Hippo/YAP信號通路與細胞代謝信號通路之間交叉調控的研究進展

王 瑩，張雅菲，文 勇

（山東大學口腔醫學院種植科，山東省口腔組織再生重點實驗室，山東省口腔生物材料與組織再生工程實驗室，山東 濟南 250012）

細胞代謝是細胞內一種通過底物與酶相互作用而產生的生物化學反應。細胞利用葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等物質，通過糖酵解、呼吸、三羧酸循環、尿素循環、糖原分解代謝及氧化磷酸化等核心反應過程，為細胞的生長和分化提供必要的物質和能量[1]。

Hippo/yes相關蛋白（yes-associcted protein，YAP）信號通路的組成部分是在使用黑腹果蠅細胞挑選腫瘤抑制因子時被發現的。隨后的研究發現，Hippo/YAP信號通路的上游效應因子可通過傳遞細胞間的接觸[2]，細胞內肌動蛋白細胞骨架結構的變化[3]、以及其他信號如細胞能量狀態的改變[4]、機械壓力刺激[5]和通過G蛋白起作用的激素信號-耦合受體[6]等的信息，調節YAP的入核表達水平，從而限制哺乳動物的組織生長并調節器官在發育過程中的細胞增殖、分化和遷移。近期研究發現，YAP還可參與調節己糖胺生物合成途徑，進而調控癌細胞的糖酵解[7]；YAP參與棕色脂肪細胞的脂肪代謝，從而影響機體的產熱和能量消耗[8]；YAP還通過影響與氨基酸代謝相關的受體酪氨酸激酶EphA2的活性，調控細胞內氨基酸的轉運[9]。由此可見，Hippo/YAP信號通路對細胞內的代謝活動也存在一定的影響。然而，Hippo/YAP信號通路調節細胞代謝活動中的具體調節機制尚不明確。

另外，研究顯示，Hippo/YAP信號通路與腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信號通路[4]、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of Rapamycin，mTOR）[10]和低氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）信號通路[11]間存在著相互影響。AMPK信號通路、mTOR信號通路及HIF信號通路等也是調控細胞代謝的重要調節通路。mTOR信號通路可以參與調節細胞內合成和分解代謝，從而為細胞的生命活動提供必要的基礎化合物[12]。AMPK信號通路可以調控細胞內ATP與ADP的比例，從而維持細胞內能量物質平衡[13]。HIF信號通路通過調節細胞低氧環境中的糖酵解，維持細胞在低氧條件下的生命活動[14]。

因此，本文通過探討Hippo/YAP信號通路對mTOR，AMPK和HIF等代謝調節信號通路的調節作用，闡述Hippo/YAP信號通路在控制細胞代謝方面存在的潛在機制。

1 Hippo/YAP信號通路對細胞代謝的調控機制

Hippo/YAP信號通路主要由哺乳動物sterile 20樣激酶（mammalian sterile 20-like kinase，MST）、大腫瘤抑制因子（large tumoursuppressor，LATS）、薩爾瓦多家族蛋白（Salvador，SAV）和Mps結合蛋白（Mps one binder protein，MOB）等胞質激酶調節因子和YAP轉錄共激活因子組成，并在生物體進化過程中結構高度保守的磷酸化級聯反應[15]。另外研究顯示，Hippo/YAP信號通路的上游組成結構并不僅局限于MST，LATS，SAV1和MOB1。例如，RAS相關結構域家族蛋白[16]和神經纖維素蛋白2[17]都可作為Hippo信號通路的上游效應因子，通過促進MST蛋白活性參與Hippo信號通路的調節作用。AMOT蛋白家族亦可作為Hippo信號通路的上游效應因子，通過促進LATS蛋白功能活性，參與Hippo信號通路的調節作用[18]。但無論上游調節因子如何改變，YAP蛋白始終都是Hippo/YAP信號通路調節作用的最終執行者[19]。

YAP蛋白是哺乳動物細胞中由多種氨基酸序列和結構域組成的高度保守性蛋白，是傳遞Hippo信號通路信息的重要調節因子。YAP蛋白通過與轉錄因子相結合[20]，如TEAD家族轉錄因子[21]和Runx2轉錄因子[22]等，定位于靶基因的片段，調控靶基因的轉錄翻譯，影響細胞的生物學特性。然而，Hippo/YAP信號通路通過促進YAP蛋白在胞質內被降解，導致YAP蛋白無法進入細胞核，使YAP蛋白無法調節下游靶基因的轉錄水平。其主要作用機制是Hippo信號通路的上游調節因子促進MST1蛋白蘇氨酸183位點或MST2蘇氨酸180位點的磷酸化修飾，并與SAV1蛋白結合形成復合體[23]，作用于LATS1/2，促進LATS1蘇氨酸1097位點或LATS2蘇氨酸1041位點的磷酸化，并與MOB1結合形成蛋白聚合物[24-25]。而磷酸化的LATS蛋白，可以促進磷酸化YAP蛋白絲氨酸127位點、絲氨酸164位點和絲氨酸397位點等[26]。14-3-3蛋白及E3泛素連接酶可作用于磷酸化的YAP蛋白，兩者均可使YAP蛋白在胞質內被降解，導致YAP蛋白無法進入細胞核[27-28]（圖1A）。

葡萄糖、氨基酸和脂肪等都是細胞代謝活動的主要底物，線粒體是細胞能量的控制中心。而近幾年的研究發現，YAP蛋白與細胞內葡萄糖、氨基酸及脂肪等的物質代謝及線粒體的功能狀態都有著密切聯系，既激活YAP蛋白的功能活性，可提高葡萄糖轉運蛋白3[29]、己糖激酶2和磷酸果糖激酶B3的基因表達水平[30]，促進細胞內的糖酵解速率；還可以調節氨基酸轉運載體基因SLC1A5和SLC7A5的轉錄翻譯，進而促進細胞內酪氨酸激酶受體2和L型氨基酸轉運蛋白1的功能活性，提高細胞內氨基酸的轉運速率[9-10]；控制解偶聯蛋白基因的轉錄翻譯，抑制細胞棕色脂肪的降解[8]；促進過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1-α基因的表達，調控細胞內線粒體的活動[31]（圖1B）。

2 YAP蛋白與mTOR信號通路的交叉調控

mTOR信號途徑傳導細胞內合成或分解代謝的信息，影響細胞內蛋白質、脂質和核苷酸的代謝，從而為細胞的生長提供足夠的物質[12，32]。

研究發現，Hippo/YAP信號通路與mTOR信號通路間存在交叉調控。SAV1蛋白通過抑制YAP蛋白核易位，降低mTORC1蛋白蛋白表達水平及其下游靶基因S6K1的表達[33]。但當YAP蛋白進入細胞核，可促進微小RNA-29的轉錄翻譯，解除同源性磷酸張力蛋白對mTORC1蛋白的抑制作用[34]。YAP蛋白亦可通過促進氨基酸轉運載體蛋白SLC38A1，SLC7A5和SLC3A2基因的表達，促進mTORC1蛋白的表達[10，35]；YAP蛋白還可以與轉錄因子TEAD結合，通過調控pik3cb基因的轉錄和翻譯，促進mTOR信號通路的上游效應因子磷脂酰肌醇激酶的表達，進而促進mTOR蛋白的表達[36]。YAP蛋白還可通過調控長鏈非編碼RNA-UCA1和葡萄糖轉運蛋白1基因的轉錄翻譯，提高細胞內mTOR蛋白的表達水平[37]。而活化mTORC2蛋白既可通過促進血管動樣蛋白2蛋白蘇氨酸760位點磷酸化，解除血管動樣蛋白2蛋白對YAP蛋白核易位的抑制作用，還可通過調節細胞內自噬水平影響YAP蛋白的表達水平[38]。

圖1 Hippo信號通路對細胞內代謝活動調節機制[15-31].A：Hippo信號通路上游蛋白功能被激活，YAP蛋白不能進入細胞核；B：Hippo信號通路上游蛋白功能被抑制，YAP進入細胞核；RASSF：RAS相關結構域家族蛋白；NF2：神經纖維素蛋白2；MST：RAS相關結構域家族蛋白；LATS：大腫瘤抑制因子；SAV：薩爾瓦多家族蛋白；MOB：Mps結合蛋白；GLUT3：葡萄糖轉運蛋白3；HK2：己糖激酶2；PFKB3：磷酸果糖激酶B3；PGC1α：過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α.→代表執行功能；?代表功能被抑制.

3 YAP蛋白與AMPK信號通路的交叉調控

AMPK信號通路能夠感知細胞內AMP，ATP和ADP的含量變化，其中ADP和AMP可以結合到AMPK蛋白γ亞單位，使其α亞單位激活環中蘇氨酸172位點更容易被肝激酶B1[39]，鈣調節性依賴蛋白激酶激酶2磷酸化[40]。另外，細胞內線粒體代謝產物活性氧水平升高，亦能夠使AMPK蛋白蘇氨酸172位點被磷酸化修飾而激活AMPK蛋白的功能[41]。AMPK信號通路通過調控細胞內的自噬、葡萄糖轉運、脂肪酸氧化、或影響細胞內脂質、蛋白質合成代謝及糖酵解等，控制細胞內ATP的含量，從而維持細胞內能量代謝穩定[42]。

研究發現，當細胞外營養因子減少或細胞內能量壓力激增時，Hippo信號傳導途徑可被激活，YAP蛋白活性被抑制，從而維持細胞內能量穩態[43]。另外，阿卡地新（5-氨基-4咪唑甲酰胺核苷酸）通過提高細胞內AMP/ATP的比值來提細胞內能量代謝壓力，當其作用于敲除AMPK基因的細胞時，可依賴LATS蛋白來抑制細胞的增殖[44]。由此發現，Hippo/YAP信號通路可參與調節細胞內能量環境的穩態。而Hippo/YAP信號通路與AMPK信號通路也有一定的聯系。AMPK信號上游效應因子肝激酶B1蛋白可以促進YAP蛋白絲氨酸127位點磷酸化，導致YAP蛋白入核轉錄翻譯減少[45]。而活化的AMPK蛋白通過磷酸化血管動樣蛋白1，激活LATS蛋白，促進YAP蛋白滯留在細胞質內并與14-3-3蛋白結合[4]。

4 YAP蛋白與HlF信號通路的交叉調控

HIF信號通路可通過調控腫瘤細胞內糖酵解、糖原合成、谷氨酰胺代謝和脂質合成來影響腫瘤細胞的生長[46]。

在研究腫瘤細胞的過程中發現，在肝竇上皮細胞中，可以通過削弱細胞內YAP蛋白的活性，抑制HIF-1α的表達水平[11，47]；在結腸癌細胞中，HIF-2α可通過介導YAP1蛋白核易位，促進癌細胞的增殖[48]；在肝癌細胞中，高遷移率族蛋白1通過與GA結合蛋白α結合可通過激活YAP蛋白來促進HIF核蛋白活性，增強細胞內糖酵解代謝，維持癌細胞的增殖[49]。綜上，Hippo/YAP信號通路可以與HIF信號通路交叉作用，調控癌細胞糖酵解水平，影響癌細胞的增殖。

5 結語

Hippo/YAP信號通路作為調節細胞生物學活性的重要通路之一，主要通過調控細胞的增殖、凋亡和分化等，維持機體內環境的穩定。近年來研究發現，Hippo/YAP信號通路還參與調控細胞內葡萄糖、脂肪和氨基酸等的代謝活動，即YAP蛋白轉運入細胞核，調控代謝相關基因的轉錄和翻譯，從而影響細胞內相應的代謝活動。另外，通過總結Hippo/YAP信號通路與AMPK，mTOR及HIF等細胞代謝調節通路之間的相互作用（圖2），發現Hippo/YAP信號通路可通過多途徑調控細胞內的代謝活動。因此，通過探究信號通路之間的相關聯系，有利于正確認識細胞內各項生物學活動的具體機制，從而為疾病的診斷和治療提供合理的參考。

圖2 Hippo信號通路與腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和低氧誘導因子（HlF）信號通路的關系[32-49].CaMKK：鈣調節性依賴蛋白激酶激酶；HMGB1：高遷移率族蛋白1；PI3K：磷脂酰肌醇激酶；AKT：蛋白激酶B；AMOTL2：血管動樣蛋白2.→代表執行蛋白功能，代表抑制蛋白功能.