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为探究 p21 在介导细胞对 DNA 损伤剂反应中的作用，尤其是阿霉素处理 HCT116 结直肠癌细胞时的情况，研究人员开展相关研究。结果发现 p21 在高剂量阿霉素时促凋亡，低剂量时防有丝分裂缺陷，这对癌症治疗中靶向 p21 增强疗效意义重大。
在细胞的世界里，DNA 就如同珍贵的 “生命蓝图”，一旦受损，细胞会启动各种复杂机制来应对，以维持基因组的稳定。p53 和 p21 这两种蛋白质，在细胞应对 DNA 损伤的过程中起着关键作用。然而，对于阿霉素这种常用的化疗药物，不同剂量下 p53 和 p21 如何影响细胞周期进程和细胞凋亡，科学界还没有完全弄清楚。p21 作为细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）抑制剂，其功能也不仅限于调节细胞周期，在有丝分裂完整性和 DNA 修复方面也可能有重要作用，但具体机制复杂且尚不明确。
为了深入探究这些问题，来自韩国蔚山科学技术院（Ulsan National Institute of Science and Technology）、延世大学原州医学院（Yonsei University Wonju College of Medicine）和亚洲大学医学院（Ajou University School of Medicine）的研究人员，针对结直肠癌展开了相关研究。他们的研究成果发表在《Cell Death Discovery》上，为我们揭示了 p21 在应对 DNA 损伤时的双重角色，这一发现对癌症治疗有着重要意义 。
研究人员开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。首先，利用不同 p53 和 p21 状态的 HCT116 人结肠癌细胞系，进行细胞培养。然后，采用小发夹 RNA（shRNA）介导的 p21 敲低技术，改变细胞内 p21 的表达水平。通过蛋白质免疫印迹法（Western blotting）检测相关蛋白的表达情况，运用免疫细胞化学技术观察细胞内蛋白定位，借助细胞周期分析技术分析细胞周期分布，还使用了活细胞成像技术观察细胞有丝分裂过程。
研究结果如下：
- 不同剂量阿霉素对不同细胞系的影响：研究人员用不同剂量的阿霉素处理 HCT116 细胞系（野生型 WT、p53-/-、p21-/-）。低剂量（LD，0.1μM）阿霉素处理时，p21-/-细胞出现明显的多核化现象，而 WT 和 p53-/-细胞未出现；高剂量（HD，2μM）处理时，WT 细胞发生凋亡，p21-/-细胞却没有凋亡特征。这表明 p21 在低剂量阿霉素处理时，对维持基因组稳定性、防止有丝分裂缺陷至关重要；在高剂量时，则是诱导细胞凋亡的关键因素12。
- p21 对其他 DNA 损伤剂的作用：为验证 p21 的作用是否在不同 DNA 损伤剂中具有普遍性，研究人员用低剂量（5μM）和高剂量（50μM）的依托泊苷处理细胞。结果与阿霉素处理相似，低剂量依托泊苷使 p21-/-细胞多核化，高剂量则诱导 WT 细胞凋亡。这证实了 p21 在不同 DNA 损伤剂作用下，都具有在低剂量时防止多核化、高剂量时促进凋亡的作用3。
- p21 在凋亡中的作用机制：通过敲低 p21，发现 HD 阿霉素处理后，细胞的亚 G1 期群体减少。进一步研究发现，HD 阿霉素处理能上调 WT 细胞中促凋亡蛋白 Noxa，下调抗凋亡蛋白 Mcl-1，但在 p53-/-和 p21-/-细胞中无此现象。这表明 p21 可能通过调节 Noxa/Mcl-1 平衡来增强 HD 阿霉素诱导的细胞凋亡4。
- p21 对有丝分裂的影响：敲低 WT 和 p53-/-细胞中的 p21 后，细胞多核化增加，重新引入 p21 则减少多核化。对 p21-/-细胞进行活细胞成像，发现有丝分裂存在染色体错配、滞后染色体、不均等分离和细胞融合等缺陷，同时关键有丝分裂调节因子 Aurora B 和有丝分裂驱动蛋白样蛋白 1（MKLP1）定位异常。这说明 p21 对维持低剂量阿霉素处理下的有丝分裂保真度至关重要，p21 缺失会破坏有丝分裂检查点，导致有丝分裂缺陷和多核化56。
- p21 与 DNA 损伤修复：低剂量阿霉素处理后，p21-/-细胞中 ATM 和 Chk2 激活明显增强，DNA 损伤标记 γ-H2AX 显著升高，且在阿霉素洗脱后仍持续存在，表明 p21 在促进 DNA 修复中起作用。同时，p21-/-细胞中易错的非同源末端连接（NHEJ）途径激活，相关蛋白和标记物水平升高，抑制 Mre11 可减少多核化，说明 p21 缺失时易错的 NHEJ 激活会导致基因组不稳定78。
研究结论和讨论部分指出，该研究明确了 p21 在应对 DNA 损伤时的双重剂量依赖性作用。在高剂量阿霉素处理下，p21 促进细胞凋亡，且不依赖于 p53；在低剂量时，p21 防止有丝分裂缺陷和多核化，维持基因组完整性。这一发现为癌症治疗提供了新的思路，靶向 p21 途径有可能增强癌症治疗中对 DNA 损伤剂的反应，提高治疗效果。但目前 p21 协调这些不同作用的分子机制还需进一步研究。这项研究成果为后续深入探索癌症治疗靶点和优化治疗方案奠定了重要基础，有望推动癌症治疗领域的进一步发展。
