Hippo信号通路对心血管疾病影响的研究进展

李昕遥 李明爽 王婷 毛威

心脏病是发达国家和发展中国家的主要死亡风险。心脏畸形可能导致胚胎或产后死亡，压力超负荷和（或）缺血等剧烈刺激可能导致心脏不可逆转的损伤。了解心血管系统如何发育以及心脏病的病理过程将有助于找到预防性的治疗方法。Hippo途径在20年前首次通过果蝇的遗传筛选被发现，后被证明在不同物种中具有进化和功能保守性，并通过调节细胞增殖和细胞凋亡之间的平衡来控制器官大小和组织稳态[1]。研究显示，Hippo途径参与心脏发育、细胞凋亡、肥大、自噬、血管生成和心肌细胞再生等心脏中的各种生理和病理过程[2]。本文对Hippo信号通路在动脉粥样硬化、高血压病、心肌梗死、心力衰竭、肺动脉高压等不同疾病中的调控机制进行综述，并探讨下一步可以深入研究的方向。

1 Hippo通路

哺乳动物Hippo途径的核心由一条激酶级联反应链构成，包括两种具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的哺乳动物Ste20样激酶（mammalian ste20-like kinase 1 and 2，MST1/2）和大肿瘤抑制基因（large tumor suppressor 1 and 2，LATS1/2），两种接头蛋白-支架蛋白（salvador 1，SAV1，亦称 WW domain containing adaptor 45 或WW45）和 Mps结合者蛋白（mps one binder 1，MOB1）。多个上游信号激活MST-LATS激酶联级反应以调节两种致癌转录共激活因子的定位，即Yes相关蛋白（yes-associated protein，YAP）和PDZ结合域的转录共刺激因子（transcriptional co-activator with PDZ-binding motif，TAZ）[3]。当Hippo途径开启时，MST1/2与上游信号分子反应发生磷酸化而被激活，后与SAV1结合形成一个复合物，此复合物磷酸化并活化下游LATS1/2-MOB1复合物。活化的LATS1/2-MOB1使YAP/TAZ磷酸化，导致YAP/TAZ与胞浆中的14-3-3蛋白结合而被阻断在胞浆中，并被泛素-蛋白酶体系统降解。当关闭Hippo信号时，未磷酸化的YAP/TAZ易位到细胞核中并与TEA结合域蛋白 1-4（TEA domain proteins 1-4，TEAD1-4）形成功能性转录复合物。YAP/TAZ-TEADs促进下游靶基因的表达，参与细胞增殖、迁移和抗凋亡。YAP还与其他转录因子相互作用，包括T-box转录因子5（T-box transcription factor，Tbx5）、Smads、p63、p73、受体酪氨酸蛋白激酶（receptor tyrosine-protein kinase，erbB-4）、叉头框蛋白O1（forkhead box O1，FoxO1）等，从而调节多种基因。MST1/2除了通过经典机制抑制YAP蛋白，导致抑制心肌细胞增殖和自噬并促成细胞死亡，也可以通过非经典机制拮抗抗凋亡蛋白特大型B细胞淋巴瘤（B-cell lymphoma-extra large，BCL-XL） 和自噬相关蛋白 Beclin1来达到上述过程[4]。

大量研究确定了Hippo通路的上游调节剂，包括接触抑制、机械应力、细胞外基质的紧密性、细胞骨架的排列以及一些细胞极性和细胞连接的分子。Hippo通路参与细胞接触抑制，其活性在多个水平上进行调节：MST1/2和LATS1/2受上游分子如膜突蛋白-细胞骨架连接蛋白-根蛋白样蛋白（moesin-ezrin-radixin-like protein，Merlin）、肾脑表达蛋白（kidney and brain expressed protein，KIBRA）、Ras相关序列家族（Ras-association do－main family，RASSFs）和LIM家族蛋白Ajuba的调节；14-3-3蛋白、α-链蛋白、血管抑素结合蛋白（angiomotin，AMOT）和闭锁小带蛋白 2（zonula occludens，ZO-2）通过结合YAP/TAZ将其保留在细胞质、黏附连接或紧密连接中；磷酸酶调控MST1/2和YAP/TAZ磷酸化和活性，蛋白质泛素化调控LATS1/2和YAP/TAZ的稳定性，细胞骨架也可以调节LATS1/2的活性。最近的研究表明，刺激一些G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs），如溶血磷脂酸受体（lysophosphatidic acid receptor，LPA）、鞘氨醇-1-磷酸受体（sphingosine-1-phosphate，S1P）等细胞外信号可以通过促进肌动蛋白-细胞骨架的组装，引起YAP/TAZ去磷酸化和活化[5-6]。

2 Hippo与心血管疾病

2.1 Hippo通路与动脉粥样硬化 冠状动脉疾病（coronary artery disease，CAD）是由动脉壁动脉粥样硬化斑块发展而成的，是最主要的死亡原因之一[7]。动脉粥样硬化的发生、发展与血管内皮功能障碍有关[8-10]。Huang等[11]发现内皮中YAP/TAZ活性受不同血流模式支配，抑制YAP/TAZ活化可改善炎症并延缓动脉粥样硬化形成。类似的情况在小鼠模型中也得到印证，Wang等[12]认为与细胞中机械转导相关的YAP是参与内皮细胞活化及血流异常相关的动脉粥样硬化过程的重要蛋白。ApoE-/-小鼠部分颈动脉结扎后，黏附分子在内膜中过度表达，白细胞在内皮细胞表面大量富集，导致出现严重的颈动脉粥样硬化，并同时伴随YAP/TAZ的活化。此外，内皮特异性的YAP过表达也加剧了ApoE-/-小鼠中的斑块形成。相反，吗啉代寡核苷酸可以阻断YAP/TAZ的翻译，从而减少黏附分子在内膜中的表达及内皮细胞表面白细胞富集的数量，降低动脉粥样硬化病变的大小并抑制血流动力学异常引起的颈动脉粥样硬化。Xiao等[13]观察到ApoE-/-小鼠血管平滑肌细胞中血清组织因子途径抑制物（tissue factor pathway inhibitor-1，TFPI-1）的缺失会导致AMOT和YAP的磷酸化水平降低，从而促进血管平滑肌细胞的增殖和迁移，加速动脉粥样硬化的发展。内皮细胞整合血流中的各种信号，并作为感受器和效应器参与动脉粥样硬化的发生和发展。内皮细胞的激活在动脉粥样硬化的初始阶段起着极其重要的作用。因此，抑制YAP/TAZ活化可能是一种有前途的动脉硬化防治策略。

2.2 Hippo通路与高血压病 高血压病的主要病理生理机制包括交感神经系统激活、肾素-血管紧张-醛固酮系统激活。然而，血管结构和功能障碍，包括内皮功能障碍、氧化应激增加、血管重塑和顺应性下降在内，可能早于高血压病成为血压升高的原因[14]。尽管以上几个因素明显参与了血压升高的发病机制和高血压的维持，但肾脏机制在高血压病发生、发展中仍可能起着主要作用[15]。血管紧张素Ⅱ 1型受体（angiotensinⅡ type 1 receptor,AT1R）属于GPCRs家族，它与Gαq/11亚类相连，是肾素-血管紧张素-醛固酮系统的一部分，对维持血压和机体水平衡起到至关重要的作用。血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）以高亲和力结合AT1R并启动不同的细胞内信号转导途径。AngⅡ的作用可被AT1R阻断剂或血管紧张素转换酶抑制剂阻断。临床上血管紧张素转换酶抑制剂和AT1R阻断剂用于治疗高血压和心力衰竭。但两种阻滞剂对肾功能也有保护作用，特别是在蛋白尿患者中。作为肾小球滤过屏障关键组分的足细胞可以表达内源性肾素-血管紧张素-醛固酮系统相关的受体。随着越来越多的证据表明蛋白尿主要是足细胞疾病产生的，肾脏保护作用可能是由于这种足细胞特异性肾素-血管紧张素-醛固酮系统的阻断。

最近研究发现，GPCRs作为Hippo信号传导的上游调节因子，通过LATS及其底物YAP来激活或失活Hippo通路。Wennmann等[16]研究发现，AngⅡ高亲和力结合AT1R后可以通过降低LATS激酶的活性使Hippo途径失活，因此导致人胚肾上皮细胞（HEK293T）中未磷酸化的YAP核穿梭增强。YAP的穿梭依赖于肌动蛋白，肌动蛋白细胞骨架的破坏可以抑制LATS和YAP的去磷酸化。体内和体外实验中均显示YAP主要定位于足细胞的细胞核，这与HEK293T细胞相反。足细胞中LATS激酶活性的重新激活导致定位于细胞质的YAP增加，并伴随强烈的凋亡诱导作用。因此，控制LATS激活和随后的YAP定位对于足细胞稳态和存活是重要的，并借此影响肾素-血管紧张素-醛固酮系统，从而起到调节血压的重要作用。

2.3 Hippo通路与心肌梗死 心肌梗死是所有心血管疾病中死亡的首要原因。急性心肌梗死的初始机制是富含脂质的冠状动脉粥样硬化易损斑块发生破裂或糜烂，导致斑块的核心和基质暴露引起血栓形成。器官在缺血后会出现大量细胞死亡，使机体产生宿主防御和损伤修复等一系列免疫反应[17-18]。Heallen等[17]研究结果表明，Hippo是成人心肌细胞更新和再生的内源性抑制剂。通过使出生后小鼠心肌细胞中的SAV1和LATS1/2失活后，心肌细胞恢复增殖和再生能力。Hippo信号通路抑制转录共激活因子YAP来阻止成年哺乳动物心肌细胞再生，也可以对培养细胞中的机械信号作出反应，促进细胞增殖。Morikawa等[19]为了确定在心肌细胞更新和再生过程中激活的YAP靶基因，对河马信号缺陷小鼠心脏进行了YAP染色质免疫沉淀测序和mRNA表达谱分析，发现YAP直接调控编码细胞周期进展蛋白的基因，还可以调节增强细胞骨架重塑的基因。因此，阻止Hippo通路可能会使这种平衡倾斜，以便YAP对与心脏损伤相关的机械变化作出反应，以促进修复。在另一个心肌梗死模型中，Odashima等[20]通过心脏特异性过表达显性阴性MST1的转基因小鼠研究了MST1在缺血/再灌注反应中介导心肌细胞凋亡中的作用。结果显示，内源性MST1在心肌梗死后介导心脏扩张、凋亡、纤维化和心脏功能障碍，抑制MST1，改善心脏功能。MST1-/-小鼠聚集体累积减少，梗死面积更小，梗死后心功能改善更明显。此外，在不稳定心绞痛期间，MST1被抑制并促进心肌细胞自噬，从而保护心脏和促进功能恢复。

Hippo途径活化导致下游转录辅因子YAP/TAZ的磷酸化，从而限制细胞增殖和存活[21]。YAP/TAZ缺乏DNA结合结构域，通过与心肌素相关转录因子-A、Fox－O1、Tbx5、Runx、p73、Smads、TEADs 等多种转录因子结合以调节基因表达[22]。部分抗氧化基因作为YAP依赖性心脏保护的关键，因此抑制活性氧物质是心脏中YAP/TAZ信号传导的重要功能[23-24]。YAP还可影响细胞骨架动力学和细胞进程的基因表达，这可能是心肌细胞增殖过程中的关键步骤[25]。这些证据表明，Hippo通路是一个重要的信号传导途径，YAP或下游靶点作为心脏再生的重要调节因子，治疗性激活或许可促进心肌梗死后心脏再生，并能改善心肌梗死后的心肌收缩力，为心肌梗死的治疗提供了一个新的思路。

2.4 Hippo通路与心力衰竭 心力衰竭是各种心血管疾病终末期的状态，是心血管疾病患者致残和死亡的重要原因。在心力衰竭发展过程中，在宏观、微观、细胞、分子层面形成复杂的生理代偿机制以维持心功能，其中最重要的包括Frank-Starling机制中的心脏前负荷增加、各种神经内分泌细胞因子的过度激活、心肌重塑等[26]，导致心肌细胞产生应变，在病理重塑中促进心肌细胞丢失和纤维化。Hippo通路作为一种阻止成人心肌细胞增殖和再生的激酶级联，在人类心力衰竭中表现为上调[27]。Leach等[27]在敲除了Salv的心肌梗死后缺血性心力衰竭的小鼠模型中发现，Hippo通路缺失可诱导修复性遗传程序，瘢痕边缘血管增多，纤维化减少，泵功能恢复。此外，与对照组相比，缺血性心力衰竭的小鼠模型中YAP和LATS 909位丝氨酸的磷酸化水平更高，且SAV1水平没有变化。如心肌梗死时伴有SAV1或LAT1和LAT2缺失时心功能可得到改善。YAP靶基因调控增殖，参与细胞骨架重塑，并保护质膜免受收缩压力的损伤[28]。当人类心力衰竭和小鼠缺血/再灌注损伤时可出现Hippo信号传导的激活不良[29-30]。Lin等[31]在一项研究中发现，在成人阶段，YAP的心脏特异性激活可能驱动心肌细胞增殖并改善心肌梗死，长期YAP激活不会引起心脏肥大。转基因或者9型腺相关病毒（adenoassociated virus serotype 9，AAV9）介导的 YAP 活化可改善心肌梗死后的心脏功能和心肌细胞存活数。由于Hippo信号通路在人缺血性心力衰竭中上调，因此抑制Hippo通路可能对缺血性心力衰竭患者治疗有益。

2.5 Hippo通路与肺动脉高压 肺动脉高压是一种缺乏有效治疗手段的破坏性疾病，其特征是血管收缩和不良血管重塑[32-33]。由于肺动脉平滑肌细胞增殖和凋亡减少、肺动脉外膜成纤维细胞和肌成纤维细胞积聚、肺动脉内皮细胞功能障碍等原因所导致的肺动脉中膜和外膜肥大是肺动脉高压血管重塑的特征。因此，预防或抑制血管重塑是肺动脉高压的主要治疗靶点[34]。在基质重塑背景下，YAP/TAZ被认为是该病关键的参与者[35]。最近，一些研究表明YAP/TAZ的机械活化与肺动脉高压中血管重塑和肺间质纤维化有关[36-39]。肺动脉高压中细胞外基质硬度的调控激活了YAP/TAZ，刺激微小RNA130/301（miR-130/301）家族表达，进一步控制与肺纤维化和细胞外基质重塑相关的一系列因子。miR-130/301依赖的细胞外基质重塑促进了肺动脉内皮细胞和肺动脉平滑肌细胞增殖，而YAP核定位和活化降低可减轻胶原沉积和重塑。肺动脉高压中细胞外基质硬化导致YAP/TAZ活化，从而导致肺动脉内皮细胞和肺动脉平滑肌细胞持续增殖和迁移。潜在的分子机制可能是机械刺激导致YAP/TAZ活化，进一步调控包括谷氨酰胺酶（glutaminase-1，GLS1）等在内的代谢酶，以协调谷氨酸分解和糖酵解，从而参与血管平滑肌细胞能量代谢过程。这些研究揭示了YAP/TAZ与代谢信号传导之间的相互作用，表明肺动脉高压发病机制中代谢的异常。此外，另一项研究证实人肺动脉平滑肌细胞中YAP/TAZ上调[38，40]。YAP/TAZ激活促增殖因子并抑制促凋亡因子的表达，导致肺动脉平滑肌细胞大量增殖和更多的纤连蛋白产生。细胞外基质中过量的纤连蛋白沉积，控制整合素连接激酶1（integrin-linked kinase 1,ILK1），而抑制ILK1可逆转肺动脉高压模型中的肺血管重塑。

3 结语

近年来，关于Hippo信号传导通路的研究逐年增多，正成为信号通路研究中的一个热点。虽然目前研究多集中在肿瘤发生、转移、组织再生和免疫调控上，该通路在其他疾病领域中的作用以及与其他多种信号通路之间的关联也越发受到人们关注，这可能为未来疾病的治疗，尤其是心血管疾病的治疗方面提供新的方法，但我们目前仍需要进一步的研究来完善。