YAP與腫瘤干細胞相關性研究進展*

李海欣 何娜 綜述 鄭紅 審校

腫瘤干細胞是近年來生物學研究的熱點。隨著“腫瘤干細胞學說”的提出，研究者在多種癌癥中發現了腫瘤干細胞的存在。大量的研究表明腫瘤干細胞與普通干細胞在起源、形態、功能及調控機制上具有很多共同點。Hippo-YAP信號通路是最新發現的可能與癌干細胞（CSC）分化密切相關的重要信號轉導通路。Hippo途徑和其共調節因子YAP1在干細胞分化和調控器官大小等方面發揮重要作用［1］。研究報道發現在胚胎干細胞分化過程中YAP1是呈現失活狀態的，當誘導多能干細胞重啟時YAP表達升高，并且在體外實驗中YAP1表達能夠阻止胚胎干細胞的分化而維持干性。此外，YAP1通過直接促進大量與干細胞干性相關的基因而活化其表達，這項研究揭示了YAP1作為維持干細胞干性因子的重要作用［2］。因此，YAP作為揭示癌癥發生發展的重要橋梁將干細胞與腫瘤干細胞連接起來。

1 YAP蛋白及功能調節

YAP基因位于染色體11q22.1，其編碼的蛋白質是一種富含脯氨酸的分子量為65 kDa的蛋白［3］，1994年首次發現YAP作為非受體酪氨酸激酶YES1的結合蛋白發揮作用，YAP包含四個結構域（WW結構域、PDZ相互作用基序、SH3結合基序和卷曲螺旋結構域），其中WW結構域和WBP1和WBP2的PPXY基序結合［4］。隨后的研究發現，YAP的c末端含有轉錄激活結構域，卻無DNA結合結構域，因此被稱為轉錄共活化因子，YAP蛋白c末端的4個氨基酸與蛋白質PDZ結構域相互作用起到轉錄激活作用，如與蛋白質ZO-2和NHERF2緊密連接，對YAP進行亞細胞定位調節起到重要作用［5］。

YAP的功能由多種轉錄后修飾來調節及上游一系列激酶級聯反應參與調控（Mst1/2、Sav1、Lats1/2及Mob1），并且作為Hippo途徑的主要效應因子發揮作用［6］，其中磷酸化起到調節的主要作用。研究表明，在體內和體外Lats介導YAP的HXRXXS基序磷酸化絲氨酸-127并由14-3-3蛋白識別促進其滯留于細胞質中，從而不能進入細胞核內發揮轉錄激活功能［7］。進一步的研究發現機械壓力，如細胞外基質（ECM）的剛度差，細胞黏附和細胞的幾何形狀也是YAP活性的關鍵調節劑。當細胞在剛度矩陣培養，YAP主要定位于細胞核，促進靶基因的表達。然而，當細胞被培養在軟基質中，YAP滯留于細胞質并抑制其活性［8］。最近的研究發現G蛋白偶聯受體作為Hippo通路上游一個新的調控因子強效調節YAP的活性［9］。YAP還通過蛋白質之間的相互作用調節，AMOT蛋白主要參與維持上皮細胞完整的緊密連接（TJ）和細胞極性，可直接通過WW-PPXY互動結合YAP，并導致YAP細胞質滯留［10］。綜上所述，YAP功能的調節不是一個單一的過程，而是由多種方式協同參與完成的。

2 YAP與干細胞

干細胞（stem cells，SC）是一類具有自我復制能力的多潛能細胞，在一定條件下可以分化成多種功能細胞。近年來的研究發現Hippo通路中的核心協轉錄因子YAP具有維持干細胞干性的作用。大量的研究已經在胚胎干細胞、神經干細胞、造血干細胞中發現YAP-TEAD2的高表達能夠維持干細胞干性并且已經成為維持干性的標志物［11］。Tamm等［12］發現，YAP和TEAD2能激活哺乳動物胚胎干細胞的主要轉錄調節因子OCT4和Nanog的表達。此外，抑制YAP和TEAD2表達或抑制TEAD的功能都會造成干細胞失去干性。與此同時，在胚胎干細胞分化的過程中YAP蛋白和mRNA的表達水平隨著干性的缺失而顯著降低。在小鼠胚胎成纖維細胞轉化為多潛能干細胞的過程中YAP被激活，并協同SOX2、OCT4和KLF4增加小鼠胚胎成纖維細胞轉化為多潛能干細胞的效率，進一步驗證了YAP在維持干細胞干性當中的作用［13］。在神經干細胞中，YAP通過下游的Notch信號通路或Shh信號通路刺激細胞增殖和抑制細胞分化。神經管中的YAP或轉錄活性狀態的TEAD的過表達都能夠通過抑制干細胞退出細胞周期導致神經分化降低和神經祖細胞數目的增加［14］。

另外，研究發現胚胎干細胞的干性可通過YAP/TAZ直接促進，并間接介導TGF-β/BMP或LIF信號通路，調節體內和體外基因的表達［15］。最近的研究發現，YAP的激活將可以將肝細胞轉化為肝祖細胞，這個發現為了解肝癌的起源提供了新的思路［16］。此外，通過α連環蛋白依賴或非依賴途徑YAP的過表達導致標記的基底祖細胞的擴增和終末分化的抑制。在皮膚中，YAP的表達和核定位在基底表皮祖細胞中顯著增高，然而在已經分化的表皮細胞中YAP易位到細胞質中不發揮轉錄激活功能［17］。與之相一致的，敲除YAP后，祖細胞的增殖受到抑制并導致皮膚不能增殖。YAP還通過連接Hippo信號通路和其他促進增長的信號通路，如胰島素樣生長因子和Wnt信號通路，部分結合β-catenin通路調節胚胎和新生兒心肌細胞增殖并直接促進干性基因的表達。近年來，YAP在骨骼干細胞中的作用逐漸被證實，研究表明，YAP在C2C12成肌細胞和小鼠初級肌肉干細胞的成肌細胞中過表達，并保留祖細胞的增殖特性［18］。Barry等［19］報道，YAP在腸上皮細胞的特異性表達能夠通過抑制Wnt/β-catenin信號通路抑制腸道重建和降低腸道干細胞的數量。

3 YAP與腫瘤干細胞

腫瘤干細胞假說是近年來提出的一種新理論，由Mackillop于1983年首次提出，認為在所有的腫瘤中都可能存在著一小簇具有自我更新能力、能分化為其他腫瘤類型并啟動腫瘤形成的腫瘤干細胞。90年代末在急性髓系白血病中發現腫瘤干細胞［20］，隨后研究人員分別在乳腺癌、中樞神經系統癌癥、結腸癌、前列腺癌、胰腺癌、肝癌等實體瘤中也鑒定出了腫瘤干細胞的存在，進一步證實了腫瘤干細胞假說。目前，越來越多的學者認為腫瘤干細胞才是癌癥發生、發展以及治療后復發的根源，它可能是腫瘤轉移和復發的根本原因，開展腫瘤干細胞的靶向藥物和基因治療研究極有可能為根除腫瘤帶來新的希望。

目前，已在胚胎干細胞、神經干細胞、造血干細胞研究中發現YAP-TEAD2的高表達能夠維持干細胞干性并且已經成為維持干性的標志物［11］。腫瘤干細胞與干細胞具有很多相似的特性，雖然目前對于YAP維持腫瘤干細胞作用的研究較少，但是YAP在腫瘤發生和維持腫瘤干細胞干性方面的作用吸引了相當多的關注。最近的一項研究發現在乳腺癌中TAZ是維持乳腺癌干細胞干性的主要調節因子［21］。993例原發乳腺癌病例的微陣列分析發現一簇基因相比于G1期（良性腫瘤）在G3期（即低分化的腫瘤）高表達。其中，在G3期腫瘤發現YAP/TAZ活性升高，而且在胚胎和正常乳腺干細胞中的也觀察到了YAP/TAZ表達的升高［21］。

YAP和TEAD在維持腫瘤干細胞干性方面起到協同的作用，并且可能在維持腫瘤干細胞干性和自我更新調節方面發揮關鍵性作用。YAP和TEAD在髓母細胞瘤的腫瘤干細胞中高表達。在與Shh相關的髓母細胞瘤中YAP表達上調，當敲除YAP后小腦顆粒神經元顯著降低［22］。Xia等［23］研究首次發現YAP參與了卵巢癌干細胞調節機制，YAP起到維持卵巢癌干細胞干性的作用，并且在失去干性的卵巢癌干細胞中YAP表達下降。YAP下游的因子TEAD在卵巢癌干細胞中也呈現高表達狀態，然而敲除YAP后YAP-TEAD表達顯著降低。有研究發現YAP1通過與TEAD保守的結合位點結合直接上調Sox9，并且維持各種胃腸道起源非轉化類型細胞的干性（腫瘤球體的形成，擴散和致瘤性），包括原發性食管上皮細胞、永生化胚胎肝細胞以及食管癌細胞［24］。

最新的研究發現YAP調控腫瘤干細胞的新途徑，即Sox2-YAP-Hippo途徑。Sox2-Hippo軸研究中發現，Sox2通過抑制Hippo途徑中的兩個轉錄因子Nf2和WWC1拮抗Hippo通路，導致YAP過表達，從而增加腫瘤干細胞的數量并且促進骨肉瘤的生成。該研究中Sox2通過調節YAP-Hippo腫瘤抑制通路維持骨肉瘤干細胞的干性，因此，破壞YAP轉錄活性可能是Sox2依賴型腫瘤的治療策略［25］。在非小細胞肺癌中，研究發現YAP1通過WW結構域與轉錄因子OCT4相互作用，促進Sox2的表達、干細胞自我更新；干細胞樣血管生成在非小細胞肺癌的發生發展中發揮重要作用［26］。

4 結語

自從1994年首次發現YAP蛋白，在過去十年的研究中逐步發現的主要調控機制為通過翻譯后修飾和蛋白質之間的相互作用激活YAP的轉錄活性。同時，YAP作為Hippo信號通路中的核心協轉錄蛋白在調節組織穩態、器官大小、干細胞干性維持以及腫瘤發生發展方面起到了關鍵作用。之后在果蠅和小鼠身上的基因檢測為YAP在調控器官大小和組織再生方面的作用提供了有力證據。近年來，YAP在癌癥發生發展中的關鍵作用特別是其維持干細胞干性的作用為癌癥的研究提供了新的方向。然而，還有一些關鍵問題需要解決，YAP-TAZ和YAP-TEAD在維持干細胞方面的功能只在少數細胞類型中得到驗證。需要在更廣范圍的組織特異性干細胞和各種類型的癌癥干細胞中進一步研究揭示YAP/TAZ及YAP-TEAD的生理作用，其結果可能會開拓對YAP蛋白在腫瘤發生發展及轉移過程中調節組織穩態作用的認識。另外，在應用YAP作為治療靶點進行癌癥治療方面尚無有效的治療方案出現。期待未來有更多的在腫瘤治療和再生醫學方面YAP抑制或激活對癌癥影響的轉化醫學的探索，為癌癥的研究提供新的線索和方向。

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