Hippo信號通路在后發性白內障中的研究進展

張昀昀，丁芝祥

0引言

Hippo信號通路高度保守，可通過一系列激酶級聯反應來調控細胞增殖、凋亡和分化等活動，目前已證實Hippo信號通路可在眼部表達，并與青光眼、圓錐角膜、白內障、葡萄膜黑色素瘤等多種眼部疾病發生有關[1]。后發性白內障又稱后囊膜混濁(posterior capsular opacification，PCO)，是由于白內障術后殘存的晶狀體上皮發生增殖、遷移、上皮-間充質轉分化(epithelial mesenchymal transition，EMT)而形成的白色混濁，是白內障術后常見的并發癥[2]。成人術后發生率為30%～50%，兒童則為100%[3]。近年來，越來越多研究表明Hippo信號通路在后發性白內障發生發展過程中扮演重要角色。本文主要綜述 Hippo信號通路調控機制及其在后發性白內障方面的最新研究進展。

1 Hippo信號通路的組成

Hippo信號通路最初發現于果蠅細胞，后在多種多細胞生物中均有發現，它是一個高度保守的信號通路，其核心成分為哺乳動物STE20樣激酶1/2(mammalian sterile 20-like kinase，MST1/2)、銜接蛋白1(human Salvador1，SAV1)、大腫瘤抑制因子1/2(large tumor suppressor 1/2，LATS1/2)、MOB激酶激活因子1(Mps One Binder kinase activator-like1, MOB1)、YAP/TAZ及TEA結構域1-4(TEA domain1-4，TEAD1-4)[4]。該通路活化后通過一系列激酶級聯反應磷酸化轉錄輔助激活因子YAP(Yes-associated protein)及其同源蛋白TAZ(transcriptional coactivator with PDZ binding motif)，使其在細胞質中滯留并降解。非磷酸化的YAP/TAZ可進入細胞核內通過與TEAD(TEAD1/TEAD2/TEAD3/TEAD4)及其他轉錄因子結合激活下游靶基因轉錄從而促進細胞的增殖、侵襲、遷移轉分化等過程[5]。目前對Hippo的核心成分研究較清楚，但其上下游調控因子和具體條件機制研究仍不明確。

2 Hippo信號通路的調節機制

2.1細胞接觸和機械信號機械信號轉導普遍存在于細胞中。在高細胞密度下，細胞與細胞接觸會產生一種生長抑制信號，該信號部分是由Hippo途徑介導[6]。這與LATS激酶在高細胞密度下被激活，而LATS在低細胞密度下不被激活有關[7]。此外，由于細胞外基質(extracellular matrix，ECM)的硬度可通過改變細胞的幾何形狀和細胞骨架張力來調節YAP和TAZ的亞細胞定位，因此也可能涉及細胞伸展的喪失或細胞縮小[8]。

2.2細胞極性該調節方式非常復雜，許多類型的極性機制，如黏附連接、緊密連接、Mer/Ex/Kibra復合體、Crumbs復合體、PAR復合體和Ds-Fat(Frizzled-Flamingo and Dachsous),均參與了這一作用[9]。

2.3G蛋白偶聯受體G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptors，GPCRs)是人類基因組中最大的細胞表面受體家族，它們通過向細胞內傳遞不同的胞外信號參與多種生理過程[10]。GPCRs配體對YAP/TAZ活性的影響取決于下游G蛋白的類型[11]。GPCR與Gα12/13、Gαq/11或GαI/o結合，如溶血磷脂酸和凝血酶受體，將激活YAP/TAZ；相反，GPCR和Gαs結合，如腎上腺素和胰高血糖素受體，將抑制YAP/TAZ[12]。

2.4能量應激細胞依靠碳水化合物作為其主要能量來源，缺糖引起的能量應激通過激活LATS1/2迅速誘導YAP和TAZ的磷酸化[13]。5’-一磷酸腺苷激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)途徑是能量應激的一個重要部分，它可以使YAP在多個位點上磷酸化，并抑制其轉錄活性。用葡萄糖剝奪處理或AMPK激活劑如二甲雙胍、苯福明和5-氨基咪唑-4-甲酰胺-1-β核苷適度激活AMPK可促進YAPS127的磷酸化和細胞質滯留，并抑制YAP靶基因ANKRD1和CYR61的表達[14]。

3 Hippo信號通路與后發性白內障的關系

3.1后發性白內障的機制白內障手術后殘留的晶狀體上皮細胞(lens epithelial cells,LECs)可誘導細胞增殖、遷移、EMT、膠原沉積和晶狀體纖維再生，從而導致后發性白內障，它的形成主要有兩方面：(1)術中短暫破壞血-房水屏障，使得血漿中炎癥細胞、紅細胞、纖維蛋白原、抗體等進入房水中，這些物質在房水里循環并分泌多種活性因子，如表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)，轉分化生長因子，從而促進LECs增殖及EMT。(2)由于手術中殘余LECs的增殖，并分泌白細胞介素-1、前列素E2等炎癥因子，加速血-房水屏障破壞，引起PCO[15]。此外，氧化應激、ECM的調節也被證實與后發性白內障發生有關，但其發生具體機制仍需進一步研究。

3.2Hippo信號通路參與后發性白內障的形成機制

3.2.1Hippo信號通路與TGF-β信號通路TGF-β信號通路與后發性白內障密切相關，它通過調控Smad通路來誘導LECs向肌成纖維細胞轉化，并表達相關的EMT標志蛋白，如α-平滑肌肌動蛋白、纖維連接蛋白和波形蛋白[16]。Hippo信號通路的下游因子YAP和TAZ與Smad蛋白結合，通過不同的機制參與TGF-β信號的調節[17]。TAZ和YAP可以阻斷Smad2和Smad3的核定位，并控制對小鼠EpH4乳腺上皮細胞中TGF-β/Smad信號的細胞密度抑制[18]。TGF-β/Smad信號的負調控因子Ski和SnoN還通過直接與河馬核心激酶復合體的各組分結合，改變Lats2的激酶活性以及YAP和TAZ的磷酸化來影響YAP和TAZ的穩定性和轉錄活性[19]。

3.2.2Hippo信號通路與PI3K-AKT-mTOR信號通路磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide-3-kinase,PI3K)-AKT(蛋白激酶)-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路廣泛存在與多種細胞中，它的下游產物mTOR是絲氨酸/蘇氨酸磷脂酰肌醇-3-激酶相關激酶家族成員，在感受營養信號、調節細胞生長與增殖中起著關鍵性的作用。mTOR主要由兩種蛋白復合物:mTORC1、mTORC2構成，這兩種復合物可相互影響彼此的活性[20]。白內障術后患者房水中EGF水平增高，可促進LECs發生增殖、遷移、EMT[21]，Jiang等[22]發現EGF可以通過活化下游PI3K-AKT信號通路，促進LECs的遷移和基質金屬蛋白酶(matrix metallo proteinases,MMPS)的表達。Hippo信號通路和PI3K-AKT-mTOR信號通路也可以相互影響，mTOR的抑制劑雷帕霉素可降低HepG2肝癌細胞系中的TAZ水平，并根據細胞密度的不同改變TAZ的核定位[23]。

3.2.3Hippo信號通路與Notch信號通路Notch信號是一種進化上高度保守的信號傳導通路，它與細胞的分化、增殖、凋亡和EMT等有關。該信號通路由Notch受體、Notch配體(DSL蛋白)、CSL(CBF-1，Suppressor of hairless，Lag的合稱)DNA結合蛋白、其他的效應物和Notch的調節分子等組成[24]。Chen等[25]發現使用DAPT(一種γ-secretase抑制劑)可阻斷Notch通路可抑制轉化生長因子β-2誘導的LECs的細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)通路激活。而在TGF-β2誘導LECs的EMT過程中，microRNA-34a表達下調，Notch1表達上調。microRNA-34a過表達抑制了LECs的EMT，降低Notch1的表達，而抑制miR-34a則上調Notch1及其配體Jagged1的表達[26]。Yimlamai等[27]發現在肝細胞中YAP激活1wk后Notch1/2、Jag1等Notch途徑成員顯著上調，YAP/TEAD直接調控Notch2和其他Notch通路基因的轉錄，從而調節Notch信號。

3.2.4Hippo信號通路與Wnt信號通路Wnt信號通路調控細胞自我更新、代謝、存活、增殖及EMT[28]，經典Wnt信號通路是Wnt通過與Frizzled和LRP5/6受體作用，進而導致胞質破壞復合體解聚，抑制GSK3β對β-catenin的磷酸化降解，使β-catenin處于穩定狀態，并由胞質進入細胞核，促進β-catenin依賴的受體T細胞因子/淋巴細胞增強結合因子下游靶基因的轉錄[29]。Bao等[30]證明Wnt3a可以調節人LECs的EMT、遷移和增殖。在小鼠白內障手術模型中，晶狀體損傷后12h內殘余LECs中Wnt表達上調，術后48h后晶狀體纖維上皮細胞中與α平滑肌肌動蛋白共定位。這種模式與典型的Wnt信號抑制劑Dkk3的下調有關[31]。有越來越多的證據表明Hippo和Wnt/β-catenin信號之間存在多重串擾。當Hippo信號通路開放時，YAP1和TAZ的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化，促進β-catenin破壞復合體的形成。相反，YAP1或TAZ去磷酸化(和YAP1甲基化)導致β-catenin破壞復合體失活和β-catenin核定位。Hippo信號通路關閉時，YAP1和TAZ與核β-catenin結合，參與β-catenin依賴的轉錄程序[32]。

3.2.5YAP與LECs Dawes等[33]發現在成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor, FGF)誘導的大鼠LECs可以檢測到Hippo信號通路的核心成分以及總YAP和磷酸化YAP的表達。Song等[34]曾報道過YAP在調節晶狀體細胞生長方面的重要性，在胚胎小鼠晶狀體中條件敲除YAP導致晶狀體祖細胞池減少，晶狀體尺寸嚴重縮小。YAP缺失會誘導小鼠發生白內障，其主要機制有四個方面：(1)YAP基因敲除對LECs的體內外增殖具有抑制作用;(2)YAP缺乏導致晶狀體衰老;(3)YAP缺陷小鼠纖維細胞序次去核紊亂;(4)YAP敲除后晶狀體炎癥增加[35]。目前發現YAP蛋白缺失會影響晶狀體發育，但是它與后發性白內障的關系并沒有相關研究。上述研究表明，Hippo信號通路對于后發性白內障的進展有重要作用，有望成為治療后發性白內障的新靶點。

4針對Hippo信號通路的藥物治療

目前針對Hippo信號通路的抑制劑非常多，針對不同的各種位點有不同的藥物，故本綜述主要選擇其中的常用藥物來概述。

4.1維替泊芬維替泊芬為第二代卟啉類光敏劑，可被光(波長689nm)照射激活，可用于消除與年齡相關性黃斑變性等疾病相關的眼內異常血管。它是YAP抑制劑，可破壞YAP-TEAD的相互作用[36]。在FGF誘導人LECs中，與單獨使用FGF相比，維替泊芬治療LECs導致YAP表達顯著降低。在膀胱癌、間皮瘤等腫瘤細胞中維替泊芬可通過抑制目標基因對Hippo信號通路表達，抑制 YAP 誘導的癌細胞生長和入侵[37-38]。維替泊芬在治療年齡相關性黃斑變性等眼底血管異常疾病已比較成熟，其在Hippo信號通路中可特異性阻斷YAP-TEAD后續相關作用，而Hippo信號通路目前成為后發性白內障的研究熱點，維替泊芬可能通過調控Hippo信號通路預防后發性白內障的發生，在防治后發性白內障研究中具有重要的研究意義，同時其眼毒性及作用效能目前均無研究具有進一步研究價值。

4.2二甲雙胍二甲雙胍屬于臨床最常用的藥物之一, 主要通過輕度抑制線粒全呼吸鏈復合物, 從而激活AMPK,減少肝臟葡萄糖輸出,具有顯著的降糖效果,還在多種疾病的治療中發揮作用,如腫瘤疾病、大血管并發癥、促甲狀腺素激素水平、保護腦組織與心臟等,均有針對性治療效果[39]。細胞依靠碳水化合物作為主要的能量來源。葡萄糖剝奪引起的能量應激可迅速誘導LATS1/2激活引起的YAP和TAZ磷酸化，而AMPK可增強Ser793處AMOTL1的磷酸化。此外，能量脅迫激活的AMPK直接使YAP在多個位點磷酸化，這種磷酸化干擾了YAP與TEAD之間的相互作用，從而抑制TEAD介導的基因轉錄[40]。目前，在膀胱癌、胰腺癌、子宮內膜癌等多種細胞的研究中證實二甲雙胍可以通過激活AMPK 來調節Hippo信號通路去抑制腫瘤細胞遷移、EMT及增殖[41-42]。而LECs發生增殖、遷移、及EMT是形成后發性白內障的主要機制，故我們推測二甲雙胍可能通過調控Hippo信號通路抑制LECs發生增殖、遷移及EMT，從而預防后發性白內障的發生及發展，目前尚無相關研究，具有進一步研究價值。

4.3多巴酚丁胺多巴酚丁胺是一種高選擇性β受體激動劑，具有增強心肌收縮力和心輸出量的作用，是常用的強心劑[43]。多巴酚丁胺聯合順鉑可通過促進YAP磷酸化并抑制YAP的表達，導致肺癌細胞凋亡[44]。多巴酚丁胺以濃度依賴的方式抑制骨肉瘤細胞的侵襲和遷移[45]。

上述藥物雖然已在胰腺癌、乳腺癌、膀胱癌、子宮內膜癌等細胞中發現可以抑制Hippo信號通路來調節細胞增殖，但在LECs上皮細胞中無相關研究，具有進一步研究意義，目前研究發現Hippo信號通路下游因子YAP與PCO的發生有關，我們推測抑制Hippo信號通路使YAP磷酸化可能抑制LECs的增殖、遷移、EMT、延緩PCO的發生，從而為PCO的防治提供新的研究思路。

5總結與展望

Hippo信號通路是目前研究的熱點，它在多種眼部組織中均有表達，并可以和多種信號通路相互作用來影響后發行白內障的產生，維替泊芬、二甲雙胍、多巴酚丁胺等藥物都可通過作用Hippo信號通路的不同靶點，降低YAP和TAZ的表達，抑制細胞增殖、EMT,隨著對Hippo信號通路與后發性白內障研究的深入，有望找到更多治療該疾病的靶點，為后發性白內障的防治提供新思路。