蛋白激酶MST1與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病關系的研究進展

王超萃 戚基萍

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)是人體神經(jīng)系統(tǒng)的主要部分，包括腦和脊髓兩部分。CNS負責全身各處信息的接收、整合、加工及傳出。神經(jīng)細胞凋亡壞死、氧化損傷、炎癥反應、缺血、脫髓鞘、星形膠質細胞與少突膠質細胞的興奮性毒性作用，軸突和基因的改變等多種病理生理學機制參與CNS疾病的發(fā)生發(fā)展過程〔1，2〕。CNS的這些改變通常會引起意識、認知、運動、感覺及平衡障礙等多種臨床表現(xiàn)，甚至出現(xiàn)死亡。神經(jīng)元細胞無法再生，這給CNS損傷的患者留下了局限的治療方案〔3，4〕。Hippo信號通路是1995年首次在果蠅體內被發(fā)現(xiàn)〔5〕，在組織修復、調控組織器官大小、調節(jié)干細胞、調節(jié)細胞極化、黏附、增殖和凋亡等方面具有重要作用的高度保守的信號轉導通路〔6〕。哺乳動物不育系20樣激酶(MST)1，又稱絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(STK)4，作為一個效應因子，MST1是Hippo信號通路的核心組件。近年來，越來越多的證據(jù)表明MST1通過磷酸化、二聚化及核內外定位等方式，在細胞分化、控制穩(wěn)態(tài)、促進細胞黏附和遷移、抑制自噬、促進凋亡等多種方式參與了CNS生理功能的調節(jié)，該激酶異常將導致CNS疾病的發(fā)生，如膠質瘤、腦缺血和肌萎縮側索硬化(ALS)等。因此，探討MST1在CNS中所起的作用，將很大程度上拓寬治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病潛在靶點的視野。本文就MST1激酶在CNS疾病中的相關機制及最新進展作一綜述。

1 MST1結構及生理功能

在哺乳動物信號轉導通路中，通常存在5種MST激酶，包括MST1(STK4)、MST2 (STK3)、MST3 (STK24)、MST4 (STK26)和YSK1 (STK25)〔7〕。MST1和MST2被認為是生發(fā)中心激酶(GCK)Ⅱ亞家族成員，其中MST1是通過淋巴細胞 cDNA 文庫克隆篩選獲得。MST3、MST4、YSK1屬于GCKⅢ亞家族〔8〕。GCKⅡ亞家族主要在應激誘導的細胞凋亡信號通路中發(fā)揮關鍵作用。MST1基因是果蠅Hippo基因在哺乳動物體內的同源子，位于20q11染色體，基因長度113 kb，含有外顯子和內含子分別為11個和10個，其cDNA序列含有一個由1 461個核苷酸組成的開放閱讀框，mRNA全長6 344 bp。MST1廣泛表達于人體內細胞系，主要分布于細胞質。MST1蛋白含有487個氨基酸殘基，主要由N端330個氨基酸殘基的催化區(qū)和C端157個氨基酸殘基的非催化區(qū)構成，其中非催化區(qū)含有3個部分，即2個功能性核輸出信號肽、1個56個氨基酸殘基組成的二聚化區(qū)域和1個63個氨基酸殘基組成的抑制性區(qū)域〔9，10〕(圖1)。

圖1 MST1結構域

MST1/2在輔因子WW45的幫助下通過其SARAH域產生的相互作用結合并磷酸化下游NDR家族激酶和Lats1/2〔11〕。同時，通過MST1/2磷酸化Mob1a/b，促進Mob1a/b與Lats1/2結合，激活Lats1/2〔12〕。在Lats1/2的誘導下，兩個核內轉錄調控因子YAP、TAZ與14-3-3蛋白相互作用，導致其在細胞質中功能喪失，這種途徑通過yes相關蛋白(YAP)/轉錄共激活因子(TAZ)失去與其靶基因之間的相互作用而負向減弱轉錄活性〔13〕。核內YAP與轉錄因子TEAD1-4相互作用，促進細胞增殖來對抗細胞死亡。因此，Hippo信號通路避免了干細胞的過度增殖和器官的過度生長〔2，14〕。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，MST1和MST2信號也通過抑制GABP的轉錄活性抑制YAP的功能〔15〕。此外，Hippo信號通路可以調節(jié)上皮細胞和邊緣細胞中F-actin細胞骨架的極化，這一過程是在果蠅體內通過抑制Ena/Capping蛋白體系而不是Yki因子得到證實的〔16，17〕。

MST1/2在神經(jīng)細胞死亡調控過程中發(fā)揮重要作用，在氧化應激壓力環(huán)境下，MST1/2可被激活，磷酸化人叉頭框蛋白O(FOXO)，上調促凋亡基因Bim表達〔18〕。這一過程通過在神經(jīng)元中磷酸化位于Ser212位點的FOXO1或位于Ser207位點的FOXO3來調控細胞死亡〔19〕。同時，MST1/2可以磷酸化AKT，抑制其在FOXO3上的活化，間接阻斷FOXO3和14-3-3蛋白的相互作用，導致FOXO3可以自由轉位到細胞核，激活促凋亡基因促進細胞凋亡。MST1還可以通過FOXO1促進促凋亡介質NOXA的轉錄，該信號通路主要作用于癌細胞凋亡控制〔20〕。上游蛋白激酶c-Abl在氧化應激反應過程中通過在Tyr433位點磷酸化調控MST1并且促進其與FOXO3相互作用來介導神經(jīng)細胞的凋亡〔21〕。有研究表明，位于MST1-FOXO3信號通路上游的c-Abl加速了大鼠海馬神經(jīng)元和原代培養(yǎng)神經(jīng)元的細胞死亡過程〔22〕。然而，另一個研究表明，在星形膠質細胞氧化應激條件下，MST1與c-Abl之間存在相互調控的動態(tài)機制〔23〕。MST1的活化在細胞凋亡過程中誘導激活下游蛋白C-Jun氨基末端激酶(JNK)，過度表達的MST1對染色質凝聚和DNA斷裂起重要作用〔24〕。此外，最近的研究表明，MST1/2是如何磷酸化及穩(wěn)定轉錄因子FOXA2的，F(xiàn)OXA2在調節(jié)肺細胞成熟和表面活性物質穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用〔25〕。并且，MST1-FOXO信號通路有利于免疫系統(tǒng)維持T細胞的穩(wěn)態(tài)〔26〕(圖2)。

圖2 MST1信號通路

2 MST1與CNS疾病的研究

2.1MST1與腫瘤 神經(jīng)膠質瘤是最常見的原發(fā)性CNS腫瘤，也是目前臨床較難治療腫瘤之一，具有高復發(fā)率和死亡率。研究表明，在頭頸部鱗狀細胞癌〔27，28〕、膀胱癌〔29〕、淋巴瘤、白血病〔30〕、甲狀腺癌〔31〕、肺癌〔32〕、軟組織肉瘤〔33〕、肝癌〔34〕、乳腺癌〔35〕、胃癌〔36〕、宮頸癌〔37〕、大腸癌〔38〕、子宮內膜癌〔39〕和胰腺癌〔40〕等多種腫瘤中均發(fā)現(xiàn)MST1表達異常下降，提示細胞質內異常表達的MST1可以作為腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中重要的分子標志物，通過以上腫瘤與MST1之間的關系推斷，人神經(jīng)膠質瘤細胞內的MST1基因也存在異常表達。通過Western印跡檢測膠質瘤及正常腦組織的MST1蛋白表達，結果顯示MST1在各個正常腦組織中表達相似，但在膠質瘤中表達存在顯著差異，或表達增高或表達降低。同時膠質瘤U251和U87細胞中敲除MST1能夠促進細胞增殖和侵襲，MST1過表達可有效抑制膠質瘤細胞的侵襲與增殖，提示MST1可抑制膠質瘤的增殖并促進膠質瘤的凋亡，MST1可作為膠質瘤治療的新靶點〔41〕。然而，另一項實驗表明，采用Western印跡和定量聚合酶鏈反應(qPCR)檢測發(fā)現(xiàn)MST1的蛋白和mRNA相對于正常腦組織在膠質瘤中高表達，與其他腫瘤中MST1普遍表達下降相反〔42〕。對膠質瘤患者的組織樣本進行免疫組織化學染色分析，可以發(fā)現(xiàn)MST1蛋白在近1/2樣本的細胞質中表達，而在正常腦組織樣本中100%表達。同時，MST1蛋白的表達與腫瘤的病理級別有關，高級別膠質瘤(Ⅲ、Ⅳ級)陽性表達率顯著低于低級別膠質瘤(Ⅰ、Ⅱ級)〔41〕。MST1在膠質瘤中表達高低均存在，可能說明MST1參與多條信號轉導通路，受到多種調控機制的調節(jié)，但具體機制尚不明確。微小RNA(miRNAs)是人類腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的重要組成部分，miRNA與靶基因通過3′端非編碼區(qū)相互結合來抑制靶基因的表達。研究表明，miR-130b在人類膠質瘤細胞的生長過程中明顯過表達，上調的miR-130b直接抑制Hippo信號通路中的MST1和SAV1兩個基因從而導致癌基因YAP/TAZ的表達〔43〕。此外，有實驗證明，MST1能通過調控蛋白激酶B(AKT)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路來調控膠質瘤細胞的生長，MST1與AKT結合后負向調控AKT和mTOR的活性，AKT能夠逆轉膠質瘤細胞增殖的過程〔41〕。同時，MST1可以通過FOXO3a正向調控去乙?；?SIRT)6的表達。敲除SIRT6后，MST1在膠質瘤細胞中的作用顯著逆轉〔44〕。

2.2MST1與腦血管疾病 腦血管疾病包括短暫性腦缺血發(fā)作、腦卒中、椎-基底動脈供血不足、腦血管性癡呆、高血壓腦病、顱內動脈瘤、顱內血管畸形、腦動脈炎、其他動脈疾病與顱內靜脈病、靜脈竇及腦部靜脈血栓形成。作為最常見的腦血管疾病，腦卒中大致可分為缺血性腦卒中及出血性腦卒中。近年來，腦卒中已超過惡性腫瘤成為中國第一致死病因。腦缺血是腦卒中最常見類型，占70%～80%。研究表明，在氧化應激介導的腦缺血后神經(jīng)元細胞死亡的病變過程，MST1信號通過激活小膠質細胞參與。小膠質細胞的激活是腦缺血引起免疫微環(huán)境改變的重要步驟，是氧化應激誘導神經(jīng)元細胞死亡的重要機制〔45～47〕。在大腦中動脈阻塞誘導的腦缺血小鼠中，當條件性敲除小膠質細胞的MST1，可顯著緩解和改善腦缺血導致的腦損傷。MST1可通過激活核轉錄因子(NF)-κB與磷酸化IκBα來介導腦缺血相關的小膠質細胞的激活。在小膠質細胞激活的病變過程中，上游Src激酶采用調節(jié)MST1-IκB信號通路參與，因而MST1有望成為缺血性腦卒中新的有效治療靶點〔45〕。相關研究還表明，源自坡壘樹葉的Malibatol A可以通過c-Abl-MST1信號通路阻止氧糖剝奪導致的BV2細胞損傷〔48〕。BV2細胞在形態(tài)學、表型和功能等方面均與原代小膠質細胞相似，是小膠質細胞常見的替代細胞〔49〕。Malibatol A對損傷后的BV2細胞具有保護作用，抑制M1型小膠質細胞標志物的表達，促進M2型小膠質細胞標志物的表達。P-MST1和c-Abl在氧糖剝奪損傷后的BV2細胞中表達增加，c-Abl抑制劑SPT157可以使p-MST1-Y433的表達下降〔48〕。

蛛網(wǎng)膜下腔出血是臨床上較為常見的神經(jīng)外科急危重癥，包含外傷性和自發(fā)性兩種情況，自發(fā)性蛛網(wǎng)膜下腔出血患者50%～80%是由顱內動脈瘤破裂所致。研究表明，蛛網(wǎng)膜下腔出血后大量活性氧產生引起蛋白L-異天冬氨酰甲基轉移酶(PCMT)1表達下降，磷酸化激活MST1，引發(fā)蛛網(wǎng)膜下腔出血后神經(jīng)元凋亡。外源性PCMT1激動劑CGP 3466B能夠緩解神經(jīng)元凋亡〔50〕。此外，MST1通過下游NF-κB/基質金屬蛋白酶(MMP)-9信號通路參與蛛網(wǎng)膜下腔出血誘導的血腦屏障破壞和白質纖維損傷過程，這為切斷MST1上游下游信號通路提供了新思路〔41〕。MST1通過MST1-FOXO3信號通路參與血管性癡呆的發(fā)生〔51〕。血管性癡呆是一種常見的與年齡相關的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，多在60歲以后發(fā)病，有腦卒中史。MST1-FOXO3信號通路能夠介導氧化應激誘導的神經(jīng)元細胞死亡〔20〕。最近的一項研究表明，丹參，一種常用于治療血管疾病的中藥，可以通過減弱血管性癡呆大鼠模型中的MST1-FOXO3信號傳導介導的炎癥反應，如白細胞介素(IL)-1β、IL-6和腫瘤壞死因子(TNF)-α等，保護海馬體，從而預防學習和記憶障礙〔51〕。

2.3MST1與神經(jīng)退行性疾病 MST1參與神經(jīng)退行性疾病，包括肌萎縮側索硬化(ALS)和朊蛋白病。ALS是運動神經(jīng)元病中最多見的類型，也稱為經(jīng)典型。ALS多在中年以后發(fā)病，其特征為運動皮層、腦干和脊髓中運動神經(jīng)元的進行性加重損害。銅(鋅)超氧化物歧化酶(SOD)-1基因，通常會引起運動神經(jīng)元氧化損傷和細胞凋亡，是ALS最常見的發(fā)病機制〔52，53〕。有研究發(fā)現(xiàn)，MST1基因敲除可以延緩人SOD-1(G93A)基因突變導致的小鼠ALS的發(fā)生，改善其預后。硫氧化還原蛋白(Trx)1可以抑制MST1在氧化還原反應誘導后產生的同二聚體和自身磷酸化，SOD-1(G93A)能逆轉這一過程，并且促進了MST1的激活。此外，SOD-1(G93A)可誘導p38促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)和caspases通路活化，導致神經(jīng)細胞自噬發(fā)生異常，從而參與ALS的發(fā)病過程〔54〕。

朊蛋白病也是一種與MST1相關的神經(jīng)退行性疾病，是一類由具有傳染性的朊蛋白(PrP)所致的人畜共患、中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性非炎癥性致死性疾病。PrP106-126或PrPsc模型是研究朊蛋白引起神經(jīng)退行性變的常用模型系統(tǒng)，系統(tǒng)表明氧化誘導是朊蛋白致病的主要原因〔55〕。PrP106-126激活c-Abl后上調MST1和促凋亡基因BIM，通過線粒體功能紊亂導致神經(jīng)元凋亡〔56〕。鑒于MST1在多種細胞中發(fā)揮抑制自噬的功能，有望針對 MST1靶點開發(fā)新藥，治療包括如腦血管疾病和神經(jīng)退行性疾病、腦血管疾病。但 MST1 可以抑制炎癥，炎癥是誘導動腦血管疾病和神經(jīng)退行性疾病等疾病的重要因素，因此，針對 MST1進行靶向治療時，需要考慮此靶向藥物是否可同期加重炎癥反應，否則也可引發(fā)炎癥而促進腦血管疾病和神經(jīng)退行性疾病發(fā)生發(fā)展。

3 展 望

Hippo信號通路是一條調節(jié)器官生長發(fā)育、調控細胞增殖凋亡的生長控制信號通路，MST激酶是該信號通路的重要組成部分。MST激酶的調控是復雜的，其在機體不同系統(tǒng)中均發(fā)揮重要作用。在神經(jīng)系統(tǒng)方面，MST1激酶參與了氧化應激導致的CNS疾病的發(fā)生和發(fā)展過程。增加對Hippo-MST1信號通路的研究和了解，包括MST1及其上下游因子在CNS中的病理生理學機制，將有助于相關腫瘤預后預測及尋找新的靶點用于治療，如將MST1作為靶點，研發(fā)的靶向藥物還需考慮是否同期加重炎癥反應。