Science丨p53调控新认知——p53缺失通过建立Wnt活性空间梯度驱动上皮克隆扩张

p53 是人类肿瘤中最常发生突变的抑癌基因。然而，在肿瘤形成之前，p53缺失究竟如何改变突变细胞在正常组织中的克隆动力学，使其获得持续扩张的能力，仍缺乏清晰的机制解释。尤其值得注意的是，过去二十年来，Wei Gu、Laura Attardi等团队建立的一系列遗传学模型表明，p53经典的细胞周期停滞、凋亡和细胞衰老通路，并非其长期抑制异常细胞扩增和肿瘤发生所必需。这些发现提示，p53可能还通过尚未被充分认识的机制限制突变细胞的克隆扩张。

近日，西奈山伊坎医学院助理教授应喆与西雅图弗雷德.哈金森癌症中心（Fred Hutchinson Cancer Center）教授Slobodan Beronja在Science发文：Loss of the tumor suppressor p53 generates a signaling gradient that drives epithelial clonal expansion。研究揭示了p53通过维持一个控制Wnt信号强度与空间组织的网络，来抑制上皮定植。p53的缺失会产生一个径向的Wnt活性梯度，该梯度与祖细胞持续自我更新和快速克隆扩增相关。这些发现表明，生长信号的空间模式——而不仅仅是其总体水平——可以决定突变细胞如何在正常组织中扩散。

在这项研究中，研究团队首先利用小鼠表皮对p53缺失克隆进行长期体内追踪，发现其持续扩张并不是因为细胞分裂更快或死亡更少，而是源于细胞命运平衡的改变：表皮祖细胞更倾向于维持自我更新，而减少向终末分化细胞的转变。为了进一步寻找这一命运变化背后的分子机制，研究人员结合表皮祖细胞中的转录组分析和p53 ChIP-seq，筛选可能受p53直接调控的候选靶基因；随后借助胚胎期羊膜腔内慢病毒文库注射建立的大规模体内遗传筛选体系，在正常组织环境中并行检验这些候选因子对表皮细胞命运决定的影响。通过进一步对最强候选基因进行两两遗传互补筛选，研究逐步聚焦到位于遗传学上位的Wnt信号调控，并进一步通过单细胞尺度的活体成像观察到，p53缺失并非简单提高Wnt活性，而是将其重新组织成贯穿突变克隆的空间梯度。进一步的体内遗传筛选鉴定出Sfrp1、Lrp1和Usp22三个受p53直接调控的关键基因。三者从不同层面抑制Wnt信号，并共同参与p53对上皮克隆扩张的限制。p53缺失后，这些调控因子的表达下降，导致Wnt活性增强。

值得注意的是，这种Wnt信号增强并非均一发生。Wnt活性在p53缺失克隆内部形成稳定的径向空间梯度：克隆边缘活性较低，并向克隆中心逐渐升高。更重要的是，这一空间模式并非克隆形成早期的暂时现象，而是在整个克隆扩张过程中持续存在，即使相邻突变克隆逐渐接近时仍能保持。

为了直接检验这一空间组织是否具有功能意义，研究人员利用慢病毒遗传操作人为改变克隆内部Wnt信号的空间分布。结果表明，决定克隆扩张效率的并不只是Wnt信号的平均强度，更重要的是其空间组织方式。具有径向Wnt梯度的克隆能够持续高效扩张；相反，当Wnt活性被重新组织为更加均一的分布时，即使总体Wnt活性更高，克隆扩张能力反而下降。

这些结果揭示了p53此前未被充分认识的一项组织层面功能：除了其广为人知的细胞周期、凋亡和应激反应功能之外，p53还通过调控祖细胞命运以及Wnt信号在细胞群体中的空间组织，限制突变克隆在正常上皮中的持续扩张。

更广泛地说，这项研究提出了一个关于上皮克隆动力学的重要原则：决定一个克隆行为的，不仅是某条信号通路被激活到何种程度，还包括这些信号如何在组织空间中被组织起来。这一发现将细胞命运调控与组织尺度的空间信号联系起来，为理解正常组织如何限制癌相关突变克隆，以及突变细胞如何逐步突破这些组织层面的限制，提供了新的视角。

纽约西奈山伊坎医学院（Icahn School of Medicine at Mount Sinai）应喆实验室博士后甘启文为论文第一作者，西奈山伊坎医学院助理教授应喆与西雅图弗雷德.哈金森癌症中心（Fred Hutchinson Cancer Center）教授Slobodan Beronja 为共同通讯作者并共同指导本研究。

https://doi.org/10.1126/science.aed3065

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