Hippo信號通路在肝臟中的作用研究進(jìn)展*

農(nóng)耀斌 黃鴻娜 黃晶晶 毛德文 杜沅沁 宋文選 朱榮火 徐 健

1.貴港市人民醫(yī)院 (廣西 貴港, 537100) 2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 3.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院仙葫院區(qū)脾胃肝病科

慢性肝病(CLD)在全球范圍內(nèi)發(fā)病率持續(xù)上升,每年大約有200萬人死于肝硬變和肝癌[1]。盡管肝可以分化并增殖肝細(xì)胞、肝上皮細(xì)胞、膽管上皮細(xì)胞,具有修復(fù)肝臟損傷的能力,但肝臟的反復(fù)損傷會耗盡肝臟的再生能力,使纖維化進(jìn)展為肝硬變,嚴(yán)重者發(fā)展為肝癌。當(dāng)前預(yù)防及逆轉(zhuǎn)慢性肝病的治療手段有限。因此,研究CLD的有效治療是目前臨床上的迫切需求。Hippo信號通路可抑制導(dǎo)致肝臟顯著過度生長表型,在調(diào)節(jié)肝臟發(fā)育、再生,癌癥以及免疫系統(tǒng)等方面發(fā)揮著重要作用[2,3]。本文論述Hippo信號通路在肝臟中的作用及對CLD新療法的潛在價(jià)值。

1 經(jīng)典Hippo信號通路

經(jīng)典Hippo信號通路首先在果蠅中發(fā)現(xiàn),而相應(yīng)的哺乳動物絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶Hippo缺失導(dǎo)致過度生長表型[4]。絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶MST1和MST2與支架蛋白薩爾瓦多同源1形成復(fù)合體。MST1和MST2磷酸化并激活絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶LATS1和LATS2[5]。在多種絲氨酸殘基15上磷酸化YES相關(guān)蛋白1(Y AP),包括人類蛋白中的S127或小鼠蛋白中的S112。帶有PDZ結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄共激活因子(TAZ)也被該復(fù)合體磷酸化,TAZ是YAP的類似物[6]。YAP-TAZ的磷酸化導(dǎo)致支架蛋白14-3-3與細(xì)胞質(zhì)結(jié)合并將其隔離在細(xì)胞質(zhì)中,最終通過F-box/WD重復(fù)序列包含蛋白1A將其作為蛋白酶體降解的靶點(diǎn)。當(dāng)YAP和TAZ被低磷酸化時(shí),它們可以移位到細(xì)胞核并與轉(zhuǎn)錄因子TEAD家族相互作用,介導(dǎo)靶基因的表達(dá)[7]。因此,典型的Hippo信號通路起著抑制YAP-TAZ活性的作用。

2 Hippo信號通路上游調(diào)控

2.1 細(xì)胞的極性和黏附性 Hippo信號通路的一個(gè)主要功能是限制細(xì)胞的增殖。Hippo信號調(diào)節(jié)部分是由參與連接形成細(xì)胞極性的蛋白質(zhì)復(fù)合體介導(dǎo)的也可通過黏附性傳遞。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),在多種類型的高密度上皮細(xì)胞中組裝緊密連接相關(guān)的Crumbs復(fù)合體可以增加YAP-TAZ的磷酸化,導(dǎo)致它們的細(xì)胞質(zhì)隔離。腫瘤抑制因子肝激酶B1(LKB1)通過激活蛋白酶激活的受體蛋白(TAZ、LATS、MST),促進(jìn)Scribble膜復(fù)合體,從而激活肝臟中Hippo信號,LKB1的肝臟特異性缺失會導(dǎo)致肝細(xì)胞增殖和肝腫大[8]。在肝臟角質(zhì)形成細(xì)胞中,黏附連接蛋白α-Catenin通過與S127磷酸化的YAP和14-3-3形成細(xì)胞膜復(fù)合體來抑制YAP的活性,降低了YAP與蛋白磷酸酶2A21的可及性,抑制了肝細(xì)胞與細(xì)胞的黏連[9]。這表明細(xì)胞極性和黏附性復(fù)合體在調(diào)節(jié)肝臟中Hippo信號發(fā)揮重大作用。

2.2 生物力學(xué)調(diào)節(jié) 機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)也被認(rèn)為是Hippo-YAP信號的一個(gè)重要調(diào)節(jié)因子。在肝臟中YAP-TAZ通過纖維的形成和小GTP酶Rho的活性,在體外生長于高細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)上經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄、核移位活性增加。一項(xiàng)薈萃研究表明,纖維在原代培養(yǎng)的小鼠肝細(xì)胞中觸發(fā)YAP激活,使肝細(xì)胞功能喪失,從肝細(xì)胞中特異性地刪除YAP 1,證明了機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)在調(diào)節(jié)肝細(xì)胞YAP活性中的關(guān)鍵作用[10]。除此之外,Hippo信號還受其他信號調(diào)控,如細(xì)胞的氧化應(yīng)激和代謝調(diào)節(jié)[11]。

3 Hippo信號通路YAP-TAZ下游調(diào)控

Hippo通路下游調(diào)控通過抑制轉(zhuǎn)錄共激活因子YAP/TAZ、Yki 影響細(xì)胞的基因型。有研究表明,YAP和TAZ調(diào)節(jié)Notch信號、抗凋亡途徑、轉(zhuǎn)化生長因子-β(轉(zhuǎn)化生長因子β)信號、肌動蛋白聚合、Hedgehog信號、哺乳動物雷帕霉素復(fù)合體靶標(biāo)1(MTORC 1)活性、核苷酸生物合成、AKT信號等共同影響肝臟,可通過調(diào)控下游抑制其轉(zhuǎn)錄活性起至關(guān)重要的作用[12,13]。

4 Hippo信號在肝臟再生中的信號傳遞

肝細(xì)胞和膽管細(xì)胞在肝臟損傷后,兩者都會停止靜止和增殖,以恢復(fù)肝臟,因此,肝臟具有極強(qiáng)的再生能力。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)嚴(yán)重肝損傷時(shí),膽管細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)分化為肝細(xì)胞[14,15]。而Hippo在肝臟再生中的信號傳遞已成為研究的熱點(diǎn)。在急性肝損傷模型小鼠中表明,醋氨酚(APAP)過量會導(dǎo)致肝小葉壞死,后激發(fā)肝細(xì)胞的增殖,而在具有特異性高活性YAP信號的小鼠,可避免APAP誘導(dǎo)的肝損傷。這可能是由于將APAP代謝成其細(xì)胞毒性代謝物所需的基因表達(dá)減少所致,對APAP后MST1和MST2的藥物抑制可減少肝細(xì)胞死亡[16]。一項(xiàng)薈萃研究發(fā)現(xiàn),從肝細(xì)胞中缺失YAP1的小鼠表現(xiàn)出相同水平的肝損傷,但實(shí)驗(yàn)組中由于wnt-β-catenin誘導(dǎo)的肝細(xì)胞增殖更快,更有利于肝臟炎癥反應(yīng)的再生速度[17]。這表明Hippo信號通路在肝再生過程中具有動態(tài)功能。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),小鼠肝部分切除模型中,可誘導(dǎo)肝細(xì)胞增殖,直到肝臟恢復(fù)正常大小。早期通過肝細(xì)胞內(nèi)磷酸化(非活性)YAP減少和核YAP定位增加,后MST1和MST2的藥理抑制促進(jìn)了小鼠肝部分切除后肝細(xì)胞的增殖和肝再生[18],而肝星狀細(xì)胞(HSCs)中的YAP信號也可促進(jìn)了肝部分切除后的肝再生[19]。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)評估YAP-TAZ在肝再生中的細(xì)胞類型特異性作用,小鼠急性肝損傷研究中,造成小葉中心肝細(xì)胞死亡,在接觸CCl4肝細(xì)胞短時(shí)間顯示出YAP-TAZ信號的強(qiáng)烈激活,缺失YAP1和WWTR1并不損害CCl4誘導(dǎo)的肝損傷后的肝再生,而刪除YAP1和WWTR1在膽管細(xì)胞中膽汁淤積導(dǎo)致肝再生延遲,這表明肝臟能夠激活替代途徑來補(bǔ)償特定信號途徑的抑制[13]。

5 Hippo信號通路在肝癌中的作用

5.1 Hippo信號通路在肝細(xì)胞癌作用 肝細(xì)胞癌(HCC)在人HCC標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)有YAP的核聚積,YAP的激活與HCC亞型(Hippo途徑基因、肝干細(xì)胞基因)相關(guān),YAP1基因缺乏突變表明Hippo途徑的抑制或在腫瘤發(fā)生過程中[20]。在肝癌中上游機(jī)制YAP的激活尚未完全明確。在小鼠中已證明膽汁酸超載可促進(jìn)肝臟腫瘤的發(fā)生[21]。研究發(fā)現(xiàn),肝臟腫瘤發(fā)生的驅(qū)動因素之一為糖原積累,糖原液滴可通過激活YAP促進(jìn)腫瘤發(fā)生,多項(xiàng)肝細(xì)胞癌樣本研究中,早期的惡性病變和小的腫瘤結(jié)節(jié)顯示出高糖原含量,經(jīng)過液液相分離的凝聚糖原示,MST1或MST2與糖原結(jié)合蛋白Laforin強(qiáng)烈結(jié)合,滯留在糖原小滴中,導(dǎo)致YAP在細(xì)胞系(HepG2細(xì)胞、小鼠肝細(xì)胞)中激活和核轉(zhuǎn)位[22]。肝癌中致癌途徑酪氨酸激酶受體與信號通路相互作用。YAP激活是通過EGFR信號在肝細(xì)胞癌中激活PI3K-PDK1誘導(dǎo),YAP和EGFR抑制劑在肝癌細(xì)胞系可協(xié)同誘導(dǎo)細(xì)胞毒作用[23]。在肝癌患者腫瘤樣本的分析發(fā)現(xiàn),細(xì)胞外基質(zhì)蛋白多糖集聚蛋白的基因表達(dá)增加,會激活YAP活性使肝癌細(xì)胞系的腫瘤發(fā)生[23]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),在肝癌模型中癌基因誘導(dǎo)的小鼠表明,腫瘤基質(zhì)細(xì)胞的激活過過Y AP-TAZ的高活性作用并降低了維替普芬對腫瘤的穿透,證明肝癌耐藥的另一種機(jī)制是YAP依賴的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)受損[24]。已證實(shí)通過多種機(jī)制促進(jìn)腫瘤的發(fā)生是YAP在肝細(xì)胞癌中轉(zhuǎn)錄活性的作用。Camargo等研究表明,NUAK2活性增加肌動蛋白張力及觸發(fā)肌動蛋白聚合促進(jìn)YAP活性,并且抑制減少了YAP驅(qū)動的腫瘤發(fā)生。此外,肝癌細(xì)胞侵襲、存活和遷移受激活Notch信號及TEAD4依賴的方式誘導(dǎo)JAG1的YAP活性發(fā)生[25]。

5.2 Hippo信號通路在肝母細(xì)胞瘤中作用 肝細(xì)胞癌中YAP和β-連環(huán)蛋白存在拮抗關(guān)系,在促進(jìn)肝母細(xì)胞瘤方面有協(xié)同作用,在肝母細(xì)胞瘤細(xì)胞中,YAP-TAZ促進(jìn)了氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體核苷酸生物合成SLC38A1的表達(dá),觸發(fā)了下游mTORC1的激活和腫瘤發(fā)生[26]。一項(xiàng)薈萃研究表明,在肝母細(xì)胞瘤小鼠模型中,腫瘤細(xì)胞亞群中的凋亡驅(qū)動使YAP-S127A/成分活性的β-連環(huán)蛋白驅(qū)動導(dǎo)致腫瘤顯著退化,而存活的腫瘤細(xì)胞中部分恢復(fù)了肝細(xì)胞分化功能,這提示靶向YAP治療肝母細(xì)胞瘤可能是一種有效的治療方法[27]。

5.3 Hippo信號通路在膽管細(xì)胞瘤中作用 YAP是膽管癌的致癌因素之一。YAP激活與膽管癌細(xì)胞侵襲、增殖、染色體不穩(wěn)定性、血管生成及化療耐藥有關(guān)[28]。雙重SB-HDTVI介導(dǎo)的NICD和AKT在膽管細(xì)胞中的表達(dá)導(dǎo)致快速膽管癌細(xì)胞的形成[29]。在膽管癌的NICD/Y AP-S127A小鼠模型中,YAP的下游靶點(diǎn)激活mTORC1,Rptor的缺失抑制了腫瘤的發(fā)展[30]。在YAP-AKT驅(qū)動的膽管癌細(xì)胞中,發(fā)現(xiàn)FGFR信號可上調(diào)膽管癌細(xì)胞中YAP的表達(dá),抑制劑(PAN-FGFR)可降低腫瘤負(fù)擔(dān),因此,機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)被認(rèn)為是膽管癌發(fā)生的另一調(diào)節(jié)因素。實(shí)驗(yàn)中YAP-Y357促進(jìn)膽管癌細(xì)胞中的核定位,是通過FAK直接磷酸化實(shí)現(xiàn),致癌的FAK和AKT的過表達(dá)可導(dǎo)致膽管癌細(xì)胞的快速發(fā)展[31]。在膽管癌細(xì)胞中刪除WWTR1和YAP1可顯著降腫瘤負(fù)擔(dān),除了腫瘤細(xì)胞本身外,瘤周肝細(xì)胞特異性缺失會增加腫瘤負(fù)擔(dān),而在肝細(xì)胞癌和膽管細(xì)胞癌中亦有瘤周肝細(xì)胞中YAP的激活,從而降低了腫瘤負(fù)擔(dān)[29]。

5.4 Hippo信號通路和癌癥免疫力 Hippo信號通路在癌癥免疫中扮演著新的角色。目前,癌癥免疫治療領(lǐng)域取得了較大的進(jìn)展。如重新激活T細(xì)胞促進(jìn)腫瘤細(xì)胞殺傷的抗PD1/PDL1治療,復(fù)發(fā)(耐藥)仍然是臨床上待以解決的問題[32]。研究發(fā)現(xiàn),YAP-TAZ具有抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)的作用,通過TAZ和YAP誘導(dǎo)人黑色素瘤、乳腺癌細(xì)胞株和肺癌中PDL1的表達(dá),而PDL1的調(diào)控也因物種而異(在小鼠細(xì)胞系中不能復(fù)制)[33,34]。有研究發(fā)現(xiàn)YAP-TAZ在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)可促進(jìn)獲得性免疫抗癌反應(yīng),LAT S1和LAT S2的缺失在體外促進(jìn)了腫瘤的生長,如將腫瘤細(xì)胞移植到具有免疫活性的同基因小鼠中,體內(nèi)的腫瘤生長會受到抑制,此外,增強(qiáng)抗腫瘤免疫與LAT S1和LAT S2的缺失增加了富含核酸的細(xì)胞外小泡的產(chǎn)生,刺激I型干擾素反應(yīng)密切相關(guān)[35]。在肝臟中炎癥中YAP-TAZ的激活起促進(jìn)作用。肝細(xì)胞中觸發(fā)免疫細(xì)胞由YAP(Lats1/Lats2、Mst1/Mst2)激活的缺失。在小鼠中促進(jìn)免疫逃避、巨噬細(xì)胞募集和腫瘤發(fā)生靠肝細(xì)胞致癌的YAP激活誘導(dǎo)CCL2表達(dá)相關(guān)[36]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),在小鼠NASH模型中,抑制肝細(xì)胞中上皮剪接調(diào)節(jié)蛋白2(ESRP2)的表達(dá),由慢性炎癥期間釋放的促炎細(xì)胞因子所致,ESRP2負(fù)責(zé)Nf2成熟形式的剪接,ESRP2的缺失會導(dǎo)致YAP-TAZ149活性增加,表明其存在正反饋循環(huán)[37]。因此,YAP誘導(dǎo)的炎癥在腫瘤進(jìn)展中的作用有待考究。

另有研究對YAP活性的正調(diào)節(jié)因子的抑制劑、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子(溴域包含蛋4),這些抑制物缺乏對 Hippo信號通路的特異性[38]。研究發(fā)現(xiàn),肝臟腫瘤發(fā)生過程中YAP的關(guān)鍵下游靶點(diǎn)是NUAK2,其藥物抑制作用單獨(dú)抑制了YAP驅(qū)動的活體腫瘤生長。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),針對特定類型的細(xì)胞抑制YAP-TAZ作用,可特異性對Hippo信號途徑干擾RNA(SiRNA)而配制成靶向肝細(xì)胞的脂質(zhì)納米粒[38,39]。Mooring等[40]研究表明,肝細(xì)胞特異性的YAP-TAZ缺失通過肌纖維母細(xì)胞擴(kuò)張及減少炎癥來減少接觸CCl4時(shí)的肝纖維化。

6 Hippo信號在慢性肝損傷中的信號傳遞

慢性肝損傷再生與YAP信號相關(guān)。慢性膽管炎共性為膽管反應(yīng),根據(jù)其損傷程度,膽管反應(yīng)的細(xì)胞可能起源于肝細(xì)胞的去分化或膽管細(xì)胞的增殖,而Hippo信號正是此過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,在膽管結(jié)扎膽管細(xì)胞模型小鼠中,Mx1-Cre缺失肝臟中的YAP 1會削弱BDL78后的膽管反應(yīng),增加YAP活性,減少肝細(xì)胞的增殖,從而肝細(xì)胞的壞死增加[41]。此外,膽管細(xì)胞及肝細(xì)胞中小鼠YAP 1的缺失,在4-二氫氯仿(DDC)、3,5-二乙氧基甲酰-1飼養(yǎng)中,膽管反應(yīng)顯著減少,由于CK19+細(xì)胞的增殖減少和凋亡增加作用[42,43]。此外,Li等[44]探討肝細(xì)胞去分化是膽管反應(yīng)細(xì)胞的主要來源研究發(fā)現(xiàn),其編碼依賴于ATP的SWI/SNF染色質(zhì)重塑復(fù)合體的一個(gè)成分,YAP和ARID1a結(jié)合是由DDC誘導(dǎo)的HNF4SOX9+肝細(xì)胞中的基因發(fā)揮作用,在分離的ARID1A缺失的肝細(xì)胞中,靶部位與YAP結(jié)合靶基因的表達(dá)顯著減少?？梢姶龠M(jìn)YAP介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄在肝臟再生過程中ARID1A起著至關(guān)重要的作用。而在肝細(xì)胞中ARID1A和NF2特異性缺失,可激活YAP-TAZ轉(zhuǎn)錄活性、誘發(fā)肝臟過度生長,甚至肝癌[45]。

7 總結(jié)與展望

Hippo信號通路在肝臟中具有細(xì)胞類型特異性、復(fù)雜性、上下文特異性的作用,包括再生、發(fā)育及癌癥的發(fā)生。雖然Hippo信號通路在干擾疾病方面的研究已經(jīng)取得了進(jìn)展,但有許多方面仍需要我們?nèi)ヌ接?例如YAP誘導(dǎo)的炎癥在腫瘤進(jìn)展中的作用等。在目前研究成果仍未能滿足臨床需求,開發(fā)抗YAP-TAZ治療肝腫瘤的藥物是一個(gè)新的研究方向。同時(shí),調(diào)控Hippo信號避免促進(jìn)肝臟再生的信號失活,可預(yù)防腫瘤的發(fā)生。此外,控制肝細(xì)胞向膽管細(xì)胞轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄或表觀遺傳機(jī)制是未來努力的方向。