Hippo通路核心組分MST1/2、LATS1/2在惡性腫瘤中的作用

劉雅萍 許興超 李湘奇

1.山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院),山東 泰安 271016； 2.山東第一醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，山東 泰安 271000

Hippo信號通路最早是在果蠅中發(fā)現(xiàn)的，其在進化過程中高度保守,在果蠅中Hippo(Hpo)、Salvador(Sav)、Warts(Wts)、Mob as tumor suppressor(Mats)、Yorkie(Yki)和Scalloped(Sd)分別與哺乳動物中的MST1/2、human Salvador 1(hSAV1)、LATS1/2、Mps One Binder kinaseactivator-like1(MOB1)、YAP(Yes-associatedprotein)/TAZ(transcription alcoactivator with PDZ-binding motif)和TEA domain family member(TEAD)同源[1]。Hippo信號通路的核心組分包括大腫瘤抑制激酶(large tumor suppressor kinase，LATS)和哺乳動物STE20樣激酶(mammalian sterile20-like kinase，MST)，二者在Hippo信號通路中均具有重要調(diào)節(jié)作用，其中LATS基因于1995年在果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，表達(dá)LATS1和LATS2兩種蛋白，MST則是發(fā)現(xiàn)于酵母細(xì)胞中的一種絲/蘇氨酸蛋白激樣酶，后續(xù)的大量研究均發(fā)現(xiàn)LATS與MST可顯著抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、促進腫瘤細(xì)胞凋亡，因此推測其可能具有抑癌基因的作用[2-4]。然而，目前LATS1/2和MST1/2在Hippo信號通路中所起核心因子的具體機制及如何影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展尚未完全明確，仍需進一步研究，因此本文就MST1/2、LATS1/2的生理作用及其與惡性腫瘤的關(guān)系進行綜述，以期為靶向研究腫瘤相關(guān)的治療措施提供方向。

1 MST的作用

MST共包括原型MST1及MST2、MST3和MST4 3個旁系同源物，其中MST1和MST2隸屬于生發(fā)中心激酶(GCKⅡ)亞家族，主要在應(yīng)激條件下作為調(diào)控細(xì)胞凋亡的信號，是控制細(xì)胞生長和凋亡的上游激酶[5]。MST1/2作為細(xì)胞內(nèi)Hippo信號通路的核心成分，可介導(dǎo)磷酸化、二聚化及核內(nèi)外定位，從而從分子水平調(diào)控細(xì)胞分化和凋亡、維持細(xì)胞穩(wěn)定、誘導(dǎo)細(xì)胞黏附和遷移等[6-7]。MST1/2是存在于哺乳動物細(xì)胞內(nèi)的Hippo同源蛋白，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生作用的方式與果蠅中Hippo信號通路相似，即MST1/2首先在生理或非生理應(yīng)激條件下被激活，引起下游基因LATS1/2的磷酸化，下游效應(yīng)蛋白YAP及TAZ被介導(dǎo)活化，并被細(xì)胞質(zhì)中的相關(guān)蛋白酶所降解，從而達(dá)到抑制細(xì)胞過度增長的作用[8]。

MST1于1992年在酵母細(xì)胞中得到鑒定，果蠅模型實驗結(jié)果表明MST1參與HIPPO-LATS-YORKIE信號通路并與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)，MST1的缺失可促使細(xì)胞過度增殖從而誘發(fā)腫瘤的發(fā)生[9-10]，而MST1在各種細(xì)胞中過表達(dá)可以啟動由P53和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)活化誘導(dǎo)的凋亡[11]。MST1在細(xì)胞中可被分裂素激活，并從快速加速纖維肉瘤-1(rapidly accelerated fibrosarcoma-1，Raf-1)復(fù)合物中釋放,從而活化Hippo信號通路中的其他效應(yīng)分子，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和細(xì)胞增殖，MST2則可由其他一些應(yīng)激信號所活化，從而加速細(xì)胞凋亡[12]。一些體外研究發(fā)現(xiàn)，MST1亦可由某些非生理性的壓力活化，這包括高濃度亞砷酸鈉、星形孢菌素、紫外線輻射、岡田酸、視黃酸、過氧化氫、活性氧以及各種抗癌藥物等凋亡或應(yīng)激刺激物激活，激活后的MST1即由含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶介導(dǎo)裂解，該裂解產(chǎn)物活性增強至10倍，引發(fā)核易位，隨后MST1由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運至細(xì)胞核，引發(fā)細(xì)胞核中組蛋白2B(histone 2B，H2B)磷酸化從而促進染色質(zhì)發(fā)生凝聚，誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，此外，MST也可通過自身在多個蘇氨酸殘基位點發(fā)生磷酸化形成活化環(huán)的形式得以激活[13]。

有研究表明，MST1可以通過調(diào)控嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞凋亡以及中性粒細(xì)胞的遷移等形式對炎癥或免疫缺陷等疾病進行調(diào)控[14-15]。另外，在破骨細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)MST1可以調(diào)控細(xì)胞凋亡,影響骨的發(fā)育[16]。近期研究表明MST1可以抑制巨噬細(xì)胞發(fā)生自噬,促進巨噬細(xì)胞凋亡，從而加重動脈粥樣硬化[17-18]。Luo等[19]將帶有hSav1的載體pCMV-HA-hSav1和MST1的載體pcDNA/4TO-Flag-MST1共轉(zhuǎn)染HeLa(Henrietta Lacks cells)細(xì)胞,顯示hSav1增強了mst1誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，相反，RNA干擾介導(dǎo)內(nèi)源性hSav1的耗竭可抑制mst1誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

所以，MST1/2可通過多種途徑控制細(xì)胞的凋亡，其缺失或低表達(dá)均可導(dǎo)致機體腫瘤的發(fā)生或其他異常表現(xiàn)。

2 LATS的作用

LATS最早是從果蠅體內(nèi)分離出來的一種腫瘤抑制基因，可轉(zhuǎn)錄翻譯絲氨酸/蘇氨酸激酶，具有高度保守特征，是Dbf2相關(guān)核蛋白(nuclear Dbf-2-related，NDR)激酶家族成員[20]。LATS自體磷酸化可以顯示出其激酶活性[21]，廣泛的生化研究發(fā)現(xiàn)NDR1/2激酶能調(diào)控LATS1/2激酶[22]。LATS1/2完全激活后，參與激酶域內(nèi)的激活段和位于碳末端催化單元之外的疏水基序的磷酸化調(diào)控，且LATS1/2對這兩個基序的調(diào)控具有高度保守性[23]。磷酸化的LATS1/2可在多個位點上對輔激活因子YAP/TAZ進行磷酸化轉(zhuǎn)錄，并使其滯留于細(xì)胞質(zhì)中，隨后被泛素化降解，從而達(dá)到抑制下游靶基因表達(dá)的目的[24]。激酶活性對于調(diào)節(jié)和維持細(xì)胞生理活性具有重要意義，激酶活性過低或受到抑制均可能導(dǎo)致細(xì)胞的惡性增殖而誘發(fā)腫瘤，同時LATS可對基因的轉(zhuǎn)錄及翻譯進行調(diào)控，并以磷酸化、構(gòu)象調(diào)節(jié)的形式對蛋白進行翻譯后的調(diào)控[25]。

多項研究均已證實，LATS1作為Hippo信號通路核心分子之一，可調(diào)控細(xì)胞分化、增殖、凋亡和遷移，調(diào)節(jié)遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)錄、翻譯，維持遺傳物質(zhì)穩(wěn)定性，抑制腫瘤發(fā)生等[26-31]。Lee等[32]特異性敲除小鼠肝母細(xì)胞中Lats1和Lats2基因，在肝臟發(fā)育期間，由于Lats1/2的缺失，導(dǎo)致Hnf4α表達(dá)降低而使肝母細(xì)胞向干細(xì)胞分化的能力減弱；同時由于YAP/TAZ激活和TGF-β上調(diào)，引起肝母細(xì)胞向膽汁上皮細(xì)胞分化并促進膽汁上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞增殖。Chen等[33]通過讀裂變酵母LATS激酶Orb6的研究發(fā)現(xiàn)，其可以通過調(diào)節(jié)Efc25蛋白水平、Ras1 GTPase活性調(diào)節(jié)細(xì)胞生長及對環(huán)境的適應(yīng)性。此外，通過對垂體干細(xì)胞的研究表明，LATS1激酶的條件性缺失足以導(dǎo)致YAP/TAZ的積累，進而形成垂體前葉腫瘤[34]。

綜上所述，LATS1/2是一種抑癌基因，可通過多種途徑抑制腫瘤的發(fā)生及發(fā)展。

3 MST1/2、LATS1/2與惡性腫瘤的關(guān)系

MST1/2、LATS1/2作為Hippo信號通路中的核心組分之一，對細(xì)胞分化、增殖、凋亡、遷移等的調(diào)控功能在很多研究中都已發(fā)現(xiàn)，且二者在腫瘤中的作用在很多研究中也有證實，因此Hippo信號通路的異常調(diào)節(jié)與人類多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展也具有高度相關(guān)性。MST1和LATS1在哺乳動物中是Hippo通路的上游分子[35]，能抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，促進細(xì)胞的凋亡。激酶級聯(lián)反應(yīng)是該信號發(fā)揮作用的關(guān)鍵，MST1/2激酶首先與SAV1形成復(fù)合物，然后磷酸化LATS1/2，活化后的LATS1/2激酶隨即與MOB1共同磷酸化YAP和TAZ，從而抑制了YAP和TAZ的轉(zhuǎn)錄活性，使其定位在胞質(zhì)中，參與正常細(xì)胞的增殖與代謝；反之，未磷酸化的YAP/TAZ會出現(xiàn)活化狀態(tài)，進入細(xì)胞核與TEAD或其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，繼而誘導(dǎo)促增殖和抑凋亡的基因表達(dá)上調(diào)[9,36-37]。

目前，諸多國內(nèi)外學(xué)者已深入研究了LATS1/2作為抑癌基因在膠質(zhì)瘤、宮頸癌、胃癌、皮膚癌等疾病發(fā)生發(fā)展過程中的作用機制，均發(fā)現(xiàn)LATS1/2表達(dá)降低或缺失是導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞惡性增殖的原因之一[38-43]。已有學(xué)者通過將LATS1基因去甲基化的方式探討了其對YAP mRNA和蛋白表達(dá)的影響，結(jié)果表明LATS1在Hippo-YAP信號通路中可以降低YAP基因表達(dá)，從而在抑制腫瘤增殖和促進凋亡方面具有重要作用[44]。然而目前對其如何抑制腫瘤細(xì)胞生長、調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡尚未詳細(xì)闡明。Zhang等[45]研究表明YAP介導(dǎo)了乳腺上皮細(xì)胞的顯著轉(zhuǎn)化活動,LATS蛋白可直接與YAP相互作用而異位表達(dá)LATS1，有效地抑制YAP的表型，延緩上皮間葉細(xì)胞轉(zhuǎn)變、遷移和錨釘生長。此外，作為一種有效的生長抑制因子，過表達(dá)的LATS1可抑制CDC2激酶活性導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯或凋亡，從而表現(xiàn)出顯著抑制人腫瘤細(xì)胞生長和體內(nèi)致瘤性的特征[46]。Aylon等[47]發(fā)現(xiàn)作為對致癌壓力的反應(yīng)，腫瘤抑制基因LATS2可使ASPP1(apotosis-stimulating protein of P53-1)磷酸化并驅(qū)動其轉(zhuǎn)位進入細(xì)胞核，介導(dǎo)p53凋亡反應(yīng)的發(fā)生，促進多倍體細(xì)胞的死亡。LATS2的高表達(dá)抑制G1/S(DNA合成前期/合成期)過渡，降低細(xì)胞周期蛋白E(cyclin E)/cyclin-dependentkinase-2(CDK2)激酶的表達(dá)，從而抑制NIH3T3細(xì)胞(小鼠胚胎成纖維細(xì)胞)的增長和致瘤性[48]。Noa等[49]證明LATS1和LATS2在乳腺癌組織中確實起到腫瘤抑制因子的作用。但有研究表明，在乳腺細(xì)胞系MCF10A中,雖然LATS1和LATS2均可與YAP直接相互作用,但只有LATS1能夠磷酸化致癌基因YAP，下調(diào)YAP過表達(dá)，從而抑種YAP介導(dǎo)的致瘤性，這種效應(yīng)可以通過同時敲除YAP而被抑制，表明YAP是哺乳動物細(xì)胞中LATS1的主要靶點[45,50]。近來有研究表明LATS1可明顯抑制頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化[51]。

MST1在Hippo信號通路中通過促進YAP磷酸化發(fā)揮抑制細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用[52]，LATS受到MST1的調(diào)控，其 C末端發(fā)生磷酸化并介導(dǎo)下游YAP水平降低，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和凋亡[53-54]。尚超等人[55]研究分析了喉癌組織和癌旁組織中Mst1 mRNA表達(dá)的差異，發(fā)現(xiàn)與癌旁組織相比，Mst1 mRNA在喉癌組織中的表達(dá)水平和細(xì)胞凋亡率明顯較低，表明Mst1基因在喉癌發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用。Xu等[56]通過采用兩步免疫組化染色法檢測Mst1/2、Lats1核心組分在正常胃粘膜及胃癌組織中的表達(dá)，結(jié)果胃癌組織中Mst1/2和Lats1的表達(dá)較正常胃粘膜組織明顯下調(diào)，表明Hippo通路的破壞可能與胃癌的發(fā)生、轉(zhuǎn)移有關(guān)。李潔[57]回顧性分析了Hippo信號通路核心分子MST1/2、YAP1在結(jié)直腸腺癌中的表達(dá)并深入分析了其臨床意義，結(jié)果表明與結(jié)腸息肉組相比，MST1/2、YAP1在結(jié)直腸癌組中的表達(dá)水平顯著升高。王雪陽[58]的研究發(fā)現(xiàn)MST1、LATS1/2和YAP在口腔癌的發(fā)生中具有重要作用，可以調(diào)控口腔鱗狀上皮細(xì)胞癌的分化、增殖和轉(zhuǎn)移，并可作為評價口腔癌治療效果的重要指標(biāo)。Lin[59]探討了Mst1在乳腺癌中的表達(dá)及其預(yù)后意義，結(jié)果顯示27.3%的患者MST1陰性表達(dá)且患者總體生存較差，多因素分析顯示Mst1表達(dá)是乳腺癌重要的獨立預(yù)后因素。Angus等[60]發(fā)現(xiàn)FRMD6(FERM domain-containing protein 6)的高表達(dá)導(dǎo)致了MST1/2、LATS1和YAP磷酸化的增加，抑制致癌蛋白YAP的活性。此外，小鼠肝細(xì)胞Mst1的缺失可導(dǎo)致Yap1 Ser127磷酸化抑制缺失，而當(dāng)Mst1在細(xì)胞中重新表達(dá)后可促進Yap1 Ser127的磷酸化并使之失活，從而消除其致瘤性，表明Mst1抑制Yap1是肝臟腫瘤抑制的重要途徑[61]。以上研究表明,Hippo信號通路中MST1/2、LATS1/2等與惡性腫瘤有著密切的關(guān)系，二者可能為抑癌基因，為惡性腫瘤的治療提供了良好的靶點。

4 展望

LATS1/2和MST1/2對維持體內(nèi)平衡、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞分化、遺傳穩(wěn)定性、細(xì)胞遷移、細(xì)胞轉(zhuǎn)移、腫瘤的發(fā)生、器官大小的控制等起著重要的作用，尤其是近年來作為抑癌基因的研究成為熱點，然而目前LATS1/2和MST1/2在Hippo信號通路中所起核心因子的具體機制及如何影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展仍需進一步研究，這不僅為我們靶向研究腫瘤相關(guān)的治療措施提供方向，而且對于尋找新的治療靶點、開發(fā)新的藥物具有積極意義。