Hippo信号通路与肿瘤发生的研究进展*

邱勤明　石秋燕　王江　杨莉佳　潘巍巍

(嘉兴学院医学院，浙江 嘉兴　314001)



综述

Hippo信号通路与肿瘤发生的研究进展*

邱勤明1石秋燕1王江杨莉佳潘巍巍△

(嘉兴学院医学院，浙江 嘉兴314001)

Research progress of hippo pathway and tumorigenesis*

Qiu Qin-ming, Shi Qiu-yan, Wang Jiang, Yang Li-jia, Pan Wei-wei△

(Medical college of Jiaxing University, Zhejiang Jiaxing 314001)

摘要Hippo信号通路是近年来研究发现的能够协调细胞增殖、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，其核心成分是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。因此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非常重要的作用。最先在果蝇中发现这条路径的突变，它可以导致果蝇组织增生。在过去的十年里有研究表明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]。

1Hippo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。在果蝇中最先发现的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，比如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。确实，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，并导致Yki在胞质中滞留和失活。

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[2]，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)[3]，以及它们的适配器蛋白质SAV[4]和 Mps-one binder 1(Mob1，mats同系物)。LAST1/2被MST1/2磷酸化，可能也有自磷酸化作用。SAV1通过SARAH结构域与MST1/2相互作用，然后被MST1/2磷酸化。MOB1被MST1/2磷酸化，增强了其与LAST1/2的相互作用。MST1/2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，这可能是因为 MST1/2亚细胞位置定位改变而引起的。MST1/2的激活导致LAST1/2的磷酸化和激活。Hippo信号通路通过促进LAST1/2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，使其在细胞质堆积，促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，来促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，但是，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，将其招募到细胞连接处，从而阻止YAP进核，使其滞留在细胞质中。

实验证明，紧密连接和缝隙连接复合物可以和YAP紧密结合，从而调节YAP/TAZ的活性。例如，AMOT蛋白可以与YAP结合并将其定位在细胞紧密连接或肌动蛋白骨架上。此外，AMOT蛋白还可以诱导LAST1/2的活性。因此，AMOT蛋白可以通过依赖LAST1/2和非依赖LAST1/2的机制调节YAP的活性。粘合连接的组成原件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。

2Hippo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。最近研究表明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，比如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，尤其是消化道癌症[5]。Hippo途径抑制Wnt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最基本的问题，但是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信号通路的突变将导致器官增大；Hippo信号通路在哺乳动物中也能控制器官大小。例如，在外源导入Yap的转基因小鼠中，YAP的过表达导致肝体积增大4倍，但是抑制YAP的表达后肝脏体积可恢复正常。然而持续的YAP过表达将导致肿瘤的形成[6]。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。此外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。最近的研究表明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。此外，基因突变与细胞极性和细胞间粘连有关，并且可导致器官大小的显著改变。最近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，会导致大量过度的生长，如Lgl突变可导致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。

3Hippo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。

Mer是已得到确认的人类肿瘤抑制基因，它的突变将导致神经系统、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，比如RASSF1是一种在人类癌症中最普遍的沉默基因，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，尤其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、胃肠道、皮肤和心脏。此外，有研究表明YAP和TAZ活性的异常能够阻止经典的肿瘤抑制检测点。这些均说明Hippo信号通路异常会引起细胞增殖。有些粘合蛋白、E-钙粘蛋白、Crumbs、PATJ、PALS能够与YAP和TAZ形成复合物并且调控YAP和TAZ。这些蛋白被认为能够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。因此，YAP和TAZ机能亢进可能会促进肿瘤细胞的增殖。

此外，细胞间失去接触抑制也会引起癌症的发生。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，能够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，能够刺激细胞克服接触抑制，使细胞的接触抑制丧失。另外，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很清楚。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，可能是因为人类肿瘤中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强效促进因子，当YAP过表达时能促进培养细胞的上皮—间质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)，并且抑制失巢凋亡(Anoikis)。然而Hippo信号通路的异常在人类癌症转移中已经被观察到，比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)[7]，所以YAP/TAZ很有可能具有致癌作用。在小鼠实验中已经证明，mst1/2的敲除将会导致不同类型肿瘤的发生，然而Yap的过表达就可导致肿瘤的形成。敲除last1的小鼠也发生肿瘤。但是Yap不是总是具有致瘤作用的。现已有证据说明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[8]。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[9]。因此,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)。最有可能的是，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、Ww45、Last1/2、Mob1、Yap、Taz和Mer 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、非小细胞肺癌、胃癌、肝癌、乳腺癌等都有关，Yap的上游有Mst1/2、Ww45、Lats1/2、Mob1等肿瘤抑制因子，通过磷酸化和促进细胞质/细胞核转位对YAP起负性调节作用[10,11]。LAST1/2是Hippo信号通路核心分子激酶组成的最后一个成员，可以磷酸化YAP的激酶，LAST1与YAP直接相互作用，研究证明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，促进肿瘤的发生。在胃癌、乳腺癌、食管癌、前列腺癌、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[12]，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，导致下游转录因子cyclinE，DIAP1等表达增加，促进细胞增殖，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磷酸化后转位进入胞浆于胞浆中积聚，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。在细胞质中，正常卵巢组织和卵巢癌组织YAP阳性率分别是50%，98%，差异有显著性。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作为促癌因子促进肿瘤的发生，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；此外，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。因此，一些研究者认为Yap作为癌基因的角色需要重新考虑。也有一些研究者提出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[14]。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)是最具希望的靶点。从功能上来说，Hippo信号通路最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。

4总结与展望

由此可知，Hippo信号通路调控着器官大小，而且并不是单一地发挥作用，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，尤其是YAP和TAZ[15]，但是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。总之，进一步的研究Hippo信号通路有利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。

参考文献

1Yu FX, Guan KL. The Hippo pathway: regulators and regulations[J]. Genes Dev, 2013, 27(4): 355-371.

2Hong W, Guan KL. The YAP and TAZ transcription co-activators: key downstream effectors of the mammalian Hippo pathway[J]. Semin Cell Dev Biol, 2012, 23(7): 785-793.

3Hergovich A. Regulation and functions of mammalian LATS/NDR kinases: looking beyond canonical Hippo signaling[J]. Cell Biosci, 2013, 3(1): 32-32.

4Avruch J, Zhou D, Fitamant J, et al. Protein kinases of the Hippo pathway: regulation and substrates[J]. Semin Cell Dev Biol, 2012, 23(7): 770-784.

5许飞,张进,马端. Hippo/YAP和 Wnt/β-catenin 信号通路的对话[J]. 遗传, 2014, 36(2): 95-102.

6Gomez M, Gomez V, Hergovich A. The Hippo pathway in disease and therapy: cancer and beyond[J]. Clin Transl Med. 2014, 3: 22-22.

7Johnson R, Halder G. The two faces of Hippo: targeting the Hippo pathway for regenerative medicine and cancer treatment[J]. Nat Rev Drug Discov, 2014, 13(1): 63-79.

8Hergovich A. YAP-Hippo signaling downstream of leukemia inhibitory factor receptor: implications for breast cancer[J]. Breast Cancer Res, 2012, 14(6): 326-326.

9Li VS, Clevers H. Intestinal regeneration: YAP-tumor suppressor and oncoprotein[J]. Curr Biol, 2013, 23(3): R110-R112.

10Barry ER, Morikawa T, Butler BL, et al. Restriction of intestinal stem cell expansion and the regenerative response by YAP[J]. Nature, 2013, 493(7436): 106-110.

11Qin H, Blaschke K, Wei G, et al. Transcriptional analysis of pluripotency reveals the Hippo pathway as a barrier to reprogramming[J]. Hum Mol Genet, 2012, 21(9): 2054-2067.

12Yu FX, Luo J, Mo JS, et al. Mutant Gq/11 promote uveal melanoma tumorigenesis by activating YAP[J]. Cancer Cell, 2014, 25(6): 822-830.

13Yu FX, Zhao B, Guan KL. Hippo pathway in organ size control, tissue homeostasis, and cancer[J]. Cell, 2015, 163(4): 811-828.

14Meng Z, Moroishi T, Mottier-Pavie V, et al. MAP4K family kinases act in parallel to MST1/2 to activate LATS1/2 in the Hippo pathway[J]. Nat Commun, 2015, 6: 8357-8357.

15Moroishi T, Park HW, Qin B, et al. A YAP/TAZ-induced feedback mechanism regulates Hippo pathway homeostasis[J]. Genes Dev, 2015, 29(12): 1271-1284.

(收稿日期：2015-11-9)

作者简介：邱勤明，男，临床医学学生， Email：915892505@qq.com。共同一作：石秋燕，女，临床医学学生，Email：1227548598@qq.com。△通讯作者：潘巍巍，女，副教授，主要从事细胞生物学研究，Email：aidspan@163.com。

*基金项目：嘉兴学院SRT项目(编号：851714067)和浙江省大学生科技创新项目(编号：2014R417001)

1共同一作