Hippo信號(hào)通路與腎臟損傷修復(fù)的研究進(jìn)展

周蔚然（綜述） 趙 栓 丁小強(qiáng)（審校）

（復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院腎內(nèi)科 上海200032）

Hippo信號(hào)通路在各物種之間高度保守，通過調(diào)控細(xì)胞增殖-凋亡平衡在維持組織穩(wěn)態(tài)和器官形態(tài)方面具有重要作用［1-5］。目前已經(jīng)證實(shí)Hippo信號(hào)通路參與心臟、肝臟及腸道等多種器官損傷后的再生修復(fù)過程［6-8］。近年來，Hippo信號(hào)通路在腎臟疾病中的作用得到越來越多的關(guān)注。深入理解Hippo通路在腎臟損傷后發(fā)揮的作用及其機(jī)制，將有助于找到Hippo通路的相關(guān)靶點(diǎn)，為急慢性腎臟病的治療提供有效的治療策略。

Hippo信號(hào)通路的組成和生物學(xué)功能

Hippo信號(hào)通路的組成在哺乳動(dòng)物中，Hippo信號(hào)通路是哺乳動(dòng)物不育系20樣激酶1/2（mammalian sterile 20-likekinase 1/2，MST1/2）、大腫瘤抑制激酶1/2（large tumor suppressor 1/2，LATS1/2）、Yes激 酶 相 關(guān) 蛋 白（Yes-associated protein，YAP）/含PDZ結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄共激活因子（transcriptional co-activator with PDZ-binding motif，TAZ）組成的三步激酶級(jí)聯(lián)信號(hào)通路。Hippo信號(hào)通路的激活過程為：MST1/2與調(diào)節(jié)蛋白SAV1（salvador homolog 1）結(jié)合，磷酸化激活LATS1/2，LATS1/2與 調(diào) 節(jié) 蛋 白MOB1（Mps one binder kinase activator-like 1）結(jié)合進(jìn)一步磷酸化下游分子YAP/TAZ，磷酸化的YAP并無活性，滯留在細(xì)胞質(zhì)中，隨后通過泛素蛋白酶體途徑降解。而當(dāng)Hippo信號(hào)通路受到抑制，YAP去磷酸化激活，入核與TEA轉(zhuǎn)錄因子（TEA domain transcription factor，TEAD）結(jié)合，啟動(dòng)下游靶基因的表達(dá)［9］（圖1）。

圖1 Hippo信號(hào)通路示意圖Fig 1 Principle of Hippo pathway

Hippo信號(hào)通路的生物學(xué)功能YAP和TAZ

是Hippo信號(hào)通路中的兩個(gè)共激活轉(zhuǎn)錄因子，入核后通過結(jié)合序列特異性轉(zhuǎn)錄因子TEAD 1～4來調(diào)節(jié) 下 游 基 因 表 達(dá)［10］。TEAD結(jié) 合YAP的S94A位點(diǎn)并且顯著增強(qiáng)YAP的轉(zhuǎn)錄活性，該位點(diǎn)的突變則抑制Hippo通路下游基因的表達(dá)［11］。TAZ是YAP的旁系同源物，和YAP具有約50%的序列同源性和相似的結(jié)構(gòu)［12-14］，但是兩者的功能并不完全相同，敲除YAP導(dǎo)致胚胎早期死亡或者卵黃囊血管生成缺陷，而敲除TAZ后導(dǎo)致小鼠罹患囊性腎臟疾?。?5-16］。

Hippo信號(hào)通路受到多種因素的調(diào)控。與表皮生長因子受體（epithelial growth factor receptor，EGFR）信號(hào)通路、轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）信號(hào)通路或Wnt通路等其他經(jīng)典信號(hào)通路不同，Hippo信號(hào)通路沒有特定的受體和細(xì)胞外配體。機(jī)械應(yīng)力、氧化應(yīng)激、細(xì)胞密度或者細(xì)胞間連接的變化都能調(diào)控Hippo信號(hào)通路［1，17-19］。細(xì)胞受到的機(jī)械應(yīng)力是Hippo通路重要的調(diào)節(jié)因素，當(dāng)細(xì)胞在堅(jiān)硬表面上生長或暴露于較大的機(jī)械應(yīng)力環(huán)境時(shí)會(huì)抑制Hippo通路，激活YAP/TAZ［20-21］。此外，在細(xì)胞密度較高時(shí)，細(xì)胞之間產(chǎn)生接觸抑制，激活Hippo通路；而當(dāng)細(xì)胞密度較低時(shí)，Hippo通路被抑制，YAP入核并促進(jìn)靶基因轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞增殖［22］。此外，Hippo通路還受其他信號(hào)通路調(diào)節(jié)。例如，G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor，GPCR）途徑可以通過F-actin調(diào)節(jié)YAP/TAZ活性［23］；Wnt/β-catenin通路與YAP/TAZ有直接的相互作用［24］；Src家族激酶可以激活YAP［25］；我們最新研究發(fā)現(xiàn)Rac-GTP酶激活蛋白1（Rac-GTPase activating protein 1，RacGAP1）也可以通過激活YAP促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞損傷后的修復(fù)［26］?？傊?，Hippo通路的激活/失活是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，受胞內(nèi)外多種信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，這些通路也為調(diào)節(jié)Hippo通路活性提供了潛在的藥物靶點(diǎn)。

Hippo信號(hào)通路在AKI早期的作用AKI是常見的臨床危重癥，目前除了液體復(fù)蘇和腎臟替代治療等支持性療法外，尚缺乏有效的治療手段［27］。腎小管上皮細(xì)胞（tubular epithelial cell，TEC）作為腎臟中含量最高的細(xì)胞對(duì)缺血缺氧造成的損傷極其敏感，并且TEC的修復(fù)與否在AKI向慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）演化過程中起到?jīng)Q定作用［28］。腎臟受到輕度損傷時(shí)，幸存的TEC通過去分化增殖再分化完成腎小管的修復(fù)［29］。而當(dāng)腎臟受到反復(fù)損傷、嚴(yán)重?fù)p傷或者持續(xù)損傷，TECs修復(fù)不良導(dǎo)致腎臟間質(zhì)纖維化（tubulointerstitial fibrosis，TIF）的發(fā)生［29］。Hippo信號(hào)通路在AKI后腎臟的修復(fù)和再生中扮演重要角色（表1）。

表1 Hippo通路在腎臟損傷修復(fù)中的作用Tab 1 Function of Hippo pathway in kidney injury repair

在AKI早期腎小管通過抑制Hippo信號(hào)通路促進(jìn)幸存上皮細(xì)胞再生。2016年，Xu等［30］利用小鼠缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）模型進(jìn)行腎臟轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，在再灌注后24 h，YAP在腎臟中的表達(dá)增加了1.7倍，而LATS2表達(dá)顯著下 降。Chen等［31］在IRI-AKI小 鼠 的腎 近 端 小管 中發(fā)現(xiàn)YAP的蛋白水平在IRI后24 h升高，并一直持續(xù)到IRI后第7天。此外，在AKI患者腎臟中也觀察到Y(jié)AP被顯著激活。使用YAP抑制劑或在小鼠腎臟中敲除YAP，在IRI后24 h至第7天小鼠腎功能相比對(duì)照組顯著惡化。Chen等［31］同時(shí)指出，小鼠腎臟中敲除TAZ對(duì)IRI小鼠腎功能恢復(fù)沒有影響，說明YAP和TAZ在AKI后可能發(fā)揮著不同的功能。Wu等［32］的最新研究提出，IRI后24 h小鼠腎臟中TAZ表達(dá)顯著上調(diào)且發(fā)揮保護(hù)作用。小鼠雙側(cè)腎盂內(nèi)注射TAZ siRNA導(dǎo)致IRI-AKI小鼠腎小管損傷加重、小鼠腎功能惡化，而小鼠腹腔注射氯喹可以誘導(dǎo)小鼠腎小管中TAZ高表達(dá)，減輕小鼠IRIAKI后腎臟損傷。值得注意的是，Chen等［31］的研究采用了夾閉雙側(cè)腎蒂35 min的小鼠IRI模型，而Wu等［32］的 研 究 采 用 了 夾 閉 雙 側(cè) 腎 蒂10 min（TAZ siRNA組）和20 min（氯喹組）的小鼠IRI模型，TAZ是否在不同損傷程度的IRI-AKI后發(fā)揮不同的功能還有待進(jìn)一步研究。此外，Hippo通路中的關(guān)鍵激酶MST1阻礙腎臟損傷修復(fù)過程，敲除MST1后則顯著減輕小鼠IRI后4 h的腎臟損傷［33］。

抑制Hippo信號(hào)通路主要通過促進(jìn)細(xì)胞增殖同時(shí)減少細(xì)胞凋亡從而促進(jìn)腎臟修復(fù)過程。細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白D（Cyclin D）被認(rèn)為是YAP的靶基因之一［34-36］，小鼠IRI-AKI后6～48 h，YAP上調(diào)Cyclin D的表達(dá)水平，同時(shí)誘導(dǎo)視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白（retinoblastoma，Rb）磷酸化，激活周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinases，CDK）4和CDK 6，加速細(xì)胞周期進(jìn)程和幸存TECs增殖，促進(jìn)腎臟適應(yīng)性修復(fù)［31］。在體外培養(yǎng)的TEC中過表達(dá)YAP，能增加細(xì)胞缺氧復(fù)氧損傷后增殖細(xì)胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）和Ki67的表達(dá)以及G2/M和S期的細(xì)胞數(shù)量［31，37］。在乙酸鈾酰誘導(dǎo)的AKI大鼠模型中，YAP的激活水平與生存素的表達(dá)以及TECs的細(xì)胞抵抗能力正相關(guān)［38］。在小鼠腎臟中敲低TAZ，IRI后24 h時(shí)p38和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號(hào)明顯激活，細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡更為嚴(yán)重［32］。敲除小鼠腎臟中的MST1基因也能抑制IRI后TECs的凋亡，起到保護(hù)作用［33］。

AKI中后期Hippo信號(hào)通路持續(xù)失活可能誘導(dǎo)AKI-CKD轉(zhuǎn) 化2016年，Xu等［37］最 早提 出 在IRIAKI早期激活YAP可以促進(jìn)受損腎小管上皮的修復(fù)，而YAP的持續(xù)激活可能導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化和腎小管異常的去分化。在該研究中，盡管YAP和pYAP的比值在大鼠輕度IRI（夾閉腎動(dòng)脈30 min）和重度IRI（夾閉腎動(dòng)脈45 min）后均有明顯上調(diào)，但重度IRI后YAP的活化持續(xù)了4周，而輕度IRI后YAP的活化僅有2周［37］。在重度IRI后對(duì)小鼠腹腔注射YAP激動(dòng)劑（地高辛），4周后地高辛組相比對(duì)照組小鼠腎小管損傷程度和TIF程度明顯加重［37］。因此，YAP激活持續(xù)的時(shí)間與AKI嚴(yán)重程度密切相關(guān)，并且可能是AKI-CKD轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵因子。當(dāng)損傷較輕時(shí)，YAP的短時(shí)活化有助于腎小管的修復(fù)和再生，而當(dāng)損傷較重時(shí)，YAP被持續(xù)激活，導(dǎo)致腎臟修復(fù)不良和向CKD發(fā)展。另一研究團(tuán)隊(duì)也提出，在小鼠重度IRI（夾閉左腎動(dòng)脈45 min后切除右腎）后21天內(nèi)YAP的表達(dá)持續(xù)增加［39］。在小鼠IRI-AKI后第7天對(duì)小鼠腎內(nèi)注射YAP-shRNA后可以顯著減輕IRI-AKI導(dǎo)致的腎功能不全，降低TGF-β和結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）的表達(dá)，延緩了TIF進(jìn)展。因此，盡管YAP在AKI早期可能發(fā)揮保護(hù)作用，但在AKI的中后期YAP的持續(xù)激活則預(yù)示AKI的不良預(yù)后［39］。

以上研究均提示，AKI發(fā)生后短期抑制Hippo信號(hào)通路可能促進(jìn)腎臟恢復(fù)，而長期抑制則可能導(dǎo)致AKI向CKD發(fā)展，YAP激活的程度和持續(xù)時(shí)間可能在AKI的轉(zhuǎn)歸中起到關(guān)鍵作用。

Hippo信號(hào)通路持續(xù)失活促進(jìn)腎臟纖維化進(jìn)展的機(jī)制

誘導(dǎo)小管上皮細(xì)胞的間質(zhì)轉(zhuǎn)化和肌成纖維細(xì)胞形成腎臟重度損傷后，TECs發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）獲得間充質(zhì)表型，同時(shí)分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM），促進(jìn)TIF進(jìn)展［40］。馬兜鈴酸（aristolochic acid，AA）可以導(dǎo)致AKI并誘導(dǎo)AKI的慢性化轉(zhuǎn)歸。AA-AKI的小鼠腎臟中TAZ和CTGF表達(dá)顯著增加。在體外培養(yǎng)的人腎小管上皮細(xì)胞（HK-2）中過表達(dá)TAZ，造成細(xì)胞去分化和成纖維細(xì)胞樣表型［41］。腎臟中特異性敲除SAV1的小鼠發(fā)生AAAKI后Hippo通路被抑制，腎臟中各類膠原、纖維連接蛋白和間質(zhì)標(biāo)志物波形蛋白的表達(dá)水平均較野生型小鼠顯著升高［42］。

肌成纖維細(xì)胞比普通成纖維細(xì)胞具有更強(qiáng)的合成和分泌ECM的能力，導(dǎo)致腎臟瘢痕化和攣縮［43-44］。肌 成 纖 維 細(xì) 胞 可 由TECs通 過EMT轉(zhuǎn) 分化形成，而腎臟固有成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化是肌成纖維細(xì) 胞 的最主要 來源［44-45］。在 單 側(cè)輸尿管 梗阻（unilateral ureter obstructive，UUO）小鼠模型中，抑制YAP/TAZ可以阻斷TGF-β誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，從而抑制ECM產(chǎn)生、延緩TIF進(jìn)展［46-47］。此外，YAP是細(xì)胞對(duì)生物力學(xué)信號(hào)的感受器，可以被ECM激活，促進(jìn)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞。ECM的積累與YAP的激活形成正向反饋調(diào)節(jié)，導(dǎo)致腎臟纖維化的持續(xù)進(jìn)展［47］。綜上，AKI中后期YAP/TAZ的持續(xù)激活不僅調(diào)控EMT進(jìn)程，也誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)TIF的進(jìn)展。

調(diào)控巨噬細(xì)胞M2型極化和炎癥反應(yīng)調(diào)控巨噬細(xì)胞（macrophage，M?）在不同的刺激下可以極化為經(jīng)典活化的M1型M?或者替代活化的M2型M?。M2的持續(xù)活化會(huì)通過促進(jìn)ECM生成、分泌基質(zhì)金屬蛋白酶以及巨噬細(xì)胞-肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化等途徑導(dǎo)致腎小管間質(zhì)損傷和腎臟纖維化［48］。在UUO和IRI兩種腎臟損傷模型中，敲除TAZ或者抑制YAP可以阻斷Wnt5a和TGF-β1誘導(dǎo)的M?向M2型極化，從而延緩腎臟纖維化的進(jìn)展［49］。另一研究中，敲除MST1/2后小鼠腎臟皮質(zhì)和髓質(zhì)中巨噬細(xì)胞數(shù)量明顯增加，而同時(shí)敲除MST1/2和YAP后，小鼠腎臟的炎癥和纖維化水平與對(duì)照組無異，進(jìn)一步說明YAP在巨噬細(xì)胞活化中的核心作用［50］。持續(xù)性的炎癥反應(yīng)也是導(dǎo)致腎臟纖維化的重要原因，在小鼠腎臟中，TNF-α和YAP之間可以形成正反饋促進(jìn)腎臟炎癥反應(yīng)和纖維化的進(jìn)展［50］。

介導(dǎo)TEC細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞肥大G2/M期檢查點(diǎn)是細(xì)胞周期的重要調(diào)控靶點(diǎn)，參與腎臟損傷修復(fù)及纖維化過程［51］。發(fā)生G2/M期阻滯的TECs大量表達(dá)纖維化因子，導(dǎo)致小管上皮過度修復(fù)并發(fā)生纖維化［52］。TAZ在UUO小鼠腎臟中被大量激活，導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞G2/M期阻滯和生長受抑，提示TAZ的過度激活是腎小管不良修復(fù)的重要原因［41］。

腎臟代償性肥大（renal compensatory hypertrophy，RCH）是指腎臟損傷后由于腎單位數(shù)量的減少導(dǎo)致的殘余腎單位的代償性生長，是CKD的病理改變之一。目前認(rèn)為，適度的RCH可以在一定程度上代償正常的腎臟功能，而過度的RCH會(huì)導(dǎo)致小管肥大，間質(zhì)纖維化和腎功能的進(jìn)行性下降［53］。RCH動(dòng)物模型中YAP被大量激活，通過活化Akt/mTOR信號(hào)通路導(dǎo)致腎臟細(xì)胞肥大［54］。

結(jié)語在AKI早期，Hippo信號(hào)通路的失活對(duì)腎臟適應(yīng)性修復(fù)具有促進(jìn)作用，而Hippo信號(hào)通路的持續(xù)失活可能導(dǎo)致AKI向CKD的進(jìn)展（圖2）。目前，我們對(duì)YAP/TAZ在腎臟疾病中的激活和作用機(jī)制認(rèn)識(shí)尚淺，腎臟損傷后YAP/TAZ激活的觸發(fā)因素、Hippo信號(hào)通路與其他信號(hào)通路的相互作用以及調(diào)控機(jī)制還有待深入研究。因此深入闡明Hippo信號(hào)通路在AKI中的作用機(jī)制，將為腎臟損傷后的修復(fù)和再生提供新的思路。

圖2 Hippo信號(hào)通路在急性腎損傷后發(fā)揮不同作用Fig 2 The function of Hippo pathway after acute kidney injury

作者貢獻(xiàn)聲明周蔚然論文構(gòu)思和撰寫，文獻(xiàn)調(diào)研，繪制圖表。趙栓論文設(shè)計(jì)和修訂，獲取資助。丁小強(qiáng)論文設(shè)計(jì)和修訂，監(jiān)督指導(dǎo)。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。