樊凌宇 綜述 趙輝 審校
天津市天津醫(yī)院心內(nèi)二科,天津 300010
Yes相關(guān)蛋白(Yes-associated protein)即YAP,是一種多功能的細(xì)胞內(nèi)連接蛋白和轉(zhuǎn)錄共激活因子,在Hippo信號(hào)通路中起中心樞紐作用。在哺乳動(dòng)物中,Hippo-YAP通路的核心成分主要由三部分組成:(1)MST1/2(mammalian STE20-like protein kinase 1/2)以及它的共因子SAV(Salvador);(2)LATS1/2(large tumour suppressor homologue 1/2)以及它的調(diào)節(jié)蛋白Mob1;(3)YAP及其類(lèi)似物TAZ(transcriptional Co-Activator with PDZ-binding motif)。MST1/2與SAV相互作用使LATS1/2蛋白磷酸化,LATS 1/2可以直接磷酸化YAP上的多個(gè)絲氨酸殘基,后者滯留在胞漿中被蛋白酶系統(tǒng)降解,從而限制了YAP/TAZ促增殖和抗凋亡的功能。當(dāng)Hippo-YAP信號(hào)通路失活時(shí),YAP/TAZ不能被磷酸化從而進(jìn)入細(xì)胞核,通過(guò)與轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子激活域(TEAD)、SMAD和p73等轉(zhuǎn)錄蛋白結(jié)合,促進(jìn)下游靶基因的表達(dá),從而發(fā)揮YAP/TAZ的促增殖和抗凋亡活性。由此可見(jiàn),YAP可以正向或負(fù)向調(diào)節(jié)大量基因表達(dá),并根據(jù)細(xì)胞類(lèi)型發(fā)揮不同的作用。
Hippo-YAP信號(hào)通路在控制器官大小方面發(fā)揮重要作用[1],大量證據(jù)表明,YAP對(duì)心臟發(fā)育至關(guān)重要[2-8]。目前已經(jīng)證明Hippo-YAP通路可以調(diào)節(jié)心肌、心外膜和心內(nèi)膜的發(fā)育。在斑馬魚(yú)心臟的前體細(xì)胞中,當(dāng)YAP/TAZ失活時(shí)細(xì)胞遷移能力受到損害,不能遷移到中線形成心管并導(dǎo)致心臟發(fā)育異常[9]。在哺乳動(dòng)物中,平滑肌的YAP特異性缺失導(dǎo)致嚴(yán)重的心臟缺陷和血管發(fā)育異常[10]。YAP在胚胎小鼠心臟中的缺失使卵黃囊血管生成、絨毛膜尿囊融合和胚軸延長(zhǎng)缺陷,阻礙心臟發(fā)育,從而導(dǎo)致心肌發(fā)育不良及死亡[11-12]。敲除了LATS2基因的小鼠胚胎由于中胚層過(guò)度增殖,心室發(fā)育不良而在胚胎期死亡[13]。在小鼠出生后,誘導(dǎo)心肌細(xì)胞YAP過(guò)度表達(dá)可以使心臟重量增加,但心肌細(xì)胞大小并未發(fā)生改變,而是心肌細(xì)胞的數(shù)量增多[14]。
離體心肌細(xì)胞的研究證實(shí),YAP激活可以促進(jìn)介導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大的基因表達(dá)[14]。胎兒YAP過(guò)度表達(dá)促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖,特別是在小梁型心肌細(xì)胞中。然而,出生后的嬰兒細(xì)胞內(nèi)YAP過(guò)度表達(dá)不會(huì)影響心肌細(xì)胞的生長(zhǎng)或大小[15]。另一項(xiàng)研究表明Hippo通過(guò)與Wnt信號(hào)相互作用,起到限制胚胎內(nèi)心肌細(xì)胞增殖和控制心臟大小的作用[16]。GUO等[17]發(fā)現(xiàn)Hippo-YAP通過(guò)影響連接心肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)參與控制心臟發(fā)育。這些研究結(jié)果表明,Hippo信號(hào)通路的效應(yīng)分子YAP在心臟發(fā)育過(guò)程,特別是心肌細(xì)胞的增殖調(diào)節(jié)中是必須的。
在血管生成過(guò)程中,部分內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)解離黏附蛋白復(fù)合物(如VE-鈣黏著蛋白和黏著斑激酶),使細(xì)胞間連接松動(dòng),從原始血管中逸出,增殖并與鄰近血管相連接[18-19]。最新研究顯示,磷酸肌醇3-激酶γ(phosphoinositide 3-kinaseγ,PI3Kγ)通過(guò)介導(dǎo)依賴YAP表達(dá)的環(huán)狀A(yù)MP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cyclic amp-response element binding protein,CREB)在新生內(nèi)膜的血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)表型調(diào)節(jié)中起重要作用[20]。PETER等[21]通過(guò)對(duì)敲除內(nèi)皮細(xì)胞連接蛋白(junctional protein associated with CAD,JCAD)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)研究發(fā)現(xiàn),Matrigel基底膜上的內(nèi)皮細(xì)胞自我網(wǎng)格形成能力下降,這是因?yàn)镴CAD通過(guò)激活YAP使內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙,從而抑制血管的生成。WANG等[2]的一項(xiàng)研究表明,YAP在頸動(dòng)脈狹窄過(guò)程中介導(dǎo)血管重塑,在頸動(dòng)脈損傷后YAP表達(dá)明顯增加,而YAP缺失減弱了損傷所誘導(dǎo)的新內(nèi)膜形成。血管新生參與了局部缺血導(dǎo)致的血管重塑,從而恢復(fù)了該部位的血液再灌注。Hippo-YAP通路對(duì)于調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的存活、增殖和遷移至關(guān)重要[22]。NAKAJIMA等[23]發(fā)現(xiàn)斑馬魚(yú)中的YAP突變使血管喪失穩(wěn)定性。既往國(guó)內(nèi)的一項(xiàng)研究報(bào)道,血管平滑肌損傷后YAP的快速上調(diào)有效地刺激了血小板衍生生長(zhǎng)因子BB(PDGF-BB)的表達(dá),該因子可誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換[24]。FU等[25]的研究同樣支持這一結(jié)果。此外,YAP的失活可以使內(nèi)皮細(xì)胞管狀網(wǎng)格形成缺陷,這一作用是其通過(guò)降低血管生成素-2(Angiopoietin-2,Ang-2)的表達(dá)抑制纖維蛋白凝膠中內(nèi)皮細(xì)胞的發(fā)芽[26]。HU等[27]發(fā)現(xiàn)氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)可通過(guò)微小RNA-496表達(dá)抑制Hippo-YAP/ZAP蛋白的正常表達(dá),并誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙。朱寧等[28]建立頸動(dòng)脈結(jié)扎的大鼠血管重構(gòu)模型,證明Hippo信號(hào)通路在頸動(dòng)脈結(jié)扎大鼠的血管重構(gòu)模型中明顯激活,同時(shí)發(fā)現(xiàn)其可能與細(xì)胞增殖、凋亡相關(guān)的Bax/Bcl-2比值發(fā)生改變,上述兩種變化可能共同參與平滑肌細(xì)胞增殖,促進(jìn)血管重構(gòu)。
血栓烷A2受體與血管損傷后的再狹窄有關(guān),研究發(fā)現(xiàn)血栓烷A2特異性激動(dòng)劑通過(guò)激活YAP/TAZ誘導(dǎo)VSMC遷移和增殖[29]。YAP作為轉(zhuǎn)錄共激活因子,可抑制過(guò)氧化氫誘導(dǎo)克隆5基因(Hic-5)和平滑肌肌球蛋白重鏈啟動(dòng)子的活性,并誘導(dǎo)YAP下游可以控制細(xì)胞增殖的調(diào)控基因cyclin D1的表達(dá),參與血管的重塑。在動(dòng)物模型中,Hippo/YAP信號(hào)通路參與了血管再狹窄的發(fā)展。
過(guò)度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)應(yīng)激可誘導(dǎo)細(xì)胞死亡,TAKAGURI等[30]在雄性Sprague-Dawley大鼠的胸主動(dòng)脈中分離出VSCM,并對(duì)培養(yǎng)后的VSCM用衣霉素進(jìn)行處理。最終發(fā)現(xiàn),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以時(shí)間依賴性的方式顯著增加了VSMC中Caspase-3和C/EBP同源蛋白的表達(dá),使VSMC中的YAP磷酸化,從而下調(diào)YAP蛋白的表達(dá),導(dǎo)致VSMC死亡。
大量的研究表明YAP在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)的產(chǎn)生中發(fā)揮了功能性作用[31-32]。直接證據(jù)證實(shí),MST1消融可顯著增加iPSC的增殖和活力[33]。此外,敲除MST1還可提高成年皮膚成纖維細(xì)胞生成iPSC的效率,該機(jī)制涉及YAP的激活,這與YAP的增殖促進(jìn)作用一致。維替泊芬是YAP的特異性抑制劑,可通過(guò)誘導(dǎo)YAP1的構(gòu)象變化,抑制YAP1-TEAD復(fù)合物的轉(zhuǎn)錄活性[34-35]。HAN等[36]研究了YAP在中胚層細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞中的調(diào)控作用,發(fā)現(xiàn)維替泊芬抑制的YAP的核易位導(dǎo)致人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(hiPSCs)的心肌細(xì)胞分化停滯,這表明YAP在心臟分化中發(fā)揮著不可或缺的作用。
MONROE等[37]建立了活性YAP(YAP5SA)高表達(dá)的小鼠模型,一周后有19%的心肌細(xì)胞(CM)進(jìn)入S期(DNA復(fù)制期),CM數(shù)量增加了40%,這表明YAP5SA的表達(dá)誘導(dǎo)成年小鼠心肌細(xì)胞進(jìn)入增殖狀態(tài),并具有胎兒樣染色質(zhì)和轉(zhuǎn)錄活性,使心肌細(xì)胞增生和心臟肥大。microRNA(miRNA)是一組長(zhǎng)度約為18~24個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼RNA,通過(guò)對(duì)胚胎大鼠心室肌H9C2細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn),在低氧環(huán)境下,H9C2細(xì)胞中miRNA-9上調(diào)而Yap1下調(diào),而敲除miRNA-9則恢復(fù)缺氧誘導(dǎo)的H9C2細(xì)胞增殖,同時(shí)發(fā)現(xiàn)miRNA-9是通過(guò)與Yap1上3'UTR互補(bǔ)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合而發(fā)揮上述作用[38]。由于成年心臟心肌細(xì)胞再生能力有限,心肌細(xì)胞總數(shù)的逐漸減少最終引發(fā)心力衰竭[39]。YAP的激活和Hippo通路的失活都可以促進(jìn)成人心肌損傷后心肌細(xì)胞的再生,保護(hù)心功能[40-43]。
細(xì)胞凋亡和自噬參與心血管系統(tǒng)的正常發(fā)育和病理重塑。在心肌缺血/再灌注(I/R)損傷和心肌病中均觀察到心肌細(xì)胞凋亡[44-47],最終導(dǎo)致心力衰竭。MST1是細(xì)胞凋亡的公認(rèn)啟動(dòng)子[48],在調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的生長(zhǎng)與死亡中起重要作用。敲除MST1和轉(zhuǎn)基因研究的結(jié)果表明,MST1促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡,但抑制心肌細(xì)胞自噬[49-52]。MST1的NH2末端是其激酶結(jié)構(gòu)域;而COOH末端是其二聚結(jié)構(gòu)域,包括Salvador/RASSF/Hippo(SARAH)結(jié)構(gòu)域。目前在MST1上發(fā)現(xiàn)五個(gè)磷酸化位點(diǎn):MST1上的蘇氨酸183和酪氨酸433磷酸化導(dǎo)致MST1活化,而蘇氨酸120、387和絲氨酸438位點(diǎn)則導(dǎo)致MST1抑制。RASSF(Ras-association domain family,Ras相關(guān)結(jié)構(gòu)域家族)蛋白在SARAH域結(jié)合MST1,使MST1二聚化,增強(qiáng)其功能活性[53]。雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體2(mTORC2)在SARAH域中的絲氨酸438處使MST1磷酸化,從而降低活性。在心臟中,RASSF1亞型A(RASSF1A)與MST1相互作用并使其激活,從而促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡并抑制成纖維細(xì)胞增殖。MST1被抑制后可促進(jìn)心肌細(xì)胞自噬,從而防止心肌缺血后心臟重塑和功能障礙[54-56]。另一項(xiàng)研究表明,敲除MST1可以抑制心肌細(xì)胞壞死和心肌纖維化的發(fā)展[57]。MST1激活可抑制成纖維細(xì)胞增殖[58],后者的增殖促進(jìn)心肌缺血性損傷和心力衰竭的發(fā)展[59-60]。腫瘤壞死因子α(TNF-α)是心臟纖維化的促炎因子[58-59]。在成纖維細(xì)胞中,MST1激活會(huì)降低TNF-α表達(dá),從而抑制心肌肥厚和纖維化[58]。免疫共沉淀研究表明,MST1是心肌細(xì)胞中肌鈣蛋白(cTn)I的調(diào)節(jié)劑[61]。具體而言,MST1在四個(gè)殘基(蘇氨酸31、51、129和143)處結(jié)合cTnI并使其磷酸化,磷酸化的cTnI結(jié)合能力下降,最終使心肌細(xì)胞收縮功能下降。最近的研究發(fā)現(xiàn),脂多糖可以下調(diào)Yap表達(dá)[62],而Yap過(guò)度表達(dá)可以維持心臟功能并減輕心肌細(xì)胞死亡[63]。
高血壓病時(shí),血管內(nèi)皮細(xì)胞的應(yīng)力和生物力學(xué)拉伸增加,發(fā)生血管重塑。WANG等[64]將人臍動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞(HUASMC)接種在Matrigel涂層的硅樹(shù)脂中,并對(duì)細(xì)胞進(jìn)行生物力學(xué)拉伸,觀察到通過(guò)生物力學(xué)拉伸可以下調(diào)YAP的磷酸化,誘導(dǎo)YAP/TAZ的活化和核定位,發(fā)揮促增殖和抗凋亡活性。
各種原因?qū)е碌男氖液筘?fù)荷增加(PO)可促進(jìn)心臟肥大,以維持血壓和心輸出量,但最終導(dǎo)致心力衰竭,心肌細(xì)胞死亡增加。WW45(WW45cKO)是一種可以通過(guò)HIPPO信號(hào)通路上游激酶Mst1/2誘導(dǎo)LATS激活的支架蛋白,IKEDA等[65]敲除小鼠的WW45,并制作主動(dòng)脈縮窄、增加心肌后負(fù)荷水平的動(dòng)物模型,這些小鼠的心肌細(xì)胞核中顯示出較高YAP水平。與對(duì)照組相比,WW45cKO小鼠的LV功能障礙更為嚴(yán)重,表現(xiàn)為L(zhǎng)VEF的降低和LV舒張末期容積的增大?;蚍治霭l(fā)現(xiàn),這些小鼠促進(jìn)心肌細(xì)胞分化的基因下調(diào)。
BYUN等[66]敲除小鼠特異性雜合YAP基因(YAP-CHKO),同時(shí)制作心肌后負(fù)荷水平增加的模型,通過(guò)與對(duì)照組比較,YAP通過(guò)RAS同源基因家族成員A(RhoA)依賴的機(jī)制被激活,使心肌細(xì)胞適應(yīng)性肥大,保護(hù)了心臟免受壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的功能障礙。WU等[67]的研究也支持上述研究結(jié)論。Akt信號(hào)被證明可調(diào)節(jié)心臟肥大,有研究證明心肌細(xì)胞中YAP和Akt之間存在聯(lián)系[68-70],BYUN等[66]發(fā)現(xiàn),在缺乏YAP的心臟中,對(duì)急性壓力超負(fù)荷的反應(yīng)導(dǎo)致Akt激活,并提示YAP在這種情況下介導(dǎo)Akt信號(hào)傳導(dǎo),調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的肥大。
肺動(dòng)脈高壓的特征是血管收縮和肺血管異常重塑,這些改變使肺動(dòng)脈壓力逐漸升高。包含膠原蛋白,蛋白聚糖,層黏連蛋白和纖連蛋白等分子的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)在血管壁中變硬和增厚是血管重塑的主要過(guò)程。Dupont通過(guò)對(duì)人乳腺上皮細(xì)胞中YAP/TAZ轉(zhuǎn)錄活性的研究發(fā)現(xiàn)高硬度ECM通過(guò)對(duì)YAP下游靶基因的激活發(fā)揮作用,同時(shí)肺動(dòng)脈外膜成纖維細(xì)胞在非軟質(zhì)基質(zhì)中培養(yǎng)后,YAP表達(dá)較高[22]。其發(fā)生機(jī)制目前認(rèn)為是黏附到ECM的細(xì)胞在肌動(dòng)蛋白和微管細(xì)胞骨架重組的參與下減弱LATS1/2的活性,進(jìn)而激活YAP[71]。核細(xì)胞骨架還通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)參與YAP激活,這一過(guò)程通過(guò)Nesprin-SUN蛋白復(fù)合物直接與胞質(zhì)的F-肌動(dòng)蛋白相連[72-73]。整合素結(jié)合ECM和機(jī)械拉伸刺激,通過(guò)Src-PI3K-PDK1途徑增加YAP活性[74]。
在主動(dòng)脈瘤中,VSMC凋亡直接導(dǎo)致主動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)的破壞[75]。YAP缺乏會(huì)增加體外靜態(tài)條件下VSMC的凋亡[76]。LI等[77]發(fā)現(xiàn),在Stanford A型主動(dòng)脈夾層患者的升主動(dòng)脈壁VSCM中的YAP表達(dá)降低。在小鼠的動(dòng)物模型中也觀察到類(lèi)似現(xiàn)象。最新的研究發(fā)現(xiàn)Hippo-YAP信號(hào)通路也參與主動(dòng)脈瓣鈣化的過(guò)程中[1]。
動(dòng)脈粥樣硬化(AS)是一種動(dòng)脈壁的慢性炎性疾病,是最常見(jiàn)的血管疾病之一[78-79]。越來(lái)越多的證據(jù)表明內(nèi)皮細(xì)胞損傷引起的細(xì)胞凋亡在AS的發(fā)展和發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用[80-81]。內(nèi)皮細(xì)胞激活啟動(dòng)血管炎癥進(jìn)程,血液中單核細(xì)胞通過(guò)黏附到激活的內(nèi)皮細(xì)胞,吞噬脂質(zhì)后轉(zhuǎn)化為巨噬細(xì)胞,隨后可能發(fā)展為動(dòng)脈粥樣硬化。YAP可以作為機(jī)械力傳導(dǎo)感受器將機(jī)械力信號(hào)傳導(dǎo)入內(nèi)皮細(xì)胞使其激活,誘導(dǎo)動(dòng)脈粥樣硬化形成。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí),Hippo通路中活化的MST1促進(jìn)巨噬細(xì)胞凋亡,同時(shí)抑制巨噬細(xì)胞自噬,可直接介導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化[82]。Apo E-/-的小鼠行左頸總動(dòng)脈部分結(jié)扎術(shù)導(dǎo)致嚴(yán)重的動(dòng)脈粥樣硬化,研究發(fā)現(xiàn)小鼠有明顯的YAP/TAZ激活[83]。XU等[84]通過(guò)小鼠的動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn),動(dòng)脈粥樣硬化多發(fā)生于主動(dòng)脈弓和動(dòng)脈的分叉處,但在胸主動(dòng)脈中發(fā)生較少,他們研究發(fā)現(xiàn)湍流導(dǎo)致YAP/TAZ激活,而層流通過(guò)LATS1/2降低YAP的磷酸化,同時(shí)減少了YAP的核定位和YAP靶基因如:富含同型半胱氨酸的蛋白61(Cyr61)、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)、生存素(Birc5)、錨蛋白重復(fù)域1(ANKRD1)等的表達(dá),從而抑制YAP的活性發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化作用[84]。CHITRAGARI等[85]用免疫印跡分析法通過(guò)對(duì)HUVEC研究發(fā)現(xiàn),暴露于穩(wěn)定的層流中,磷酸化的YAP水平明顯降低。WANG等[83]的研究同樣支持上述觀點(diǎn)。PETER等[21]的研究證明JCAD對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞中的Hippo信號(hào)起負(fù)調(diào)控作用,JCAD通過(guò)與LATS2激酶相互作用激活YAP。最新的一項(xiàng)通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞在體內(nèi)和體外的研究發(fā)現(xiàn),整合素α5β1及其下游激酶c-Abl的激活使血流剪切力(oscillatory shear stress,OSS)介導(dǎo)的YAP磷酸化,并核易位,使內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙從而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的形成[86]。XIAO等[87]發(fā)現(xiàn)敲除VSCM中組織因子途徑抑制物-1(TFPI-1)(ApoE-/-)的小鼠,TFPI-1和血管動(dòng)蛋白(AMOT)之間的相互作用明顯降低,通過(guò)這一作用使YAP的磷酸化水平降低,進(jìn)而增加了細(xì)胞核中YAP的含量并導(dǎo)致其靶基因上調(diào),促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移,導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展。XU等[88]對(duì)HUVECs的研究發(fā)現(xiàn),血管樣蛋白4(vestigial-like 4,VGLL4)通過(guò)Hippo-YAP通路減輕了氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、炎癥和功能障礙,并抑制了細(xì)胞凋亡,從而減慢動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程。
Hippo-YAP信號(hào)通路是目前十分熱門(mén)的一個(gè)研究項(xiàng)目,不僅因其能夠調(diào)控細(xì)胞增殖、凋亡,更重要的是它和其他信號(hào)通路之間有著很大的聯(lián)系,能夠調(diào)節(jié)人體內(nèi)很多反應(yīng)。目前對(duì)Hippo-YAP通路的研究更多地局限在腫瘤細(xì)胞中,隨著研究的深入,不僅可以為人們了解心血管疾病的發(fā)病機(jī)制提供更多的理論基礎(chǔ),而且可能為心血管疾病的預(yù)防和靶向治療帶來(lái)新的思路。