Hippo?YAP 信號軸介導骨免疫調(diào)節(jié)種植體骨結(jié)合的研究進展

周安琪， 劉佳怡， 賈懿楠， 向琳

1. 口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心 四川大學華西口腔醫(yī)學院，四川 成都（610041）；

2. 口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心 四川大學華西口腔醫(yī)院種植科，四川 成都（610041）

隨著社會經(jīng)濟文化水平的提高和人口老齡化負擔日益加重，當今社會對種植修復的治療需求增加迅速，理想的骨結(jié)合是牙種植成功的關(guān)鍵，種植體表面與宿主骨之間的骨結(jié)合不足是牙種植失敗最主要的原因［1］。理想的骨結(jié)合依賴于種植體周圍良好的成骨與免疫特性。成骨細胞、破骨細胞、骨細胞等成骨相關(guān)細胞構(gòu)成動態(tài)平衡，促進種植體周圍的新骨形成，是種植體獲得穩(wěn)定性與功能性所必需［2］。作為天然骨組織中的異物成分，種植體的長期穩(wěn)定結(jié)合依賴于適宜的局部免疫微環(huán)境和適當?shù)墓敲庖哒{(diào)節(jié)，而這又和種植體周圍免疫細胞群的活動息息相關(guān)［3］。大量證據(jù)表明，在多種信號與通路的介導下，良好的免疫微環(huán)境可提高新骨形成和血管生成的速度，從而達到更為理想的骨結(jié)合效果［1］。

Hippo?YAP 通路廣泛參與調(diào)節(jié)器官大小、組織再生與腫瘤發(fā)生發(fā)展的信號轉(zhuǎn)導。 Hippo 通路可感知和響應(yīng)細胞間接觸、細胞極性等上游生物力學信號，使哺乳動物STE20 樣激酶1/2（mammalian sterile 20?like kinase，MST1/2）和銜接蛋白1（salva?dor homolog 1，SAV1）被磷酸化，以激活大腫瘤抑制因子1/2（large tumor suppressor 1/2，LATS1/2）和調(diào)節(jié)蛋白MOB1A/B 復合體，從而誘發(fā)下游信號響應(yīng)［4］。Yes 相關(guān)蛋白（yes?associated protein，YAP）是Hippo 通路下游的關(guān)鍵效應(yīng)子，Hippo 通路通過上述信號級聯(lián)反應(yīng)負性調(diào)節(jié)YAP 的活性，從而在結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子（transcriptional enhanced associate domain，TEAD）的介導下參與靶基因表達水平的調(diào)控，以影響細胞增殖分化等特性。此外，顱面部器官的正常發(fā)育也需要Hippo?YAP 通路的參與［5］。由此提示，Hippo?YAP 可能在骨免疫介導的骨結(jié)合中具有潛在的影響。

1 骨免疫對骨結(jié)合進程的影響

Arron 等［6?7］率先提出骨免疫概念，強調(diào)骨骼系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系。一方面，骨骼系統(tǒng)細胞通過分泌關(guān)鍵細胞因子對免疫微環(huán)境產(chǎn)生調(diào)節(jié)；另一方面，免疫細胞的活動對于類風濕性關(guān)節(jié)炎、牙周炎等疾病的發(fā)生發(fā)展及骨修復進程具有重要意義［7?8］。作為連接骨骼系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)的橋梁，骨免疫調(diào)節(jié)在人體多種重要生物學進程中都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

發(fā)生在種植體周圍組織的炎癥反應(yīng)通常會被視為一種病理過程，然而，目前研究者們對于骨結(jié)合進程中免疫炎癥反應(yīng)的認識有所更新。骨結(jié)合是一個復雜的生物學過程，依賴于多種免疫細胞所構(gòu)成的動態(tài)平衡。作為響應(yīng)生物材料反應(yīng)的核心成員，巨噬細胞在骨組織的免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用［9］。根據(jù)激活方式、分泌的細胞因子與功能不同，巨噬細胞可分為經(jīng)典活化的巨噬細胞（M1）和選擇性活化的巨噬細胞（M2）。M1 可促進炎癥發(fā)生發(fā)展，其過度激活可使種植體周纖維異常增生，導致骨結(jié)合失??；而M2 則作為主導抗炎/調(diào)節(jié)作用的細胞類型，吸附種植體周圍的細胞、蛋白質(zhì)和其他生物活性介質(zhì)，在骨結(jié)合進程中起決定性作用［10］。

巨噬細胞的極化并不是“非黑即白”，很難在體內(nèi)看到真正處于上述兩種極端極化狀態(tài)的巨噬細胞，因為大多數(shù)情況下巨噬細胞會在其“極化譜”上以一種兼具M1 和M2 特征的過渡狀態(tài)存在［10?11］。盡管現(xiàn)在已有學者在M1 和M2 的基礎(chǔ)上將巨噬細胞分成了更多的亞型，或是提出了其他分型方式，但由于M1、M2 是兩大主要表型，可通過確定的表面標志物進行觀察，且已有研究證實，種植體骨結(jié)合進程中有M1/M2 相關(guān)基因的參與［12］。所以，沿M1 和M2 方向調(diào)控巨噬細胞的極化有望起到影響炎癥和再生微環(huán)境的作用，從而調(diào)節(jié)骨結(jié)合進程（圖1）。因此，經(jīng)典的分型方式仍然適用。除巨噬細胞以外，還有一些其他的免疫細胞同樣在討論范疇之內(nèi)，如T 淋巴細胞［13］和肥大細胞［14］等，這些細胞也有望在骨免疫介導的骨結(jié)合中發(fā)揮其獨特的作用。

2 Hippo?YAP 通路對骨免疫相關(guān)細胞的調(diào)控作用及其機制

2.1 Hippo?YAP 信號對成骨相關(guān)細胞的影響

Figure 1 Polarization of macrophages in osteoimmunology?modulated osseointegration圖1 巨噬細胞極化參與骨免疫調(diào)節(jié)下的骨結(jié)合

Hippo?YAP 信號對骨髓間充質(zhì)干細胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）的成骨分化有著顯著的影響。研究者們發(fā)現(xiàn)Hippo 通路被激活后，在Hippo?YAP 軸的介導下，BMSCs 的成骨分化被顯著抑制［15］。在降鈣素基因相關(guān)肽（calcitonin gene?re?lated peptide，CGRP）的誘導下，受體活性修飾蛋白1（receptor activity moaifyins protein，RAMP1）通過Hippo?YAP 通路促進BMSCs 成骨分化［16］。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Hippo 通路在MSCs 成脂肪、成骨的競爭性分化中具有重要的影響，即YAP 可促進MSCs 骨向分化而抑制其成脂分化［17］。然而，與上述結(jié)果不同的是，Seo 等［18］觀察到，SOX2?YAP1 軸對BM?SCs 的成骨分化具有明顯的抑制作用，其機制可能與分泌型蛋白Dickkopf?1（DKK1）介導的YAP1/β?catenin 對Wnt 信號轉(zhuǎn)導的破壞有關(guān)。

Hippo?YAP 通路還可通過多種分子機制參與成骨細胞的分化。YAP 抑制可導致MSCs 中配體BMP2a 表達水平降低，從而使周圍成骨細胞中的BMP 信號受到嚴重損傷，即YAP 通過非細胞自主的方式下調(diào)成骨細胞的骨向分化［19］。另一體內(nèi)研究表明，抑制先天性脊柱側(cè)凸患者中錯義突變基因表達，可導致YAP 核易位，從而通過促進相關(guān)靶基因的表達加速成骨細胞的礦化過程［20］。盡管已有一定證據(jù)表明Hippo?YAP 在骨代謝和骨形成中起關(guān)鍵作用，但研究者們對于Hippo?YAP 通路在成骨細胞分化中具體的調(diào)節(jié)效果仍有所爭議。實驗證明，鈦離子發(fā)揮對局部骨組織毒性的機制是通過誘導YAP 的去磷酸化及其在細胞核中的表達，從而抑制成骨細胞的成骨分化，最終導致周圍骨組織的損傷，而敲除YAP 則在一定程度上降低了這種鈦離子對骨組織的損害；但同時也必須明確，Hippo?YAP 并非調(diào)節(jié)成骨細胞行為的唯一生物信號［21］。

骨形成和骨吸收之間的動態(tài)平衡對建立理想的骨結(jié)合具有重要意義，而越來越多的證據(jù)表明，Hippo?YAP 軸可調(diào)節(jié)破骨細胞生成和骨吸收活性，從而影響骨穩(wěn)態(tài)。骨髓來源的巨噬細胞（bone mar?row?derived macrophages，BMMs）中MST2 缺失促進了破骨細胞的分化，相反MST2 的過表達則會抑制其分化［22］。研究證實，抑制YAP1 及其與主要轉(zhuǎn)錄因子TEADs 的聯(lián)系減少了破骨細胞的形成及其骨吸收［23］。由此猜想，Hippo?YAP 軸可能是研究破骨細胞形成精細調(diào)控機制的切入點之一［24］。成骨細胞和破骨細胞之間的相互作用以非細胞自主的模式影響著骨重塑。研究發(fā)現(xiàn)，成骨細胞中的機械傳感蛋白PIEZO1 可促進YAP 的核易位，并通過PIEZO1?YAP 軸增加Ⅱ型和Ⅸ型膠原的表達，從而對破骨細胞的吸收活性產(chǎn)生抑制作用［25］。

有關(guān)骨細胞中Hippo?YAP 信號轉(zhuǎn)導機制的研究并不多見。但實際上，骨細胞在骨陷窩?小管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上相互連接和溝通，其功能活性對于維持骨代謝與骨重塑的長期穩(wěn)定具有關(guān)鍵作用。研究顯示，骨細胞中缺乏YAP/TAZ 可導致體內(nèi)骨量累積受阻、骨基質(zhì)膠原蛋白減少及機械強度降低，而這種影響可能與骨陷窩?小管系統(tǒng)重塑過程受損有關(guān)［26］。但Hippo?YAP 通路對骨細胞更深層的作用機制及這一過程所涉及到的其他信號轉(zhuǎn)導還有待進一步闡明。

2.2 Hippo?YAP 通路對免疫細胞的調(diào)節(jié)

巨噬細胞作為骨免疫進程的主要參與者，可通過響應(yīng)多種生物信號以適應(yīng)微環(huán)境的變化，包括Hippo?YAP 信號。但據(jù)目前已發(fā)表的文獻，研究者們對于YAP 在巨噬細胞向M1 和M2 表型極化中所起的作用仍有爭議。有研究認為，Wnt5a 通過誘導YAP/TAZ 可促進巨噬細胞M2 極化［27］，且在髓系YAP 特異性敲除的小鼠中，M1 特征性促炎因子腫瘤壞死因子?α（tumor necrosis factor?α，TNF?α）和白細胞介素1β（interleukin?1β，IL?1β）的表達增強，同時M2 特征性抗炎因子IL?10 和轉(zhuǎn)化生長因子β1（transforming growth factor ?β1，TGF?β1）的表達減弱［28］。然而，另有研究發(fā)現(xiàn)，YAP 對巨噬細胞的極化具有相反的調(diào)節(jié)方向。Zhou 等［29］研究結(jié)果指出，YAP 可促進巨噬細胞向M1 型極化，并抑制其M2 極化；在特異性敲除髓系YAP 后，IL?10 表達顯著升高，同時IL?1β 的表達被抑制，但TNF?α1 的水平卻未受明顯影響，與上述研究相矛盾。

除巨噬細胞外，還有一些其他類型的免疫細胞也屬于討論范圍之內(nèi)，因為這些細胞主導了植入早期的炎癥反應(yīng)。而目前，有關(guān)這些免疫細胞的研究大多尚未涉及到種植體的骨結(jié)合過程。在今后的研究中，可就Hippo?YAP 通路在種植體周早期炎癥反應(yīng)中的作用進行探究，以進一步豐富Hippo?YAP 調(diào)節(jié)種植體周骨免疫進程的機制。

3 Hippo?YAP 在成骨相關(guān)細胞中作用差異的潛在機制

首先，Hippo?YAP 通路可能在骨細胞的不同成熟階段發(fā)揮不同作用，即YAP 的成骨促進效應(yīng)是依賴于骨細胞成熟度的，這也解釋了為什么在骨細胞分化早期（MSCs 和成骨細胞）中會出現(xiàn)負面結(jié)果。在間充質(zhì)干細胞和早期成骨細胞中，YAP/TAZ抑制它們向成熟成骨細胞分化，從而導致骨量減少；然而，成熟成骨細胞和骨細胞中YAP/TAZ 的表達則增加了成骨細胞的數(shù)量并促進了新骨的形成［30］。而這種抑制成骨行為的效應(yīng)可能與YAP 破壞了Wnt 信號的轉(zhuǎn)導有關(guān)［18，30］。

Hippo?YAP 不僅能通過細胞自主調(diào)節(jié)影響細胞的成骨功能，而且可通過“非細胞自主模式”發(fā)揮對周圍細胞成骨行為的調(diào)控作用［19，25］。此外，有研究提示YAP 對成骨行為的調(diào)節(jié)可能與健康和炎癥狀態(tài)下的局部骨組織微環(huán)境差異有關(guān)［31］。

目前研究者們似乎很難就引起Hippo?YAP 成骨作用差異的內(nèi)在機制達成共識。因此筆者建議，未來的研究可重點關(guān)注Hippo?YAP 促進成骨的條件，這對于深入理解Hippo?YAP 通路功能及挖掘其潛在臨床價值具有重要意義。

4 YAP 對巨噬細胞極化的影響尚待闡明

如前所述，目前不同的研究對于巨噬細胞中YAP 的表達及YAP 對巨噬細胞極化的影響存在爭議。筆者對導致這些研究得出不同結(jié)論的原因進行了分析，為揭示巨噬細胞YAP 的表達規(guī)律及其更深層次的內(nèi)涵提供思路，同時也對未來的研究方向進行了一些展望。

巨噬細胞的不同來源可能導致實驗結(jié)果的差異。前述某些研究并沒有對骨髓來源的巨噬細胞（bone marrow?derived macrophages，BMMs）和腹腔巨噬細胞（peritoneal macrophages，PMs）進行區(qū)分［29］。但事實上，巨噬細胞的極化特征可能受到來源差異的影響。由于BMMs 和PMs 中編碼巨噬細胞的表面標記和可溶性介質(zhì)的M1/M2相關(guān)基因的表達水平不同，BMMs 和PMs 表型和細胞功能便可能存在一定差異［32］。此外，研究人員比較發(fā)現(xiàn)BMMs 和PMs 在三維環(huán)境中的吞噬和移行能力也有所不同［33?34］。

因此，評估不同來源的巨噬細胞的異質(zhì)性對提高相關(guān)研究（尤其是涉及到巨噬細胞向M1、M2極化傾向性的研究）的嚴謹性與應(yīng)用價值具有重要意義；而如何選擇最合適的細胞模型來模擬體內(nèi)巨噬細胞的極化過程，發(fā)掘其在疾病中的作用機制，也仍待進一步闡明。

近年來在巨噬細胞的研究中，現(xiàn)有的分型模式也越來越豐富?？紤]到不同巨噬細胞群之間巨大的生物學差異，研究人員在M1/M2 二分法的基礎(chǔ)上確定了更多的亞型，擴展了巨噬細胞分型的定義。例如，M2 可根據(jù)不同的激活因子細分為M2a、M2b 和M2c，且表現(xiàn)出不同的生物學特征與效應(yīng)［35］。除此之外，還有更多的分型方式被不斷提出，從而更加精準地描述特定的巨噬細胞群，如抗酒石酸酸性磷酸酶陽性（tartrate?resistant acid phos?phatase?positive，TRAP+）巨噬細胞［36］。巨噬細胞的分型方式已不再單一，在未來的研究中，可考慮根據(jù)實驗?zāi)康膶⒏嗟姆中头绞郊{入考量。

5 小 結(jié)

理想的骨結(jié)合本質(zhì)上取決于良好的骨免疫特性，而Hippo?YAP 信號通路可通過影響種植體周的骨免疫響應(yīng)在骨結(jié)合進程中發(fā)揮著多重調(diào)節(jié)作用。綜上所述，以Hippo?YAP 信號軸為切入點探究改善骨結(jié)合的方式，有望為臨床上骨結(jié)合不佳病例的治療提供新思路。

【Author contributions】Zhou AQ wrote the article. Liu JY designed the figure. Jia YN collected the references. Xiang L revised the article.All authors contributed to the article and approved the submitted ver?sion.