Hippo信號(hào)通路在糖尿病及并發(fā)癥中的作用研究進(jìn)展

朱興文 魯一兵

Hippo信號(hào)通路參與維持細(xì)胞極性及器官的正常生長(zhǎng)，調(diào)控細(xì)胞及器官的多種生物功能[1]。糖尿病患者存在β細(xì)胞分泌下降和胰島素抵抗，長(zhǎng)期的高血糖造成腎小管上皮細(xì)胞增殖異常、視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、心肌細(xì)胞凋亡、下肢血管血流減少或閉塞等微血管和大血管并發(fā)癥。目前的研究表明Hippo信號(hào)通路通過(guò)多種途徑參與糖尿病以及糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展，現(xiàn)將Hippo信號(hào)通路在糖尿病中的研究進(jìn)展做一綜述。

1 Hippo信號(hào)通路

Justice等[2]于1995年首次報(bào)道Warts可以調(diào)控黑腹果蠅的細(xì)胞形態(tài)以及增殖，其后Harvey等[1]相繼發(fā)現(xiàn)一條主要由Hippo激酶，Warts激酶以及下游轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Yorkie等組成的保守的Hippo-Yorkie激酶級(jí)聯(lián)通路。在哺乳動(dòng)物中，Hippo信號(hào)通路主要包括Ste-20樣激酶(MST1/2)，大腫瘤抑制因子(LATS1/2)，以及Yes相關(guān)蛋白(YAP)和具有PDZ結(jié)合域的轉(zhuǎn)錄共活化因子(TAZ)等。其中YAP/TAZ是Hippo信號(hào)通路下游的關(guān)鍵分子，二者具有WW域、卷曲螺旋域、SH3結(jié)合域、TEAD轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合域等共同的結(jié)構(gòu)域并且功能上部分重疊。YAP/TAZ自身缺乏DNA結(jié)合域，需要與TEA結(jié)構(gòu)域1-4(TEAD1-4)形成異二聚體，結(jié)合于遠(yuǎn)端增強(qiáng)子或近端啟動(dòng)子區(qū)域，從而調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄[3]。

Hippo通路激活狀態(tài)下，上游調(diào)節(jié)因子Merlin等首先促進(jìn)絲氨酸/蘇氨酸激酶MST1/2發(fā)生磷酸化，進(jìn)而激活下游LATS1/2，活化的 LATS1/2可使YAP/TAZ絲氨酸殘基 (Ser89-TAZ；Ser127-YAP)磷酸化，磷酸化的YAP/TAZ與 14-3-3蛋白結(jié)合、滯留在細(xì)胞質(zhì)中并最終降解，無(wú)法進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。在細(xì)胞間連接減少、遭受機(jī)械張力以及可溶性因子等刺激的條件下，Hippo通路被抑制，下游效應(yīng)分子YAP/TAZ被激活，表現(xiàn)為蛋白磷酸化水平降低、穩(wěn)定性增加、核內(nèi)聚集增多、YAP/TAZ調(diào)控的相關(guān)基因(如Ctgf等)的表達(dá)增多[4]。Hippo通路的激活與抑制，與細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子CycE、癌基因Myc，以及 Wnt,EGFR等信號(hào)通路相互作用，進(jìn)而影響細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、存活等[4,5]。

2 Hippo信號(hào)通路與糖尿病

糖尿病是以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，其發(fā)病率逐年遞增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全球糖尿病患者約4.51億，國(guó)際糖尿病聯(lián)盟(IDF)預(yù)測(cè)至2045年，糖尿病患者數(shù)量將達(dá)6.93億[6]。目前的研究認(rèn)為糖尿病的發(fā)病機(jī)制主要包括胰島β細(xì)胞的破壞造成的胰島素絕對(duì)缺乏(1型糖尿病)，以及胰島素抵抗伴隨進(jìn)行性胰島素分泌不足(2型糖尿病)。持續(xù)的高血糖狀態(tài)除了引起機(jī)體代謝紊亂，還影響眼、心臟、腎臟、神經(jīng)等器官及組織的正常功能[7]。

2.1 Hippo信號(hào)通路與胰島β細(xì)胞損傷 胰島β細(xì)胞產(chǎn)生和分泌的胰島素經(jīng)由血循環(huán)作用于不同組織。研究表明Hippo信號(hào)通路在調(diào)控胰腺β細(xì)胞分化以及存活過(guò)程中起著不同的作用。Rosado-Olivieri等發(fā)現(xiàn)下調(diào)Yap可以促進(jìn)胰腺內(nèi)分泌祖細(xì)胞的分化以及干細(xì)胞來(lái)源的產(chǎn)胰島素β細(xì)胞的產(chǎn)生，從而增加胰島素的分泌。相反，持續(xù)的活化YAP會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)胰島素β細(xì)胞分化異常、胰島素分泌減少[8]。提示Hippo通路的激活對(duì)于維持β細(xì)胞的正常分化以及胰島素的分泌。另外，現(xiàn)有研究也表明Hippo通路參與調(diào)控β細(xì)胞的存活：Deng等[9]發(fā)現(xiàn)，棕櫚酸處理β細(xì)胞可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時(shí)YAP1被激活，下游靶基因Ctgf的表達(dá)也上調(diào)；在細(xì)胞系中過(guò)表達(dá)Yap1則可以抑制棕櫚酸誘導(dǎo)的β細(xì)胞的凋亡，可見(jiàn)在凋亡發(fā)生過(guò)程中，YAP激活起到保護(hù)作用。此外，Ardestani等還發(fā)現(xiàn)在糖尿病模型的β細(xì)胞中，MST1明顯活化，參與誘導(dǎo)β細(xì)胞的凋亡，并且MST1可通過(guò)促進(jìn)胰十二指腸同源框因子-1(PDX-1)的蛋白酶體降解，直接影響胰島素的分泌[10]。這些結(jié)果表明，Hippo信號(hào)通路的活化參與β細(xì)胞凋亡的發(fā)生，而抑制Hippo通路促進(jìn)細(xì)胞存活，維持胰島素分泌。

因此，Hippo通路對(duì)于β細(xì)胞的調(diào)控具有時(shí)空差異性，其激活維持β細(xì)胞的早期分化以及生理功能，促進(jìn)胰島素的分泌；相反，抑制Hippo信號(hào)通路、激活下游的YAP，則可以通過(guò)減少β細(xì)胞凋亡來(lái)維持胰島素的產(chǎn)生和分泌。

2.2 Hippo信號(hào)通路與胰島素抵抗 胰島素抵抗是2型糖尿病的主要病理生理學(xué)特征，表現(xiàn)為肝臟、脂肪組織、肌肉組織等靶器官及組織對(duì)胰島素的敏感性下降?，F(xiàn)有研究認(rèn)為脂質(zhì)超載(脂肪細(xì)胞增大，血漿游離脂肪酸水平增加)以及炎癥細(xì)胞(巨噬細(xì)胞)和炎癥信號(hào)分子共同參與胰島素抵抗的發(fā)生。在不同的靶器官或組織內(nèi)，Hippo信號(hào)通路通過(guò)不同的機(jī)制參與胰島素抵抗的發(fā)生。

2.2.1 脂肪組織胰島素抵抗：研究表明近80%的2型糖尿病患者超重或者肥胖，過(guò)多的脂肪組織堆積以及功能紊亂會(huì)造成機(jī)體脂質(zhì)超載，并引起持續(xù)低水平的慢性炎癥，從而導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生[11]。多項(xiàng)研究證實(shí)Hippo信號(hào)通路參與促進(jìn)脂肪組織形成：Kamura等[12]報(bào)道，Hippo信號(hào)通路的效應(yīng)因子Taz下調(diào)可活化過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)，進(jìn)而參與調(diào)控脂肪形成。而Li等[13]在研究利拉魯肽(Liraglutide)對(duì)前脂肪細(xì)胞作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)在前脂肪細(xì)胞分化為脂肪細(xì)胞過(guò)程中Hippo信號(hào)通路被激活，YAP磷酸化增加，并且YAP靶基因的表達(dá)明顯降低，可見(jiàn)Hippo信號(hào)通路的激活參與調(diào)控脂肪細(xì)胞的分化成熟。而通過(guò)使Mst1基因沉默抑制Hippo信號(hào)通路，可以抵消利拉魯肽促進(jìn)脂肪形成的作用，這些結(jié)果表明活化的Hippo通路可以通過(guò)促進(jìn)脂肪細(xì)胞成熟，進(jìn)而促進(jìn)脂肪的生成[13]。

以往的研究證實(shí)，脂肪組織的慢性炎癥，尤其是巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)可通過(guò)分泌炎性因子參與胰島素抵抗的形成[14]，而在脂肪組織內(nèi)，Hippo信號(hào)通路是否可調(diào)控巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的功能還不明確?，F(xiàn)有的研究表明巨噬細(xì)胞內(nèi)特異性敲除Pdk1基因(編碼丙酮酸脫氫酶激酶-1)可促進(jìn)胰島素抵抗[15]。而其他研究發(fā)現(xiàn)下調(diào)Pdk1可以通過(guò)抑制Yap-1進(jìn)而下調(diào)胰島素受體底物2 (Irs2)的表達(dá)[16]。因此，在巨噬細(xì)胞內(nèi)，PDK1可能通過(guò)YAP-1調(diào)控胰島素受體的表達(dá)，從而參與胰島素抵抗的發(fā)生，其中明確的機(jī)制以及Hippo信號(hào)通路是否通過(guò)其他途徑參與調(diào)控脂肪組織的慢性炎癥，還需要更深入的研究。

2.2.2 肝臟及骨骼肌胰島素抵抗：肝內(nèi)的脂質(zhì)堆積以及高糖微環(huán)境促進(jìn)胰島素抵抗的發(fā)生。有研究表明肝內(nèi)高糖的微環(huán)境參與調(diào)控Hippo信號(hào)通路：Liu等[17]在研究肝臟腫瘤形成時(shí)發(fā)現(xiàn)高糖可以上調(diào)Yap的表達(dá)，另外高糖還可以促進(jìn)血管抑素結(jié)合蛋白(AMOT：YAP的交互作用因子)的表達(dá)及糖基化修飾，進(jìn)而增加YAP的核內(nèi)聚集及靶基因的轉(zhuǎn)錄，由此可見(jiàn)，在糖尿病狀態(tài)下，肝臟內(nèi)的高糖環(huán)境可能通過(guò)調(diào)節(jié)Hippo信號(hào)通路進(jìn)而調(diào)節(jié)肝細(xì)胞的功能。在研究肝性脂肪變性的過(guò)程中，研究發(fā)現(xiàn)在高糖高脂飲食誘導(dǎo)的糖尿病小鼠中，YAP蛋白表達(dá)上調(diào)并且去磷酸化，由此促進(jìn)了YAP蛋白的核內(nèi)聚集以及活化；通過(guò)表達(dá)Lats1促進(jìn)YAP磷酸化及降解，則加重糖尿病小鼠的胰島素抵抗以及肝性脂肪變性。這些研究提示在高糖高脂狀態(tài)下，Hippo信號(hào)通路激活促進(jìn)疾病的進(jìn)展，而Hippo信號(hào)通路的抑制則可能具有保護(hù)作用，延緩胰島素抵抗及脂肪變性的發(fā)生。此外，該項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)YAP在脂肪酸合成酶(FAS)以及30-羥甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMGCR)的啟動(dòng)子上，直接與固醇調(diào)節(jié)蛋白元件結(jié)合蛋白(SREBP-1c及SREBP-2)相互作用，調(diào)節(jié)他們的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而促進(jìn)脂肪生成，導(dǎo)致肝細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)堆積，加重胰島素抵抗[18]。由此可見(jiàn)，Hippo信號(hào)通路通過(guò)調(diào)控肝細(xì)胞在糖尿病狀態(tài)下的功能及脂肪的形成參與胰島素抵抗的發(fā)生，通過(guò)抑制Hippo通路可減少脂質(zhì)堆積，延緩疾病進(jìn)程。

骨骼肌組織因其體積大、胰島素刺激的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)率高，在胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用?，F(xiàn)有研究認(rèn)為游離脂肪酸在骨骼肌組織內(nèi)的堆積造成線粒體損傷，并阻斷胰島素信號(hào)通路，還可通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4(GLUT4)減少葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)。Hwang等[19]發(fā)現(xiàn),在肌肉組織中，TAZ上調(diào)Irs1表達(dá)，并促進(jìn)GLUT4調(diào)節(jié)的葡萄糖攝取，肌肉組織特異性的敲除Taz明顯下調(diào)Irs1的表達(dá)，并降低組織對(duì)胰島素的敏感性。研究還發(fā)現(xiàn)TAZ與癌基因C-Jun及TEAD4相互作用，誘導(dǎo)Irs1的轉(zhuǎn)錄?？梢?jiàn)Hippo信號(hào)通路不僅參與調(diào)控GLUT4的功能，影響葡萄糖的利用，還通過(guò)與其他信號(hào)通路的相互作用，在轉(zhuǎn)錄水平參與胰島素信號(hào)通路的調(diào)控，進(jìn)而參與胰島素抵抗的發(fā)生。

3 Hippo信號(hào)通路與糖尿病并發(fā)癥

糖尿病腎病(DN)患者臨床表現(xiàn)為微量蛋白尿以及腎功能異常，是導(dǎo)致終末期腎病的重要原因之一。Ma等[20]發(fā)現(xiàn)在DN患者的腎小球足細(xì)胞中，YAP、TEAD 及CTGF都在核內(nèi)高表達(dá)；并且YAP的高表達(dá)和患者收縮壓、血尿素氮和血肌酐水平的升高，以及血清白蛋白和腎小球?yàn)V過(guò)率 (eGFR) 的下降相關(guān)。提示Hippo信號(hào)通路可能參與調(diào)控糖尿病狀態(tài)下的腎功能。在細(xì)胞層面：Huang等[21]發(fā)現(xiàn)，敲低足細(xì)胞內(nèi)Ras同源基因家族成員A(RhoA)可抑制核內(nèi)YAP的表達(dá)，而Yap的過(guò)表達(dá)逆轉(zhuǎn)RhoA敲低誘導(dǎo)的足細(xì)胞的凋亡，可見(jiàn)YAP的活化促進(jìn)足細(xì)胞的存活。而在糖尿病小鼠腎臟近端小管上皮細(xì)胞中，Chen等[22]發(fā)現(xiàn)YAP的表達(dá)上調(diào)，并且 EGFR-PI3K-AKT-CREB信號(hào)通路的激活參與調(diào)節(jié)Yap基因的表達(dá)、核內(nèi)定位以及與TEAD的相互作用；通過(guò)敲低Yap表達(dá)，還可以抑制高糖以及內(nèi)源性EGF對(duì)小管細(xì)胞增殖的促進(jìn)作用 ?？梢?jiàn)Hippo通路可通過(guò)調(diào)控高糖微環(huán)境下小管細(xì)胞的增殖進(jìn)而參與DN的發(fā)生，而激活Hippo通路可能改善小管細(xì)胞參與的病理改變。這些研究表明在糖尿病腎病的發(fā)病過(guò)程中，Hippo通路在多細(xì)胞水平參與腎臟病理生理的調(diào)控，進(jìn)而影響腎功能。

糖尿病并發(fā)的心血管病變主要為動(dòng)脈粥樣硬化以及微血管病變?cè)斐傻奶悄虿⌒募〔。摬≈饕憩F(xiàn)為心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷以及心肌細(xì)胞的功能紊亂，可誘發(fā)心力衰竭以及心律失常，甚至心臟性猝死[23]。Hu等[24]研究發(fā)現(xiàn)在糖尿病心肌病發(fā)病過(guò)程中，內(nèi)皮細(xì)胞特異性的Mst1轉(zhuǎn)基因小鼠心功能惡化并且胰島素抵抗加重。而敲除內(nèi)皮細(xì)胞的Mst1對(duì)糖尿病小鼠的心功能起到保護(hù)作用。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)，上調(diào)Mst1的表達(dá)促進(jìn)高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的凋亡，并通過(guò)影響Daxx與GLUT4的相互作用，阻止GLUT4的跨膜定位，抑制了糖尿病狀態(tài)下葡萄糖的攝取[24]。這項(xiàng)研究不僅證實(shí)了Hippo通路的重要成員MST1參與調(diào)控糖尿病環(huán)境心肌細(xì)胞的凋亡，也指出MST1對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)及后續(xù)的利用的負(fù)性調(diào)控，從而調(diào)節(jié)糖尿病心肌病的代謝。

糖尿病視網(wǎng)膜病變是糖尿病另一嚴(yán)重的并發(fā)癥[25]，Hao等[26]發(fā)現(xiàn)在鏈脲霉素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中，視網(wǎng)膜組織的TAZ以及上游Hippo信號(hào)通路的LATS、下游轉(zhuǎn)錄共活化因子TEAD的表達(dá)都上調(diào)。通過(guò)中藥血栓通治療糖尿病時(shí)，視網(wǎng)膜網(wǎng)織層MST磷酸化水平下降，并且光感受器層磷酸化的YAP表達(dá)下調(diào)。由此可見(jiàn)，Hippo信號(hào)通路尤其是活化的YAP/TAZ參與了糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生[26]。在研究葉酸是否對(duì)高血糖狀態(tài)下視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞起到保護(hù)作用時(shí)，Wang等[27]發(fā)現(xiàn)葉酸顯著抑制了高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移以及管腔形成。他們還發(fā)現(xiàn)在視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞中，高糖培養(yǎng)使Tead1的mRNA及蛋白水平上調(diào)，同時(shí)YAP1的蛋白水平以及磷酸化水平也上調(diào)；而在葉酸處理后，Tead1的mRNA水平以及TEAD1、YAP1的蛋白水平明顯下降。這些發(fā)現(xiàn)表明葉酸可以通過(guò)調(diào)控Hippo信號(hào)通路保護(hù)視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞的正常功能，減輕高糖誘導(dǎo)的損傷，進(jìn)而緩解糖尿病造成的視網(wǎng)膜病變[27]。

糖尿病的高糖狀態(tài)會(huì)造成微循環(huán)障礙以及神經(jīng)損傷，導(dǎo)致糖尿病足以及傷口愈合延遲等病變?cè)谔悄虿?chuàng)面愈合延遲的研究中，Yu等[28]發(fā)現(xiàn)高糖培養(yǎng)的真皮成纖維細(xì)胞與正常培養(yǎng)狀態(tài)相比，膠原收縮能力下降并且出現(xiàn)線粒體功能紊亂。并且在2型糖尿病模型小鼠的真皮成纖維細(xì)胞中，Yap的mRNA水平明顯下調(diào)。而在研究富血小板血漿(PRP)對(duì)于慢性創(chuàng)面的治療時(shí)，Guo等[29]發(fā)現(xiàn)在糖尿病小鼠模型的慢性創(chuàng)面中，PRP來(lái)源的外泌體可以有效地誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞的的增殖和遷移，從而促進(jìn)慢性創(chuàng)面的血管生成和上皮再生；此外他們還發(fā)現(xiàn)PRP外泌體依賴(lài)的成纖維細(xì)胞的增殖和遷移依賴(lài)于YAP的活化。

Hippo信號(hào)通路參與糖尿病的發(fā)生發(fā)展，通過(guò)調(diào)控胰島素生成、分泌以及不同組織胰島素抵抗等參與糖尿病的發(fā)生，并在不同細(xì)胞及組織層面參與糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展(圖1)。雖然已經(jīng)取得一些研究進(jìn)展，但是目前對(duì)于Hippo通路在糖尿病中作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不夠完善。首先，Hippo通路是否調(diào)控炎癥細(xì)胞參與的胰島素抵抗等問(wèn)題，還亟需深入的研究。其次，糖尿病的并發(fā)癥是糖尿病的干預(yù)治療不可忽視的重要部分，Hippo通路在糖尿病神經(jīng)系統(tǒng)病變、皮膚病變以及口腔病變等并發(fā)癥中的調(diào)控機(jī)制還有待發(fā)現(xiàn)及完善。最后，針對(duì)Hippo通路的小分子藥物還需要更多的實(shí)驗(yàn)室以及臨床試驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化。綜上，對(duì)Hippo通路在糖尿病中調(diào)控機(jī)制的闡明，有助于糖尿病以及并發(fā)癥的預(yù)防及臨床治療，為患者提供新的治療途徑。

圖1 Hippo信號(hào)通路參與調(diào)控糖尿病狀態(tài)下多種器官及組織的穩(wěn)態(tài)