Hippo信号通路与肿瘤发生的研究进展

    Hippo 信号通路是近些年来研究发现的可以协调细胞增殖、细胞死亡和细胞分化，调控组织生长的一个高度保守的生长控制信号通路，其核心成份是Yap/Taz 等转录调控因子。该信号通路的组成原件包括 Mst1/2、Sal、Last1/2 和Mob1，这些蛋白具有肿瘤抑制功能，Yap/Taz 具有致瘤作用。因而该信号通路与控制器官大小，癌症的发生有着密切的关系。本文主要介绍 Hippo 信号通路在器官大小控制和癌症发生中的作用。

    关键词：Hippo 信号通路；器官大小控制；癌症

    Hippo 信号通路在调节生长发育过程中起到至关重要的作用。很早在果蝇中发现这条路径的突变，它可以引起果蝇组织增生。在过去的十年里有研究显示Hippo 信号通路能调控组织生长，协调细胞增殖、细胞死亡和细胞分化[1]。 1 Hippo 信号通路的组成 Hippo 信号通路在不同的物种中高度保守，包括多细胞动物果蝇、小鼠和哺乳动物。在果蝇中很早发现的 Hippo 信号通路因子是肿瘤抑制因子（Warts，wts），河马蛋白（Hippo，hpo）和接头蛋白（Salvador，sav）。Wts 编码一个核心的蛋白激酶（NDR）。Hpo 激酶与衔接蛋白 sav 相联系，磷酸化激活 wts 激酶，而wts 激酶与 mats 结合磷酸化 Yorkie（Yki）。有学者已证实 Hippo 信号通路通过抑制细胞凋亡和增加细胞增殖来限制器官大小。这种调控的实现至少需要目标基因，例如 cycE、diap1 的转录激活。这暗示着转录调节因子是 Hippo 信号通路的下游效应器。的确，在果蝇中已证实转录辅激活因子 Yki 是 Hippo 信号通路下游的有效效应因子，wts 可直接磷酸化 Yki，并引起 Yki 在胞质中滞留和失活。

    敲除last1 的小鼠也发生肿瘤。然而 Yap 不是总是具有致瘤作用的。现已经有证据说明 Yap 的致作用或肿瘤抑制功能依赖于乳腺癌亚型。这不仅是对人类乳腺癌有效，在结肠癌中也观察到了该现象。Camargo 和他的同事描述了鼠肠中 Yap 的生长抑制功能和 Yap 在人类大肠癌中的沉默。与此相反，其他研究发现在人类的结直肠癌中 Yap 有上调，以及需要 YAP 在 β 连环蛋白驱动人类结肠癌细胞株的生存和转换。因而，未来的研究应该在癌症亚型分析的基础上针对肿瘤抑制和/或 Yap 的致瘤功能（也包括 TAZ）。较有可能的是，Hippo 信号依赖和独立 Yap /Taz 的机制涉及机械和细胞骨架的变化这些将需要更深入的研究和结合临床情况。 Hippo 信号转导通路包括 Mst1/2、Mob1、Last1/2、Taz、Mer、Ww45和Yap等，其中 Hippo 信号转导通路核心是 Yap 基因。Yap 基因与胰腺导管腺癌、胃癌、肝癌、非小细胞肺癌、乳腺癌等都有关，Yap 的上游有 Mst1/2、Ww45、Lats1/2和Mob1等肿瘤抑制因子，通过磷酸化和增进胞浆/细胞核转位对 YAP 起负性调节作用LAS半衰期 是 Hippo 信号通路核心分子激酶组成的较后一个成员，可以磷酸化 YAP 的激酶，LAST1 与 YAP 直接相互作用，研究表明 LAST1 能有效抑制 YAP，通过对 Lats1 基因进行敲除进一步证实 YAP 是 LAST1 的主要作用靶点，增进肿瘤的发生。在胃癌、乳腺癌、前列腺癌、食道癌、肺癌等多种恶性肿瘤中，Lats1/2 表达出现突变或下调的现象。Hippo 通路中其他因子通过磷酸化负性调控 YAP 水平，和 YAP 过度表达类似，Hippo 通路中其他因子的突变能增加 YAP 的活性，引起下游转录因子 cyclinE，DIAP1 等表达增加，增进细胞增殖，抑制细胞凋亡。YAP 转录辅助活性取决于 YAP 在细胞内的位置，位于细胞核内时，它与转录激活因子一起共同启动基因转录，YAP 磷酸化后转位进入细胞浆于细胞质中积聚，细胞浆中的 YAP 通过磷酸化的 ser127 与 14-3-3 白相结合而无法进入细胞核从而丧失作为转录辅激活因子的功能。过度表达的 Yap 使诱导多能干细胞（Induceded pluripotent stem cells，iPS）重编程效率提高 2 倍，YAP 可和多种与干细胞相关的转录因子如（PcG）蛋白、Nanog、Oct4、和 Sox2 结合，调节干细胞。通过对大量的人肝癌组织和正常肝组织的检测分析，发现 YAP 的表达和肿瘤细胞的低分化、高血清 AFP  表达及再发肿瘤的血管渗透呈强烈正相关。在细胞浆中，正常卵巢组织和卵巢癌组织 YAP 阳性率分别是 50%，98%，差别有显 4Mer 是已得到确认的人类肿瘤抑制基因，它的突变将引起神经系统、眼睛、皮肤的损伤。mob1 和 sav1 的突变，已经在人肾癌细胞株、皮肤和色素瘤中被观察到。其他Hippo信号通路元件在癌症样本中也被观察到异常表达，例如RASSF1是一种在人类癌症中较普遍的沉默基因，它的启动子超甲基化，并且在一些人类癌症中 mst 和 lats 的表达向下调节。与此形成对照的是，TAZ 在乳腺癌中被发现向上调节，特别是在浸润性导管癌中更明显。在果蝇的囊胚中，Yki 活性增加可以加快细胞周期进程。在小鼠组织中，YAP 的过表达或异常激活可以诱导多种组织过度增殖，包括肝脏、肠胃道、皮肤和心脏。另外，有研究显示 YAP 和 TAZ活性的异常可以阻止经典的肿瘤抑制检测点。这些均说明 Hippo 信号通路异常会造成细胞增殖。有一些粘合蛋白、E-钙粘蛋白、Crumbs、PATJ、PALS 可以与 YAP和 TAZ 形成复合物并且调控 YAP 和 TAZ。这些蛋白被认为可以通过在细胞节点分离它们形成的复合物而抑制 YAP 和 TAZ，如此可以阻止 YAP 和 TAZ 进核。

    因而，YAP 和 TAZ 机能亢进可能会增进肿瘤细胞的增殖。

    另外，细胞间失去接触抑制也会造成癌症的发生。接触抑制是当细胞与相邻细胞接触时，贴壁细胞停止增殖的一种现象，它是避免组织过度增长的机制，可以维持机体组织的正常形态。有趣的是，失去 Hippo 信号通路上游蛋白 NF2 或者 YAP 的过表达，可以刺激细胞克服接触抑制，使细胞的接触抑制丧失。此外，在培养细胞中发现，YAP 和 TAZ 的活性和亚细胞定位可通过接触抑制来调控，但其具体机制还不是非常清楚。有一种可能是，当细胞汇合时，它们之间形成稳定的节点并且通过结合蛋白相互作用而分离一定比例的 YAP 和 TAZ 细胞群。在果蝇上皮组织的进一步研究中发现，YKI 突变会驱动组织过度生长，并且使得肌动蛋白的聚合增加。Hippo 信号通路的这种感应能力，也许是因为人类肿瘤中 YAP和 TAZ 活性的升高。Hippo 信号通路的反常可能是肿瘤细胞转移的效果很强增进因子，当 YAP 过表达时能增进培养细胞的上皮—间质转化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT），并且抑制失巢凋亡（Anoikis）。可是 Hippo 信号通路的异常在人类癌症转移中已经被观察到，例如乳腺癌和前列腺癌。 现在的观点认为 Hippo 信号通路致癌的原因可能是具有致癌蛋白 YAP/TAZ所代表的肿瘤抑制基因（TSGs），所以 YAP/TAZ 有可能具有致癌作用。在小鼠实验中已经证明，mst1/2 的敲除将会引起不同类型肿瘤的发生，但是 Yap 3Wnt 信号从而抑制心肌细胞增殖和控制心脏大小。Notch 信号通路是另一条与多细胞动物发育有关的重要信号通路，它与人类多种疾病有关，包括癌症。它与hippo 信号通路相互作用对果蝇的视神经上皮的增殖和分化有一定的影响。

    Hedgehog 信号通路是细胞分化、组织极性和细胞增殖的主要调控者器官大小的控制是生物学较基本的问题，然而人们对于它的潜在机制知之甚少。在过去的十年中发现，Hippo 信号通路在器官大小的控制中扮演着重要的角色。 在果蝇中，Hippo 信号通路的突变将引起器官增大；Hippo 信号通路在哺乳动物中也能控制器官大小。比如，在外源导入 Yap 的转基因小鼠中，YAP 的过表达引起肝体积增大 4 倍，可是抑制 YAP 的表达后肝脏体积可恢复正常。但是持续的 YAP 过表达将引起肿瘤的形成。相似的肝特异性表达在 mst1 和 mst2，sav1 或 mer 敲除的模型中也可观察到。Yap 的过表达和基因扩增在人类癌症和小鼠乳腺癌模型中也被观察到。除此以外 YAP 蛋白水平的提高和核定位在人类多种癌症中被观察到，YAP 的此种改变可能对一些特定的人类癌症有评估预后的价值。

    而且 TAZ（YAP 的旁系同源）的过表达在人类乳腺癌样本和非小型肺癌中是明显的。这些研究强调了 Hippo 信号通路在器官大小控制和癌症形成中的重要作用。近来的研究显示 Hippo 信号通路控制器官大小是通过拉伸和压缩。在培养的哺乳细胞中，Hippo 信号通路感应细胞骨架肌动蛋白的张力状态，当细胞被拉伸，YAP 和 TAZ 的活性升高；当细胞被压扁，YAP 和 TAZ 的活性受到抑制。  总结以上，这些基因的研究可以证明 Hippo 信号通路确实是器官大小控制的关键调控因子。除此以外，基因突变与细胞极性和细胞间粘连有关，并且可引起器官大小的显著改变。近来发现可以通过细胞极性和细胞粘附蛋白调控 Hippo 信号通路，此种调控是 Hippo 信号通路和细胞极性蛋白在器官大小调节中交叉对话的基础。在果蝇中与细胞极性和细胞结合有关的数个基因突变，会引起大量过度的生长，如 Lgl 突变可引起 Yki 的核转录增加，Hippo 信号通路靶基因在果蝇上皮组织中上调。

    Hippo 信号通路与癌症 Hippo 信号通路在不同物种中控制器官大小，通路的反常可诱导肿瘤的发生，与人类多种癌症的发生有关，包括胃癌、结肠癌、卵巢癌、前列腺癌、肺癌和肝癌。无限制的细胞增殖是肿瘤形成的前提。

    在哺乳动物中，Hippo信号通路的主要功能是抑制转录调节因子Yap和Taz的活性，其核心组成元件为Mst1/2（Ste20组蛋白激酶的成员，Hpo同系物），Lats1/2（AGC激酶家族的成员， wts同系物），以及它们的适配器蛋白质SAV和 Mps-one binder 1（Mob1，mats同系物）。LAS半衰期被MS半衰期磷酸化，可能也有自磷酸化作用。SAV1通过SARAH结构域与MS半衰期相互作用，然后被MS半衰期磷酸化。MOB1被MS半衰期磷酸化，增强了其与LAS半衰期的相互作用。MS半衰期是促凋亡的激酶，通过与Ras相关域家族（RASSF）蛋白结合而被激活，这也许是因为  MS半衰期亚细胞位置定位改变而造成的。MS半衰期的激活引起LAS半衰期的磷酸化和激活。Hippo信号通路通过增进LAS半衰期从而磷酸化YAP的五大结合域HXRXXS，并转录共激活TAZ蛋白的PDZ结合域来维持组织大小。磷酸化的YAP和TAZ通过与14-3-3结合域结合，抑制自身活性，使其在胞浆堆积，增进泛素化介导的蛋白发生水解。YAP和TAZ通过调节不同转录因子的活性，如TEADs（TEA domain family member）和Smads，来增进组织生长和细胞存活。TEADs是介导YAP，TAZ和YKI的关键下游因子，然而，这些因子如何调节组织生长的具体机制还不清楚。Hippo信号通路上游蛋白主要通过激活核心蛋白激酶元件从而抑制YAP的活性，其次核心蛋白激酶也能与YAP形成复合物，将其招募到细胞联接处，从而阻止YAP进核，使其滞留在胞浆中。 实验证明，紧密联接和缝隙联接复合物可以和YAP紧密结合，从而调节YAP/TAZ的活性。比如，AMOT蛋白可以与YAP结合并将其定位在细胞紧密联接或肌动蛋白骨架上。除此以外，AMOT蛋白还可以诱导LAS半衰期的活性。因而，AMOT蛋白可以通过依赖LAS半衰期和非依赖LAS半衰期的机制调节YAP的活性。粘合联接的组成原件α-catenin可以与14-3-3和磷酸化的YAP形成三聚体从而调节YAP的活性。

    Hippo 信号通路与器官大小控制

    器官发育是形态形成相协调和器官大小增加的过程，它是通过信号通路之间的广泛交叉对话来实现的。近来研究显示 Hippo 信号通路能与其他信号通路相互影响从而控制器官的大小，例如 TGF-beta 信号通路、Wnt 信号通路、Notch 信号通路、Hedgehog 信号通路。Wnt 信号通路在组织发育中扮演着重要角色，该通路异常激活与人类多种癌症的形成有关，特别是消化道癌症。Hippo 途径抑制著性。在胰腺癌组织中，Yap mRNA 表达水平较正常胰腺组织和慢性胰腺炎组织分别高 2.5 倍和 1.3 倍。在胃癌及肝癌中也有类似结果。虽然多数研究认为[13]，YAP 作为促癌因子增进肿瘤的发生，但在某些情况下，YAP 具有促调亡的作用，主要表现在 DNA 损伤时，PML 募集 YAP 及 p73 蛋白到核体内，做为转录辅助激活因子 YAP 增强 p73 相关调亡基因的转录；除此以外，Danovi 等人的研究也发现，YAP 是介导 c-Jun 依赖性调亡的重要蛋白质；基于以上发现，有研究者质疑 Yap 做为癌基因在肿瘤发病机制中的作用，Yuan 等人进行的乳腺癌的研究中，Yap在乳腺癌中的表达明显下调甚或缺失，YAP 缺失的乳腺癌细胞表现出更强的侵润及转移的能力；动物模型中，该基因敲除的裸鼠肿瘤发生早而且生长迅速。因而，一些研究者认为 Yap 作为癌基因的角色需要重新考虑。也有些研究者提出Yap 到底作为癌基因或者是抑癌基因与具体的内环境及肿瘤本身有关。 Hippo 信号通路在癌症中的异常使得这条通路可以作为一个抗癌治疗策略的 有 趣 靶 点。 比 如 靶 向 激 酶 ， 同 源 结 构 域 相 互 影 响 蛋 白 激 酶 2（homeodomaininteracting protein kinase 2，HIPK2）是具有希望的靶点。从功能上来说，Hippo 信号通路较吸引人的治疗靶点是关键癌蛋白 YAP 和 TAZ，这些治疗靶点是我们现阶段很感兴趣的研究方向。

    总结与展望

    由此可知，Hippo 信号通路调控着器官大小，而且并非单一地发挥作用，而是与其他信号通路相互作用。Hippo 信号通路也参与了人类多种癌症的发生，特别是 YAP 和 TAZ[15]，然而我们对它所参与疾病机制的研究还有待深入。对该通路的深入研究，不仅为我们靶向研究相关的治疗措施提供方向，而且对于寻找新的治疗靶点有积极意义。总的来说，进一步的研究 Hippo 信号通路有益于今后人类多种癌症、干细胞疾病、组织再生等的治疗，提高肿瘤治疗的特异性和靶向性，减少药物对正常干细胞的损伤以及在癌症中的耐药机制。该通路与其他信号通路在器官大小控制，癌症中有着怎样的联系，是否存在网络系统，都有待与我们进一步研究。