Hippo-YAP信号通路及其在脑胶质瘤中的研究 20151125

1、Hippo-YAP信号通路及其在脑胶质瘤中的研究谢鹏1, 耿德诚1, 姜洋1 综述 周秀萍2审校1.徐州医学院研究生学院神经外科在读研究生， 地址：徐州医学院淮西校区神经系统疾病研究所 江苏 徐州 2.周秀萍，博士，院聘教授，硕导，徐州医学院神经系统疾病研究所副所长，教育部“新世纪优秀人才支持计划”培养对象，省“333”中青年科学技术带头人，省“六大人才高峰”培养对象 江苏省徐州市泉山区淮海西路84号徐州医学院西校区生化楼3楼神经外科实验室 邮箱：xpzhou摘要：恶性脑胶质瘤是最常见的原发性脑肿瘤，即使采用手术联合放、化疗等综合治疗措施，效果也不理想，发病率和致死率极高，因此，积极探寻脑胶质

2、瘤发生发展的分子机制，发现潜在的分子治疗靶点有着重要意义。Hippo-YAP信号通路是通过调控细胞增殖、凋亡和分化来调控器官大小的一个新兴信号通路，YAP是其核心效应分子，Hippo通路通过调控YAP的磷酸化和核定位来发挥作用。生理状态下，Hippo-YAP信号通路的调节处于动态平衡中，保证细胞增殖和凋亡的平衡及内环境的稳态。Hippo-YAP通路失调，尤其是YAP水平升高在人类多种肿瘤中均有发现，下调YAP抑制肿瘤细胞的增殖，提示YAP可能是恶性肿瘤潜在的治疗靶点。本文综述了Hippo-YAP信号通路组成和作用及其在脑胶质瘤中的研究，为寻找脑胶质瘤治疗新靶点提供新思路。关键词：Hippo-Y

3、AP信号通路；YAP；脑胶质瘤脑胶质瘤是最常见的原发性颅脑肿瘤，由大脑和脊髓的胶质细胞异常恶性增生所致。目前，世界卫生组织（WHO）根据脑胶质瘤的组织病理分化程度及细胞异型性特点，将胶质瘤按照恶性程度由低到高分为4个级别，1级恶性程度最低、预后最好，4级恶性程度最高、预后最差。由于恶性脑胶质瘤细胞易浸润到正常脑组织，通过手术不能完全切除，故复发率较高1。尽管对恶性胶质瘤采用了手术、替莫唑胺化疗和放疗的综合治疗，效果依然不理想，联合放化疗后一年生存率也仅为57%2，因此，积极探寻脑胶质瘤发生发展的分子机制有着重要的理论与临床意义。目前，对脑胶质瘤分子病理机制的研究，已从单个基因及其编码的蛋白到多

4、基因信号通路间交互调控的层面，为分子靶向治疗药物的研发与联合治疗提供更广阔的思路。Hippo-YAP信号通路是通过调控细胞增殖、凋亡和分化来调控器官大小的一个新兴信号通路，YAP(Yes-associated protein，即Yes相关蛋白)是其核心效应分子，Hippo信号通路激活后，通过抑制YAP的磷酸化与核转位，抑制其辅助转录的功能从而抑制细胞增殖，促进凋亡3。正常生理状态下，Hippo-YAP信号通路的调节处于精细的动态平衡中，保证细胞增殖和凋亡的平衡及内环境的稳态。许多研究发现，Hippo-YAP信号通路失调导致YAP激活，从而促进肿瘤细胞的生长，是近年来的研究热点。1. Hippo

5、-YAP信号通路组成Hippo-YAP信号通路由核心蛋白激酶模块、下游转录模块及上游调节模块三个相互连接的模块组成。Hippo-YAP信号通路最初是在果蝇中发现的，果蝇 Hippo 通路的核心蛋白激酶模块由Hpo (Hippo)、Sav (Salvador)、Wts (Warts)和 Mats 组成，它将细胞信号从细胞质膜传递到细胞核，Hpo和Sav结合后磷酸化Wts，Wts与小调节蛋白Mat结合共同磷酸化Yki（Yorkie蛋白），Yki磷酸化后失活，抑制下游因子如CyclinE (细胞周期蛋白)，DIAP1 (Drosophila inhibitor of apoptosis 1，果蝇凋亡

6、抑制蛋白1)等表达，抑制组织细胞生长4。果蝇Hippo-YAP信号通路各组成成分在哺乳动物中都有对应的分子，目前研究显示，哺乳动物Hippo-YAP信号通路核心蛋白激酶模块包括MST1/2（mammalian STE20-like protein kinase 1/2）、WW45(also called Salvador1)、LATS1/2(large tumor suppressor 1/2)、Mob1(MOB kinase activator)、YAP/ TAZ(transcriptional co-activator with PDZ-binding motif)等；下游转录模块为TEA

7、D家族中TEAD1/4等5；上游调节模块由Kibra、非典型钙连蛋白Fat、NF2（神经纤维瘤蛋白）6等组成。当核心激酶模块的MST1/2和WW45结合后，磷酸化LATS1/2，LATS1/2与Mob结合后共同磷酸化YAP/TAZ，磷酸化的YAP/TAZ滞留于胞质中被降解或与14-3-3蛋白结合，不能入核与转录因子TEAD 结合，抑制了Survivin（生存素）、CTGF（Connective Tissue Growth Factor，结缔组织生长因子) 等凋亡负性调节子转录，实现生长抑制作用，此即Hippo-YAP信号通路的激活状态；反之，未被磷酸化的YAP转位到细胞核，与TEAD家族转录因

8、子结合，调节靶基因CYR61（富含半胱氨酸蛋白61）、BIRC5（细胞凋亡抑制因子）及AREG（双调蛋白）等的转录7，此为Hippo-YAP信号通路的失活状态。因此，YAP的磷酸化水平和定位常常起到衡量Hippo通路活性的作用，Hippo通路上下游模块，通过MST1/2、WW45、LATS1/2、Mob、YAP/ TAZ等核心蛋白激酶模块相互作用，构成细胞信号从细胞质膜到细胞核的传导8（图1）。 图1. 哺乳动物Hippo-YAP信号通路。（1）主要组成：上游调节模块包括Kibra、NF2、AMOT等；核心激酶模块由MST1/2、LATS1/2和YAP/TAZ组成；下游调控模块主要为TEAD家

9、族成员。（2）Hippo通路激活状态（左），磷酸化的YAP/TAZ滞留于胞质中被降解或与14-3-3蛋白结合，不能入核与转录因子 TEAD 结合。（3）Hippo通路失活状态（右），未被磷酸化的YAP/TAZ转位到细胞核，与TEAD家族转录因子结合，调节靶基因CTGF、CYR61、AREG、AMOTL2、BIRC5等的转录，促进细胞增殖、抑制凋亡、促进细胞上皮-间质转化（EMT）和促进侵袭迁移。图来源于Hansen et al. , Trends in cell biology, 2015.2. YAP结构与功能2.1 YAP的结构YAP是Hippo信号通路核心效应分子，为65 kD富含脯氨酸

10、蛋白，1994年Sudol发现其绑定于非受体酪氨酸蛋白激酶Src家族成员c-Yes的SH3基序，并将其命名为Yes 相关蛋白，包含488个氨基酸4。后来的研究发现，YAP包含YAP1和YAP2两个变异体，大小分别为488氨基酸和472氨基酸。YAP的结构由氨基末端富脯氨酸结构域、TEAD结合区域、WW 结构域、SH3 绑定基序、14-3-3结合位点、CC 结构域、转录激活区以及羧基末端的 PDZ 绑定基序组成9（图2）。WW结构域与一些转录因子的PPxY模体结合，这些转录因子包括：p73、PTCH1等10，PDZ 绑定基序与许多跨膜蛋白和骨架蛋白的PDZ结构域相结合9，YAP的羧基末端具有转录

11、激活结构域却没有DNA结合结构域，与转录因子结合起转录共激活作用，因此被归类为转录共激活子。 图2 YAP结构组成。YAP2氨基末端P-rich (富含脯氨酸结构域)、TEAD binding（TEAD家族转录因子结合区域）、两个WW (WW结构域)、SH3 binding (SH3绑定基序)、CC (CC结构域)、transactivation (转录激活区)以及PDZ-BM (羧基末端PDZ绑定基序)组成。YAP1只含一个WW 结构域，其余结构与YAP2相同。图来源于Zhu et al. , Acta biochimica et biophysica Sinica, 2015.2.2调节细

12、胞增殖和凋亡内环境稳定主要由细胞增殖和凋亡的动态平衡来维持。Hippo-YAP信号通路激活，促进YAP磷酸化，使其滞留于胞质中，不能入核与转录因子 TEAD 结合，抑制了Survivin、CTGF、GSK3、P53等的转录；反之，未磷酸化的YAP入核，与TEAD家族转录因子结合，调节靶基因转录促进细胞的增殖和抑制凋亡5。生理状态下，Hippo-YAP信号通路的调节处于动态平衡中，保证细胞增殖和凋亡的平衡及内环境的稳态。在卵巢癌组织中，YAP呈高表达，YAP增强卵巢癌细胞对顺铂和紫杉醇等化疗药物的耐药性，入核与TEAD结合，促进卵巢癌细胞的增殖和抑制凋亡11。Baia等人报道，在人脑膜瘤中YAP

13、1呈高表达，过表达YAP1能抑制顺铂诱导的细胞凋亡，促进脑膜瘤细胞增殖和抑制凋亡12。综上所述，Hippo-YAP信号通路主要通过YAP调节细胞增殖和凋亡。2.3 调节细胞侵袭迁移细胞侵袭迁移到周围组织，需要细胞-细胞粘附结构动态的组装和拆卸，肿瘤细胞侵袭和迁移能力增强可依赖于细胞-细胞粘附减弱和细胞对细胞外基质粘附结构稳定性减弱，YAP减弱细胞间紧密连接，从而增强肿瘤细胞侵袭能力13。在肺腺癌，AMOT螯合YAP/TAZ使其滞留于胞质中并抑制入核，抑制YAP靶基因CYR61转录，增强细胞间紧密连接。CYR61可通过与整合素3、5相结合促进细胞侵袭与迁移14。有报道，在非小细胞肺癌中，ERK1

14、/2通过抑制YAP活性，并抑制其靶基因CTGF，Gli2，BIRC5转录，抑制细胞侵袭迁移15。所以，Hippo信号通路失活，YAP去磷酸化入核，促进靶基因转录，减弱细胞间紧密连接，促进细胞侵袭迁移。2.4调节上皮细胞-间质转化和细胞间接触抑制上皮细胞-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是指具有顶-底极性特征的上皮细胞失去细胞极性，失去了细胞间连接的约束，变成可以自由移动的间质细胞的过程16。在乳腺癌中，雌激素受体阴性乳腺上皮细胞（MCF-10A）YAP呈高表达，细胞接触抑制能力减弱，细胞形态发生改变，细胞间连接变得疏松，诱导上皮细胞向间质细

15、胞转化，上皮细胞标志性的E-钙粘蛋白表达下降，间质细胞标志性的N-钙粘蛋白和波形蛋白表达增高，细胞侵袭能力增强17。心脏发育过程中，YAP1与Smad2/3/4相互作用，促进间质细胞标志的Snail、Twist1、Slug分子表达，房室瓣上皮间质化，导致心肌细胞畸形发育18。YAP1与KRAS协作促进激活剂蛋白家族转录因子（AP-1）FOS转录，促进EMT，延长肿瘤生存期16。所以，YAP促进细胞发生上皮-间质转化，细胞与细胞接触抑制丧失，导致细胞畸形生长，从而使人体组织和器官呈病态发展。3. Hippo-YAP信号通路与脑胶质瘤3.1 YAP在脑胶质瘤中的表达YAP广泛存在于各种细胞（上皮细

16、胞、性腺细胞、肌肉细胞等）胞质和胞核中。但是，在绝大部分恶性肿瘤，如：乳癌、肝癌、肺癌、脑胶质瘤等中，YAP表达水平增高19，提示YAP与肿瘤的发生发展密切相关。Orr等在264胚胎及正常成人脑组织标本（包括正常非瘤脑组织和脑胶质瘤）中研究发现，成人大脑皮质YAP1表达较低，毛细胞型星型胶质瘤、儿童脑胶质瘤患者YAP1表达水平也不高，但胚胎和成人的非瘤脑组织YAP1表达有所升高，浸润型星形脑胶质瘤和少突神经胶质瘤YAP1呈高表达，是非瘤脑组织YAP1表达量的2倍。另外，低级别脑胶质瘤YAP1核阳性率不到1%，胶质母细胞瘤等高级别恶性胶质瘤YAP1胞核阳性率大于10%，且脑胶质瘤级别与YAP1蛋

17、白表达水平呈明显正相关20。Fernandez等人发现，作为儿童最为常见的成神经管细胞瘤，小脑颗粒神经元前体YAP1呈高表达且入核增多，磷酸化LAST1蛋白水平降低，YAP1入核与IRS1 (胰岛素受体底物)和TEAD1结合，促进Gli2表达21。综上所述，YAP在脑胶质瘤呈高表达，且随着肿瘤级别升高YAP表达量和核阳性率呈升高趋势。 3.2 YAP促进脑胶质瘤的增殖与侵袭很多研究表明，Hippo-YAP信号通路激活可抑制肿瘤发展。Hippo-YAP信号通路上游调节子NF2通过抑制YAP的活性，抑制肿瘤生长22。高级别脑胶质瘤中NF2呈低表达，NF2通过激活LAST2，促进YAP磷酸化和抑制-

18、catenin转录活性，抑制脑胶质瘤细胞增殖、诱导凋亡；且过表达NF2的脑胶质瘤小鼠模型中，不论在皮下还是颅内都明显抑制肿瘤生长；NF2还可增强脑胶质瘤细胞对5-氟尿嘧啶化疗及放疗敏感性，从而抑制脑胶质瘤细胞增殖23。在脑膜瘤细胞中敲除NF2导致YAP蛋白升高并入核，促进Cyclin E1转录，导致细胞接触性抑制作用丧失，促进细胞非依赖性生长和分化，促进细胞增殖24 。有报道，正常脑组织中未观察到LATS1/ 2甲基化，人脑星形胶质瘤中LATS1/2甲基化频率明显升高，且随着胶质瘤级别增高，LATS1/ 2甲基化频率呈升高趋势，YAP活性增高，导致细胞增殖25。在恶性脑胶质瘤中，-干扰素和替莫

19、唑胺联合治疗，能增强脑胶质瘤化疗的效果，其机制是通过诱导内源性早幼粒细胞白血病基因，促进抗肿瘤因子p73在核中聚集，增强与YAP融合，促进细胞凋亡，达到更好的脑胶质瘤治疗效果26。在胶质母细胞瘤中，mTORC2 (哺乳动物雷帕霉素靶蛋白)通过促进AMOTL2 (血动蛋白样蛋白分子)磷酸化，促进YAP靶基因CTGF/CYR61转录，促进胶质母细胞瘤细胞侵袭、迁移27。如上所述，Hippo-YAP信号通路任何元件表达异常，可激活YAP，促进脑胶质瘤细胞增殖、抑制凋亡和增强侵袭迁移能力，促进脑胶质瘤发展。3.3 YAP在脑胶质瘤的诊断与治疗方面的意义多种恶性肿瘤中YAP呈高表达，可达正常组织5倍，并

20、与肿瘤级别和分型有关28。Orr等人发现，恶性脑胶质瘤中YAP1表达量，是非瘤脑组织的2倍，胶质母细胞瘤YAP1胞核阳性率大于10%，且与患者中位生存期呈负相关，YAP1可充当胶质母细胞瘤预后标志物20。Modena等在24例室管膜细胞瘤标本中发现，与正常脑组织相比，YAP1呈高表达，且存在许多染色体缺失，如：2q23、7p21、12p等，这些异常染色体位点与肿瘤的定位、复发有紧密联系，故认为YAP1可能是室管膜瘤潜在的诊断靶点29 。伦勃朗数据库数据也显示，YAP1表达量与患者预后呈负相关，在2、3、4级脑胶质瘤患者中，YAP1表达量较高，患者中位生存期较短，YAP1水平对人脑胶质瘤预后有指

21、导作用20。综上所述，YAP蛋白水平与脑胶质瘤预后呈负相关，可望充当脑胶质瘤有潜力的生物标志物和治疗靶点。4. 小结和展望如前所述，Hippo-YAP信号通路对人脑胶质瘤发展有重要影响，YAP对人脑胶质瘤预后有重要意义。但是，要将YAP作为脑胶质瘤诊治与预后的靶点与生物标志物，尚需更多的研究。例如： 1. 有些基因对肿瘤的放化疗有增敏或是抵抗的作用，那么，下调YAP能否增敏放化疗效果？或者，高水平YAP对于化疗有否抵抗作用？2.有报道，血液、脑脊液、尿液中存在脑胶质瘤循环标志物，如：循环肿瘤细胞、胞外膜泡、核酸30，其中是否有与YAP相关联的标志物？3. 胶质瘤术后极易复发，继发性胶质瘤中YA

22、P水平又会如何呢？与原发性肿瘤有何区别？这些都是值得探讨的问题。随着Hippo-YAP信号通路研究深入，清楚其对脑胶质瘤发生发展的机制，将为脑胶质瘤早期诊断、治疗及预后提供指导。参 考 文 献1Lu Y, Xiao L, Liu Y, et al. MIR517C inhibits autophagy and the epithelial-to-mesenchymal (-like) transition phenotype in human glioblastoma through KPNA2-dependent disruption of TP53 nuclear translocatio

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