LATS的結構、作用以及與消化道腫瘤相關性的研究進展*

李迎澤，賈彥彬

(包頭醫(yī)學院基礎醫(yī)學與法醫(yī)學院，內蒙古 包頭 014040)

大腫瘤抑制激酶(large tumor suppressor kinase，LATS)于1995年在黑腹果蠅體內通過嵌合體篩選法篩選、發(fā)現(xiàn)、鑒定并命名，并在隨后的研究中被證實在人體內也存在這一激酶，包括LATS1和LATS2。LATS是Hippo信號通路中的核心成員，在維持細胞動態(tài)平衡過程中發(fā)揮著非常重要的作用。LATS在人體內可以起到抑制腫瘤細胞增殖，促進腫瘤細胞凋亡的作用，在消化道腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起到重要的抑制作用[1-2]。筆者現(xiàn)就LATS的結構、在人體內的作用以及與消化道腫瘤的相關性綜述如下。

1 LATS的結構

LATS1和LATS2高度同源，屬于相對保守的絲氨酸 / 蘇氨酸蛋白激酶。LATS1和LATS2均在C末端包含有疏水基序列，在疏水基序列之前有一段長約300個氨基酸的激酶催化結構域，具有廣泛的序列相似性(約85 %相似)，參與絲氨酸 / 蘇氨酸激酶的激活和蛋白的結合[1]，在低保守性的N末端則有兩段較為保守的區(qū)域：LATS保守區(qū)域1(LATS conserved domain 1，LCD1)和LATS保守區(qū)域2(LATS conserved domain 2，LCD2)，這兩段序列是LATS1和LATS2在機體的調控過程中發(fā)揮正常功能所必須的，在LATS激酶發(fā)揮抑癌作用中起到必不可少的功效。以往認為其可以通過細胞之間的接觸來激活，負調控細胞的增殖過程，但是其功能機制尚未完全闡明。同時，LATS在N末端還包含有一個泛素結合區(qū)域 (ubiquitin-associated domain，UBA)，可以與泛素化蛋白結合，參與泛素化，在LATS的激活過程中發(fā)揮一定的作用[3-6]。LATS1和LATS2還擁有同樣特殊的PPxY基序(P為脯氨酸Proline；Y為酪氨酸Tyrosine；x為任一氨基酸)，其中LATS1編碼兩個PPxY基序，而LATS2編碼一個PPxY基序，這些基序可以與Yes相關蛋白(Yes-associated protein，YAP)和PDZ結合結構域轉錄共激活因子(transcriptional coactivator with PDZ-binding motif,TAZ)及其他Hippo信號通路中的含有WW結構域的成員結合形成復合體，從而發(fā)揮生物學效應[1,3-4]。此外，在LATS1和LATS2的整個結構中還各自有自己獨有的部分，比如LATS1的N末端236 - 266個氨基酸處含有富含脯氨酸的結構域(P-stretch)，該區(qū)域的功能可能與蛋白質之間的相互作用有關，并且可能起到抑癌作用；而LATS2在靠近N末端有獨特的PAPA重復序列，該區(qū)域會出現(xiàn)脯氨酸和丙氨酸交替出現(xiàn)的現(xiàn)象，共有7次重復，在體內可以介導特異蛋白之間的作用，以此來完成對細胞增殖的負反饋調節(jié)[1]。在LATS1和LATS2上還有許多磷酸化位點，通過磷酸化來實現(xiàn)激酶的激活，并在體內的不同組織中表達出來。LATS1在外胚層起源的一些組織中表達較為顯著，如卵巢或者神經上皮等，而LATS2則在中胚層起源的組織中表達較強，如在心臟的表達要高于LATS1。

2 LATS的作用

2.1調控細胞周期作用 LATS在人體內能夠調控細胞周期，以此來維持機體的正常功能。磷酸化的LATS1一般存在于有絲分裂的前、中期，而在有絲分裂后期及末期時，LATS1進行去磷酸化，在正常機體內，可以使細胞的周期停滯在G2-M期，調節(jié)細胞周期蛋白A(Cyclin A)和細胞周期蛋白B(Cyclin B)的水平從而抑制細胞的增殖生長。在細胞周期的早期，LATS1磷酸化后其N端的特定區(qū)域與Cdc2蛋白相結合，形成細胞周期蛋白依賴性激酶1(cyclin-dependent kinase 1，CDK1)，然后通過對Cdc2蛋白進行負調控來發(fā)揮抑制腫瘤的作用，LATS1和Cdc2的結合數(shù)量會隨著細胞周期的進行而逐漸減少，到G0期時不再結合[7]。在敲除小鼠LATS1的基因后，可觀察到小鼠體內發(fā)生有絲分裂缺陷，染色體錯位，中心體過度重疊等多種現(xiàn)象，并且最終誘發(fā)小鼠惡性腫瘤的發(fā)生。LATS2則是被定位于中心體，在細胞周期過程中不同于LATS1，主要作用于細胞周期的G1-S期和G2-M期，通過與中心體AuroraA、Aurora B等激酶的相互作用，維持有絲分裂的穩(wěn)定性，并且能保持中心體的完整[8]，達到對細胞周期調控的作用。

此外，LATS1還可以通過調節(jié)促細胞凋亡蛋白Bax的表達來促進細胞凋亡，LATS1也可以誘導P53蛋白在G1-S期分界點阻止有絲分裂四倍體細胞的形成，參與紡錘體的形成并促進細胞凋亡，維持細胞周期的平穩(wěn)運行；LATS2則會通過調節(jié)抗細胞凋亡蛋白Bcl-XL、門冬氨酸特異的胱氨酸蛋白酶3(Caspase3)和Bcl-2等蛋白的表達水平來促進細胞凋亡[8-10]。

2.2抑癌作用 LATS作為腫瘤抑制因子，在Hippo信號通路中可以通過磷酸化后完全顯示出自身的激酶活性，在體內完成抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用。當Hippo信號通路的上游蛋白分子或者腫瘤細胞信號傳遞進來時，MST 1 / 2激酶首先會形成一個同源二聚體，激活LATS 1 / 2，使其磷酸化后，與下游的效應蛋白YAP和TAZ特異性地結合，從而發(fā)生一系列的生物學效應和級聯(lián)反應，抑制下游靶基因的表達，達到抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用[11]。在Hippo通路中，MOB1、WW45等也可以直接或者間接地對LATS的磷酸化起到一定的作用，激活LATS發(fā)揮抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的功能。大量的研究證明，在乳腺癌、胃癌、宮頸癌、星形細胞癌等惡性腫瘤中，LATS是處于低表達或者缺失的狀態(tài)[12-14]。所以，當LATS在Hippo信號通路中與其他的蛋白因子作用異常后發(fā)生低表達的現(xiàn)象，最終會導致腫瘤的發(fā)生，而過表達的LATS則會對惡性腫瘤產生抑制作用。

此外，有研究還發(fā)現(xiàn)LATS不僅僅是作為Hippo信號通路的組成部分發(fā)揮抑制惡性腫瘤的作用，還可以獨立于Hippo信號通路之外，與其他蛋白因子或者信號通路產生一定的聯(lián)系，從而抑制惡性腫瘤。研究發(fā)現(xiàn)，LATS在體內可以通過多種途徑同血管生成素(angiogenin，ANG)相互作用，以達到抑制惡性腫瘤效果。首先，血管生成素可以以SAV1作為支架激活LATS；其次，LATS可以通過與MOB1結合，在體內發(fā)揮抑癌的作用；同時血管生成素還可以通過將F-肌動蛋白(F-actin)與LATS相結合，影響聚合作用，LATS表達的增強會減弱細胞黏附遷移，從而影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展[9,15-16]。以往的研究發(fā)現(xiàn)，CDK1除了在調控細胞周期中起著至關重要的作用，CDK1的磷酸化基序處還能與異構酶Pin1D的WW結構域相互作用，并抑制其凋亡，影響惡性腫瘤的發(fā)生過程，所以CDK1-LATS-Pin1信號軸對于LATS在體內發(fā)揮抑制腫瘤的功能也起到關鍵的作用[17]。LATS也可以對抗轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)介導的細胞阻滯，參與到腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，并且已經被證實在肝臟的發(fā)育期間LATS與TGF-β信號是相關聯(lián)的[18]。LATS還與經典的Wnt通路有關，它可以通過與β-連環(huán)蛋白(β-catenin)相互作用，抑制Wnt信號通路，從而影響惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展；同時也有研究證實信號通路FAK-Src-PI3K可以與LATS相互作用，起到影響惡性腫瘤的效果[19-20]。另外有一些研究還證實LATS2與核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)傳導有關，而NF-κB是一種重要的核轉錄因子，與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及耐藥性有密切的關聯(lián)[21]。

2.3調控細胞骨架動力學和細胞遷移作用 LATS可以與多種細胞的骨架蛋白相互作用，調控骨架蛋白激酶的活性，在一些肌動蛋白和微管蛋白骨架的作用下發(fā)生細胞遷移，這一作用在介導腫瘤的轉移等過程中起到很重要的作用。如LATS1就可以在肌動蛋白聚合的過程中與斑聯(lián)蛋白相結合，并且與一種存在于細胞骨架中的絲氨酸/蘇氨酸激酶-單絲氨酸蛋白激酶1(LIM domain kinase 1，LIMK1)抗體共定位，以此抑制LIMK1蛋白激酶活性，解聚微管蛋白，參與到惡性腫瘤細胞的遷移侵襲過程中[22]；同時LATS2還可以與Ajuba結合，將γ微管蛋白引導到中心體[22-23]。有實驗表明，LATS2基因的敲除會增強致癌H-RasV12依賴的細胞遷移。因此，LATS對肌動蛋白的調控以及對細胞遷移的調節(jié)在機體內發(fā)揮了重要的生物學功能。

2.4維持蛋白質穩(wěn)定性作用 最近的研究證據(jù)表明，LATS可以通過靶向泛素化途徑調控蛋白質的穩(wěn)定性。比如，LATS1在381位點絲氨酸上磷酸化YAP后，隨后YAP的磷酸化降解決定子被酪蛋白激酶1(casein kinase,CK1)所磷酸化，通過E3連接酶關鍵成員SCF-βTRCP(Skp1-cullin1-F-box-β-transducing repeat-containing protein,SCF-βTRCP)泛素化并且靶向降解YAP[24]。ITCH和NEDD4作為E3泛素的連接酶，也已經被證實可以通過與LATS的相互作用來影響蛋白質的穩(wěn)定性[25]。此外，一些其他蛋白的穩(wěn)定性也受LATS的影響，諸如p53，凋亡蛋白 bcl-2、bcl-XL等[10]。

2.5其他作用 LATS在體內還可以起到調節(jié)轉錄、調控組織器官大小等作用。LATS可以磷酸化細胞質中的YAP / TAZ，使其分離，不再能移位聚集到細胞核上，結合各自的轉錄因子(如TEAD、PPARγ等)并激活它們，以此調節(jié)不同的基因轉錄[3-4]。LATS2可以與雄激素受體轉錄因子直接結合，參與調控包括PSA等多個基因轉錄的過程。另外，LATS2還可以通過調控AKT等因子的磷酸化直接影響心肌大小的調控[26]。總之，LATS在機體活動中承擔著很重要的角色，機制復雜，功能多樣，還有可能具有其他的作用有待發(fā)現(xiàn)。

3 LATS與消化道腫瘤的相關性

在全球范圍內，消化系統(tǒng)腫瘤無論是發(fā)病率還是死亡率，均在惡性腫瘤中占比最高。據(jù)世衛(wèi)組織的統(tǒng)計，消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病率可以達到所有腫瘤的三分之一，而因消化道腫瘤死亡的人數(shù)雖然有所趨緩，但是總體死亡率還在不斷地上升[27]。由于消化系統(tǒng)腫瘤的患者早期癥狀輕、診斷方法少，很大一部分患者在發(fā)現(xiàn)時已經屬于腫瘤發(fā)展的中晚期，這就導致了患者在臨床治療過程中不能及早地使用有效手段干預，從而致使患者預后較差，5年生存率大大降低。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，LATS與消化道腫瘤的發(fā)生發(fā)展關聯(lián)，無論是蛋白或者mRNA在消化道腫瘤的表達情況，還是單核苷酸多態(tài)性與消化道腫瘤的關系，都已經證明了LATS在消化道腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程中起到了非常重要的作用。

3.1LATS與肝癌的關系 在肝癌的患者中，LATS在體內的蛋白表達和mRNA表達均處較低水平[18,28]。Lee等[18]做了針對肝癌與LATS關聯(lián)性的實驗，他們將LATS基因敲除后，發(fā)現(xiàn)正常的肝臟發(fā)育受到了破壞，體內的肝細胞核因子-4α(Hepatocyte nuclear factor 4α，Hnf4α)表達降低，使肝母細胞的分化能力減弱，導致了肝癌的發(fā)生，證明了LATS可以抑制肝癌的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)miR-103在肝癌的發(fā)生發(fā)展中起到了重要的作用[29]，且LATS2是miR-103的潛在靶基因。miR-103可以通過抑制LATS2而促進肝細胞肝癌的侵襲轉移[30]。此外，與正常肝組織相比，LATS2在肝癌組織中表達下降；同時，LATS2還與肝癌的TNM分期和腫瘤大小呈負相關[30]。在另一項研究中發(fā)現(xiàn)miR-195可通過靶向上調LATS2的表達促進肝癌細胞凋亡，Anti-miR-195則可以抑制LATS2的表達，促進肝癌的發(fā)生發(fā)展[31]。Shen等[10]通過研究發(fā)現(xiàn)LATS2單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)rs7317471與肝癌的發(fā)病以及預后均關聯(lián)，可能是預測肝癌預后的潛在生物標志物。

3.2LATS和食管癌的關系 LATS在食管中主要表達在食管黏膜鱗狀上皮細胞的基底層，陳小龍等[32]在食管癌的研究中發(fā)現(xiàn)，在食管癌的組織中，LATS的蛋白和mRNA的表達水平要顯著低于癌旁正常組織，并且與食管癌的臨床TNM分期有相關性。羅駿等[33]通過慢病毒轉染技術發(fā)現(xiàn)，過表達的LATS可以導致YAP和BCL2表達降低，使腫瘤細胞增殖減弱，促進食管癌細胞的凋亡。研究還發(fā)現(xiàn)，miR-373可以下調LATS2的表達參與食管癌的抑制過程[34]。

3.3LATS和胃癌的關系 在正常胃組織中，LATS可以促進細胞周期和凋亡，抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，通過對胃癌組織、癌旁組織、正常胃組織的對比研究發(fā)現(xiàn)，從胃癌到正常的胃組織中LATS的mRNA和蛋白的水平呈現(xiàn)逐步增加的趨勢，并且在胃癌組織中LATS的表達水平越低，腫瘤直徑就會越大、臨床TNM分期越晚、淋巴結發(fā)生轉移及分化程度越低[35]。Choi等[36]將LATS基因敲除后，發(fā)現(xiàn)YAP的表達會隨之增加，從而誘導胃癌的發(fā)生。一些微小RNA可以直接作用于LATS2的非翻譯區(qū)，以此抑制其轉錄過程，促進胃癌細胞的增生[37]。Ma等[14]則通過病例對照關聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，LATS2基因SNP rs9393175與非賁門胃癌的發(fā)病風險相關，并且認為攜帶AG基因型要比攜帶GG+AA型發(fā)病風險低。

3.4LATS與大腸癌的關系 與正常腸組織相比，LATS在大腸癌組織中的蛋白和mRNA的表達水平下調。如果將LATS基因敲除后，可誘導下游YAP、TAZ等表達水平下降，使杯狀細胞分化加快，活性增加，隱窩細胞也不斷增殖，導致大腸癌的發(fā)生和發(fā)展[38]。Yamashita等[39]發(fā)現(xiàn)LATS2作為miR-372的靶基因參與了大腸癌的發(fā)??；同時，LATS2的低表達和肝轉移相關聯(lián)。Ragusa等[40]報道，在直腸癌細胞株中，miR-135b能夠下調LATS2的表達，導致大腸癌細胞株增殖加快。

3.5LATS與胰腺癌的關系 研究發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌細胞系和胰腺癌組織中LATS的蛋白和mRNA表達水平是降低的。LATS對YAP的磷酸化限制了它在細胞質中的細胞定位并降低了蛋白質的穩(wěn)定性，如果將LATS基因敲除后，則YAP表達增高，促進胰腺癌的發(fā)生發(fā)展[41-42]。

4 小結與展望

LATS作為Hippo中的重要組成部分，無論是LATS1還是LATS2，在人體內對維持細胞穩(wěn)態(tài)，下游靶基因的磷酸化修飾，調節(jié)細胞周期、分化、遷移，調節(jié)轉錄，影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展及控制器官的大小等都有著至關重要的作用[43-44]。近年來，消化道腫瘤正日趨成為高發(fā)疾病，死亡率也在隨著發(fā)病率增長的同時不斷地增長[45]。因此，消化道腫瘤的基礎研究與臨床研究就更顯緊迫。LATS作為一種抑癌因子，闡明其在消化道腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中的相關變化和起到的作用，以及其與預后的關系，將為消化道腫瘤的早期診斷、治療以及預后提供新的生物學標志物和思路。