Hippo-YAP/TAZ 信號通路在骨性關節炎中的表達

張 晨， 宋國瑞， 劉子歌， 陳德勝

（1.寧夏醫科大學臨床醫學院，銀川 750004； 2.寧夏醫科大學總醫院骨科，銀川 750004）

Hippo 信號通路是1 條由一系列蛋白激酶和轉錄因子組成的激酶鏈通路，參與維持體內內環境穩定和細胞接觸抑制調節，通過調節其效應因子Yes 激酶相關蛋白/具有PDZ 基序的輔轉錄激活子（YAP/TAZ）和下游基因的表達來調節生理活動，可在哺乳動物體內多種組織再生及干細胞的功能調節上發揮重要作用。近年來，Hippo信號轉導通路的研究逐漸受到多個學科的分子生物學領域的關注。

1 Hippo 信號通路簡介

1.1 Hippo 信號通路的組成

Hippo 信號通路是近年來發現的能在生長發育中起重要調節功能的生長控制信號通路，可以參與細胞膜向細胞核的傳遞，如細胞生長、增殖和程序性細胞死亡[1-2]。經典的 Hippo 信號通路的主要元件包括：（1）蛋白激動劑 SAV1（human salvador homology 1）、MOB1（mps one binder kinase activator 1）；（2）蛋白激酶人源類 STE20 樣蛋白激酶 1/2（mammalian STE20 like protein kinase，MST1/2）、巨大腫瘤抑制激酶 1/2（large tumor suppressor1/2，LATS1/2）；（3）效應因子 YAP、TAZ[3]。SAV1、MOB1、MST1/2、LATS1/24 個基因編碼的蛋白組成了一個激酶鏈，可以磷酸化抑制YAP/TAZ。YAP/TAZ 也是轉錄共激活子，可以與細胞核中的多種基因結合，從而介導了Hippo 信號通路中的多項生物學功能[4]。

1.2 Hippo 信號通路主要作用

Hippo 信號通路對各種外部刺激敏感，如炎性因子、機械環境、G 蛋白偶聯受體信號傳導和細胞能量水平[5]。其主要作用是通過激酶級聯的磷酸化負向調節下游YAP 和TAZ。這兩種蛋白質具有同源轉錄共激活因子，其本身不具有結合DNA 的能力，會與含有 TEA 結構域的轉錄因子（TEA domain- containing sequence- specific transcription factors，TEADs）[6]、Runt 相 關 轉錄 因 子1/2（Runt-related transcription factor1/2，RUNX1/2）、Samd2/3 形成復合體，使其滯留在細胞核中，調控下游基因轉錄，從而限制細胞的生長和增殖并誘導細胞凋亡[7]。Hippo 信號通路的作用機制可分為：（1）通過影響Hippo 信號通路核心激酶活力來影響YAP 和TAZ 磷酸化和轉錄活力；（2）YAP和TAZ 形成蛋白復合物，錨定在細胞連接處，從而達到抑制其進入細胞核促進細胞轉錄的效果[8]。

1.3 YAP/TAZ 在骨性關節炎中的激活

最近的研究[9]發現，Hippo 信號通路在細胞成骨的各個階段中起作用，例如，在骨髓間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）的成骨和增殖過程中。MSCs 是一種來自中胚層的前體干細胞，具有很強的增值潛力和多向分化能力。它可以在體內或在特定條件下分化為成骨細胞、破骨細胞和脂肪細胞。Pérez 等[10]在其實驗中，證實了YAP與 RUNX2（Runt-related transcription factor 2）的結合可以抑制RUNX2 的下游基因骨細胞特異性轉錄因子（Osterix）的表達，這導致破骨細胞的相對增多以及骨質破壞的增加。在骨信號通路中，RUNX2/Osterix 信號傳導途徑是調節MSC 向成骨細胞分化的最重要的信號轉導途徑之一[11]。程英雄等[12]用與MAST1 相同的酪氨酸激酶家族中的受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）使TAZ 磷酸化，從而允許TAZ 在細胞核中結合RUNX2，抑制了RUNX2 與骨鈣蛋白（osteocalcin，OC）基因啟動子的結合，OC 基因是骨代謝的標記物，其激活成骨細胞，引導骨質增生，促進骨質破壞和骨贅形成。

2 Hippo 信號通路級聯反應

現存研究關于Hippo 信號通路直接參與骨性關節炎的退變過程并不多見，但當追溯部分骨性關節炎發生的常見信號通路的上游、下游時，可以發現骨性關節炎的形成會受到Hippo 信號通路活性的顯著影響。在軟骨細胞損傷與修復、成骨細胞與破骨細胞的平衡系統中，多種信號通路能夠與Hippo 信號通路發生交聯，YAP/TAZ 兩個效應蛋白在骨性關節炎中對于維持軟骨穩態是必要且充分的[13]。

2.1 Hippo 信號通路在環氧酶-2（COX-2）表達中的作用

COX-2 是骨性關節炎發病過程中的重要誘導酶，并且是將花生四烯酸轉化為前列腺素的過程中最關鍵的限速酶[14]。它參與重要的生理和病理過程，如炎性反應和組織血管生成等，并與骨關節炎的發生和發展密切相關。COX-2 受微環境中細胞密度的機械應力調節。這種細胞密度機械應力包括細菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、炎癥因子、低蛋白血清中的各種刺激，而這種調控是通過Hippo 信號通路來實現的[15]。當關節軟骨損傷時，關節內炎性因子增多，細胞外處于高密度狀態，Hippo 信號通路中的下游效應蛋白輔轉錄激活子 YAP/TAZ 會無法進入細胞核內，這導致上游刺激后COX-2 的高表達，加速軟骨基質中Ⅱ型膠原和蛋白多糖的分解，并抑制其合成[16]，誘導關節腔內及關節軟骨免疫反應增強，減慢關節軟骨的自我修復能力，對膝關節軟骨組織造成破壞。

2.2 Hippo 信號通路在 Wnt/β-Catenin 表達中的作用

經典的Wnt 信號通路的激活有賴于 Wnt 配體與細胞膜受體蛋白卷曲蛋白（frizzled，FZD）和低密度脂蛋白受體相關蛋白（lipoprotein receptorrelated protein，LRP）的共同作用[17]。通過減少該途徑中最重要的效應分子β-catenin 磷酸化的降解，增加核轉移。Isani 等[18]在其文中指出，HIPPO-YAP/TAZ 信號傳導途徑與Wnt 信號傳導途徑之間存在多位點的交叉關聯。在沒有Wnt 信號傳導的情況下，Hippo 信號傳導途徑可使得β-連環蛋白持續磷酸化，引起其降解和Wnt 靶基因的轉錄抑制。導致關節軟骨基質中膠原纖維和蛋白多糖降解，基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）被軟骨基質中膠原蛋白破壞，其效應分子MMP-9 和MMP-13 升高，引起骨贅形成和軟骨破壞等癥狀[19]。Mendoza 等[20]已經通過實驗證實，細胞質中的YAP/TAZ 通過磷酸化將β-catenin 保留在細胞質中，Wnt-16 和Wnt2β 在關節軟骨細胞中的表達水平顯著增加，并進一步誘導關節組織中MMPs 和聚集蛋白聚糖酶的表達，從而導致關節軟骨的損傷。

2.3 Hippo 信號通路在 TGF-β/Smads 表達中的作用

轉化生長因子-β（transforming growth factorβ，TGF-β）在調節骨和軟骨代謝中起重要作用。在軟骨受傷時，機體就會分泌大量 TGF-β 來增加多糖和膠原蛋白等的合成，促進機體恢復正常[21]。在與TGF-β 通路激活的同時，Hippo信號傳導途徑中的YAP/TAZ 可以與TGF-β 效應蛋白 Smad2/3-Smad4 復合物物理結合進入細胞核中[22]。導致細胞核內積累增加，進而抑制細胞生長并影響各種轉錄過程，包括修復受損的軟骨細胞和維持成骨細胞與破骨細胞之間的平衡，影響骨的自我更新過程。Luu 等[23]在其實驗中證實，Hippo 的刺激參與 TGF-β 下游 R-Samd 蛋白磷酸化，磷酸化的R-Samd 蛋白與Samd3 結合形成多聚體復合物，導致關節軟骨細胞肥大，進而導致骨關節炎。同時，TGF-β 的刺激下，胞核中的 TAP/YAZ 會將Samd 蛋白限制在胞核中，影響轉錄復合物的形成。王利宏等[24]研究揭示了 YAP 及 TGF-β 對Smads 協同作用的影響，成纖維細胞中的力傳遞與TGF-β 誘導的纖維化期間促纖維化基因表達的過程密切相關，這也為骨關節炎的病因學提供了新的思路。

3 Hippo 信號通路在骨性關節炎治療中的應用

骨性關節炎是一種常見的、好發于中老年人的慢性退行性疾病，目前對其病因并不清楚，而臨床上的治療方法是針對中晚期骨性關節炎患者行手術治療。Fu 等[25]在其實驗中證實了yes相關蛋白（如YAP）在維持人類間充質干細胞（hMSCs）的年輕狀態和改善小鼠骨關節炎中發揮關鍵作用。他在實驗中運用回文重復序列（CRISPR）相關蛋白核酸酶 9（Cas 9）介導敲除YAP，YAP 缺乏引起 FOXD1（forkhead box D1，叉頭框）下調，從而導致軟骨細胞過早衰老。同時，Lina 將編碼YAP 或FOXD1 的慢病毒載體通過關節內給藥減弱了小鼠骨關節炎的發展。Gong等[26]通過顯微CT 分析軟骨下骨，檢測了YAP 過表達或敲低對IL-1β 誘導的軟骨細胞肥大相關基因表達的影響，后通過關節內注射YAP siRNA 抑制IL-1β 刺激的分解代謝基因表達和軟骨細胞凋亡，改善了小鼠骨性關節炎的發展。

綜上所述，Hippo 信號通路不僅可直接參與骨性關節炎的發病過程，還可作為許多骨性關節相關通路的上游信號，參與軟骨退行性變、骨贅形成等多個過程。對Hippo 信號通路相關制劑的使用可有效改善小鼠骨性關節炎的發展，這為未來臨床治療早期骨性關節炎提供了新的思路。但目前針對Hippo 信號通路及YAP/TAZ 的研究尚未完善，在很多方面均存在與其他信號通路無差異性的調控機制。若Hippo-YAP/TAZ 介導的調控機制能進一步明確，則可利用這個信號機制的復雜性去選擇定向的靶點，推動關節軟骨細胞及骨細胞的定向研究，為骨性關節炎的病因學研究提供新的方向，為臨床上骨性關節炎的預防、早期診斷、早期治療提供了新的理論基礎。