Hippo信號(hào)通路在肺癌中的研究進(jìn)展

劉悅超 邢影 蔡莉

肺癌是癌癥相關(guān)死亡的主要原因之一,據(jù)世界衛(wèi)生組織稱,肺癌已成為當(dāng)前全世界范圍內(nèi)最常見的癌癥,每年能導(dǎo)致約160萬人死亡,肺癌主要起源于支氣管粘膜上皮,其中約85%為非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC),其余為小細(xì)胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)[1].雖然當(dāng)今醫(yī)療技術(shù)水平不斷提高,肺癌的總體預(yù)后并無明顯改善,5年生存率仍低于15%,即使早期接受根治術(shù)的患者,仍然存在極高的復(fù)發(fā)幾率,因此為進(jìn)一步改善肺癌預(yù)后,迫切需要確定探索更多高效的治療靶點(diǎn)藥物[2].研究人員逐漸發(fā)現(xiàn)Hippo信號(hào)通路出現(xiàn)在肺癌形成進(jìn)展過程中,本文旨在概括Hippo信號(hào)通路中核心效應(yīng)因子及其上下游靶點(diǎn)的異常表達(dá)對(duì)肺癌細(xì)胞的增殖、自我更新及侵襲遷移所發(fā)揮的重要作用.

1 Hippo信號(hào)通路概述

Justice等[3]于1995年首次發(fā)表了果蠅中Warts(Wts)基因的相關(guān)研究結(jié)果,并提出該基因?qū)ζ鞴傩螤钆c大小具有調(diào)控作用,自此人們逐漸開展對(duì)Hippo信號(hào)通路的實(shí)驗(yàn)研究.果蠅中,Hippo信號(hào)通路是一種阻礙細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制性信號(hào)通路,該通路的重要成員LATS及Wts可以調(diào)控細(xì)胞增殖、器官大小及穩(wěn)態(tài),逐漸人們對(duì)Hippo信號(hào)通路的功能和調(diào)控有了更深入的認(rèn)知.當(dāng)果蠅中Hippo信號(hào)通路激活時(shí),絲/蘇氨酸激酶使Hpo發(fā)生磷酸化,并與Sav、Mob形成復(fù)合物,使Mats進(jìn)一步磷酸化,并激活絲/蘇氨酸激酶Wts.活化的Wts發(fā)生磷酸化,同時(shí)使Yki磷酸化,并與細(xì)胞質(zhì)中14-3-3蛋白結(jié)合,最終導(dǎo)致磷酸化的Yki無法易位到細(xì)胞核中[4].因此,Hippo信號(hào)通路能夠抑制Yki轉(zhuǎn)錄靶基因的表達(dá),從而抑制Yki相關(guān)效應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄.Yki具有調(diào)控細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的功能,因此Hippo信號(hào)通路對(duì)維持器官穩(wěn)態(tài)發(fā)揮重要作用(圖1A).

Hippo信號(hào)通路在進(jìn)化中高度保守,在哺乳動(dòng)物中,該通路的主要構(gòu)成元件包含MST1/2、LATS1/2、YAP/TAZ等.Hippo信號(hào)通路激活后,MST1/2作為此激酶鏈的核心組件首先被激活,引起下游基因LATS1/2的磷酸化.LATS1/2主要通過阻滯細(xì)胞周期進(jìn)程從而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖遷移能力,并在介導(dǎo)細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要調(diào)控作用.LATS1/2作為YAP/TAZ的上游基因使二者發(fā)生磷酸化,因此磷酸化的YAP/TAZ增多,進(jìn)而使易位到細(xì)胞核中的去磷酸化的YAP/TAZ量減少,與核內(nèi)TEA域家族轉(zhuǎn)錄因子(TEA domain family members, TEAD)結(jié)合減少,抑制靶向基因轉(zhuǎn)錄,并最終抑制器官大小、腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移等過程[5].YAP/TAZ能夠激活多種轉(zhuǎn)錄因子,包括TEAD家族成員、OCT4、p73及ZEB1等[6](圖1B).

近年來,針對(duì)Hippo信號(hào)通路在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的研究逐漸深入,文獻(xiàn)[7-9]報(bào)道Hippo信號(hào)通路參與肺癌、膽管癌、結(jié)腸癌、胰腺癌等多種腫瘤的進(jìn)展過程.Lamar等[10]發(fā)現(xiàn)乳腺癌及黑色素瘤中YAP的過表達(dá),可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞遷移能力增強(qiáng)、中心型黏附下降、出現(xiàn)間質(zhì)表型并啟動(dòng)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)過程.

2 Hippo信號(hào)通路在肺癌中的作用

2.1 Hippo信號(hào)通路的核心組件與肺癌

2.1.1 MST/MOB MST1(mammalian STE20-like kinase 1)能夠編碼絲氨酸蘇氨酸激酶,是59 kDa的II類激酶,其氨基酸序列與MST2具有76%的同源性,具有腫瘤抑制功能,二者的過表達(dá)可抑制NSCLC細(xì)胞的增殖、促進(jìn)細(xì)胞凋亡[11].通過體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),人類NSCLC細(xì)胞系A(chǔ)549轉(zhuǎn)染MST1基因的重組真核表達(dá)載體后,MST1的過表達(dá)促使YAP發(fā)生磷酸化,抑制細(xì)胞增殖,并誘導(dǎo)A549細(xì)胞發(fā)生凋亡[11].而在另一種NSCLC細(xì)胞系H1299中敲除MST1基因后,促使突變型p53獲得抗凋亡功能,證實(shí)MST1基因可以抑制肺癌細(xì)胞發(fā)生增殖[12].Hippo信號(hào)通路另一個(gè)核心組件MOB(Mps one binder kinase)的mRNA表達(dá)在63%的NSCLC患者中明顯降低,而在成年小鼠肺中MOB的敲除將導(dǎo)致細(xì)支氣管細(xì)胞和細(xì)支氣管肺泡干細(xì)胞(bronchioalveolar stem cells, BASCs)從基底膜脫離,有效抑制腫瘤發(fā)生;敲除MOB基因的轉(zhuǎn)基因小鼠的支氣管上皮細(xì)胞中,獲得干性的細(xì)胞數(shù)目增加,通過對(duì)YAP/TAZ以及效應(yīng)基因NKX2.1的調(diào)控,可促進(jìn)支氣管上皮細(xì)胞分化及腫瘤的形成[13].因此,MST/MOB作為Hippo信號(hào)通路的核心組件對(duì)于抑制肺癌生長(zhǎng)具有重要價(jià)值.

2.1.2 LATS1/2 除MST/MOB外,Hippo信號(hào)通路的構(gòu)成元件LATS1/2是肺癌發(fā)生發(fā)展過程中重要的腫瘤抑制因子.LATS1/2是Dbf2相關(guān)的核蛋白激酶家族成員,與Hippo信號(hào)通路在果蠅中的Wts屬于同源物.Malik等[14]發(fā)現(xiàn),LATS1過表達(dá)能夠抑制裸鼠NSCLC細(xì)胞的增殖、非貼壁生長(zhǎng)及腫瘤形成.人類肺癌細(xì)胞H460細(xì)胞中LATS1的表達(dá)上調(diào)了BAX蛋白水平從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡,而用小干擾RNA敲除NSCLC細(xì)胞中的LATS1基因可明顯增強(qiáng)細(xì)胞增殖及遷移能力;LATS1的同源異構(gòu)體LATS2對(duì)腫瘤細(xì)胞同樣具有抑制增殖及遷移的功能[15].在臨床肺癌組織樣本研究中,LATS1在大多數(shù)NSCLC癌癥患者中呈現(xiàn)低表達(dá)狀態(tài),并且其低表達(dá)與臨床TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及患者生存率緊密相關(guān);大多數(shù)NSCLC患者中LATS2表達(dá)也降低,且突變比例不到10%,經(jīng)Cox單因素和多因素回歸分析,LATS2 的表達(dá)水平是肺癌患者預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[16].此外,Moroishi等[17]研究證實(shí)LATS1/2激酶在腫瘤免疫過程中也具有阻礙腫瘤生長(zhǎng)的作用,在宿主抗腫瘤免疫反應(yīng)的誘導(dǎo)下,腫瘤抑制因子LATS1/2發(fā)生失活使腫瘤的免疫能力增強(qiáng),證明Hippo信號(hào)通路能夠調(diào)節(jié)腫瘤免疫原性,從而揭示在癌癥免疫治療中靶向針對(duì)LATS1/2位點(diǎn)將有效提高腫瘤治療效果.

2.1.3 YAP/TAZ Hippo信號(hào)通路的效應(yīng)分子YAP、TAZ均為肺癌的致癌基因,二者均定位于人類11q22染色體上,并在NSCLC中呈過表達(dá).有70%的NSCLC細(xì)胞系中存在TAZ過表達(dá),在正常支氣管上皮細(xì)胞HBE135細(xì)胞中,TAZ過表達(dá)能夠使非致瘤性的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為高致瘤性細(xì)胞;而敲除TAZ后,效應(yīng)基因CTGF及細(xì)胞周期調(diào)控蛋白Cyclin A表達(dá)明顯降低,細(xì)胞周期停滯在G0期-G1期,抑制了NSCLC細(xì)胞體外非貼壁生長(zhǎng)能力及體內(nèi)的成瘤能力[18].相似的結(jié)果也在TAZ的同源異構(gòu)體YAP中發(fā)現(xiàn),YAP的激活能夠加速細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致細(xì)胞接觸性抑制喪失并促進(jìn)細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化,有效推進(jìn)小鼠體內(nèi)肺癌進(jìn)展過程[19].YAP/TAZ的過量表達(dá)使肺癌細(xì)胞遷移能力增強(qiáng),并誘導(dǎo)其發(fā)生EMT過程,小鼠體內(nèi)模型也證實(shí)YAP/TAZ的激活能夠促進(jìn)肺癌形成及轉(zhuǎn)移過程的發(fā)生[20].除此之外,超過60%的NSCLC患者存在TAZ基因過表達(dá),且與低分化、淋巴結(jié)及遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移、不良預(yù)后相關(guān);60%-70%的NSCLC患者存在YAP過表達(dá),并與臨床TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及患者生存率密切相關(guān)[21].肺腺癌患者YAP的表達(dá)水平比肺鱗癌患者高,這是由于YAP受LKB1激活后可抑制肺腺癌細(xì)胞向鱗狀細(xì)胞轉(zhuǎn)化.

總之,Hippo信號(hào)通路的核心組件MST/MOB、LATS1/2、YAP/TAZ等均為腫瘤抑制因子或致癌因子,且在肺癌形成過程中發(fā)揮重要角色,參與調(diào)控肺癌進(jìn)展的多步驟復(fù)雜過程.

2.2 Hippo信號(hào)通路的上游調(diào)節(jié)因子與肺癌

2.2.1 LKB1 肝臟激酶B1(liver kinase B1, LKB1)是一種絲/蘇氨酸激酶,具有腫瘤抑制作用.LKB1能夠調(diào)節(jié)能量代謝、細(xì)胞極性和增殖,從而促進(jìn)肺癌的進(jìn)展.研究[22]證實(shí),LKB1是Hippo信號(hào)通路核心組件YAP的重要上游調(diào)節(jié)因子.LKB1能夠通過MARKScrib信號(hào)通路激活Hippo信號(hào)通路,導(dǎo)致YAP蛋白失活,最終抑制肺癌細(xì)胞生長(zhǎng),而敲除YAP后,抑制了LKB1缺失所誘導(dǎo)的肺癌細(xì)胞成瘤能力[22].隨后實(shí)驗(yàn)表明,YAP能特異性地被LKB1缺失所激活,抑制ZEB2依賴的DNp63表達(dá),進(jìn)而抑制鱗癌向腺癌的轉(zhuǎn)化[23].有研究稱由于LKB1本身是一個(gè)抑癌基因,并不是理想的藥物靶點(diǎn),因此其下游蛋白逐漸成為肺癌治療的潛在靶點(diǎn),LKB1作為Hippo信號(hào)通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,可以抑制肺癌的進(jìn)展[24].

2.2.2 RASSF1A RASSF1A(Ras-associated domain family 1A)是RAS相關(guān)結(jié)構(gòu)域家族支架蛋白的主要成員之一,通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程和細(xì)胞凋亡發(fā)揮腫瘤抑制作用[25].現(xiàn)已明確抑癌基因RASSF1A在肺癌中表達(dá)失活是由于啟動(dòng)子區(qū)CpG島的特異性高甲基化所致[26].30%-50%的NSCLC患者中可檢測(cè)到RASSF1A的表達(dá)減少,并且RASSF1A甲基化是NSCLC術(shù)后患者不良預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素.RASSF1A作為Hippo信號(hào)通路關(guān)鍵的上游調(diào)節(jié)因子,可在DNA損傷后由ATM激活,隨后通過激活MST2而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡[25].在DNA復(fù)制過程中,RASSF1A可被ATR激酶激活,進(jìn)而激活LATS1-Cdk2-BRCA2信號(hào)通路以維持基因組穩(wěn)定性,而ATR-RASSF1A-MST2-LATS1信號(hào)軸的干擾會(huì)造成基因組缺陷,導(dǎo)致肺癌細(xì)胞基因組穩(wěn)定性減弱、促進(jìn)腫瘤發(fā)生[27].因此,在肺癌的發(fā)生及進(jìn)展過程中,RASSF1A在Hippo信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞凋亡及基因組失去穩(wěn)定性方面至關(guān)重要.

2.2.3 microRNAs microRNAs(miRNA)是小非編碼RNA(19個(gè)-22個(gè)核苷酸),mRNA的3'-UTR特異性結(jié)合靶蛋白導(dǎo)致靶基因蛋白表達(dá)降低.研究[28]指出,miRNA既具有致癌基因也具有腫瘤抑制基因的作用,同時(shí)參與肺癌的形成及轉(zhuǎn)移過程.

圖 1 Hippo信號(hào)通路.A:果蠅中的Hippo信號(hào)通路;B:哺乳動(dòng)物中的Hippo信號(hào)通路[43].Fig 1 Hippo signaling pathway. A: The Hippo signaling pathway in drosophila; B: The Hippo signaling pathway in mammalian[43].

miR-31是在肺癌中呈現(xiàn)過表達(dá)的致癌基因,敲除miR-31會(huì)抑制肺癌細(xì)胞生長(zhǎng)和成瘤能力,并且miR-31可使小鼠及人類肺癌組織中LATS2表達(dá)減少,引起肺部腫瘤發(fā)生.肺轉(zhuǎn)移的miRNA篩選研究發(fā)現(xiàn),miR-135b具有抑制Hippo信號(hào)通路的核心成分LATS2和MOB1表達(dá)的特點(diǎn),從而使NSCLC細(xì)胞表現(xiàn)為高侵襲性,在miR-135b過表達(dá)的NSCLC細(xì)胞中敲除TAZ,將明顯降低癌細(xì)胞侵襲和集落形成能力[29].在NSCLC患者樣本中,miR-135b過表達(dá)與LATS2、核中TAZ的低表達(dá)及患者較差的生存率密切相關(guān)[29].總之,上調(diào)miR-31和miR-135b可通過抑制Hippo信號(hào)通路,進(jìn)一步促進(jìn)肺部腫瘤發(fā)生和進(jìn)展.除此之外,近來研究發(fā)現(xiàn)Hippo信號(hào)通路中的YAP/TAZ能夠上調(diào)miR-25、miR-93、miR-106b的表達(dá),最終抑制p21基因表達(dá)并促進(jìn)肺癌進(jìn)展[30].而miR-335通過增強(qiáng)多藥耐藥過程,激活Hippo信號(hào)通路,最終抑制肺癌發(fā)展[31].

2.3 Hippo信號(hào)通路的下游調(diào)節(jié)因子與肺癌

2.3.1 LATS1/2的下游靶點(diǎn) 抑癌基因p53、凋亡蛋白Bcl2和Bcl-XL等為L(zhǎng)ATS1/2的下游靶點(diǎn),這些基因可以通過抑制細(xì)胞周期調(diào)節(jié)劑Cdk1/細(xì)胞周期蛋白B(Cdk1/Cyclin B)及Cdk2/細(xì)胞周期蛋白E (Cdk2/Cyclin E)兩種復(fù)合物,誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞發(fā)生凋亡,抑制肺癌細(xì)胞增殖[32].另外,LATS1可通過調(diào)控下游靶點(diǎn)Cdk2,促使BRCA2磷酸化、促進(jìn)基因組的穩(wěn)定性,抑制肺癌的發(fā)展[33].然而,LATS1/2如何調(diào)節(jié)p53、Bcl2和Bcl-XL的機(jī)制尚不明確.

2.3.2 YAP/TAZ的下游靶點(diǎn) TTF1即NKX2-1,作為Hippo信號(hào)通路中YAP/TAZ的下游靶點(diǎn),調(diào)節(jié)正常肺組織生長(zhǎng)[31].與TAZ及YAP類似,TTF1也具有致癌基因功能,并在肺腺癌中過表達(dá).TAZ能夠直接結(jié)合并激活TTF-1,進(jìn)而激活下游靶點(diǎn),如肺上皮細(xì)胞中的表面活性蛋白C(surfactant protein C, SP-C)靶點(diǎn)[34].這些研究闡明YAP/TAZ與轉(zhuǎn)錄因子TTF1相互作用,在肺腫瘤發(fā)生過程中調(diào)節(jié)下游效應(yīng)因子的轉(zhuǎn)錄,從而調(diào)控肺癌的惡性行為.除此之外,AXL、Cyr61、AREG和EPR均已被證實(shí)能夠參與YAP/TAZ誘導(dǎo)的肺部腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移[35].

3 Hippo信號(hào)通路中的藥物靶點(diǎn)

針對(duì)Hippo信號(hào)傳導(dǎo)通路核心因子所研發(fā)的新興腫瘤藥物,如MST1/2小分子抑制劑(XMU-MP-1)、YAP靶點(diǎn)藥物(維替泊芬)等藥物的發(fā)現(xiàn),對(duì)腫瘤的靶向治療具有重要作用,為提高肺癌存活率提供新的治療策略.

已有基礎(chǔ)研究為Hippo信號(hào)通路的臨床前和臨床應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ),研究發(fā)現(xiàn)MST1/2小分子抑制劑(XMU-MP-1)能夠選擇性地結(jié)合MST1/2位點(diǎn)并抑制其表達(dá),從而使YAP的表達(dá)水平增高,促進(jìn)小鼠肝臟修復(fù),在肝臟再生模型中發(fā)揮重要功效,進(jìn)而使針對(duì)MST1/2靶點(diǎn)的特異性藥物XMU-MP-1可能成為再生醫(yī)學(xué)研究及組織修復(fù)的新型治療手段[36].研究證實(shí),給予子宮內(nèi)膜癌HEC-1-B細(xì)胞以維替泊芬處理后,免疫熒光染色及Western blot實(shí)驗(yàn)均證明細(xì)胞核中YAP表達(dá)明顯下調(diào),HEC-1-B細(xì)胞存活率顯著降低,腫瘤的增殖受到抑制[37].維替泊芬能通過抑制YAP及NF2的表達(dá)從而縮短視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤細(xì)胞的生存時(shí)間,證實(shí)維替泊芬通過阻斷 YAP-TEADs間相互作用,以達(dá)到抑制腫瘤的治療目的[38].Jiao等[39]模擬YAP的天然拮抗劑VGLL4的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出一種超級(jí)-TDU多肽,能與YAP競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合TEAD位點(diǎn)以抑制YAP的表達(dá),并在胃癌動(dòng)物模型及MGC-803等胃癌細(xì)胞系中證實(shí)超級(jí)-TDU多肽干擾YAP-TEADs復(fù)合物的形成能力使YAP-TEADs作用的下游靶基因CTGF、CYR61及CDX2的表達(dá)發(fā)生下調(diào),進(jìn)而抑制胃癌細(xì)胞的增殖能力,減小裸鼠胃癌腫瘤的大小,因此超級(jí)-TDU多肽對(duì)YAP相關(guān)的惡性腫瘤具有重要的治療作用.除此之外,維替泊芬通過特異性地阻止易位入核的YAP與TEAD位點(diǎn)結(jié)合,增強(qiáng)了肺癌細(xì)胞系H1975細(xì)胞對(duì)靶向藥物厄洛替尼的敏感性[40],為臨床應(yīng)用中逆轉(zhuǎn)厄洛替尼耐藥提供新方法.目前隨著YAP/TAZ誘導(dǎo)NSCLC細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、促進(jìn)轉(zhuǎn)移、促進(jìn)干細(xì)胞特性獲得、調(diào)控凋亡等相關(guān)研究逐漸深入[19],設(shè)計(jì)針對(duì)Hippo信號(hào)通路的分子靶向藥物,必將為肺癌轉(zhuǎn)移的分子診斷和精準(zhǔn)治療提供新的視角,也使Hippo信號(hào)通路具有重要的臨床意義.

4 總結(jié)與展望

Hippo信號(hào)通路由多種腫瘤抑制因子構(gòu)成激酶鏈,調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖和凋亡之間的動(dòng)態(tài)平衡,以達(dá)到抑癌的最終目的.本篇綜述總結(jié)了Hippo信號(hào)通路的核心組件及其上下游調(diào)節(jié)因子在肺癌形成及進(jìn)展中的重要作用.此外,Hippo信號(hào)通路在形成肺癌干細(xì)胞過程中發(fā)揮重要作用,這對(duì)于未來探究Hippo信號(hào)通路如何參與肺癌干細(xì)胞發(fā)育過程具有指導(dǎo)意義[41].而后,Hippo信號(hào)通路與Wnt、Notch等多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之間存在相互作用關(guān)系,目前已發(fā)現(xiàn)Wnt通路與肺動(dòng)態(tài)平衡緊密相關(guān)[42],因此進(jìn)一步探索Hippo信號(hào)通路與這些信號(hào)通路相互作用關(guān)系及如何調(diào)節(jié)肺發(fā)育、腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制尤為必要.

同時(shí)仍有許多問題有待進(jìn)一步探究,如肺癌晚期Hippo信號(hào)通路與腫瘤微環(huán)境的相互作用、解決肺癌治療過程中的耐藥問題等等.未來Hippo信號(hào)通路有望對(duì)改進(jìn)當(dāng)前肺癌的治療方案產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響,它在癌癥中所發(fā)揮的重要角色使我們開始思考,如何把Hippo信號(hào)通路應(yīng)用成為阻滯肺癌進(jìn)展的有效方法和有利手段,設(shè)計(jì)臨床新靶點(diǎn)治療藥物,從而為臨床上肺癌的診斷、治療及防治開辟新思路.