YAP生物學功能的研究進展

耿婉如，楊桂榮綜述，孫洪濤審校

（內蒙古民族大學附屬醫院1.呼吸科；2.檢驗科；3.心血管科，通遼028000）

綜述

YAP生物學功能的研究進展

耿婉如1，楊桂榮2綜述，孫洪濤3審校

（內蒙古民族大學附屬醫院1.呼吸科；2.檢驗科；3.心血管科，通遼028000）

YAP；Hippo通路；胚胎發育；組織再生；癌癥

YAP（Yes－associated protein，YAP）是Hippo信號通路下游的主要效應分子。1995年，Sudol等鑒定并克隆了一個與非受體酪氨酸激酶YES的Src homolog domain3（SH3）區結合的新蛋白。該蛋白分子量為65 kD，富含脯氨酸，因該蛋白通過與原癌基因Yes結合，因而被命名為Yes-associated protein（YAP65）。人類YAP基因位于染色體11q22區，YAP存在2種變位剪切形式，即YAP1和YAP2，YAP1具有一個WW結構域，而YAP2具有2個WW結構域。YAP蛋白廣泛表達于除外周血白細胞外的各種組織中。YAP存在多個結構域或特異氨基酸序列，包括N端富含脯氨酸的結構域，轉錄因子TEADs結合區，2個WW結構域，1個SH3結合基序，C端的轉錄激活域以及PDZ結合基序。通過這些結構域或氨基酸序列，YAP與多種蛋白相互作用，參與細胞內多條信號通路的調控，行使多種生物學功能。YAP主要定位于細胞核中，由于缺乏明顯的DNA結合結構域，YAP被認為是轉錄共激活因子，需與轉錄因子結合，起始下游基因的轉錄。

1 YAP活性的調控

1.1 Hippo信號通路調控YAP活性 Hippo信號通路是目前報道的調節YAP活性的主要方式。Hippo通路上游成員Mst1/2磷酸化該通路中其他3個核心成員WW45、Mob、Lats1/2，活化的Lats1/2磷酸化下游效應分子YAP及其旁系同源物Taz，磷酸化的YAP和Taz與14-3-3結合，從細胞核轉位至細胞質中，失去其轉錄共激活因子的活性[1]。此外，YAP第381位絲氨酸被Lats1/2磷酸化后促使其他位點的絲氨酸被CK1δ/ε磷酸化，最終使YAP通過泛素-蛋白酶體途徑被降解[2]。

1.2 GPCR信號通路調控YAP活性 除了經典的Hippo信號通路外，YAP的活性還受G蛋白偶聯受體（G protein coupled receptor，GPCR）信號通路的調控。血清中的可溶性激素，如溶血磷脂酶（lysophosphatidic acid,LPA）和鞘氨醇一磷酸（sphingosine-1 phosphate,S1P）可通過G12/13偶聯受體抑制Hippo通路激酶Lats1/2，進而激活YAP；另一方面，胰高血糖素或腎上腺素刺激Gs偶聯受體則激活Lats1/2，進而抑制YAP的活性。因此，GPCR信號通路對YAP活性的促進或抑制取決于該受體偶聯的G蛋白。

1.3 機械張力調節YAP活性 細胞外基質（extracellular matrix,ECM）和細胞形態等的機械張力也參與調控YAP的活性。機械張力對于YAP的調控，依賴于Rho GTPase的活性，而非依賴于Hippo信號通路中Lats1/2激酶[3]。也有報道認為當細胞處于較低機械張力的狀態（如接觸抑制），F-actin加帽或切割蛋白Cofilin，CapZ，Gelsolin是限制YAP活性的重要因素[4]。

1.4 蛋白相互作用調節YAP活性 YAP的活性還能通過蛋白之間的相互作用進行調節。Angiomotin（AMOT）家族成員能與YAP結合，使YAP滯留于緊密連接（tight junction）處，進而抑制YAP的核定位；YAP與緊密連接蛋白ZO-2結合，促進YAP的核定位[5]。細胞粘附連接蛋白a-catenin能與YAP結合，通過將YAP滯留于細胞質中從而實現對YAP活性的抑制[6]；另一細胞粘附連接蛋白PTPN14通過與YAP的WW結構域結合負向調控YAP的活性[7]。此外，homeodomain-interacting protein kinase 2，14-3-3蛋白，casein kinase 1，WBP2和β-TRCP等蛋白都能通過直接與YAP相互作用影響YAP的活性[8]。另外，近期有研究發現了間接調控YAP轉錄活性的分子—VGLL4。VGLL4雖然不能直接和YAP結合，但能通過與YAP競爭性結合TEADs（TEADs是與YAP結合的主要轉錄因子），進而抑制YAP作為轉錄共激活因子的活性[9]。

2 與YAP相互作用的轉錄因子及下游靶分子

YAP作為轉錄共激活因子，需要通過與轉錄因子結合，調控下游靶基因的轉錄。Teads家族（Tead1-4）是與YAP相互作用的主要轉錄因子，含有保守的DNA結合結構域TEA，能通過其C端與YAP的N端相互作用，并介導YAP促進增殖、轉化、上皮向間質細胞轉變和轉移等功能[10]。YAP還能與Smad，Runx1/2，p73，ErbB4等轉錄因子結合，調控下游一系列基因的表達。此外，YAP還能招募一些DNA或組蛋白修飾酶，調控基因的表達，如YAP能和SWI/SNF染色質重構復合物組分Brg1相互作用[11]。YAP與這些轉錄因子或轉錄復合物結合，參與調控多種生理和病理過程，其具體作用機制目前還待進一步闡明。

結締組織生長因子（connective tissue growth factor,CTGF）是目前報道的YAP直接下游靶基因，介導了YAP誘導的增殖及錨定非依賴性生長的功能。此外，CYR61，AXL，ITGB2，FGF1，BIRC5，CDK6等都是報道的受YAP調控的下游靶基因。

3 YAP的生理功能

3.1 YAP在胚胎發育過程中的功能 YAP在胚胎發育過程中扮演重要的角色。YAP全身性敲除的小鼠在胚胎發育第8.5天致死，伴有卵黃囊血管發生、絨毛膜尿囊融合及體軸伸長的缺陷[12]。在胚胎發育的第一次細胞命運決定過程中，卵裂球的外圍一圈細胞中YAP主要定位于細胞核中，YAP活化后與轉錄因子TEADs結合起始下游與滋養外胚層分化相關基因的表達。隨著小鼠胚胎干細胞的分化，YAP被失活[13]。在小鼠胚胎干細胞中過表達YAP將阻止胚胎干細胞的分化，而敲除YAP則導致細胞全能性的喪失[13]。在人胚胎成纖維細胞重編程成誘導多能干細胞的過程中，YAP被激活。在Sox2,Oct4和KLF4三因子的基礎上加入YAP則能增加重編程的效率[13]。

3.2 YAP在成體干細胞中的功能 YAP和TEADs在含有干細胞或祖細胞的組織中表達較高。在小腸、發育的大腦中，YAP主要在祖細胞中高表達，而在另一些組織中，如皮膚和骨骼肌，YAP的表達水平隨分化程度的增高逐漸降低[14]。YAP在哺乳動物成體干細胞穩態維持中扮演重要的角色。最近的一些研究揭示了YAP在表皮發育中的重要功能：利用表皮中誘導YAP表達的小鼠模型，研究證實激活YAP將導致表皮層的顯著增厚。這類增生是由未分化的濾泡間干細胞及祖細胞擴增引起的，并且擴增的細胞表現出較強的自我更新能力和成瘤能力[6]。相反，在表皮發育階段，在皮膚中特異性敲除YAP或者破壞YAP和TEADs的相互作用則導致表皮發育不全及皮膚擴展的無法發生[6]。YAP在肝臟祖細胞中高度激活；在分化肝實質細胞中激活YAP將導致該細胞的去分化，肝臟體積的增加以及“Oval”細胞的產生[15]。廣泛過表達激活型YAP（YAP-S127A）則導致小腸細胞缺失分化的marker以及未分化細胞的擴增[6]。在成肌細胞和小鼠原代肌肉干細胞中過表達YAP則引起myogenic program，使細胞保留祖細胞的特征和增殖能力，進而阻滯 myoblast program[16]。過表達YAP或激活YAP使骨骼肌干細胞所在區域衛星細胞的擴增，并抑制這群細胞的分化。在肺上皮管形成和分支過程中，YAP的細胞核/質定位在氣管和遠端肺泡組織間存在明顯的界限；在交界區，YAP調控特異性的 transcriptional program，促使氣管上皮的形成；YAP的缺失使上皮祖細胞無法響應TGF-β信號的誘導，進而阻滯氣管的形成[17]。

3.3 YAP在組織再生中的功能 YAP在成體干細胞中的作用提示YAP在組織再生過程中也發揮重要的作用。過表達持續激活型YAP能促進成體心肌細胞的增殖，并在損傷條件下促進成體心臟的再生。在小鼠中，YAP是新生心臟再生所必須的，在成年小鼠心臟中過表達激活型YAP（YAP S127A）促進心肌梗死后的心臟再生[18]。在皮膚受損的第2～7天，YAP主要表達在真皮層細胞核中，通過RNAi的方法減少YAP的表達顯著延緩皮膚愈合速度，并減少轉化生長因子β1（transforming growth factor-β1, TGF-β1）的表達[19]。

4 YAP在癌癥中的功能

4.1 YAP在人類腫瘤中的表達 YAP與人類腫瘤的發生發展緊密相關。在室管膜細胞瘤、成神經管細胞瘤和口腔鱗癌等人類腫瘤中，存在著YAP基因所在染色體區域的擴增。肝癌、結腸癌、卵巢癌、肺癌、前列腺癌等腫瘤中，YAP的表達水平和核定位較正常組織或癌旁組織明顯升高[20]。并且，YAP的表達水平與腫瘤的惡性程度、分級、預后等存在相關性。

4.2 YAP在腫瘤生物學中的功能 功能學的研究顯示YAP在腫瘤的發生發展過程中發揮重要作用。人乳腺上皮細胞MCF10A中過表達YAP能誘導細胞錨定非依賴性生長、生長因子非依賴性增殖[10]；在人胚肺成纖維細胞系IMR90中通過shRNA降低YAP的表達水平將誘導細胞衰老[21]；在肺癌細胞系中過表達YAP促進該細胞的增殖能力和侵襲能力[22]。近期研究表明，YAP的高度激活還導致了腫瘤細胞對化療藥物的耐受：YAP對于卵巢癌起始細胞的化療藥物抵抗性是必不可少的[23]。YAP還與腫瘤干細胞相關：YAP在成神經管細胞瘤的腫瘤干細胞和肺癌tumor propagating cells（TPCs）中高表達；YAP參與對卵巢癌起始細胞自我更新的調控[23]。YAP在多數腫瘤中扮演癌基因的角色。YAP影響細胞的增殖和存活，賦予細胞腫瘤干細胞特性、耐藥及衰老的抑制等腫瘤細胞的特征的具體機制存在組織和細胞的特異性，其機制還有待深入研究。

另一方面，也有研究表明YAP在一些腫瘤類型中行使抑癌基因的功能：在乳腺癌細胞系中Knockdown YAP抑制細胞的失巢凋亡，促進細胞的遷移和侵襲能力[24]；在DNA損傷的情況下，YAP能與p73相互作用并促進由p73介導的細胞凋亡。

近年來，YAP在腫瘤細胞可塑性及細胞命運決定方面的作用也逐步被人們發現，YAP通過促進腫瘤細胞的上皮細胞向間質細胞轉變來賦予腫瘤細胞干細胞特征[25]。

5 以YAP作為藥物靶點

基于YAP在組織再生和癌癥中的重要作用，開發針對YAP的藥物具有重要意義。在Hippo信號通路的核心成員中，有兩對激酶MST1/2和LATS1/2，它們能抑制YAP的活性。針對這兩類激酶的小分子抑制劑可能上調YAP的活性，進而促進YAP的功能[26]。這類小分子可能在諸如體外干細胞或祖細胞擴增和體內組織修復等再生醫學領域得到運用。另一方面，鑒于YAP在大多數腫瘤中高度激活，抑制YAP的活性可能是抑制腫瘤的一種手段。Verteporfin(VP)，目前被用于治療黃斑病變的一種光敏劑，能抑制由于YAP過表達引起的肝臟的過度增殖[27]。近期的研究發現一種合成多肽（Super-TDU）也能通過抑制YAP的活性進而抑制胃癌細胞的體外增殖和胃癌小鼠的腫瘤發展進程。VP和Super-TDU都是通過競爭性的結合于YAP相互作用的主要轉錄因子TEADs，進而抑制YAP-TEADs復合物的轉錄活性，從而實現對YAP功能的抑制[27]。

6 總結及展望

在過去的20年間，科研人員對YAP的調控及生物學功能展開了深入地研究。利用生物化學和分子生物學等手段，YAP活性的調控已被逐步闡明：作為Hippo信號通路下游的效應分子，YAP主要受Hippo信號通路激酶級聯反應的負向調控；近年來的研究揭示GPCR信號通路、機械張力等胞外、胞內信號也參與YAP活性的調控；通過直接或間接的蛋白相互作用也能調節YAP的活性；此外，YAP和其他信號通路的crosstalk，使得YAP的活性的調控更為復雜和多元。利用細胞生物學、動物模型以及人類臨床樣本，YAP在胚胎發育、組織穩態維持、干細胞生物學、腫瘤生物學中的功能已被逐步發現。

雖然YAP的功能和調控已經逐漸被認識，但仍然存在許多待解決的問題：（1）YAP的活性受到多個分子和多條信號通路的影響，細胞如何整合這些來自胞外和胞內的信號，產生合適的響應。（2）YAP在成體干細胞中功能僅在一些組織和細胞類型中被闡釋，研究YAP在更為廣泛的組織和細胞類型中的作用將為理解YAP在干細胞中的重要性提供實驗依據。（3）YAP在組織再生中的作用已經開始被關注，但僅局限于心臟、結腸、肝臟等器官，研究YAP在其他器官再生中的功能將是今后研究的熱點之一。（4）在大多數腫瘤中YAP被認為是癌基因，但越來越多的研究發現，YAP在特定腫瘤類型或者特殊生理病理條件下扮演抑癌基因的角色，闡明YAP在腫瘤中的具體作用機制將加深人們對YAP在腫瘤中的功能的理解。（5）近年來，YAP的結構已被解析，鑒于YAP在組織再生和癌癥中的重要功能，開發激活或抑制YAP活性的藥物將為再生醫學和腫瘤治療提供策略。

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（2015-06-09收稿）

R730.2

A

1006－8147（2015）06-0545-04

耿婉如（1982-），女，主治醫師，碩士，研究方向：肺部腫瘤的分子機制及肺動脈高壓治療；通信作者：孫洪濤，E-mail：13947551964@163.com。