活性氧與Hippo通路交互作用介導(dǎo)細(xì)胞行為的研究進(jìn)展

于 暉，王浩辰，黃天宇，滿 毅，向 琳

Hippo信號(hào)通路最初是在果蠅中被發(fā)現(xiàn)的，在細(xì)胞的增殖、分化和凋亡等多種生命進(jìn)程均發(fā)揮著重要作用[1]，例如，有研究發(fā)現(xiàn)其上游的哺乳動(dòng)物絕育20樣激酶1(mammalian sterile 20-like kinase1，MST1)蛋白的缺失可導(dǎo)致明顯的過度生長表型[2]。Hippo通路被激活時(shí)，其上游的MST1/2及其共因子含WW結(jié)構(gòu)域的人同源重組蛋白1(salvador family WW domain-containing protein1，SAV1)被活化，隨后大腫瘤抑制因子(large tumor suppressor1/2，LATS1/2)及其調(diào)節(jié)蛋白Mps一結(jié)合者激酶激活因子1A/B(Mps One Binder kinase activator-like1A/B，MOB1A/B)被激活，并進(jìn)一步使下游效應(yīng)蛋白Yes相關(guān)蛋白(Yes-associated protein，YAP)和具有PDZ結(jié)合域的轉(zhuǎn)錄共刺激因子(transcriptional coactivator with a PDZ-binding motif，TAZ)被磷酸化轉(zhuǎn)位出核，隨之滯留于細(xì)胞質(zhì)中或被蛋白酶降解，最終使YAP/TAZ與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄過程受阻，從而影響細(xì)胞功能[3]，影響器官發(fā)育、內(nèi)穩(wěn)態(tài)和再生等進(jìn)程。

生物體內(nèi)廣泛存在著氧化還原反應(yīng)，在正常生理?xiàng)l件下，氧化作用和抗氧化作用之間維持著微妙的平衡，而當(dāng)機(jī)體內(nèi)的活性氧(reactive oxygen species，ROS)自由基的代謝發(fā)生異常時(shí)，這一平衡被打破且向氧化狀態(tài)傾斜，即出現(xiàn)氧化應(yīng)激。對于氧化應(yīng)激的研究一直存在爭議，但大部分學(xué)者認(rèn)為它是引起多種人體疾病的原因，而抗氧化則可維持健康。雖然高濃度的ROS是有害的，但在生理?xiàng)l件下，ROS作為重要的信號(hào)因子，在細(xì)胞存活、凋亡、自噬等細(xì)胞生物進(jìn)程中扮演著極其重要的角色[4]。在氧化還原狀態(tài)發(fā)生變化的過程中，除了造成氧化損傷外，對細(xì)胞信號(hào)的改變亦有明顯影響。

近年來大量研究表明，ROS與Hippo通路可通過多種中間因子相互作用，介導(dǎo)不同的生物學(xué)效應(yīng)。因此，本文主要討論近期研究揭示的Hippo通路與ROS信號(hào)在生物學(xué)過程中的交互作用，并分析其引起細(xì)胞凋亡、自噬、腫瘤細(xì)胞遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等生物學(xué)效應(yīng)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展。

1 Hippo信號(hào)通路在多種生物學(xué)進(jìn)程中的作用

越來越多的研究揭示了Hippo通路參與生物效應(yīng)的潛在機(jī)制，其可接受來自細(xì)胞微環(huán)境的各種上游信號(hào)的刺激，通過影響不同轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控多種下游靶基因的表達(dá)，最終復(fù)雜調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、自噬和腫瘤細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等多種生物學(xué)進(jìn)程。

1.1 細(xì)胞凋亡

YAP與細(xì)胞凋亡之間存在復(fù)雜的雙重關(guān)系。有研究表明，YAP能以一種p73依賴的方式促進(jìn)細(xì)胞凋亡[5]。在DNA損傷和腫瘤形成時(shí)，核內(nèi)YAP可通過與p73相互作用，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。此外，當(dāng)血細(xì)胞DNA受損時(shí)，酪氨酸激酶c-Abl可進(jìn)入細(xì)胞核并磷酸化YAP，而磷酸化的YAP又可與p73結(jié)合，上調(diào)促凋亡基因如Bax[6]、DR5[7]等的轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

而與此相反，大多數(shù)臨床試驗(yàn)證明YAP具有促癌作用。YAP在肺腫瘤[8]和胰腺腫瘤中均可過表達(dá)[9-10]，與此一致，另有研究表明YAP過表達(dá)可顯著抑制胰腺癌[11]和肺癌[12]細(xì)胞的凋亡，從而使腫瘤生長速度加快，并致使患者病情惡化、生存率下降。然而，YAP在腫瘤進(jìn)展中由于何種因素起到促進(jìn)或抑制作用，其具體機(jī)制目前仍有待進(jìn)一步研究。

1.2 自噬

自噬過程通過囊泡包裹細(xì)胞中錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器，隨后與溶酶體融合形成自噬溶酶體，從而將內(nèi)容物消化降解并將分解產(chǎn)物進(jìn)行循環(huán)利用，對于維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定起著重要的作用。Hippo信號(hào)通路的關(guān)鍵蛋白YAP可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬參與調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展。對于三陰性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)自噬的研究在細(xì)胞水平證實(shí)了自噬響應(yīng)和YAP之間的聯(lián)系[13]，該研究發(fā)現(xiàn)，在TNBC中YAP表達(dá)明顯上調(diào)，且當(dāng)TNBC的自噬反應(yīng)開始時(shí)，YAP轉(zhuǎn)位入核，促進(jìn)目的基因的表達(dá)。此外，據(jù)Pei等[14]報(bào)道，自噬信號(hào)通路的關(guān)鍵蛋白mTOR對正常位置子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的自噬活動(dòng)的調(diào)節(jié)作用是通過YAP蛋白實(shí)現(xiàn)的，抑制mTOR蛋白的表達(dá)可使YAP表達(dá)下降。與此同時(shí)，自噬標(biāo)志蛋白比率LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ得以上調(diào)，提示YAP可能參與了mTOR-自噬通路從而參與調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜異位癥，但其具體機(jī)制尚待進(jìn)一步闡明。

1.3 腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移

在一些胰腺癌患者中，YAP在轉(zhuǎn)移部位的表達(dá)高于原發(fā)部位[15]，這一現(xiàn)象提示YAP可能與腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。Jin等[16]通過體內(nèi)研究證明，在高度惡性腫瘤非小細(xì)胞肺癌中，高表達(dá)YAP患者的總生存期明顯比低表達(dá)YAP患者的要短，體外研究發(fā)現(xiàn)，去甲基化酶ALKBH5可通過抑制YAP的表達(dá)及活性，從而負(fù)向調(diào)節(jié)YAP活動(dòng)，最終抑制腫瘤的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)換及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；而異常的YAP/TAZ活性促進(jìn)腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的作用與其和TEAD家族轉(zhuǎn)錄因子的相互作用密切相關(guān)[17]。目前相關(guān)研究的短板在于：一方面，大多數(shù)研究沒有區(qū)分核內(nèi)和細(xì)胞質(zhì)YAP；另一方面，對于Hippo通路在癌癥轉(zhuǎn)移中機(jī)制的體內(nèi)研究相對缺乏，在后續(xù)的工作中，我們也將更加關(guān)注體內(nèi)方面的研究進(jìn)展。

2 氧化還原信號(hào)在生物學(xué)效應(yīng)中的作用

氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用之間偏向前者的失衡，會(huì)引起中性粒細(xì)胞的炎性浸潤，并使細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到破壞?；钚匝踝鳛檠趸瘧?yīng)激的關(guān)鍵組成部分，主要包括氧自由基以及未配對電子的原子或小分子[18]。高濃度的ROS可引起與許多疾病相關(guān)的氧化損傷甚至致癌，在生物體內(nèi)，過氧化氫酶可分解細(xì)胞代謝過程產(chǎn)生的過氧化氫，從而防止細(xì)胞受到過量過氧化氫的損傷[19]；然而，適當(dāng)水平的ROS亦被證明是正常細(xì)胞存活所必需的，可以通過激活不同的信號(hào)蛋白從而發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)作用。

2.1 細(xì)胞凋亡

近年來，對于ROS在細(xì)胞凋亡中的研究層出不窮，不同學(xué)者報(bào)道了ROS誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的多條機(jī)制。例如，根據(jù)Wang等[20]的研究，樺木酸可誘導(dǎo)PC12神經(jīng)細(xì)胞中ROS的上調(diào)，隨之破壞線粒體膜電位、釋放細(xì)胞色素c并激活細(xì)胞凋亡蛋白酶-3，最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；而根據(jù)Yuan等[21]的研究，ROS則可通過誘導(dǎo)DNA損傷引起細(xì)胞凋亡，根據(jù)這一機(jī)制在腫瘤細(xì)胞中利用磁場上調(diào)ROS水平，可以起到抑瘤作用。

對ROS清除劑的研究亦證實(shí)了藥物產(chǎn)生的ROS在細(xì)胞凋亡中的作用：例如，N-乙酰半胱氨酸(N-Acetyl-L-cysteine，NAC)可通過下調(diào)ROS水平，減輕脫氧雪腐鐮刀菌烯醇誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用[22]。然而，在細(xì)胞凋亡進(jìn)程中細(xì)胞損傷與ROS產(chǎn)生的因果關(guān)系目前尚未完全闡明，即是ROS積累引起細(xì)胞損傷最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，還是細(xì)胞損傷導(dǎo)致ROS產(chǎn)生增加，仍有待進(jìn)一步研究。

2.2 自噬

線粒體和NADPH氧化酶產(chǎn)生的活性氧已經(jīng)被證明可以激活自噬，調(diào)節(jié)細(xì)胞的存活、死亡和多種人類疾病[23]。研究發(fā)現(xiàn)，多種具有ROS調(diào)節(jié)能力的藥物都被證明能通過介導(dǎo)細(xì)胞自噬活動(dòng)而達(dá)到治療疾病的效果。例如，胡桃寧可誘導(dǎo)ROS從而介導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞自噬[24]；而抗氧化劑米托蒽醌甲磺酸鹽則可抑制過度的細(xì)胞自噬，進(jìn)而治療香煙提取物引起的肺損傷，亦有可能緩解其引起的慢性阻塞性肺病[25]。微環(huán)境中ROS的含量對細(xì)胞的存活與凋亡起重要調(diào)節(jié)作用，從而有望為治療腫瘤提供新的思路。

2.3 腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移

腫瘤細(xì)胞的遷移與侵襲也受到ROS的復(fù)雜調(diào)控。例如，Li等[26]發(fā)現(xiàn)，在小鼠模型中，間歇性缺氧可通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)黑色素瘤的肺部轉(zhuǎn)移，而使用抗氧化劑處理則可以減輕氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，緩解腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。與此相反，據(jù)Jin等[27]最新研究顯示，線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運(yùn)體調(diào)節(jié)分子Ⅰ可通過促進(jìn)ROS產(chǎn)生，隨后激活Nrf2/Notch信號(hào)通路從而促進(jìn)肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲。在不同類型的腫瘤中，ROS可能通過與不同的信號(hào)通路產(chǎn)生交互作用，復(fù)雜調(diào)控腫瘤細(xì)胞的遷移，目前對這一方面的認(rèn)識(shí)尚有待進(jìn)一步研究。

3 Hippo信號(hào)與氧化還原交互作用介導(dǎo)多種分子生物學(xué)行為

大量文獻(xiàn)表明，ROS可通過多種中間信號(hào)蛋白，與Hippo通路的上游信號(hào)MST1/2及下游YAP/TAZ蛋白之間發(fā)生調(diào)節(jié)與反饋調(diào)節(jié)作用，在細(xì)胞凋亡、自噬及腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移等生物學(xué)進(jìn)程中行使功能。

3.1 細(xì)胞凋亡

近年來，有大量證據(jù)表明Hippo通路能與氧化應(yīng)激或ROS信號(hào)發(fā)生交互作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡進(jìn)程。在神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，毛殼素可促進(jìn)ROS產(chǎn)生從而介導(dǎo)YAP表達(dá)，隨后YAP通過與p73和p300蛋白的結(jié)合誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[28]。與此相反，在小細(xì)胞癌中，氯化光葉花椒堿則可通過上調(diào)ROS水平，抑制Hippo信號(hào)通路關(guān)鍵信號(hào)LATS1、Mob1和YAP的表達(dá)而促進(jìn)p-LATS1、p-Mob1和p-YAP1的表達(dá)，最終起到抗癌的作用[29]。類似地，在胃癌細(xì)胞中，WZ35能夠誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生從而抑制YAP活化，隨后介導(dǎo)下游信號(hào)分子的作用而起到抗腫瘤作用[30]。在結(jié)腸上皮細(xì)胞中，蛋白酶激活受體2(protease-activated receptor, PAR2)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可通過穩(wěn)定YAP蛋白，顯著降低ROS的產(chǎn)生和對一氧化氮誘導(dǎo)的凋亡的敏感性[31]。

3.2 自噬

在細(xì)胞自噬活動(dòng)中亦存在著Hippo信號(hào)和ROS的交互調(diào)節(jié)作用。Zhou等[32]發(fā)現(xiàn)，在肝細(xì)胞癌中YAP上調(diào)，可通過抑制小GTP酶Rac1減少ROS生成，進(jìn)而激活mTOR通路，最終誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞多重耐藥并抑制自噬相關(guān)細(xì)胞死亡。此外，褪黑素能夠通過抑制ROS積累，從而減少M(fèi)ST1的裂解，最終減少細(xì)胞自噬活動(dòng)，維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)[33]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，RASSF1A通過增強(qiáng)Hippo通路MST1蛋白的穩(wěn)定性，抑制PI3K-AKT-mTOR通路，從而增強(qiáng)自噬起始及成熟[34]。

Hippo信號(hào)通路還可通過直接調(diào)節(jié)線粒體的自噬活動(dòng)，間接影響細(xì)胞凋亡。線粒體自噬激活可減少氧化應(yīng)激損傷，防止線粒體促凋亡因子泄漏。在胃癌細(xì)胞中，YAP的缺失降低了SIRT1的表達(dá)，抑制了Mfn2介導(dǎo)的線粒體自噬，從而促使線粒體凋亡及氧化應(yīng)激[35]。YAP的缺失促進(jìn)線粒體功能障礙，表現(xiàn)為線粒體氧化應(yīng)激增加、促凋亡因子泄漏和半胱氨酸蛋白酶-9活性增加，最終介導(dǎo)肺癌細(xì)胞凋亡[36]。

3.3 腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移

Hippo與ROS在癌癥發(fā)展中亦扮演著重要角色。Nakashima等[37]研究發(fā)現(xiàn)，在口腔鱗狀細(xì)胞癌中，缺氧狀態(tài)能夠促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移并上調(diào)其干性，在此狀態(tài)下，線粒體膜電位及氧化應(yīng)激水平降低，同時(shí)YAP也被激活，這提示ROS與YAP在癌癥發(fā)生發(fā)展過程中可能存在復(fù)雜的交互調(diào)節(jié)作用。有研究表明，氧化應(yīng)激能夠激活Hippo信號(hào)通路激酶MST1/2，后者進(jìn)一步磷酸化并活化FOXO3a，最終使ΔNp63α抑瘤基因表達(dá)上調(diào)而抑制腫瘤細(xì)胞遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[38]。此外，Wang等[39]發(fā)現(xiàn)WZ35可以通過誘導(dǎo)ROS及后續(xù)的YAP活化從而抑制乳腺癌細(xì)胞的生長及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，而若減弱ROS的產(chǎn)生則可明顯抑制WZ35的這一抑瘤作用。

然而，關(guān)于Hippo與ROS交互作用調(diào)節(jié)癌癥發(fā)展的研究目前相對較少，關(guān)于二者間相互調(diào)節(jié)的具體分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步深入探究。

4 總結(jié)與討論

Hippo信號(hào)通路與氧化應(yīng)激在細(xì)胞凋亡、衰老、腫瘤轉(zhuǎn)移等多種生物學(xué)進(jìn)程中均發(fā)揮著重要作用，近年來已引起越來越多學(xué)者的關(guān)注，盡管其調(diào)節(jié)作用在不同領(lǐng)域可能存在部分爭議，本文主要對于二者之間相對明確的相互作用進(jìn)行綜述，并就其在細(xì)胞的多種生物學(xué)進(jìn)程中的重要作用展開了討論。例如，細(xì)胞氧化還原環(huán)境和Hippo信號(hào)通路關(guān)鍵分子之間的交互作用為癌癥的干預(yù)提供了潛在的治療靶點(diǎn)。此外，通過Hippo通路和氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)也可能延緩細(xì)胞衰老進(jìn)程，維護(hù)身體健康。

盡管對于二者的研究已逐漸取得了較大的進(jìn)展，但目前仍有許多問題尚待解答，例如其交互作用的具體分子機(jī)制依然比較淺顯，針對二者在臨床中實(shí)際有用的藥物亦有待進(jìn)一步研發(fā)。在未來的研究中，我們也期待并將繼續(xù)關(guān)注該領(lǐng)域的關(guān)鍵進(jìn)展。