肿瘤抑制基因p53在溃疡性结肠炎中的关键作用

德国Max delbrck中心Michael Sigal实验室和柏林慈善医院的研究人员在《科学进展》杂志上发表了一项研究结果，阐明了p53基因在溃疡性结肠炎中的作用，提出了一种潜在的新药靶点，可以阻止疾病发展为癌症。

　　

由Max delbrck中心柏林医学系统生物学研究所（MDC-BIMSB）和慈善基金会的研究生Kimberly Hartl领导的一项研究，对p53肿瘤抑制基因在溃疡性结肠炎（UC）发病机制中的作用有了新的认识。溃疡性结肠炎是一种炎症性肠病，全世界约有500万人患有这种疾病，与结肠癌风险增加有关。这项研究指出了一种阻止疾病发展的新方法，发表在《Science Advances》杂志上。

溃疡性结肠炎（UC）影响大肠、特别是被称为“隐窝”的区域——即肠上皮组织内的管状腺体。隐窝含有干细胞和其他类型的细胞，维持结肠的健康和正常功能，如吸收营养或分泌粘液。当结肠粘膜损伤时会导致上皮短暂的重编程进入高度再生状态，其特征是以牺牲分化为代价的增殖细胞的扩张——一种类似于胎儿上皮的状态。损伤消退后，再生状态终止，重新获得体内平衡。

炎症性肠病，如溃疡性结肠炎（UC）的特点是炎症和反复破坏粘膜屏障。溃疡性结肠炎患者的上皮表现出胎儿样再生基因特征的慢性上调——干细胞从成人稳态长期陷入到“胎儿样”再生状态。其结果是成熟细胞太少、结肠很难正常运作、引发更多的干细胞增殖并形成一个有毒的反馈循环。溃疡性结肠炎中经常出现乏p53信号的细胞，被认为是溃疡性结肠炎相关的结直肠癌（CRC）的早期驱动因素。Hartl发现这种有缺陷的修复机制与一个无功能的p53基因有关，而p53基因在调节细胞周期和修复DNA中起着关键作用。

再生陷入了混乱

为了研究修复过程，研究人员开发了一种3D类器官，用于研究在结肠炎的背景下p53信号的丢失如何影响小鼠结肠上皮。他们发现p53信号对体内上皮稳态是必不可少的，是触发再生后切换回稳态的主要驱动因素。硫酸葡聚糖诱导的结肠炎中，Wnt/R-Spondin信号的短暂增加会诱导胎儿样再生状态，同时激活p53-a功能，对于上皮损伤修复和重建体内平衡很重要；p53信号随Wnt驱动的再生状态而上调，而在稳态条件下下调。在野生型细胞中，P53上调导致减少葡萄糖代谢，并向细胞发出信号终止再生状态，让细胞重新进入健康稳态。

缺乏p53的上皮不能重建稳态隐窝结构和谱系多样性，而是一直被锁定在胎儿样的高度增殖再生状态，即使Wnt信号耗尽，Trp53 KO类器官也会保持这种状态，并具有较高的干性和再生能力。野生型细胞的再生状态需要高Wnt信号来维持高水平的糖酵解；相比之下，Trp53敲除（KO）细胞的代谢活性发生改变——高度依赖糖酵解，糖酵解限速酶丙酮酸激酶M2 （PKM2）过表达使不依赖Wnt的糖酵解成为可能，细胞通过糖酵解过程更快地代谢葡萄糖。

结肠细胞在进入再生状态时获得了增加的糖酵解能力，一旦它们回到体内平衡，这种能力就会再次下调。这可能使细胞在损伤后的增殖爆发期间满足其增加的能量需求，而随后通过再次降低糖酵解能力在稳态中重建较慢的细胞更新。然而，缺乏Trp53的细胞被固定在更高的能量状态，因此在外部信号限制WT细胞再生信号后，它们的增殖不受限制。Trp53 KO细胞中富集的Wnt和YAP/TAZ信号都能诱导糖酵解。这突出了p53在诱导再生后代谢开关、抑制糖酵解和允许向分化的结肠细胞代谢重编程方面的重要性。

在Trp53 cKO小鼠的持续再生过程中，观察到上皮结构和屏障的功能障碍——功能上，隐窝结构未恢复，分化室缺失，如分泌杯状细胞。分化的细胞类型有助于体内平衡，它们的丢失与组织功能障碍有关。Trp53缺陷小鼠表现出粘液生成减少和粘膜屏障破坏。由于UC具有炎症和再生周期、缺乏杯状细胞和屏障破坏的特征，p53的缺失可能通过阳性选择缺乏分化能力的突变克隆导致UC的表现和慢性化。

数据表明，p53的激活对于结肠炎相关损伤后重建内稳态至关重要，对上皮内稳态本身是不可缺少的。如果失去Trp53的细胞进入再生状态，它们就无法再次退出这种状态。它们较高的增殖潜力可能使它们在损伤后比WT细胞更具竞争力，从而固定在粘膜中。由于受影响的上皮不能恢复体内平衡，但仍保持高度增殖，并表现出长期的炎症和免疫浸润，p53信号的丢失可能导致进行性功能障碍、结肠炎的慢性化，并最终导致癌变。研究Trp53 KO上皮损伤后的持续变化可能有助于了解uc相关CRC的慢性化和致癌级联。

这是p53的关键作用

现有的在UC患者中发现癌前病变的方法，如结肠镜检查，可以识别出有时不容易切除的可见病变。这项研究可能是开发分子工具的第一步，用于一种侵入性较小的诊断测试，这将使医生能够更早地识别异常细胞，甚至在可见的变化发生之前。Michael Sigal教授表示：“对于患癌症风险较高的溃疡性结肠炎患者，我们可以瞄准异常细胞，并在任何癌症发生之前尽早清除它们。”

研究人员还发现可以通过抑制糖酵解来阻断再生状态，特别是处于再生状态的Trp53 KO细胞。科学家们用干扰糖酵解的化合物处理类器官，以测试它们是否能靶向这些高度增殖的细胞。他们发现缺乏p53基因的细胞比正常细胞更容易受到这种治疗。“有了类器官，我们可以识别出能够靶向代谢途径的非常具体的药物，并为我们指明有选择性地靶向突变细胞的潜在新疗法。”

下一步是将这些发现转移到人类环境中。研究人员现在也在更详细地研究修复过程，目的是开发更简单的方法来识别结肠组织中有缺陷的p53基因的细胞。“一旦我们有了一种简单的方法来识别结肠组织中的这些单个细胞，我们就可以进行临床研究，选择性地杀死它们，然后分析这是否与降低患癌症的风险有关。”