Hippo信号通路的调节机制与潜在的癌症治疗靶点

Hippo信号通路是发育、细胞增殖、干细胞功能、组织再生、动态平衡和器官大小控制的主要调节因素。Hippo通路的改变可导致肿瘤细胞侵袭、迁移、疾病进展和治疗耐药。然而，这个通路的各个组成部分的功能还没有得到详细阐明，特别是在肿瘤生物学方面。2021年，Suman Mohajan等人在《Cancer Letters》上发表了一篇题为《Hippo pathway: Regulation, deregulation and potential therapeutic targets in cancer》的综述，讨论了不同模式生物中Hippo信号转导途径、调节和反调节，以及可能的癌症治疗靶点。

一、背景

Hippo通路是在果蝇中通过对参与调节器官大小的肿瘤抑制基因进行遗传筛选时被首次发现的，名称来源于该通路的关键成分（Hippo kinase）。Hippo通路在传递来自上游的各种信号以调节细胞行为、生长、增殖和组织稳态等方面起着至关重要的作用。当细胞达到最高汇合度时，该途径也可被接触抑制激活，抑制细胞生长和调节器官大小。许多癌症中都存在Hippo通路的失调。关键成分的突变和改变可导致肿瘤的发生、侵袭、迁移、转移和耐药。

二、不同模式生物中Hippo通路的比较

Hippo通路的核心成分在各种生物体中都是保守的（表1及图1）。

  图1.果蝇/哺乳动物、线虫和酵母（酿酒酵母）中Hippo通路的组成。  

三、Hippo通路的调节

不同的胞内、胞外和非细胞事件均参与Hippo通路的调节，通过效应器YAP/TAZ的亚细胞定位和蛋白稳定性影响细胞的行为、生长和增殖（见下图）。

图2.YAP/TAZA(Hippo通路效应蛋白)的调控结构域  

Hippo通路受顶端—基底细胞极性和细胞黏附分子的调控，如Crumbs复合体（CRB/PATJ/PALS1）、Scribble复合体（SCRIB/DLG/LGL）、E-cadherin等。Hippo通路也受不同机械信号的调节，如细胞形状、细胞外基质硬度、细胞黏附性、机械张力或变形等，例如，细胞外基质僵硬或机械应力诱导YAP/TAZ的核定位，从而负性调节Hippo通路，而细胞密度通过阻止YAP/TAZ的核定位而正向调节该通路。除此之外，许多细胞外配体和信号通路也可调节Hippo通路。例如溶血磷脂酸（LPA）和鞘氨醇-1-磷酸（SIP）通过激活GPCR使Hippo通路失活，MAPK信号轴也通过激活YAP/TAZ来调节该通路。Hippo通路的调节因子和下游靶标见下图：

图3.Hippo通路的调控因子和下游靶点 

四、Hippo通路与器官大小调节

Hippo通路在调节器官大小和组织稳态方面起着重要作用，例如Hippo通路组分和上游调节因子突变后，果蝇的翅膀、眼睛或其他附属物可出现过度生长，过表达下游调节因子Yki也可观察到类似的过度生长表型。在转基因小鼠中，Yap的肝脏特异性表达导致肝脏增大，并对肝癌有长期影响，特异性敲除肝脏的Mst1、Mst2、Sav1或Mer也可观察到类似变化。敲除上游调节因子如SAV1、MST1/2或LAT1/2后，小鼠胚胎变大。总之，这些Hippo通路成分的基因及转录后调控表明这一通路在器官大小方面的关键调节作用。

五、Hippo通路与干细胞

Hippo通路调控干细胞的更新、增殖和分化。例如，YAP激活可导致体细胞重编程为诱导的多能干细胞，而敲减会导致干细胞多能性的丧失。YAP的失活可触发胚胎干细胞（ESCs）分化。在髓母细胞瘤的不同亚型中，YAP在血管旁肿瘤干细胞中有较高的表达，提示YAP在肿瘤干细胞的增殖和维持中起重要作用。敲除通路上游成分如Merlin，或小鼠肝脏中Mst1和Mst2的双敲除，或Sav1的敲除，可导致椭圆形细胞和成年肝干细胞的积累，从而诱导肿瘤形成。

六、Hippo通路与肿瘤代谢

癌细胞对葡萄糖、氨基酸和脂肪酸有很高的需求，使其不受限制地生长和增殖。这一现象在Warburg效应中更为明显，即癌细胞依靠有氧糖酵解将葡萄糖转化为乳酸合成来获得更多能量，而正常组织则依赖于线粒体氧化磷酸化。

Hippo通路受葡萄糖代谢和能量水平的调节。细胞能量应激通过AMPK介导的LATS激活Hippo通路，导致YAP磷酸化失活。另一项研究证实葡萄糖代谢也调节YAP/TAZ的转录活性，其中糖酵解的主要限速酶PFK-1被证明与TEAD结合，增强后者与YAP/TAZ之间的相互作用，进而提高基因转录。

脂肪代谢也可调节YAP/TAZ的活性。甲羟戊酸途径通过激活Rho GTPase介导的YAP/TAZ磷酸化抑制，以及促进YAP/TAZ核定位来调节YAP/TAZ。在乳腺癌中，甲羟戊酸/YAP/TAZ轴刺激乳腺癌细胞增殖和自我更新。因此，了解Hippo途径和肿瘤代谢之间的相互作用可能会为肿瘤治疗开辟新的途径。

七、Hippo通路与肿瘤免疫

肿瘤启动细胞利用YAP通过招募M2巨噬细胞逃避免疫清除。Hippo信号通过上调TEAD依赖的CXCL5表达来浸润MDSC，从而影响肿瘤进展。另一项体内研究表明，LATS1/2的缺失通过分泌富含核酸的胞外小泡来刺激宿主TLRs-IFN通路，从而诱导抗肿瘤免疫。

Hippo通路在调节炎症和T细胞分化中也起着重要作用。Hippo通路效应器TAZ相互调节炎性Th17细胞、T辅助细胞和Treg细胞亚群、免疫抑制调节性T细胞的分化。最近一项研究报道了YAP在肿瘤微环境中减弱激活的CD8 T细胞介导的抗肿瘤免疫。

八、Hippo通路与肿瘤生物学

Hippo通路的失控导致细胞和器官的过度生长，突显了其在癌症生物学中的重要意义。大量研究表明，YAP/TAZ/TEAD过表达与细胞增殖、侵袭和迁移、转移、肿瘤干细胞特性和耐药性有关。一项体内研究表明，Hippo上游调节因子的敲除或YAP在小鼠肝脏中的过度表达会导致肝组织的异常生长和肝脏肿大，进而发展为肝癌。YAP/TAZ在许多实体肿瘤中都有表达，并且与癌症患者的低生存率呈正相关。

九、Hippo通路在癌症中的表观遗传调控

最近的生物信息学分析表明，YAP/TAZ启动子作为Hippo通路在细胞核中的最终靶点，高度富含各种转录因子(TF)的结合位点。这些TF中大多数是表观遗传机制的直接成员，或者通过在人癌症细胞中招募其他DNA或组蛋白修饰成分的染色质重构体来发挥间接作用。另一方面，YAP/TAZ通过染色质重塑复合物蛋白的表观遗传修饰影响其靶基因的活性。基于DNA甲基化的RASSF1A是一种Hippo通路支架蛋白，可以增强YAP/p73的肿瘤抑制功能。

十、外泌体介导的Hippo通路调控在癌症中的作用

肿瘤来源的外泌体参与了肿瘤的发生发展，并与肿瘤免疫调节、促进血管生成、侵袭、转移以及耐药等不同的肿瘤标志物密切相关。通过携带不同的生物分子(包括脂质、DNA、mRNA、miRNA和lncRNA)，外泌体可以调节不同的信号通路，包括间质细胞和癌细胞中的Hippo途径。例如Moroishi等人发现，从去除LATS1/2的肿瘤细胞中提取的富含核酸的胞外囊泡通过诱导干扰素应答和Toll样受体-MYD88/TRIF途径提高免疫原性。与此一致的是，抗肿瘤反应通过靶向LATS1/2导致肿瘤抑制。

十一、Hippo通路可作为治疗的靶点

Hippo通路的核心成分是激酶，因此可针对这些激酶进行治疗，如MST1/2激酶抑制剂XMU-MP-1。丝氨酸苏氨酸激酶抑制剂MST1/2或LATS1/2可能上调转录共激活因子YAP/TAZ，从而促进再生医学中的组织修复。此外，由于大多数癌症都有YAP/TAZ的高表达，这两种转录激活因子的抑制剂可能被用于癌症治疗，例如破坏TEAD和YAP/TAZ之间相互作用的多肽抑制剂可以作为胃癌的潜在治疗选择。

除了针对河马途径的下游调节因子外，激活上游调节因子在癌症治疗中也可能是有益的。例如，Tankyrase抑制剂稳定了Hippo上游调节因子Angiomotin家族蛋白(Amot)，从而抑制了Yap的活性。他汀类药物抑制Rho GTP酶激活所必需的甲羟戊酸级联反应，从而抑制YAP/TAZ活性。最近另一项研究报道，维替泊芬抑制YAP/TAZ/YAAD复合体可能阻止尤文肉瘤细胞迁移和转移。这些研究提示Hippo通路的重要性，为使抗癌药物的效果最大化，并将有害的副作用降至最低打开新的治疗窗口。

“论肿道麻”述评

Hippo通路最初发现于果蝇（Drosophila）中，是从原生动物到真核生物的不同物种中最保守的途径之一，无论果蝇还是哺乳动物，Hippo信号通路都可以通过调节细胞增殖、凋亡和干细胞自我更新能力实现对器官大小的调控。 Hippo通路受机械环境、G蛋白偶联受体信号、细胞能量水平、氧化应激、缺氧等多种信号调控，同时Hippo通路作为抑癌基因调节上游分子与核心分子，一旦调节失常即可造成非控制性增殖和凋亡抑制。YAP和TAZ机能亢进可能促进肿瘤细胞的增殖。此外，YAP的活性对细胞增殖、存活、迁移、侵袭非常重要。因此，Hippo信号通路广泛参与机体生理功能和病理过程的调节，是控制适度发育、再生和生长的检测点。 近年来的研究发现Hippo信号通路与肿瘤免疫、固有免疫以及自身免疫性疾病密切相关。Hippo信号的研究有利于今后人类多种癌症、组织再生等的治疗，提高肿瘤治疗的特异性和靶向性，减少药物对正常干细胞的损伤以及在肿瘤中的耐药机制。 

编译：赵曦宁；述评：翁梅琳 审校：张军，缪长虹 

参考文献：Mohajan S, Jaiswal PK, Vatanmakarian M, et al. Hippo pathway: Regulation, deregulation and potential therapeutic targets in cancer. Cancer Lett. 2021;507:112-123. doi:10.1016/j.canlet.2021.03.006