Hippo-YAP/TAZ 信号通路在骨性关节炎中的表达

张 晨， 宋国瑞， 刘子歌， 陈德胜

（1.宁夏医科大学临床医学院，银川 750004； 2.宁夏医科大学总医院骨科，银川 750004）

Hippo 信号通路是1 条由一系列蛋白激酶和转录因子组成的激酶链通路，参与维持体内内环境稳定和细胞接触抑制调节，通过调节其效应因子Yes 激酶相关蛋白/具有PDZ 基序的辅转录激活子（YAP/TAZ）和下游基因的表达来调节生理活动，可在哺乳动物体内多种组织再生及干细胞的功能调节上发挥重要作用。近年来，Hippo信号转导通路的研究逐渐受到多个学科的分子生物学领域的关注。

1 Hippo 信号通路简介

1.1 Hippo 信号通路的组成

Hippo 信号通路是近年来发现的能在生长发育中起重要调节功能的生长控制信号通路，可以参与细胞膜向细胞核的传递，如细胞生长、增殖和程序性细胞死亡[1-2]。经典的 Hippo 信号通路的主要元件包括：（1）蛋白激动剂 SAV1（human salvador homology 1）、MOB1（mps one binder kinase activator 1）；（2）蛋白激酶人源类 STE20 样蛋白激酶 1/2（mammalian STE20 like protein kinase，MST1/2）、巨大肿瘤抑制激酶 1/2（large tumor suppressor1/2，LATS1/2）；（3）效应因子 YAP、TAZ[3]。SAV1、MOB1、MST1/2、LATS1/24 个基因编码的蛋白组成了一个激酶链，可以磷酸化抑制YAP/TAZ。YAP/TAZ 也是转录共激活子，可以与细胞核中的多种基因结合，从而介导了Hippo 信号通路中的多项生物学功能[4]。

1.2 Hippo 信号通路主要作用

Hippo 信号通路对各种外部刺激敏感，如炎性因子、机械环境、G 蛋白偶联受体信号传导和细胞能量水平[5]。其主要作用是通过激酶级联的磷酸化负向调节下游YAP 和TAZ。这两种蛋白质具有同源转录共激活因子，其本身不具有结合DNA 的能力，会与含有 TEA 结构域的转录因子（TEA domain- containing sequence- specific transcription factors，TEADs）[6]、Runt 相 关 转录 因 子1/2（Runt-related transcription factor1/2，RUNX1/2）、Samd2/3 形成复合体，使其滞留在细胞核中，调控下游基因转录，从而限制细胞的生长和增殖并诱导细胞凋亡[7]。Hippo 信号通路的作用机制可分为：（1）通过影响Hippo 信号通路核心激酶活力来影响YAP 和TAZ 磷酸化和转录活力；（2）YAP和TAZ 形成蛋白复合物，锚定在细胞连接处，从而达到抑制其进入细胞核促进细胞转录的效果[8]。

1.3 YAP/TAZ 在骨性关节炎中的激活

最近的研究[9]发现，Hippo 信号通路在细胞成骨的各个阶段中起作用，例如，在骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）的成骨和增殖过程中。MSCs 是一种来自中胚层的前体干细胞，具有很强的增值潜力和多向分化能力。它可以在体内或在特定条件下分化为成骨细胞、破骨细胞和脂肪细胞。Pérez 等[10]在其实验中，证实了YAP与 RUNX2（Runt-related transcription factor 2）的结合可以抑制RUNX2 的下游基因骨细胞特异性转录因子（Osterix）的表达，这导致破骨细胞的相对增多以及骨质破坏的增加。在骨信号通路中，RUNX2/Osterix 信号传导途径是调节MSC 向成骨细胞分化的最重要的信号转导途径之一[11]。程英雄等[12]用与MAST1 相同的酪氨酸激酶家族中的受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）使TAZ 磷酸化，从而允许TAZ 在细胞核中结合RUNX2，抑制了RUNX2 与骨钙蛋白（osteocalcin，OC）基因启动子的结合，OC 基因是骨代谢的标记物，其激活成骨细胞，引导骨质增生，促进骨质破坏和骨赘形成。

2 Hippo 信号通路级联反应

现存研究关于Hippo 信号通路直接参与骨性关节炎的退变过程并不多见，但当追溯部分骨性关节炎发生的常见信号通路的上游、下游时，可以发现骨性关节炎的形成会受到Hippo 信号通路活性的显著影响。在软骨细胞损伤与修复、成骨细胞与破骨细胞的平衡系统中，多种信号通路能够与Hippo 信号通路发生交联，YAP/TAZ 两个效应蛋白在骨性关节炎中对于维持软骨稳态是必要且充分的[13]。

2.1 Hippo 信号通路在环氧酶-2（COX-2）表达中的作用

COX-2 是骨性关节炎发病过程中的重要诱导酶，并且是将花生四烯酸转化为前列腺素的过程中最关键的限速酶[14]。它参与重要的生理和病理过程，如炎性反应和组织血管生成等，并与骨关节炎的发生和发展密切相关。COX-2 受微环境中细胞密度的机械应力调节。这种细胞密度机械应力包括细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、炎症因子、低蛋白血清中的各种刺激，而这种调控是通过Hippo 信号通路来实现的[15]。当关节软骨损伤时，关节内炎性因子增多，细胞外处于高密度状态，Hippo 信号通路中的下游效应蛋白辅转录激活子 YAP/TAZ 会无法进入细胞核内，这导致上游刺激后COX-2 的高表达，加速软骨基质中Ⅱ型胶原和蛋白多糖的分解，并抑制其合成[16]，诱导关节腔内及关节软骨免疫反应增强，减慢关节软骨的自我修复能力，对膝关节软骨组织造成破坏。

2.2 Hippo 信号通路在 Wnt/β-Catenin 表达中的作用

经典的Wnt 信号通路的激活有赖于 Wnt 配体与细胞膜受体蛋白卷曲蛋白（frizzled，FZD）和低密度脂蛋白受体相关蛋白（lipoprotein receptorrelated protein，LRP）的共同作用[17]。通过减少该途径中最重要的效应分子β-catenin 磷酸化的降解，增加核转移。Isani 等[18]在其文中指出，HIPPO-YAP/TAZ 信号传导途径与Wnt 信号传导途径之间存在多位点的交叉关联。在没有Wnt 信号传导的情况下，Hippo 信号传导途径可使得β-连环蛋白持续磷酸化，引起其降解和Wnt 靶基因的转录抑制。导致关节软骨基质中胶原纤维和蛋白多糖降解，基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）被软骨基质中胶原蛋白破坏，其效应分子MMP-9 和MMP-13 升高，引起骨赘形成和软骨破坏等症状[19]。Mendoza 等[20]已经通过实验证实，细胞质中的YAP/TAZ 通过磷酸化将β-catenin 保留在细胞质中，Wnt-16 和Wnt2β 在关节软骨细胞中的表达水平显著增加，并进一步诱导关节组织中MMPs 和聚集蛋白聚糖酶的表达，从而导致关节软骨的损伤。

2.3 Hippo 信号通路在 TGF-β/Smads 表达中的作用

转化生长因子-β（transforming growth factorβ，TGF-β）在调节骨和软骨代谢中起重要作用。在软骨受伤时，机体就会分泌大量 TGF-β 来增加多糖和胶原蛋白等的合成，促进机体恢复正常[21]。在与TGF-β 通路激活的同时，Hippo信号传导途径中的YAP/TAZ 可以与TGF-β 效应蛋白 Smad2/3-Smad4 复合物物理结合进入细胞核中[22]。导致细胞核内积累增加，进而抑制细胞生长并影响各种转录过程，包括修复受损的软骨细胞和维持成骨细胞与破骨细胞之间的平衡，影响骨的自我更新过程。Luu 等[23]在其实验中证实，Hippo 的刺激参与 TGF-β 下游 R-Samd 蛋白磷酸化，磷酸化的R-Samd 蛋白与Samd3 结合形成多聚体复合物，导致关节软骨细胞肥大，进而导致骨关节炎。同时，TGF-β 的刺激下，胞核中的 TAP/YAZ 会将Samd 蛋白限制在胞核中，影响转录复合物的形成。王利宏等[24]研究揭示了 YAP 及 TGF-β 对Smads 协同作用的影响，成纤维细胞中的力传递与TGF-β 诱导的纤维化期间促纤维化基因表达的过程密切相关，这也为骨关节炎的病因学提供了新的思路。

3 Hippo 信号通路在骨性关节炎治疗中的应用

骨性关节炎是一种常见的、好发于中老年人的慢性退行性疾病，目前对其病因并不清楚，而临床上的治疗方法是针对中晚期骨性关节炎患者行手术治疗。Fu 等[25]在其实验中证实了yes相关蛋白（如YAP）在维持人类间充质干细胞（hMSCs）的年轻状态和改善小鼠骨关节炎中发挥关键作用。他在实验中运用回文重复序列（CRISPR）相关蛋白核酸酶 9（Cas 9）介导敲除YAP，YAP 缺乏引起 FOXD1（forkhead box D1，叉头框）下调，从而导致软骨细胞过早衰老。同时，Lina 将编码YAP 或FOXD1 的慢病毒载体通过关节内给药减弱了小鼠骨关节炎的发展。Gong等[26]通过显微CT 分析软骨下骨，检测了YAP 过表达或敲低对IL-1β 诱导的软骨细胞肥大相关基因表达的影响，后通过关节内注射YAP siRNA 抑制IL-1β 刺激的分解代谢基因表达和软骨细胞凋亡，改善了小鼠骨性关节炎的发展。

综上所述，Hippo 信号通路不仅可直接参与骨性关节炎的发病过程，还可作为许多骨性关节相关通路的上游信号，参与软骨退行性变、骨赘形成等多个过程。对Hippo 信号通路相关制剂的使用可有效改善小鼠骨性关节炎的发展，这为未来临床治疗早期骨性关节炎提供了新的思路。但目前针对Hippo 信号通路及YAP/TAZ 的研究尚未完善，在很多方面均存在与其他信号通路无差异性的调控机制。若Hippo-YAP/TAZ 介导的调控机制能进一步明确，则可利用这个信号机制的复杂性去选择定向的靶点，推动关节软骨细胞及骨细胞的定向研究，为骨性关节炎的病因学研究提供新的方向，为临床上骨性关节炎的预防、早期诊断、早期治疗提供了新的理论基础。