Hippo/YAP信號通路與細(xì)胞代謝信號通路之間交叉調(diào)控的研究進(jìn)展

王 瑩，張雅菲，文 勇

（山東大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院種植科，山東省口腔組織再生重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省口腔生物材料與組織再生工程實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250012）

細(xì)胞代謝是細(xì)胞內(nèi)一種通過底物與酶相互作用而產(chǎn)生的生物化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞利用葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等物質(zhì)，通過糖酵解、呼吸、三羧酸循環(huán)、尿素循環(huán)、糖原分解代謝及氧化磷酸化等核心反應(yīng)過程，為細(xì)胞的生長和分化提供必要的物質(zhì)和能量[1]。

Hippo/yes相關(guān)蛋白（yes-associcted protein，YAP）信號通路的組成部分是在使用黑腹果蠅細(xì)胞挑選腫瘤抑制因子時被發(fā)現(xiàn)的。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，Hippo/YAP信號通路的上游效應(yīng)因子可通過傳遞細(xì)胞間的接觸[2]，細(xì)胞內(nèi)肌動蛋白細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的變化[3]、以及其他信號如細(xì)胞能量狀態(tài)的改變[4]、機(jī)械壓力刺激[5]和通過G蛋白起作用的激素信號-耦合受體[6]等的信息，調(diào)節(jié)YAP的入核表達(dá)水平，從而限制哺乳動物的組織生長并調(diào)節(jié)器官在發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖、分化和遷移。近期研究發(fā)現(xiàn)，YAP還可參與調(diào)節(jié)己糖胺生物合成途徑，進(jìn)而調(diào)控癌細(xì)胞的糖酵解[7]；YAP參與棕色脂肪細(xì)胞的脂肪代謝，從而影響機(jī)體的產(chǎn)熱和能量消耗[8]；YAP還通過影響與氨基酸代謝相關(guān)的受體酪氨酸激酶EphA2的活性，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)[9]。由此可見，Hippo/YAP信號通路對細(xì)胞內(nèi)的代謝活動也存在一定的影響。然而，Hippo/YAP信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝活動中的具體調(diào)節(jié)機(jī)制尚不明確。

另外，研究顯示，Hippo/YAP信號通路與腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信號通路[4]、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of Rapamycin，mTOR）[10]和低氧誘導(dǎo)因子（hypoxia-inducible factor，HIF）信號通路[11]間存在著相互影響。AMPK信號通路、mTOR信號通路及HIF信號通路等也是調(diào)控細(xì)胞代謝的重要調(diào)節(jié)通路。mTOR信號通路可以參與調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)合成和分解代謝，從而為細(xì)胞的生命活動提供必要的基礎(chǔ)化合物[12]。AMPK信號通路可以調(diào)控細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP的比例，從而維持細(xì)胞內(nèi)能量物質(zhì)平衡[13]。HIF信號通路通過調(diào)節(jié)細(xì)胞低氧環(huán)境中的糖酵解，維持細(xì)胞在低氧條件下的生命活動[14]。

因此，本文通過探討Hippo/YAP信號通路對mTOR，AMPK和HIF等代謝調(diào)節(jié)信號通路的調(diào)節(jié)作用，闡述Hippo/YAP信號通路在控制細(xì)胞代謝方面存在的潛在機(jī)制。

1 Hippo/YAP信號通路對細(xì)胞代謝的調(diào)控機(jī)制

Hippo/YAP信號通路主要由哺乳動物sterile 20樣激酶（mammalian sterile 20-like kinase，MST）、大腫瘤抑制因子（large tumoursuppressor，LATS）、薩爾瓦多家族蛋白（Salvador，SAV）和Mps結(jié)合蛋白（Mps one binder protein，MOB）等胞質(zhì)激酶調(diào)節(jié)因子和YAP轉(zhuǎn)錄共激活因子組成，并在生物體進(jìn)化過程中結(jié)構(gòu)高度保守的磷酸化級聯(lián)反應(yīng)[15]。另外研究顯示，Hippo/YAP信號通路的上游組成結(jié)構(gòu)并不僅局限于MST，LATS，SAV1和MOB1。例如，RAS相關(guān)結(jié)構(gòu)域家族蛋白[16]和神經(jīng)纖維素蛋白2[17]都可作為Hippo信號通路的上游效應(yīng)因子，通過促進(jìn)MST蛋白活性參與Hippo信號通路的調(diào)節(jié)作用。AMOT蛋白家族亦可作為Hippo信號通路的上游效應(yīng)因子，通過促進(jìn)LATS蛋白功能活性，參與Hippo信號通路的調(diào)節(jié)作用[18]。但無論上游調(diào)節(jié)因子如何改變，YAP蛋白始終都是Hippo/YAP信號通路調(diào)節(jié)作用的最終執(zhí)行者[19]。

YAP蛋白是哺乳動物細(xì)胞中由多種氨基酸序列和結(jié)構(gòu)域組成的高度保守性蛋白，是傳遞Hippo信號通路信息的重要調(diào)節(jié)因子。YAP蛋白通過與轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合[20]，如TEAD家族轉(zhuǎn)錄因子[21]和Runx2轉(zhuǎn)錄因子[22]等，定位于靶基因的片段，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄翻譯，影響細(xì)胞的生物學(xué)特性。然而，Hippo/YAP信號通路通過促進(jìn)YAP蛋白在胞質(zhì)內(nèi)被降解，導(dǎo)致YAP蛋白無法進(jìn)入細(xì)胞核，使YAP蛋白無法調(diào)節(jié)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄水平。其主要作用機(jī)制是Hippo信號通路的上游調(diào)節(jié)因子促進(jìn)MST1蛋白蘇氨酸183位點(diǎn)或MST2蘇氨酸180位點(diǎn)的磷酸化修飾，并與SAV1蛋白結(jié)合形成復(fù)合體[23]，作用于LATS1/2，促進(jìn)LATS1蘇氨酸1097位點(diǎn)或LATS2蘇氨酸1041位點(diǎn)的磷酸化，并與MOB1結(jié)合形成蛋白聚合物[24-25]。而磷酸化的LATS蛋白，可以促進(jìn)磷酸化YAP蛋白絲氨酸127位點(diǎn)、絲氨酸164位點(diǎn)和絲氨酸397位點(diǎn)等[26]。14-3-3蛋白及E3泛素連接酶可作用于磷酸化的YAP蛋白，兩者均可使YAP蛋白在胞質(zhì)內(nèi)被降解，導(dǎo)致YAP蛋白無法進(jìn)入細(xì)胞核[27-28]（圖1A）。

葡萄糖、氨基酸和脂肪等都是細(xì)胞代謝活動的主要底物，線粒體是細(xì)胞能量的控制中心。而近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，YAP蛋白與細(xì)胞內(nèi)葡萄糖、氨基酸及脂肪等的物質(zhì)代謝及線粒體的功能狀態(tài)都有著密切聯(lián)系，既激活YAP蛋白的功能活性，可提高葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白3[29]、己糖激酶2和磷酸果糖激酶B3的基因表達(dá)水平[30]，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的糖酵解速率；還可以調(diào)節(jié)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體基因SLC1A5和SLC7A5的轉(zhuǎn)錄翻譯，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)酪氨酸激酶受體2和L型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1的功能活性，提高細(xì)胞內(nèi)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)速率[9-10]；控制解偶聯(lián)蛋白基因的轉(zhuǎn)錄翻譯，抑制細(xì)胞棕色脂肪的降解[8]；促進(jìn)過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1-α基因的表達(dá)，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)線粒體的活動[31]（圖1B）。

2 YAP蛋白與mTOR信號通路的交叉調(diào)控

mTOR信號途徑傳導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)合成或分解代謝的信息，影響細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核苷酸的代謝，從而為細(xì)胞的生長提供足夠的物質(zhì)[12，32]。

研究發(fā)現(xiàn)，Hippo/YAP信號通路與mTOR信號通路間存在交叉調(diào)控。SAV1蛋白通過抑制YAP蛋白核易位，降低mTORC1蛋白蛋白表達(dá)水平及其下游靶基因S6K1的表達(dá)[33]。但當(dāng)YAP蛋白進(jìn)入細(xì)胞核，可促進(jìn)微小RNA-29的轉(zhuǎn)錄翻譯，解除同源性磷酸張力蛋白對mTORC1蛋白的抑制作用[34]。YAP蛋白亦可通過促進(jìn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白SLC38A1，SLC7A5和SLC3A2基因的表達(dá)，促進(jìn)mTORC1蛋白的表達(dá)[10，35]；YAP蛋白還可以與轉(zhuǎn)錄因子TEAD結(jié)合，通過調(diào)控pik3cb基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，促進(jìn)mTOR信號通路的上游效應(yīng)因子磷脂酰肌醇激酶的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)mTOR蛋白的表達(dá)[36]。YAP蛋白還可通過調(diào)控長鏈非編碼RNA-UCA1和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1基因的轉(zhuǎn)錄翻譯，提高細(xì)胞內(nèi)mTOR蛋白的表達(dá)水平[37]。而活化mTORC2蛋白既可通過促進(jìn)血管動樣蛋白2蛋白蘇氨酸760位點(diǎn)磷酸化，解除血管動樣蛋白2蛋白對YAP蛋白核易位的抑制作用，還可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)自噬水平影響YAP蛋白的表達(dá)水平[38]。

圖1 Hippo信號通路對細(xì)胞內(nèi)代謝活動調(diào)節(jié)機(jī)制[15-31].A：Hippo信號通路上游蛋白功能被激活，YAP蛋白不能進(jìn)入細(xì)胞核；B：Hippo信號通路上游蛋白功能被抑制，YAP進(jìn)入細(xì)胞核；RASSF：RAS相關(guān)結(jié)構(gòu)域家族蛋白；NF2：神經(jīng)纖維素蛋白2；MST：RAS相關(guān)結(jié)構(gòu)域家族蛋白；LATS：大腫瘤抑制因子；SAV：薩爾瓦多家族蛋白；MOB：Mps結(jié)合蛋白；GLUT3：葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白3；HK2：己糖激酶2；PFKB3：磷酸果糖激酶B3；PGC1α：過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α.→代表執(zhí)行功能；?代表功能被抑制.

3 YAP蛋白與AMPK信號通路的交叉調(diào)控

AMPK信號通路能夠感知細(xì)胞內(nèi)AMP，ATP和ADP的含量變化，其中ADP和AMP可以結(jié)合到AMPK蛋白γ亞單位，使其α亞單位激活環(huán)中蘇氨酸172位點(diǎn)更容易被肝激酶B1[39]，鈣調(diào)節(jié)性依賴蛋白激酶激酶2磷酸化[40]。另外，細(xì)胞內(nèi)線粒體代謝產(chǎn)物活性氧水平升高，亦能夠使AMPK蛋白蘇氨酸172位點(diǎn)被磷酸化修飾而激活A(yù)MPK蛋白的功能[41]。AMPK信號通路通過調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的自噬、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、脂肪酸氧化、或影響細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)合成代謝及糖酵解等，控制細(xì)胞內(nèi)ATP的含量，從而維持細(xì)胞內(nèi)能量代謝穩(wěn)定[42]。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞外營養(yǎng)因子減少或細(xì)胞內(nèi)能量壓力激增時，Hippo信號傳導(dǎo)途徑可被激活，YAP蛋白活性被抑制，從而維持細(xì)胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)[43]。另外，阿卡地新（5-氨基-4咪唑甲酰胺核苷酸）通過提高細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP的比值來提細(xì)胞內(nèi)能量代謝壓力，當(dāng)其作用于敲除AMPK基因的細(xì)胞時，可依賴LATS蛋白來抑制細(xì)胞的增殖[44]。由此發(fā)現(xiàn)，Hippo/YAP信號通路可參與調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)能量環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。而Hippo/YAP信號通路與AMPK信號通路也有一定的聯(lián)系。AMPK信號上游效應(yīng)因子肝激酶B1蛋白可以促進(jìn)YAP蛋白絲氨酸127位點(diǎn)磷酸化，導(dǎo)致YAP蛋白入核轉(zhuǎn)錄翻譯減少[45]。而活化的AMPK蛋白通過磷酸化血管動樣蛋白1，激活LATS蛋白，促進(jìn)YAP蛋白滯留在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)并與14-3-3蛋白結(jié)合[4]。

4 YAP蛋白與HlF信號通路的交叉調(diào)控

HIF信號通路可通過調(diào)控腫瘤細(xì)胞內(nèi)糖酵解、糖原合成、谷氨酰胺代謝和脂質(zhì)合成來影響腫瘤細(xì)胞的生長[46]。

在研究腫瘤細(xì)胞的過程中發(fā)現(xiàn)，在肝竇上皮細(xì)胞中，可以通過削弱細(xì)胞內(nèi)YAP蛋白的活性，抑制HIF-1α的表達(dá)水平[11，47]；在結(jié)腸癌細(xì)胞中，HIF-2α可通過介導(dǎo)YAP1蛋白核易位，促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖[48]；在肝癌細(xì)胞中，高遷移率族蛋白1通過與GA結(jié)合蛋白α結(jié)合可通過激活YAP蛋白來促進(jìn)HIF核蛋白活性，增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)糖酵解代謝，維持癌細(xì)胞的增殖[49]。綜上，Hippo/YAP信號通路可以與HIF信號通路交叉作用，調(diào)控癌細(xì)胞糖酵解水平，影響癌細(xì)胞的增殖。

5 結(jié)語

Hippo/YAP信號通路作為調(diào)節(jié)細(xì)胞生物學(xué)活性的重要通路之一，主要通過調(diào)控細(xì)胞的增殖、凋亡和分化等，維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Hippo/YAP信號通路還參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)葡萄糖、脂肪和氨基酸等的代謝活動，即YAP蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞核，調(diào)控代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，從而影響細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的代謝活動。另外，通過總結(jié)Hippo/YAP信號通路與AMPK，mTOR及HIF等細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)通路之間的相互作用（圖2），發(fā)現(xiàn)Hippo/YAP信號通路可通過多途徑調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的代謝活動。因此，通過探究信號通路之間的相關(guān)聯(lián)系，有利于正確認(rèn)識細(xì)胞內(nèi)各項(xiàng)生物學(xué)活動的具體機(jī)制，從而為疾病的診斷和治療提供合理的參考。

圖2 Hippo信號通路與腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和低氧誘導(dǎo)因子（HlF）信號通路的關(guān)系[32-49].CaMKK：鈣調(diào)節(jié)性依賴蛋白激酶激酶；HMGB1：高遷移率族蛋白1；PI3K：磷脂酰肌醇激酶；AKT：蛋白激酶B；AMOTL2：血管動樣蛋白2.→代表執(zhí)行蛋白功能，代表抑制蛋白功能.