YAP與腫瘤干細(xì)胞相關(guān)性研究進展*

李海欣 何娜 綜述 鄭紅 審校

腫瘤干細(xì)胞是近年來生物學(xué)研究的熱點。隨著“腫瘤干細(xì)胞學(xué)說”的提出，研究者在多種癌癥中發(fā)現(xiàn)了腫瘤干細(xì)胞的存在。大量的研究表明腫瘤干細(xì)胞與普通干細(xì)胞在起源、形態(tài)、功能及調(diào)控機制上具有很多共同點。Hippo-YAP信號通路是最新發(fā)現(xiàn)的可能與癌干細(xì)胞（CSC）分化密切相關(guān)的重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。Hippo途徑和其共調(diào)節(jié)因子YAP1在干細(xì)胞分化和調(diào)控器官大小等方面發(fā)揮重要作用［1］。研究報道發(fā)現(xiàn)在胚胎干細(xì)胞分化過程中YAP1是呈現(xiàn)失活狀態(tài)的，當(dāng)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞重啟時YAP表達升高，并且在體外實驗中YAP1表達能夠阻止胚胎干細(xì)胞的分化而維持干性。此外，YAP1通過直接促進大量與干細(xì)胞干性相關(guān)的基因而活化其表達，這項研究揭示了YAP1作為維持干細(xì)胞干性因子的重要作用［2］。因此，YAP作為揭示癌癥發(fā)生發(fā)展的重要橋梁將干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞連接起來。

1 YAP蛋白及功能調(diào)節(jié)

YAP基因位于染色體11q22.1，其編碼的蛋白質(zhì)是一種富含脯氨酸的分子量為65 kDa的蛋白［3］，1994年首次發(fā)現(xiàn)YAP作為非受體酪氨酸激酶YES1的結(jié)合蛋白發(fā)揮作用，YAP包含四個結(jié)構(gòu)域（WW結(jié)構(gòu)域、PDZ相互作用基序、SH3結(jié)合基序和卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域），其中WW結(jié)構(gòu)域和WBP1和WBP2的PPXY基序結(jié)合［4］。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，YAP的c末端含有轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，卻無DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，因此被稱為轉(zhuǎn)錄共活化因子，YAP蛋白c末端的4個氨基酸與蛋白質(zhì)PDZ結(jié)構(gòu)域相互作用起到轉(zhuǎn)錄激活作用，如與蛋白質(zhì)ZO-2和NHERF2緊密連接，對YAP進行亞細(xì)胞定位調(diào)節(jié)起到重要作用［5］。

YAP的功能由多種轉(zhuǎn)錄后修飾來調(diào)節(jié)及上游一系列激酶級聯(lián)反應(yīng)參與調(diào)控（Mst1/2、Sav1、Lats1/2及Mob1），并且作為Hippo途徑的主要效應(yīng)因子發(fā)揮作用［6］，其中磷酸化起到調(diào)節(jié)的主要作用。研究表明，在體內(nèi)和體外Lats介導(dǎo)YAP的HXRXXS基序磷酸化絲氨酸-127并由14-3-3蛋白識別促進其滯留于細(xì)胞質(zhì)中，從而不能進入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活功能［7］。進一步的研究發(fā)現(xiàn)機械壓力，如細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的剛度差，細(xì)胞黏附和細(xì)胞的幾何形狀也是YAP活性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。當(dāng)細(xì)胞在剛度矩陣培養(yǎng)，YAP主要定位于細(xì)胞核，促進靶基因的表達。然而，當(dāng)細(xì)胞被培養(yǎng)在軟基質(zhì)中，YAP滯留于細(xì)胞質(zhì)并抑制其活性［8］。最近的研究發(fā)現(xiàn)G蛋白偶聯(lián)受體作為Hippo通路上游一個新的調(diào)控因子強效調(diào)節(jié)YAP的活性［9］。YAP還通過蛋白質(zhì)之間的相互作用調(diào)節(jié)，AMOT蛋白主要參與維持上皮細(xì)胞完整的緊密連接（TJ）和細(xì)胞極性，可直接通過WW-PPXY互動結(jié)合YAP，并導(dǎo)致YAP細(xì)胞質(zhì)滯留［10］。綜上所述，YAP功能的調(diào)節(jié)不是一個單一的過程，而是由多種方式協(xié)同參與完成的。

2 YAP與干細(xì)胞

干細(xì)胞（stem cells，SC）是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞，在一定條件下可以分化成多種功能細(xì)胞。近年來的研究發(fā)現(xiàn)Hippo通路中的核心協(xié)轉(zhuǎn)錄因子YAP具有維持干細(xì)胞干性的作用。大量的研究已經(jīng)在胚胎干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、造血干細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)YAP-TEAD2的高表達能夠維持干細(xì)胞干性并且已經(jīng)成為維持干性的標(biāo)志物［11］。Tamm等［12］發(fā)現(xiàn)，YAP和TEAD2能激活哺乳動物胚胎干細(xì)胞的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子OCT4和Nanog的表達。此外，抑制YAP和TEAD2表達或抑制TEAD的功能都會造成干細(xì)胞失去干性。與此同時，在胚胎干細(xì)胞分化的過程中YAP蛋白和mRNA的表達水平隨著干性的缺失而顯著降低。在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為多潛能干細(xì)胞的過程中YAP被激活，并協(xié)同SOX2、OCT4和KLF4增加小鼠胚胎成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為多潛能干細(xì)胞的效率，進一步驗證了YAP在維持干細(xì)胞干性當(dāng)中的作用［13］。在神經(jīng)干細(xì)胞中，YAP通過下游的Notch信號通路或Shh信號通路刺激細(xì)胞增殖和抑制細(xì)胞分化。神經(jīng)管中的YAP或轉(zhuǎn)錄活性狀態(tài)的TEAD的過表達都能夠通過抑制干細(xì)胞退出細(xì)胞周期導(dǎo)致神經(jīng)分化降低和神經(jīng)祖細(xì)胞數(shù)目的增加［14］。

另外，研究發(fā)現(xiàn)胚胎干細(xì)胞的干性可通過YAP/TAZ直接促進，并間接介導(dǎo)TGF-β/BMP或LIF信號通路，調(diào)節(jié)體內(nèi)和體外基因的表達［15］。最近的研究發(fā)現(xiàn)，YAP的激活將可以將肝細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肝祖細(xì)胞，這個發(fā)現(xiàn)為了解肝癌的起源提供了新的思路［16］。此外，通過α連環(huán)蛋白依賴或非依賴途徑Y(jié)AP的過表達導(dǎo)致標(biāo)記的基底祖細(xì)胞的擴增和終末分化的抑制。在皮膚中，YAP的表達和核定位在基底表皮祖細(xì)胞中顯著增高，然而在已經(jīng)分化的表皮細(xì)胞中YAP易位到細(xì)胞質(zhì)中不發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活功能［17］。與之相一致的，敲除YAP后，祖細(xì)胞的增殖受到抑制并導(dǎo)致皮膚不能增殖。YAP還通過連接Hippo信號通路和其他促進增長的信號通路，如胰島素樣生長因子和Wnt信號通路，部分結(jié)合β-catenin通路調(diào)節(jié)胚胎和新生兒心肌細(xì)胞增殖并直接促進干性基因的表達。近年來，YAP在骨骼干細(xì)胞中的作用逐漸被證實，研究表明，YAP在C2C12成肌細(xì)胞和小鼠初級肌肉干細(xì)胞的成肌細(xì)胞中過表達，并保留祖細(xì)胞的增殖特性［18］。Barry等［19］報道，YAP在腸上皮細(xì)胞的特異性表達能夠通過抑制Wnt/β-catenin信號通路抑制腸道重建和降低腸道干細(xì)胞的數(shù)量。

3 YAP與腫瘤干細(xì)胞

腫瘤干細(xì)胞假說是近年來提出的一種新理論，由Mackillop于1983年首次提出，認(rèn)為在所有的腫瘤中都可能存在著一小簇具有自我更新能力、能分化為其他腫瘤類型并啟動腫瘤形成的腫瘤干細(xì)胞。90年代末在急性髓系白血病中發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞［20］，隨后研究人員分別在乳腺癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)癌癥、結(jié)腸癌、前列腺癌、胰腺癌、肝癌等實體瘤中也鑒定出了腫瘤干細(xì)胞的存在，進一步證實了腫瘤干細(xì)胞假說。目前，越來越多的學(xué)者認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞才是癌癥發(fā)生、發(fā)展以及治療后復(fù)發(fā)的根源，它可能是腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的根本原因，開展腫瘤干細(xì)胞的靶向藥物和基因治療研究極有可能為根除腫瘤帶來新的希望。

目前，已在胚胎干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、造血干細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)YAP-TEAD2的高表達能夠維持干細(xì)胞干性并且已經(jīng)成為維持干性的標(biāo)志物［11］。腫瘤干細(xì)胞與干細(xì)胞具有很多相似的特性，雖然目前對于YAP維持腫瘤干細(xì)胞作用的研究較少，但是YAP在腫瘤發(fā)生和維持腫瘤干細(xì)胞干性方面的作用吸引了相當(dāng)多的關(guān)注。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌中TAZ是維持乳腺癌干細(xì)胞干性的主要調(diào)節(jié)因子［21］。993例原發(fā)乳腺癌病例的微陣列分析發(fā)現(xiàn)一簇基因相比于G1期（良性腫瘤）在G3期（即低分化的腫瘤）高表達。其中，在G3期腫瘤發(fā)現(xiàn)YAP/TAZ活性升高，而且在胚胎和正常乳腺干細(xì)胞中的也觀察到了YAP/TAZ表達的升高［21］。

YAP和TEAD在維持腫瘤干細(xì)胞干性方面起到協(xié)同的作用，并且可能在維持腫瘤干細(xì)胞干性和自我更新調(diào)節(jié)方面發(fā)揮關(guān)鍵性作用。YAP和TEAD在髓母細(xì)胞瘤的腫瘤干細(xì)胞中高表達。在與Shh相關(guān)的髓母細(xì)胞瘤中YAP表達上調(diào)，當(dāng)敲除YAP后小腦顆粒神經(jīng)元顯著降低［22］。Xia等［23］研究首次發(fā)現(xiàn)YAP參與了卵巢癌干細(xì)胞調(diào)節(jié)機制，YAP起到維持卵巢癌干細(xì)胞干性的作用，并且在失去干性的卵巢癌干細(xì)胞中YAP表達下降。YAP下游的因子TEAD在卵巢癌干細(xì)胞中也呈現(xiàn)高表達狀態(tài)，然而敲除YAP后YAP-TEAD表達顯著降低。有研究發(fā)現(xiàn)YAP1通過與TEAD保守的結(jié)合位點結(jié)合直接上調(diào)Sox9，并且維持各種胃腸道起源非轉(zhuǎn)化類型細(xì)胞的干性（腫瘤球體的形成，擴散和致瘤性），包括原發(fā)性食管上皮細(xì)胞、永生化胚胎肝細(xì)胞以及食管癌細(xì)胞［24］。

最新的研究發(fā)現(xiàn)YAP調(diào)控腫瘤干細(xì)胞的新途徑，即Sox2-YAP-Hippo途徑。Sox2-Hippo軸研究中發(fā)現(xiàn)，Sox2通過抑制Hippo途徑中的兩個轉(zhuǎn)錄因子Nf2和WWC1拮抗Hippo通路，導(dǎo)致YAP過表達，從而增加腫瘤干細(xì)胞的數(shù)量并且促進骨肉瘤的生成。該研究中Sox2通過調(diào)節(jié)YAP-Hippo腫瘤抑制通路維持骨肉瘤干細(xì)胞的干性，因此，破壞YAP轉(zhuǎn)錄活性可能是Sox2依賴型腫瘤的治療策略［25］。在非小細(xì)胞肺癌中，研究發(fā)現(xiàn)YAP1通過WW結(jié)構(gòu)域與轉(zhuǎn)錄因子OCT4相互作用，促進Sox2的表達、干細(xì)胞自我更新；干細(xì)胞樣血管生成在非小細(xì)胞肺癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用［26］。

4 結(jié)語

自從1994年首次發(fā)現(xiàn)YAP蛋白，在過去十年的研究中逐步發(fā)現(xiàn)的主要調(diào)控機制為通過翻譯后修飾和蛋白質(zhì)之間的相互作用激活YAP的轉(zhuǎn)錄活性。同時，YAP作為Hippo信號通路中的核心協(xié)轉(zhuǎn)錄蛋白在調(diào)節(jié)組織穩(wěn)態(tài)、器官大小、干細(xì)胞干性維持以及腫瘤發(fā)生發(fā)展方面起到了關(guān)鍵作用。之后在果蠅和小鼠身上的基因檢測為YAP在調(diào)控器官大小和組織再生方面的作用提供了有力證據(jù)。近年來，YAP在癌癥發(fā)生發(fā)展中的關(guān)鍵作用特別是其維持干細(xì)胞干性的作用為癌癥的研究提供了新的方向。然而，還有一些關(guān)鍵問題需要解決，YAP-TAZ和YAP-TEAD在維持干細(xì)胞方面的功能只在少數(shù)細(xì)胞類型中得到驗證。需要在更廣范圍的組織特異性干細(xì)胞和各種類型的癌癥干細(xì)胞中進一步研究揭示YAP/TAZ及YAP-TEAD的生理作用，其結(jié)果可能會開拓對YAP蛋白在腫瘤發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移過程中調(diào)節(jié)組織穩(wěn)態(tài)作用的認(rèn)識。另外，在應(yīng)用YAP作為治療靶點進行癌癥治療方面尚無有效的治療方案出現(xiàn)。期待未來有更多的在腫瘤治療和再生醫(yī)學(xué)方面YAP抑制或激活對癌癥影響的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的探索，為癌癥的研究提供新的線索和方向。

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