Hippo信號通路在糖尿病及并發癥中的作用研究進展

朱興文 魯一兵

Hippo信號通路參與維持細胞極性及器官的正常生長，調控細胞及器官的多種生物功能[1]。糖尿病患者存在β細胞分泌下降和胰島素抵抗，長期的高血糖造成腎小管上皮細胞增殖異常、視網膜血管內皮細胞損傷、心肌細胞凋亡、下肢血管血流減少或閉塞等微血管和大血管并發癥。目前的研究表明Hippo信號通路通過多種途徑參與糖尿病以及糖尿病并發癥的發生發展，現將Hippo信號通路在糖尿病中的研究進展做一綜述。

1 Hippo信號通路

Justice等[2]于1995年首次報道Warts可以調控黑腹果蠅的細胞形態以及增殖，其后Harvey等[1]相繼發現一條主要由Hippo激酶，Warts激酶以及下游轉錄調節因子Yorkie等組成的保守的Hippo-Yorkie激酶級聯通路。在哺乳動物中，Hippo信號通路主要包括Ste-20樣激酶(MST1/2)，大腫瘤抑制因子(LATS1/2)，以及Yes相關蛋白(YAP)和具有PDZ結合域的轉錄共活化因子(TAZ)等。其中YAP/TAZ是Hippo信號通路下游的關鍵分子，二者具有WW域、卷曲螺旋域、SH3結合域、TEAD轉錄因子結合域等共同的結構域并且功能上部分重疊。YAP/TAZ自身缺乏DNA結合域，需要與TEA結構域1-4(TEAD1-4)形成異二聚體，結合于遠端增強子或近端啟動子區域，從而調控靶基因的轉錄[3]。

Hippo通路激活狀態下，上游調節因子Merlin等首先促進絲氨酸/蘇氨酸激酶MST1/2發生磷酸化，進而激活下游LATS1/2，活化的 LATS1/2可使YAP/TAZ絲氨酸殘基 (Ser89-TAZ；Ser127-YAP)磷酸化，磷酸化的YAP/TAZ與 14-3-3蛋白結合、滯留在細胞質中并最終降解，無法進入細胞核發揮轉錄調控作用。在細胞間連接減少、遭受機械張力以及可溶性因子等刺激的條件下，Hippo通路被抑制，下游效應分子YAP/TAZ被激活，表現為蛋白磷酸化水平降低、穩定性增加、核內聚集增多、YAP/TAZ調控的相關基因(如Ctgf等)的表達增多[4]。Hippo通路的激活與抑制，與細胞周期調節因子CycE、癌基因Myc，以及 Wnt,EGFR等信號通路相互作用，進而影響細胞生長、增殖、存活等[4,5]。

2 Hippo信號通路與糖尿病

糖尿病是以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，其發病率逐年遞增。據統計，2017年全球糖尿病患者約4.51億，國際糖尿病聯盟(IDF)預測至2045年，糖尿病患者數量將達6.93億[6]。目前的研究認為糖尿病的發病機制主要包括胰島β細胞的破壞造成的胰島素絕對缺乏(1型糖尿病)，以及胰島素抵抗伴隨進行性胰島素分泌不足(2型糖尿病)。持續的高血糖狀態除了引起機體代謝紊亂，還影響眼、心臟、腎臟、神經等器官及組織的正常功能[7]。

2.1 Hippo信號通路與胰島β細胞損傷 胰島β細胞產生和分泌的胰島素經由血循環作用于不同組織。研究表明Hippo信號通路在調控胰腺β細胞分化以及存活過程中起著不同的作用。Rosado-Olivieri等發現下調Yap可以促進胰腺內分泌祖細胞的分化以及干細胞來源的產胰島素β細胞的產生，從而增加胰島素的分泌。相反，持續的活化YAP會導致產胰島素β細胞分化異常、胰島素分泌減少[8]。提示Hippo通路的激活對于維持β細胞的正常分化以及胰島素的分泌。另外，現有研究也表明Hippo通路參與調控β細胞的存活：Deng等[9]發現，棕櫚酸處理β細胞可誘導細胞凋亡，同時YAP1被激活，下游靶基因Ctgf的表達也上調；在細胞系中過表達Yap1則可以抑制棕櫚酸誘導的β細胞的凋亡，可見在凋亡發生過程中，YAP激活起到保護作用。此外，Ardestani等還發現在糖尿病模型的β細胞中，MST1明顯活化，參與誘導β細胞的凋亡，并且MST1可通過促進胰十二指腸同源框因子-1(PDX-1)的蛋白酶體降解，直接影響胰島素的分泌[10]。這些結果表明，Hippo信號通路的活化參與β細胞凋亡的發生，而抑制Hippo通路促進細胞存活，維持胰島素分泌。

因此，Hippo通路對于β細胞的調控具有時空差異性，其激活維持β細胞的早期分化以及生理功能，促進胰島素的分泌；相反，抑制Hippo信號通路、激活下游的YAP，則可以通過減少β細胞凋亡來維持胰島素的產生和分泌。

2.2 Hippo信號通路與胰島素抵抗 胰島素抵抗是2型糖尿病的主要病理生理學特征，表現為肝臟、脂肪組織、肌肉組織等靶器官及組織對胰島素的敏感性下降。現有研究認為脂質超載(脂肪細胞增大，血漿游離脂肪酸水平增加)以及炎癥細胞(巨噬細胞)和炎癥信號分子共同參與胰島素抵抗的發生。在不同的靶器官或組織內，Hippo信號通路通過不同的機制參與胰島素抵抗的發生。

2.2.1 脂肪組織胰島素抵抗：研究表明近80%的2型糖尿病患者超重或者肥胖，過多的脂肪組織堆積以及功能紊亂會造成機體脂質超載，并引起持續低水平的慢性炎癥，從而導致胰島素抵抗的發生[11]。多項研究證實Hippo信號通路參與促進脂肪組織形成：Kamura等[12]報道，Hippo信號通路的效應因子Taz下調可活化過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)，進而參與調控脂肪形成。而Li等[13]在研究利拉魯肽(Liraglutide)對前脂肪細胞作用時，發現在前脂肪細胞分化為脂肪細胞過程中Hippo信號通路被激活，YAP磷酸化增加，并且YAP靶基因的表達明顯降低，可見Hippo信號通路的激活參與調控脂肪細胞的分化成熟。而通過使Mst1基因沉默抑制Hippo信號通路，可以抵消利拉魯肽促進脂肪形成的作用，這些結果表明活化的Hippo通路可以通過促進脂肪細胞成熟，進而促進脂肪的生成[13]。

以往的研究證實，脂肪組織的慢性炎癥，尤其是巨噬細胞浸潤可通過分泌炎性因子參與胰島素抵抗的形成[14]，而在脂肪組織內，Hippo信號通路是否可調控巨噬細胞等炎癥細胞的功能還不明確。現有的研究表明巨噬細胞內特異性敲除Pdk1基因(編碼丙酮酸脫氫酶激酶-1)可促進胰島素抵抗[15]。而其他研究發現下調Pdk1可以通過抑制Yap-1進而下調胰島素受體底物2 (Irs2)的表達[16]。因此，在巨噬細胞內，PDK1可能通過YAP-1調控胰島素受體的表達，從而參與胰島素抵抗的發生，其中明確的機制以及Hippo信號通路是否通過其他途徑參與調控脂肪組織的慢性炎癥，還需要更深入的研究。

2.2.2 肝臟及骨骼肌胰島素抵抗：肝內的脂質堆積以及高糖微環境促進胰島素抵抗的發生。有研究表明肝內高糖的微環境參與調控Hippo信號通路：Liu等[17]在研究肝臟腫瘤形成時發現高糖可以上調Yap的表達，另外高糖還可以促進血管抑素結合蛋白(AMOT：YAP的交互作用因子)的表達及糖基化修飾，進而增加YAP的核內聚集及靶基因的轉錄，由此可見，在糖尿病狀態下，肝臟內的高糖環境可能通過調節Hippo信號通路進而調節肝細胞的功能。在研究肝性脂肪變性的過程中，研究發現在高糖高脂飲食誘導的糖尿病小鼠中，YAP蛋白表達上調并且去磷酸化，由此促進了YAP蛋白的核內聚集以及活化；通過表達Lats1促進YAP磷酸化及降解，則加重糖尿病小鼠的胰島素抵抗以及肝性脂肪變性。這些研究提示在高糖高脂狀態下，Hippo信號通路激活促進疾病的進展，而Hippo信號通路的抑制則可能具有保護作用，延緩胰島素抵抗及脂肪變性的發生。此外，該項研究還發現YAP在脂肪酸合成酶(FAS)以及30-羥甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMGCR)的啟動子上，直接與固醇調節蛋白元件結合蛋白(SREBP-1c及SREBP-2)相互作用，調節他們的轉錄，進而促進脂肪生成，導致肝細胞內的脂質堆積，加重胰島素抵抗[18]。由此可見，Hippo信號通路通過調控肝細胞在糖尿病狀態下的功能及脂肪的形成參與胰島素抵抗的發生，通過抑制Hippo通路可減少脂質堆積，延緩疾病進程。

骨骼肌組織因其體積大、胰島素刺激的葡萄糖轉運率高，在胰島素抵抗的發生發展中起到重要作用。現有研究認為游離脂肪酸在骨骼肌組織內的堆積造成線粒體損傷，并阻斷胰島素信號通路，還可通過葡萄糖轉運體4(GLUT4)減少葡萄糖轉運。Hwang等[19]發現,在肌肉組織中，TAZ上調Irs1表達，并促進GLUT4調節的葡萄糖攝取，肌肉組織特異性的敲除Taz明顯下調Irs1的表達，并降低組織對胰島素的敏感性。研究還發現TAZ與癌基因C-Jun及TEAD4相互作用，誘導Irs1的轉錄。可見Hippo信號通路不僅參與調控GLUT4的功能，影響葡萄糖的利用，還通過與其他信號通路的相互作用，在轉錄水平參與胰島素信號通路的調控，進而參與胰島素抵抗的發生。

3 Hippo信號通路與糖尿病并發癥

糖尿病腎病(DN)患者臨床表現為微量蛋白尿以及腎功能異常，是導致終末期腎病的重要原因之一。Ma等[20]發現在DN患者的腎小球足細胞中，YAP、TEAD 及CTGF都在核內高表達；并且YAP的高表達和患者收縮壓、血尿素氮和血肌酐水平的升高，以及血清白蛋白和腎小球濾過率 (eGFR) 的下降相關。提示Hippo信號通路可能參與調控糖尿病狀態下的腎功能。在細胞層面：Huang等[21]發現，敲低足細胞內Ras同源基因家族成員A(RhoA)可抑制核內YAP的表達，而Yap的過表達逆轉RhoA敲低誘導的足細胞的凋亡，可見YAP的活化促進足細胞的存活。而在糖尿病小鼠腎臟近端小管上皮細胞中，Chen等[22]發現YAP的表達上調，并且 EGFR-PI3K-AKT-CREB信號通路的激活參與調節Yap基因的表達、核內定位以及與TEAD的相互作用；通過敲低Yap表達，還可以抑制高糖以及內源性EGF對小管細胞增殖的促進作用 。可見Hippo通路可通過調控高糖微環境下小管細胞的增殖進而參與DN的發生，而激活Hippo通路可能改善小管細胞參與的病理改變。這些研究表明在糖尿病腎病的發病過程中，Hippo通路在多細胞水平參與腎臟病理生理的調控，進而影響腎功能。

糖尿病并發的心血管病變主要為動脈粥樣硬化以及微血管病變造成的糖尿病心肌病，該病主要表現為心臟微血管內皮細胞損傷以及心肌細胞的功能紊亂，可誘發心力衰竭以及心律失常，甚至心臟性猝死[23]。Hu等[24]研究發現在糖尿病心肌病發病過程中，內皮細胞特異性的Mst1轉基因小鼠心功能惡化并且胰島素抵抗加重。而敲除內皮細胞的Mst1對糖尿病小鼠的心功能起到保護作用。此外，該研究還發現，上調Mst1的表達促進高糖誘導的心肌細胞的凋亡，并通過影響Daxx與GLUT4的相互作用，阻止GLUT4的跨膜定位，抑制了糖尿病狀態下葡萄糖的攝取[24]。這項研究不僅證實了Hippo通路的重要成員MST1參與調控糖尿病環境心肌細胞的凋亡，也指出MST1對葡萄糖轉運及后續的利用的負性調控，從而調節糖尿病心肌病的代謝。

糖尿病視網膜病變是糖尿病另一嚴重的并發癥[25]，Hao等[26]發現在鏈脲霉素誘導的糖尿病大鼠模型中，視網膜組織的TAZ以及上游Hippo信號通路的LATS、下游轉錄共活化因子TEAD的表達都上調。通過中藥血栓通治療糖尿病時，視網膜網織層MST磷酸化水平下降，并且光感受器層磷酸化的YAP表達下調。由此可見，Hippo信號通路尤其是活化的YAP/TAZ參與了糖尿病視網膜病變的發生[26]。在研究葉酸是否對高血糖狀態下視網膜血管內皮細胞起到保護作用時，Wang等[27]發現葉酸顯著抑制了高糖誘導的內皮細胞的增殖、遷移以及管腔形成。他們還發現在視網膜血管內皮細胞中，高糖培養使Tead1的mRNA及蛋白水平上調，同時YAP1的蛋白水平以及磷酸化水平也上調；而在葉酸處理后，Tead1的mRNA水平以及TEAD1、YAP1的蛋白水平明顯下降。這些發現表明葉酸可以通過調控Hippo信號通路保護視網膜血管內皮細胞的正常功能，減輕高糖誘導的損傷，進而緩解糖尿病造成的視網膜病變[27]。

糖尿病的高糖狀態會造成微循環障礙以及神經損傷，導致糖尿病足以及傷口愈合延遲等病變在糖尿病創面愈合延遲的研究中，Yu等[28]發現高糖培養的真皮成纖維細胞與正常培養狀態相比，膠原收縮能力下降并且出現線粒體功能紊亂。并且在2型糖尿病模型小鼠的真皮成纖維細胞中，Yap的mRNA水平明顯下調。而在研究富血小板血漿(PRP)對于慢性創面的治療時，Guo等[29]發現在糖尿病小鼠模型的慢性創面中，PRP來源的外泌體可以有效地誘導內皮細胞以及成纖維細胞的的增殖和遷移，從而促進慢性創面的血管生成和上皮再生；此外他們還發現PRP外泌體依賴的成纖維細胞的增殖和遷移依賴于YAP的活化。

Hippo信號通路參與糖尿病的發生發展，通過調控胰島素生成、分泌以及不同組織胰島素抵抗等參與糖尿病的發生，并在不同細胞及組織層面參與糖尿病并發癥的發展(圖1)。雖然已經取得一些研究進展，但是目前對于Hippo通路在糖尿病中作用機制的認識還不夠完善。首先，Hippo通路是否調控炎癥細胞參與的胰島素抵抗等問題，還亟需深入的研究。其次，糖尿病的并發癥是糖尿病的干預治療不可忽視的重要部分，Hippo通路在糖尿病神經系統病變、皮膚病變以及口腔病變等并發癥中的調控機制還有待發現及完善。最后，針對Hippo通路的小分子藥物還需要更多的實驗室以及臨床試驗，從而實現臨床轉化。綜上，對Hippo通路在糖尿病中調控機制的闡明，有助于糖尿病以及并發癥的預防及臨床治療，為患者提供新的治療途徑。

圖1 Hippo信號通路參與調控糖尿病狀態下多種器官及組織的穩態