P21

在细胞周期G1/S期的调控中，细胞周期蛋白（cyclins）-细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinases，CDKs）-细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（cyclin-dependent kinases inhibitors，CDKIs）网络系统发挥重要作用。P21是细胞周期的负调控因子，是CDKIs家族成员。CDKIs通过与细胞周期蛋白、CDK或细胞周期蛋白-CDK的结合，导致细胞周期阻滞，阻断细胞增殖过程。P21基因第31密码子存在多态性，这种多态导致Ser转换为Arg。国内外研究显示，该位点多态与宫颈癌、子宫癌、乳腺癌等肿瘤的易感性相关。

基因结构

P21全称cyclin-dependent kinase inhibitor 1A（细胞周期依赖性蛋白激酶抑制因子1A）位于第6号染色体6p21.2位置。P21基因全长8.6kb，共有3个外显子，mRNA全长2,262nt，编码164个氨基酸残疾组成的蛋白。

基因分子生物学功能

1. P21基因在细胞周期调节中的作用

P21基因是P53基因最重要的下游基因之一，该基因上游2.4kb处含有一个P53蛋白的特异性结合位点，当细胞受到来自体内和体外的各种损伤后，野生型P53蛋白作用与P21基因，使其迅速表达。P21基因编码的P21蛋白是目前已知的具有最广泛激酶抑制活性的细胞周期抑制蛋白。P21几乎可以和每一种Cyclin-CDK复合物结合，广泛抑制各种Cyclin-CDK复合物，如cyclinD1-CDK4、cyclinE-CDK2和cyclinA-CDK2，但对cyclinB相关的复合物抑制活性较弱。P21抑制cyclinD1-CDK4和cyclinE-CDK2的活性，使Rb蛋白不能发生磷酸化，E2F不能释放，从而使细胞周期停滞在G1期，DNA复制受抑制，从而使受损的细胞有充分的时间修复。P53失活时，P21基因表达降低或消失，损伤的细胞不能依靠阻滞G1期来修复受损的DNA，从而导致细胞DNA的错误复制、细胞异化或恶变[1]。

                                                                         细胞周期G1/S期控制相关蛋白

2. P21基因在细胞凋亡中的作用。

DNA损伤后，P53蛋白水平的升高会导致多种下游事件的发生，包括细胞周期阻滞、发生DNA修复或分化及细胞凋亡。P53蛋白激活P21基因的表达，使其发挥细胞周期抑制作用，受损的DNA得以修复，P53将介导DNA修复不成功的细胞进入凋亡程序。因此在P53依赖途径中，P21基因通过细胞周期阻滞的作用间接参与了细胞凋亡，但其在细胞凋亡的过程中不是必需的因素。另外研究表明，Myc基因可以调节P21基因在细胞凋亡中的作用。Soane[2]认为，Myc不影响P53蛋白与P21基因的结合，但可以选择性地抑制P53对P21基因的激活作用，从而减少P21的表达，进而有利于P53介导的细胞凋亡。


                                                                                 P21参与的细胞凋亡

3. P21基因在细胞分化过程中的作用

细胞周期阻滞是细胞分化的前提，因此P21与细胞分化也密切相关。P21基因是细胞分化负调节环路中的一个重要组成部分，细胞分化的终末阶段，必须使P21失活才能保证分化的正常进行[3]。另有研究证实当P21基因全长或羧基端部分表达时，就可以出现分化抑制作用，而与细胞周期阻滞相关的功能域主要位于氨基端，这说明，P21抑制分化的作用不是细胞周期阻滞的附属效应，而可能是通过其它途径来发生的。P21作为一个可诱导的生长抑制剂，使细胞脱离细胞周期，发生分化，在个体发育过程中有重要意义。

基因对疾病发生的影响

研究显示，P21基因的多态性与宫颈癌的发病密切相关。P21基因编码的蛋白在P53介导的宫颈细胞周期G1期阻断中起着关键的作用。当DNA损伤时，P53表达增加，进而诱导P21表达。P21是宫颈细胞周期的负调节因子，上升的P21水平可使宫颈细胞停留在G1期，等待DNA修复或进入细胞凋亡途径。这一机制有助于防止DNA损伤的积累和细胞的恶性转化。因此，P21在宫颈癌的发生过程中起着重要的作用。

基因功能研究

1993年，Harper等人[4]从细胞周期出发寻找CDK调节蛋白时，发现一种可与细胞周期依赖性蛋白激酶（CDK）相互作用的蛋白，命名为CDK相互作用蛋白（CIP1），后统一命名为P21。

1996年，Shi等人[5]运用RT-PCR技术发现57例甲状腺癌中有5例乳头状癌中存在P21基因的缺失，均位于第2外显子。

1996年，Sjalande等人[6]对乳腺癌、卵巢癌、宫颈癌、结肠癌进行了P21基因的突变检测，但是没有发现任何致病的突变，仅发现3个核苷酸的多态。

1996年，Balbin等人[7]在乳腺癌肿瘤标本DNA中检测到唯一一例P21基因的94位密码子的突变并进行了相关的功能试验，证实这种突变可以影响P21抑制CDK/Cylin复合物的作用。

1997年，Facher等人 [8]研究表明，P21基因第31个密码子存在多态位点，它是在编码区发现的唯一多态，表现为Ser→Arg的改变。该密码子位于P21基因高度保守区内，CDK结合区的下游。

1999年，Hanne等人[9]对10例正常宫颈组织、74例宫颈癌组织P21表达研究发现，P21在正常宫颈中无表达，在宫颈癌组织中表达超过90%，研究人员得出结论：P21过表达可能在宫颈癌致病机制中发挥重要作用。

2001年，Karin等人[10]对60例宫颈腺癌P21表达研究显示，P21蛋白过表达和HPV16/18 E6E7的转录明显相关，这一结果提示：具有抑制P21蛋白表达功能的抑癌蛋白能克服感染HPV后对宫颈的损伤；P21蛋白表达低或不表达则多见于HPV阴性的宫颈癌，因此P21蛋白表达可能和宫颈癌的致病机理有关。

1994年，Michieli等人[11]研究发现，P21基因是P53基因的下游基因，在功能上传递P53的抑癌作用，因此也是一个重要的抑癌基因。只有野生型P53蛋白才能激活P21基因的功能，在P53基因发生突变的样本中，P21基因的表达量很低或不表达。