Hippo信號(hào)通路在后發(fā)性白內(nèi)障中的研究進(jìn)展

張昀昀，丁芝祥

0引言

Hippo信號(hào)通路高度保守，可通過(guò)一系列激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)調(diào)控細(xì)胞增殖、凋亡和分化等活動(dòng)，目前已證實(shí)Hippo信號(hào)通路可在眼部表達(dá)，并與青光眼、圓錐角膜、白內(nèi)障、葡萄膜黑色素瘤等多種眼部疾病發(fā)生有關(guān)[1]。后發(fā)性白內(nèi)障又稱(chēng)后囊膜混濁(posterior capsular opacification，PCO)，是由于白內(nèi)障術(shù)后殘存的晶狀體上皮發(fā)生增殖、遷移、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化(epithelial mesenchymal transition，EMT)而形成的白色混濁，是白內(nèi)障術(shù)后常見(jiàn)的并發(fā)癥[2]。成人術(shù)后發(fā)生率為30%～50%，兒童則為100%[3]。近年來(lái)，越來(lái)越多研究表明Hippo信號(hào)通路在后發(fā)性白內(nèi)障發(fā)生發(fā)展過(guò)程中扮演重要角色。本文主要綜述 Hippo信號(hào)通路調(diào)控機(jī)制及其在后發(fā)性白內(nèi)障方面的最新研究進(jìn)展。

1 Hippo信號(hào)通路的組成

Hippo信號(hào)通路最初發(fā)現(xiàn)于果蠅細(xì)胞，后在多種多細(xì)胞生物中均有發(fā)現(xiàn)，它是一個(gè)高度保守的信號(hào)通路，其核心成分為哺乳動(dòng)物STE20樣激酶1/2(mammalian sterile 20-like kinase，MST1/2)、銜接蛋白1(human Salvador1，SAV1)、大腫瘤抑制因子1/2(large tumor suppressor 1/2，LATS1/2)、MOB激酶激活因子1(Mps One Binder kinase activator-like1, MOB1)、YAP/TAZ及TEA結(jié)構(gòu)域1-4(TEA domain1-4，TEAD1-4)[4]。該通路活化后通過(guò)一系列激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)磷酸化轉(zhuǎn)錄輔助激活因子YAP(Yes-associated protein)及其同源蛋白TAZ(transcriptional coactivator with PDZ binding motif)，使其在細(xì)胞質(zhì)中滯留并降解。非磷酸化的YAP/TAZ可進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)通過(guò)與TEAD(TEAD1/TEAD2/TEAD3/TEAD4)及其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合激活下游靶基因轉(zhuǎn)錄從而促進(jìn)細(xì)胞的增殖、侵襲、遷移轉(zhuǎn)分化等過(guò)程[5]。目前對(duì)Hippo的核心成分研究較清楚，但其上下游調(diào)控因子和具體條件機(jī)制研究仍不明確。

2 Hippo信號(hào)通路的調(diào)節(jié)機(jī)制

2.1細(xì)胞接觸和機(jī)械信號(hào)機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍存在于細(xì)胞中。在高細(xì)胞密度下，細(xì)胞與細(xì)胞接觸會(huì)產(chǎn)生一種生長(zhǎng)抑制信號(hào)，該信號(hào)部分是由Hippo途徑介導(dǎo)[6]。這與LATS激酶在高細(xì)胞密度下被激活，而LATS在低細(xì)胞密度下不被激活有關(guān)[7]。此外，由于細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的硬度可通過(guò)改變細(xì)胞的幾何形狀和細(xì)胞骨架張力來(lái)調(diào)節(jié)YAP和TAZ的亞細(xì)胞定位，因此也可能涉及細(xì)胞伸展的喪失或細(xì)胞縮小[8]。

2.2細(xì)胞極性該調(diào)節(jié)方式非常復(fù)雜，許多類(lèi)型的極性機(jī)制，如黏附連接、緊密連接、Mer/Ex/Kibra復(fù)合體、Crumbs復(fù)合體、PAR復(fù)合體和Ds-Fat(Frizzled-Flamingo and Dachsous),均參與了這一作用[9]。

2.3G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptors，GPCRs)是人類(lèi)基因組中最大的細(xì)胞表面受體家族，它們通過(guò)向細(xì)胞內(nèi)傳遞不同的胞外信號(hào)參與多種生理過(guò)程[10]。GPCRs配體對(duì)YAP/TAZ活性的影響取決于下游G蛋白的類(lèi)型[11]。GPCR與Gα12/13、Gαq/11或GαI/o結(jié)合，如溶血磷脂酸和凝血酶受體，將激活YAP/TAZ；相反，GPCR和Gαs結(jié)合，如腎上腺素和胰高血糖素受體，將抑制YAP/TAZ[12]。

2.4能量應(yīng)激細(xì)胞依靠碳水化合物作為其主要能量來(lái)源，缺糖引起的能量應(yīng)激通過(guò)激活LATS1/2迅速誘導(dǎo)YAP和TAZ的磷酸化[13]。5’-一磷酸腺苷激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)途徑是能量應(yīng)激的一個(gè)重要部分，它可以使YAP在多個(gè)位點(diǎn)上磷酸化，并抑制其轉(zhuǎn)錄活性。用葡萄糖剝奪處理或AMPK激活劑如二甲雙胍、苯福明和5-氨基咪唑-4-甲酰胺-1-β核苷適度激活A(yù)MPK可促進(jìn)YAPS127的磷酸化和細(xì)胞質(zhì)滯留，并抑制YAP靶基因ANKRD1和CYR61的表達(dá)[14]。

3 Hippo信號(hào)通路與后發(fā)性白內(nèi)障的關(guān)系

3.1后發(fā)性白內(nèi)障的機(jī)制白內(nèi)障手術(shù)后殘留的晶狀體上皮細(xì)胞(lens epithelial cells,LECs)可誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、遷移、EMT、膠原沉積和晶狀體纖維再生，從而導(dǎo)致后發(fā)性白內(nèi)障，它的形成主要有兩方面：(1)術(shù)中短暫破壞血-房水屏障，使得血漿中炎癥細(xì)胞、紅細(xì)胞、纖維蛋白原、抗體等進(jìn)入房水中，這些物質(zhì)在房水里循環(huán)并分泌多種活性因子，如表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor,EGF)，轉(zhuǎn)分化生長(zhǎng)因子，從而促進(jìn)LECs增殖及EMT。(2)由于手術(shù)中殘余LECs的增殖，并分泌白細(xì)胞介素-1、前列素E2等炎癥因子，加速血-房水屏障破壞，引起PCO[15]。此外，氧化應(yīng)激、ECM的調(diào)節(jié)也被證實(shí)與后發(fā)性白內(nèi)障發(fā)生有關(guān)，但其發(fā)生具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

3.2Hippo信號(hào)通路參與后發(fā)性白內(nèi)障的形成機(jī)制

3.2.1Hippo信號(hào)通路與TGF-β信號(hào)通路TGF-β信號(hào)通路與后發(fā)性白內(nèi)障密切相關(guān)，它通過(guò)調(diào)控Smad通路來(lái)誘導(dǎo)LECs向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，并表達(dá)相關(guān)的EMT標(biāo)志蛋白，如α-平滑肌肌動(dòng)蛋白、纖維連接蛋白和波形蛋白[16]。Hippo信號(hào)通路的下游因子YAP和TAZ與Smad蛋白結(jié)合，通過(guò)不同的機(jī)制參與TGF-β信號(hào)的調(diào)節(jié)[17]。TAZ和YAP可以阻斷Smad2和Smad3的核定位，并控制對(duì)小鼠EpH4乳腺上皮細(xì)胞中TGF-β/Smad信號(hào)的細(xì)胞密度抑制[18]。TGF-β/Smad信號(hào)的負(fù)調(diào)控因子Ski和SnoN還通過(guò)直接與河馬核心激酶復(fù)合體的各組分結(jié)合，改變Lats2的激酶活性以及YAP和TAZ的磷酸化來(lái)影響YAP和TAZ的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性[19]。

3.2.2Hippo信號(hào)通路與PI3K-AKT-mTOR信號(hào)通路磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide-3-kinase,PI3K)-AKT(蛋白激酶)-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號(hào)通路廣泛存在與多種細(xì)胞中，它的下游產(chǎn)物mTOR是絲氨酸/蘇氨酸磷脂酰肌醇-3-激酶相關(guān)激酶家族成員，在感受營(yíng)養(yǎng)信號(hào)、調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)與增殖中起著關(guān)鍵性的作用。mTOR主要由兩種蛋白復(fù)合物:mTORC1、mTORC2構(gòu)成，這兩種復(fù)合物可相互影響彼此的活性[20]。白內(nèi)障術(shù)后患者房水中EGF水平增高，可促進(jìn)LECs發(fā)生增殖、遷移、EMT[21]，Jiang等[22]發(fā)現(xiàn)EGF可以通過(guò)活化下游PI3K-AKT信號(hào)通路，促進(jìn)LECs的遷移和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallo proteinases,MMPS)的表達(dá)。Hippo信號(hào)通路和PI3K-AKT-mTOR信號(hào)通路也可以相互影響，mTOR的抑制劑雷帕霉素可降低HepG2肝癌細(xì)胞系中的TAZ水平，并根據(jù)細(xì)胞密度的不同改變TAZ的核定位[23]。

3.2.3Hippo信號(hào)通路與Notch信號(hào)通路Notch信號(hào)是一種進(jìn)化上高度保守的信號(hào)傳導(dǎo)通路，它與細(xì)胞的分化、增殖、凋亡和EMT等有關(guān)。該信號(hào)通路由Notch受體、Notch配體(DSL蛋白)、CSL(CBF-1，Suppressor of hairless，Lag的合稱(chēng))DNA結(jié)合蛋白、其他的效應(yīng)物和Notch的調(diào)節(jié)分子等組成[24]。Chen等[25]發(fā)現(xiàn)使用DAPT(一種γ-secretase抑制劑)可阻斷Notch通路可抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β-2誘導(dǎo)的LECs的細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)通路激活。而在TGF-β2誘導(dǎo)LECs的EMT過(guò)程中，microRNA-34a表達(dá)下調(diào)，Notch1表達(dá)上調(diào)。microRNA-34a過(guò)表達(dá)抑制了LECs的EMT，降低Notch1的表達(dá)，而抑制miR-34a則上調(diào)Notch1及其配體Jagged1的表達(dá)[26]。Yimlamai等[27]發(fā)現(xiàn)在肝細(xì)胞中YAP激活1wk后Notch1/2、Jag1等Notch途徑成員顯著上調(diào)，YAP/TEAD直接調(diào)控Notch2和其他Notch通路基因的轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)Notch信號(hào)。

3.2.4Hippo信號(hào)通路與Wnt信號(hào)通路Wnt信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞自我更新、代謝、存活、增殖及EMT[28]，經(jīng)典Wnt信號(hào)通路是Wnt通過(guò)與Frizzled和LRP5/6受體作用，進(jìn)而導(dǎo)致胞質(zhì)破壞復(fù)合體解聚，抑制GSK3β對(duì)β-catenin的磷酸化降解，使β-catenin處于穩(wěn)定狀態(tài)，并由胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，促進(jìn)β-catenin依賴(lài)的受體T細(xì)胞因子/淋巴細(xì)胞增強(qiáng)結(jié)合因子下游靶基因的轉(zhuǎn)錄[29]。Bao等[30]證明Wnt3a可以調(diào)節(jié)人LECs的EMT、遷移和增殖。在小鼠白內(nèi)障手術(shù)模型中，晶狀體損傷后12h內(nèi)殘余LECs中Wnt表達(dá)上調(diào)，術(shù)后48h后晶狀體纖維上皮細(xì)胞中與α平滑肌肌動(dòng)蛋白共定位。這種模式與典型的Wnt信號(hào)抑制劑Dkk3的下調(diào)有關(guān)[31]。有越來(lái)越多的證據(jù)表明Hippo和Wnt/β-catenin信號(hào)之間存在多重串?dāng)_。當(dāng)Hippo信號(hào)通路開(kāi)放時(shí)，YAP1和TAZ的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化，促進(jìn)β-catenin破壞復(fù)合體的形成。相反，YAP1或TAZ去磷酸化(和YAP1甲基化)導(dǎo)致β-catenin破壞復(fù)合體失活和β-catenin核定位。Hippo信號(hào)通路關(guān)閉時(shí)，YAP1和TAZ與核β-catenin結(jié)合，參與β-catenin依賴(lài)的轉(zhuǎn)錄程序[32]。

3.2.5YAP與LECs Dawes等[33]發(fā)現(xiàn)在成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor, FGF)誘導(dǎo)的大鼠LECs可以檢測(cè)到Hippo信號(hào)通路的核心成分以及總YAP和磷酸化YAP的表達(dá)。Song等[34]曾報(bào)道過(guò)YAP在調(diào)節(jié)晶狀體細(xì)胞生長(zhǎng)方面的重要性，在胚胎小鼠晶狀體中條件敲除YAP導(dǎo)致晶狀體祖細(xì)胞池減少，晶狀體尺寸嚴(yán)重縮小。YAP缺失會(huì)誘導(dǎo)小鼠發(fā)生白內(nèi)障，其主要機(jī)制有四個(gè)方面：(1)YAP基因敲除對(duì)LECs的體內(nèi)外增殖具有抑制作用;(2)YAP缺乏導(dǎo)致晶狀體衰老;(3)YAP缺陷小鼠纖維細(xì)胞序次去核紊亂;(4)YAP敲除后晶狀體炎癥增加[35]。目前發(fā)現(xiàn)YAP蛋白缺失會(huì)影響晶狀體發(fā)育，但是它與后發(fā)性白內(nèi)障的關(guān)系并沒(méi)有相關(guān)研究。上述研究表明，Hippo信號(hào)通路對(duì)于后發(fā)性白內(nèi)障的進(jìn)展有重要作用，有望成為治療后發(fā)性白內(nèi)障的新靶點(diǎn)。

4針對(duì)Hippo信號(hào)通路的藥物治療

目前針對(duì)Hippo信號(hào)通路的抑制劑非常多，針對(duì)不同的各種位點(diǎn)有不同的藥物，故本綜述主要選擇其中的常用藥物來(lái)概述。

4.1維替泊芬維替泊芬為第二代卟啉類(lèi)光敏劑，可被光(波長(zhǎng)689nm)照射激活，可用于消除與年齡相關(guān)性黃斑變性等疾病相關(guān)的眼內(nèi)異常血管。它是YAP抑制劑，可破壞YAP-TEAD的相互作用[36]。在FGF誘導(dǎo)人LECs中，與單獨(dú)使用FGF相比，維替泊芬治療LECs導(dǎo)致YAP表達(dá)顯著降低。在膀胱癌、間皮瘤等腫瘤細(xì)胞中維替泊芬可通過(guò)抑制目標(biāo)基因?qū)ippo信號(hào)通路表達(dá)，抑制 YAP 誘導(dǎo)的癌細(xì)胞生長(zhǎng)和入侵[37-38]。維替泊芬在治療年齡相關(guān)性黃斑變性等眼底血管異常疾病已比較成熟，其在Hippo信號(hào)通路中可特異性阻斷YAP-TEAD后續(xù)相關(guān)作用，而Hippo信號(hào)通路目前成為后發(fā)性白內(nèi)障的研究熱點(diǎn)，維替泊芬可能通過(guò)調(diào)控Hippo信號(hào)通路預(yù)防后發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)生，在防治后發(fā)性白內(nèi)障研究中具有重要的研究意義，同時(shí)其眼毒性及作用效能目前均無(wú)研究具有進(jìn)一步研究?jī)r(jià)值。

4.2二甲雙胍二甲雙胍屬于臨床最常用的藥物之一, 主要通過(guò)輕度抑制線(xiàn)粒全呼吸鏈復(fù)合物, 從而激活A(yù)MPK,減少肝臟葡萄糖輸出,具有顯著的降糖效果,還在多種疾病的治療中發(fā)揮作用,如腫瘤疾病、大血管并發(fā)癥、促甲狀腺素激素水平、保護(hù)腦組織與心臟等,均有針對(duì)性治療效果[39]。細(xì)胞依靠碳水化合物作為主要的能量來(lái)源。葡萄糖剝奪引起的能量應(yīng)激可迅速誘導(dǎo)LATS1/2激活引起的YAP和TAZ磷酸化，而AMPK可增強(qiáng)Ser793處AMOTL1的磷酸化。此外，能量脅迫激活的AMPK直接使YAP在多個(gè)位點(diǎn)磷酸化，這種磷酸化干擾了YAP與TEAD之間的相互作用，從而抑制TEAD介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄[40]。目前，在膀胱癌、胰腺癌、子宮內(nèi)膜癌等多種細(xì)胞的研究中證實(shí)二甲雙胍可以通過(guò)激活A(yù)MPK 來(lái)調(diào)節(jié)Hippo信號(hào)通路去抑制腫瘤細(xì)胞遷移、EMT及增殖[41-42]。而LECs發(fā)生增殖、遷移、及EMT是形成后發(fā)性白內(nèi)障的主要機(jī)制，故我們推測(cè)二甲雙胍可能通過(guò)調(diào)控Hippo信號(hào)通路抑制LECs發(fā)生增殖、遷移及EMT，從而預(yù)防后發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)生及發(fā)展，目前尚無(wú)相關(guān)研究，具有進(jìn)一步研究?jī)r(jià)值。

4.3多巴酚丁胺多巴酚丁胺是一種高選擇性β受體激動(dòng)劑，具有增強(qiáng)心肌收縮力和心輸出量的作用，是常用的強(qiáng)心劑[43]。多巴酚丁胺聯(lián)合順鉑可通過(guò)促進(jìn)YAP磷酸化并抑制YAP的表達(dá)，導(dǎo)致肺癌細(xì)胞凋亡[44]。多巴酚丁胺以濃度依賴(lài)的方式抑制骨肉瘤細(xì)胞的侵襲和遷移[45]。

上述藥物雖然已在胰腺癌、乳腺癌、膀胱癌、子宮內(nèi)膜癌等細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)可以抑制Hippo信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，但在LECs上皮細(xì)胞中無(wú)相關(guān)研究，具有進(jìn)一步研究意義，目前研究發(fā)現(xiàn)Hippo信號(hào)通路下游因子YAP與PCO的發(fā)生有關(guān)，我們推測(cè)抑制Hippo信號(hào)通路使YAP磷酸化可能抑制LECs的增殖、遷移、EMT、延緩PCO的發(fā)生，從而為PCO的防治提供新的研究思路。

5總結(jié)與展望

Hippo信號(hào)通路是目前研究的熱點(diǎn)，它在多種眼部組織中均有表達(dá)，并可以和多種信號(hào)通路相互作用來(lái)影響后發(fā)行白內(nèi)障的產(chǎn)生，維替泊芬、二甲雙胍、多巴酚丁胺等藥物都可通過(guò)作用Hippo信號(hào)通路的不同靶點(diǎn)，降低YAP和TAZ的表達(dá)，抑制細(xì)胞增殖、EMT,隨著對(duì)Hippo信號(hào)通路與后發(fā)性白內(nèi)障研究的深入，有望找到更多治療該疾病的靶點(diǎn)，為后發(fā)性白內(nèi)障的防治提供新思路。