Mol Cell︱助纣为虐，HSF1 “塑造”p53的致癌突变之路

撰文 |咸姐

在癌症的发生与发展过程中，肿瘤抑制基因的突变起着关键作用，其中TP53作为人类癌症中最常发生突变的基因之一，其编码的p53蛋白在调控细胞周期、DNA损伤应答和凋亡等过程中扮演核心角色。p53的突变不仅可导致其功能丧失，更可通过显性负效应抑制残存野生型p53的活性，从而促进肿瘤的恶性进展【1】。

从蛋白质生物物理学的角度看，导致功能改变的氨基酸替换通常具有生化非保守性，往往会损害蛋白质的稳定性、破坏正常折叠或增加错误聚集的风险。这些“生物物理上有害”的突变在正常的细胞环境下通常处于劣势，容易在进化中被清除。然而，癌细胞为了适应其内部巨大的蛋白稳态压力，常常劫持并重塑细胞的蛋白质稳态网络。其中，热休克因子1（HSP1）作为细胞质和核内蛋白质稳态网络的枢纽转录因子，在多种恶性肿瘤中呈现慢性激活状态，驱动热休克蛋白（如HSP90、HSP70）等分子伴侣的高表达。这种上调的蛋白质稳态能力被认为可以帮助癌细胞应对由异常蛋白合成、营养胁迫以及致癌蛋白表达等带来的内源性压力【2,3】。

先前研究表明，HSF1的持续活化在多种癌症中普遍存在，并与肿瘤的发生、化疗耐药及患者不良预后相关。然而，HSF1激活是否以及如何影响致癌突变，特别是像p53这类关键肿瘤抑制蛋白的突变选择与进化轨迹，尚不清楚。值得注意的是，p53与HSF1调控的伴侣网络存在深刻且复杂的相互作用。野生型p53在折叠和活化过程中需要HSP70/HSP90的协助，而突变型p53则表现出与这些分子伴侣更稳定的结合，这可能是其得以在细胞内累积并发挥功能的结构基础【4】。 这一特性使p53成为研究HSF1如何影响癌症蛋白进化的理想模型。

基于以上，来自美国麻省理工学院的Matthew D. Shoulders团队在Molecular Cell在线发表题为Dominant-negative TP53 mutations potentiated by the HSF1-regulated proteostasis network的文章，发现蛋白质稳态调节因子HSF1的慢性激活拓宽了肿瘤抑制蛋白p53可及的突变空间，HSF1增强了不稳定的、具有显性负效应的p53变体的适应度，从而证实提升的蛋白质稳态能力能够直接促进癌细胞中致癌突变的出现与持续存在。

为了评估HSF1对显性负效应p53突变格局的影响，本文研究人员在仅表达野生型p53的A549肺癌细胞中，建立了可被多西环素诱导表达组成型活性HSF1（cHSF1）的稳定细胞系（A549 cHSF1 ）。RNA-seq分析证实，该诱导系统能特异地、适度地上调经典HSF1靶基因及已知与p53互作的多种伴侣蛋白，而未引起大规模转录组扰动或细胞毒性。然后，研究人员将覆盖p53全蛋白所有可能单点氨基酸替换的高质量慢病毒突变文库（包含>99.9%的潜在突变）以低感染复数转导至该细胞系，构建出A549 cHSF1 (p53-Lib) 细胞库，确保了每个细胞仅表达一种p53变体并同时保留内源野生型p53。

利用上述整合体系，研究人员随后 通过在基础或HSF1激活的蛋白质稳态环境中施加MDM2抑制剂nutlin-3进行深度突变扫描（DMS）筛选，系统分析了HSF1活性对显性负效p53突变体适应度的调节作用。研究结果表明，在nutlin-3施加的强大选择压力下，HSF1的慢性激活能广泛且显著地提升p53各结构域（尤其是DNA结合结构域DBD）中错义突变的适应度，而对同义突变无显著影响；这种效应在nutlin-3不存在时并不显现，说明HSF1的作用依赖于MDM2抑制所创设的、需要p53变体发挥显性负功能的选择背景。由于大多数已知的致癌TP53突变都位于DBD区域，研究人员深入分析了MDM2抑制时HSF1激活对DBD内变异适应性影响的分子模式。研究发现HSF1的促进作用呈现出鲜明的选择性，在DBD的埋藏疏水核心区域，HSF1能特别显著地增强那些将非极性氨基酸替换为极性（或带电）氨基酸的非保守替代的适应度，而对保守替换或表面暴露区域的影响甚微。计算与实验数据均证实，这类非极性到极性的替换恰恰是预测和实测中导致p53稳定性下降最严重的突变类型。由此表明，HSF1激活所创造的增强型蛋白质稳态环境，并非均等地支持所有突变，而是特异性地“拯救”并促进了那些在正常情况下因严重破坏蛋白质折叠与稳定性而最不可能被选择的、生物物理性质极差的致癌性错义突变在p53功能关键区域的积累。

与此同时，研究人员 选取了DMS筛选鉴定的代表性p53变体（生物物理高度去稳定的V173Y、F113K及常见癌性突变R273H），在A549和U2OS两种均表达野生型p53的癌细胞模型中进行了验证。实验结果证实了DMS结果的可靠性，所有测试变体均表现出显性负效应，且在HSF1活化后其适应度进一步增强，其中R273H在竞争实验中的增效幅度甚至超过DMS预测。更重要的是，在基础HSF1表达水平更高的骨肉瘤U2OS细胞中重复实验，观察到了相同甚至更强的HSF1增效现象。这证明HSF1对p53突变体适应度的促进作用并非A549细胞特有，而是能在不同癌症模型中普遍重现的生物学规律，凸显了该机制在肿瘤进化中的广泛相关性。

进一步地，研究人员 深入探讨了HSF1增强p53突变体适应度的潜在机制。通过共聚焦显微镜观察发现，高度去稳定的p53变体（如V173Y）在基础条件下会在细胞核内形成聚集体，而HSF1活化能显著减少甚至清除这些聚集体，提示HSF1可能通过抑制突变蛋白的异常聚集来维持其可溶性与功能。而使用特异性抑制剂抑制HSF1下游的关键伴侣蛋白HSP90或HSP70后，原本被HSF1增强的p53突变体在nutlin-3选择下的适应度出现显著下降，并且伴随突变p53聚集体的增加。这些结果表明，HSF1活化所驱动的伴侣网络上调，通过调节突变p53的稳定性与聚集倾向，直接影响了其在细胞中的功能状态与选择优势。

最后，研究人员试图将上述发现的 生物学机制与临床数据相关联，以评估其病理相关性。对比分析结果显示，本研究中被HSF1显著增强适应度的p53错义突变，在TP53数据库中被注释为具有“显性负效应-功能丧失”的癌症患者突变中显著富集，而未被HSF1增效的突变则无此关联。利用TCGA肺腺癌队列数据分析显示，携带这些HSF1增效型p53变体的患者，其肿瘤组织中HSF1活性标志基因的mRNA表达水平，显著高于p53野生型患者。这些发现共同表明，HSF1驱动的蛋白质稳态环境不仅能在实验体系中塑造p53的突变选择，而且与人类癌症中实际存在的、具有特定功能属性的p53突变谱系密切相关，提示HSF1的活性状态可能是影响体内p53致癌突变进化轨迹的一个重要因素。

综上所述， 本研究表明，癌症细胞中常见的HSF1慢性活化及其驱动的伴侣网络上调，并非仅仅被动应对蛋白稳态压力，而是主动重塑了p53等关键肿瘤抑制蛋白的突变进化格局。HSF1创造了一个容许性的折叠环境，特别倾向于支持那些生物物理性质高度不稳定、在正常情况下难以出现的致癌性错义突变，通过抑制其聚集、维持其可溶性功能形式，直接促进了显性负效应p53变体的产生、富集与持续存在。这一机制在多种癌细胞模型中得到验证，并与癌症患者的突变谱和HSF1活性状态相关联，不仅揭示了蛋白质稳态网络在驱动致癌进化中的直接作用，也为将HSF1/伴侣蛋白轴作为治疗靶点、以限制突变获得和克服耐药性提供了新的理论依据。

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.12.013

制版人： 十一

参考文献

1. Mantovani, F., Collavin, L., and Del Sal, G. (2019). Mutant p53 as a guardian of the cancer cell.Cell Death Differ.26, 199–212.

2. Yoon, J., Patrick, J.E., Ogbunugafor, C.B., and Shoulders, M.D. (2023). Viral evolution shaped by host proteostasis networks.Annu. Rev. Virol.10, 77–98.

3. Dai, C., Whitesell, L., Rogers, A.B., and Lindquist, S. (2007). Heat shock factor 1 is a powerful multifaceted modifier of carcinogenesis.Cell130, 1005–1018.

4. Alexandrova, E.M., Yallowitz, A.R., et al. (2015). Improving survival by exploiting tumour dependence on stabilized mutant p53 for treatment.Nature523, 352–356.

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