并不正常。为了克服这些障碍,Conseiller等以p53基因为基础构建了一个嵌合体,这个嵌合体可拮抗mdm2的负调控作用,降低HPV E6的诱导降解能力,更快诱导细胞凋亡等等[16]。这在很大程度上拓宽了p53基因治疗的应用范围,并使p53基因治疗能力得到增强。但由于这个嵌合体不同于p53(如不受mdm2调控),对正常细胞的影响难以预料,因此在一定程度上是以牺牲p53基因治疗毒性低为代价的。
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    3 p53基因治疗与放化疗结合使用

    p53基因治疗对于p53缺陷型肿瘤细胞非常有效,对p53野生型肿瘤细胞却无能为力,而肿瘤常常是由这两种细胞混合而成,因此单用p53基因治疗就难以取得较理想的效果。Lang等认为,既然大部分胶质瘤由p53野生型与突变型细胞混合而成,则p53基因治疗结合放疗可能会取得较好效果。实验结果表明,p53缺陷型肿瘤细胞在导入p53后凋亡现象明显,而p53野生型的肿瘤细胞在导入p53后放疗敏感性显著增加[17]

    p53基因治疗与放化疗结合使用在许多肿瘤模型中被证明为有效,但也有报道认为p53并不能增强肿瘤细胞对放化疗的敏感性。正常细胞在受照射或化疗药物处理后,p53首先会使细胞停滞在G1期,直到损伤被修复,若损伤不能修复则p53启动细胞自杀程序。而在各种肿瘤细胞受照射或化疗药物作用后,p53所能起的作用有很大差别。一般来说,p53可在肿瘤细胞受照射或化疗药物作用后,通过激活bax基因表达,并抑制bcl-x基因表达等机制促使细胞凋亡,从而增强细胞对放化疗的敏感性。然而,p53还可能会通过诱导p21基因表达等机制,使肿瘤细胞只是生长停止而不发生凋亡,同时修复放化疗导致的DNA损伤,从而降低了肿瘤细胞对放化疗的敏感性[18]。p53具体发挥何种作用,将由肿瘤细胞本身所决定。因此,在考虑将p53基因治疗与放化疗结合用于临床前,必须作认真仔细的研究。
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    总之,p53功能缺陷与肿瘤之间的密切关系逐渐为人们所了解,针对肿瘤细胞p53功能缺陷提出了许多新的治疗方法。肿瘤细胞缺失p53正常功能后的许多变化是不可逆的(如染色体的非整倍体性),因此,用野生型p53基因去治疗p53功能缺陷的肿瘤细胞,并不能从根本上解决问题。而能在p53功能缺陷肿瘤细胞中特异性增殖的E1B缺陷型腺病毒有望从根本上解决这个问题,这种治疗方法在作改进后,将来可能成为恶性肿瘤的常规疗法之一。

    参 考 文 献

    1,Hollstein M, Sidransky D, Vilgekstein B, et al. p53 mutants in human cancers. Science, 1991, 253: 49

    2,Lowe SW, Ruley HE, Jacks T, et al. p53-dependent apoptosis modulates the cytotoxicity of anticancer agent. Cell, 1993, 74: 957
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    3,Kovach JS, Hartmann A, Blaszyk H, et al. Mutation detection by highly sensitive methods indicates that p53 gene mutations in breast cancer can have important prognostic value. Proc Natl Acad Sci USA,1996, 93: 1 093

    4,Grand Rj, Grant ML, Gallimore PH. Enhanced expression of p53 in human cells infected with mutant adenovirus. Virology, 1994, 203: 229

    5,Baker DD, Berk AJ. Adenovirus proteins from both E1B reading frames are required for transformation of rodent cells by viral infection and DNA transfection. Virology, 1987, 156: 107
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    6,Bischoff JR, Kirn Dh, Williams A, et al. An adenovirus, mutant that replicates selectively in p53-deficient human tumor cells. Science, 1996, 274: 373

    7,Kirn D, Hermiston T, McCorinick F. ONYX-015: Clinical data are encouraging. Nat Med, 1998, 4: 1341

    8,Ridgway PJ, Hall AR, Myers CJ, et al. p53/E1B58 kDa complex regulates adenovirus replication. Virology, 1997, 237(2): 404

    9,Hall AR, Dix BR, O'Carroll SJ, et al. p53-dependent cell death/apoptosis is required for a productive adenovirus infection. Nat Med, 1998, 4(9): 1068
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    10,Rothmann T, Hengstermann A, Whitaker NJ, et al. Replication of ONYX-015, a potential anticancer adenovirus, is independent of p53 status in tumor cells. J Virol, 1998, 72(12): 9470

    11,Heise C, Sampson-Johannes A, Williams A, et al. ONYX-015, an E1B gene-attenuated adenovirus, causes tumor-specific cytolysis and antitumoral efficacy that can be augmented by standard chemotherapeutic agents. Nat Med, 1997, 3(6): 639

    12,Baker SJ, Markowitz S, Fearon E, et al. Suppression of human colorectal carcinoma cell growth by wild type p53. Science, 1990, 249: 912
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    13,Roth JA. Gene replacement strategies for cancer. Isr J Med Sci, 1996, 32(2): 89

    14,Chen QR, Mixson JA. Systemic gene therapy with p53 inhibits breast cancer: recent advances and therapeutic implications. Front Biosci, 1998, 3: D997

    15,Xu M, Kumar D, Srinivas S, et al. Parental gene therapy with p53 inhibits human breast tumors in vivo through a bystander mechanism without evidence of toxicity. Hum Gene Ther, 1997, 87: 177
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    16,Conseiller E, Debussche L, Landais D, et al. CTS1: A p53-derived chimeric tumor suppressor gene with enhanced in vitro apoptotic properties. J Clin Invest, 1998, 101(1): 120

    17,Lang FF, Yung WK, Raju U, et al. Enhancement of radiosensitivity of wild-type p53 human glioma cells by adenovirus-mediated delivery of the p53 gene. J Neurosurg, 1998, 89: 125

    18,Weller M. Predicting response to cancer chemotherapy: The role of p53. Cell Tissue Res, 1998, 292: 435

    (1999-03-29收稿; 1999-05-17修回), 百拇医药