Hippo信號通路在胰島β細(xì)胞發(fā)育與再生中的作用

洪育蒲 鄧文宏 王衛(wèi)星

武漢大學(xué)人民醫(yī)院普通外科 消化系統(tǒng)疾病湖北省重點實驗室，武漢 430060

【提要】 Hippo信號通路在哺乳動物中具有高度保守性，在應(yīng)對多種細(xì)胞內(nèi)外信號刺激參與調(diào)節(jié)許多組織發(fā)育和穩(wěn)態(tài)的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。許多研究表明，Hippo信號對于胰腺的發(fā)育以及胰島β細(xì)胞的生長、增殖和再生有著重要作用。

Hippo通路作為一個復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)細(xì)胞、組織的穩(wěn)態(tài)和生物學(xué)行為來影響器官的形態(tài)大小的構(gòu)建，對Hippo通路的研究有助于進(jìn)一步了解發(fā)育、干細(xì)胞和腫瘤發(fā)生的分子生物學(xué)機制[1-2]。近來多項研究表明，Hippo信號通路影響著胰腺發(fā)育和β細(xì)胞的生長、增殖、再生調(diào)控[3-10]。在此，就Hippo在生理和病理狀態(tài)下如何影響胰腺和胰島β細(xì)胞的發(fā)育與再生作一綜述。

一、Hippo通路概述

在哺乳動物中，Hippo信號通路的基本結(jié)構(gòu)和功能是高度保守的，該通路主要由3大類分子構(gòu)成[11-12]：上游調(diào)節(jié)因子為NF2基因編碼的Merlin蛋白；核心激酶級聯(lián)鏈組分包括哺乳動物不育20樣蛋白激酶1(mammalian sterile 20-like protein kinase 1，MST1)、MST2、SAV1、MOB1及LATS1/2；主要效應(yīng)分子包含Yes相關(guān)蛋白(Yes-associated protein，YAP)，PDZ結(jié)合域轉(zhuǎn)錄共激活子(transcriptional coactivator with PDZ-binding motif，TAZ)和TEA結(jié)構(gòu)域1-4(TEA domain，TEAD1-4)。

在正常生理條件下，細(xì)胞應(yīng)激、細(xì)胞極性、機械壓力、細(xì)胞之間相互作用以及G蛋白耦聯(lián)受體等多種因素匯聚到Merlin蛋白，作為上游信號激活MST1/2，使得SAV1與MOB1發(fā)生磷酸化，進(jìn)而募集和繼續(xù)磷酸化LATS1/2的疏水基團，LATS1/2被磷酸化激活后可以磷酸化下游的轉(zhuǎn)錄共激活效應(yīng)蛋白YAP和TAZ，磷酸化的YAP、TAZ與14-3-3蛋白結(jié)合后被隔離或者降解在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)而處于失活狀態(tài)[13-14]。如果Hippo信號通路的調(diào)控出現(xiàn)異常，非磷酸化的YAP和TAZ增加并轉(zhuǎn)移入細(xì)胞核內(nèi)，與TEAD家族蛋白結(jié)合后激活下游促增殖和抗凋亡基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，甚至引發(fā)腫瘤發(fā)生[15]。

二、Hippo與胰腺發(fā)育

在胰腺發(fā)育的過程中，基因表達(dá)以精巧的時空模式發(fā)生轉(zhuǎn)換，對于保證胰腺前體細(xì)胞向特定細(xì)胞類別分化是不可或缺的[16-17]。Hippo在調(diào)控干細(xì)胞和祖細(xì)胞的細(xì)胞行為方面起著重要作用[18-19]。多項研究表明，Hippo信號調(diào)節(jié)人類和小鼠胎兒期胰腺的早期發(fā)育和細(xì)胞特化階段。其中值得關(guān)注的是在初始發(fā)育過程中，YAP/TEAD的高表達(dá)促使腸內(nèi)胚層向胰腺多能祖細(xì)胞演變。YAP最初在整個小鼠胰腺中表達(dá)，隨著細(xì)胞分化開始分化并局限在外分泌部，而在內(nèi)分泌細(xì)胞中則處于沉默狀態(tài)[4]。胰腺條件性MST1/2雙基因敲除小鼠相比于野生型小鼠，在妊娠中期的胎鼠胰腺，異常激活的YAP使得導(dǎo)管細(xì)胞擴張，腺泡細(xì)胞分化受阻，直至出生后6周齡時胰腺YAP仍過度激活，促使導(dǎo)管細(xì)胞和腺泡細(xì)胞的增殖以及腺泡細(xì)胞去分化為導(dǎo)管樣結(jié)構(gòu)。此外，這些MST1/2雙基因敲除的小鼠胰腺出現(xiàn)結(jié)構(gòu)紊亂，體積萎縮，炎性細(xì)胞明顯浸潤等類似于胰腺炎的表現(xiàn)。而胰島雖然體積縮小，但是血糖穩(wěn)態(tài)并未受到影響[8]。這些結(jié)果說明MST1/2激酶是維持外分泌部的分化狀態(tài)的決定性因素，但對于YAP沉默的胰島內(nèi)分泌細(xì)胞的作用甚微。

在人類胚胎胰腺和胚胎干細(xì)胞、人和小鼠胰腺多能祖細(xì)胞及成年小鼠胰腺外分泌祖細(xì)胞中均可檢測到細(xì)胞核內(nèi)YAP激活[4,20]。在人類胚胎胰腺祖細(xì)胞內(nèi)，TAP-TEAD轉(zhuǎn)錄復(fù)合體結(jié)合到調(diào)控增殖的轉(zhuǎn)錄增強子上，并激活后者[4]。然而，在內(nèi)分泌祖細(xì)胞開始出現(xiàn)Ngn3表達(dá)后就無法檢測到Y(jié)AP在mRNA或者蛋白質(zhì)水平的表達(dá)，這與成熟的內(nèi)分泌細(xì)胞維持低增殖和低再生水平是一致的[7]。生物信息學(xué)基因芯片大數(shù)據(jù)分析證實，YAP在正常胰島β細(xì)胞中是一種受抑制基因，可以嚴(yán)格控制β細(xì)胞數(shù)目和胰島素的產(chǎn)生，以防低血糖的發(fā)生[21-22]。

三、Hippo在β細(xì)胞增殖及凋亡的作用

在小鼠肝臟、腸道以及心臟損傷后，機體過表達(dá)YAP或者抑制MST、LATS激酶促進(jìn)了受損細(xì)胞的增殖和再生[23-26]。成年后胰腺的β細(xì)胞自我復(fù)制和再生能力受限，β細(xì)胞甚至出現(xiàn)年齡相關(guān)性衰退，提示細(xì)胞存在著抑制有絲分裂和生長的內(nèi)源性信號[27-28]。

Ardestani等[10]研究發(fā)現(xiàn)，β細(xì)胞受到炎癥因子、糖毒性、脂毒性和氧化應(yīng)激等不利因素的刺激后激活MST1，通過Caspase家族蛋白形成正反饋環(huán)路，放大其促凋亡的效應(yīng)，促進(jìn)β細(xì)胞的凋亡；此外，MST1還可以磷酸化PDX1的Thr11位點，并使其發(fā)生泛素化降解，從而損害β細(xì)胞正常胰島素分泌功能。反之，MST1缺失的情況下，小鼠體內(nèi)的β細(xì)胞、人類胰島以及嚙齒類動物來源的β細(xì)胞系中，由上述刺激所誘導(dǎo)的凋亡將受到抑制，以保護(hù)β細(xì)胞功能和維持血糖平衡。此外，RASSF1作為一種促凋亡的MST1相關(guān)蛋白，在糖尿病小鼠的β細(xì)胞中處于高表達(dá)水平[29]。相應(yīng)地，Hippo上游關(guān)鍵信號的Merlin缺失后可以拮抗LATS的磷酸化，Caspase-3活化和PARP降解減少，使得促炎遞質(zhì)、高糖及游離脂肪酸刺激大鼠胰島素瘤細(xì)胞系和離體培養(yǎng)的人類胰島所誘導(dǎo)的凋亡也明顯改善[5,30]。

在離體培養(yǎng)的人類胰島中以腺病毒轉(zhuǎn)染YAP基因過表達(dá)，可使TEAD表達(dá)上調(diào)，同時激活了mTORC1，也使得轉(zhuǎn)錄因子FOXM1在mRNA和蛋白水平均升高，β細(xì)胞得以大量自我復(fù)制和增殖，但并不影響β細(xì)胞的分化狀態(tài)以及胰島素的合成與分泌功能；另外，還能觀察到Y(jié)AP的下游靶基因結(jié)締組織生長因子(CTGF)表達(dá)上調(diào)[6-7]。Riley等[31]在胚胎期小鼠胰島發(fā)育過程以及成年小鼠胰島β細(xì)胞半數(shù)受損模型中發(fā)現(xiàn)，上調(diào)CTGF均促進(jìn)了β細(xì)胞的增殖。Mizuno等[32]報道，F(xiàn)OXM1的啟動子上有TEAD的結(jié)合位點，YAP/TEAD復(fù)合體直接結(jié)合到該啟動子上誘導(dǎo)FOXM1及下游其他促增殖基因的表達(dá)。在妊娠或者胰島素抵抗等代謝性需求增加的環(huán)境下，F(xiàn)OXM1過表達(dá)可以促進(jìn)β細(xì)胞發(fā)生適應(yīng)性的增殖和代償性體積增大[33]。這些研究提示，Hippo信號通路的精細(xì)調(diào)控在維系β細(xì)胞穩(wěn)態(tài)過程中有著不可替代的作用。

四、Hippo是β細(xì)胞修復(fù)的潛在靶點

Hippo在調(diào)控胰腺發(fā)育、胰島β細(xì)胞增殖和胰島素分泌等方面扮演著重要角色。近年來，針對Hippo信號通路作為治療癌癥和其他疾病的靶點的研究方興未艾[2,12,34]。Hippo通路的兩類核心激酶MST與LATS可負(fù)向調(diào)控YAP/TEAD的活性，那么，抑制核心激酶的活性可能成為改善胰腺炎及糖尿病β細(xì)胞功能的治療靶點。

MST1活性異常不僅存在于糖尿病的β細(xì)胞，在心肌病[35]、腎病[36]及冠心病[37]等多種糖尿病并發(fā)癥中也出現(xiàn)了過表達(dá)。此外，MST1還在神經(jīng)退行性疾病[38]、自身免疫疾病[39]等過表達(dá)，而MST1基因敲除小鼠在這些疾病模型中預(yù)后較好。Salojin等[39]應(yīng)用MST1選擇性抑制劑LP-945706在自身免疫性腦脊髓炎模型中起到抗炎作用并緩解了病程進(jìn)展。Fan等[40]應(yīng)用MST1/2小分子抑制劑XMU-MP-1，在小鼠肝部分切除、對乙酰氨基酚誘導(dǎo)的急性肝損傷、硫酸葡聚糖誘導(dǎo)的結(jié)腸炎體內(nèi)實驗，以及體外多種細(xì)胞系實驗中，均觀察到MST下游的MOB1、LATS及YAP蛋白磷酸化水平降低，YAP降解減少并在細(xì)胞核內(nèi)表達(dá)促進(jìn)了細(xì)胞的生長和損傷后再生。其他小分子藥物，包括溶血磷脂酸、1-磷酸鞘氨醇和凝血酶通過作用于G蛋白耦聯(lián)受體抑制LATS的激酶活性，使得YAP和TAZ在細(xì)胞核內(nèi)積聚并激活下游促增殖基因表達(dá)[41-42]。因此，抑制MST、LATS的靶向治療有望成為促進(jìn)胰腺炎和糖尿病后損傷的β細(xì)胞增殖與功能修復(fù)的新途徑。

YAP在成人胰島處于沉默狀態(tài)，活化YAP/TEAD具有促進(jìn)細(xì)胞生長和增殖的作用。由于YAP是一種潛在的致癌基因，還需要精確控制誘導(dǎo)YAP表達(dá)的量和時間，以達(dá)到Y(jié)AP的水平足以啟動β細(xì)胞進(jìn)入增殖周期，同時還要避免YAP的慢性活化引發(fā)腫瘤發(fā)生。目前研究主要集中在基因干預(yù)的動物模型，尚未開發(fā)出針對YAP/TEAD的靶向激動劑用來治療β細(xì)胞受損或功能障礙。

綜上所述，Hippo信號通路在胰腺發(fā)育過程中調(diào)控胰腺祖細(xì)胞增殖及細(xì)胞分化的作用及其機制研究逐漸深入。在正常分化成熟的β細(xì)胞的低增殖活性與YAP的沉默有關(guān)，影響YAP在成熟β細(xì)胞處于沉默狀態(tài)的分子機制仍需要進(jìn)一步研究，以期開發(fā)出促進(jìn)YAP在β細(xì)胞的表達(dá)得到短暫恢復(fù)的分子治療手段。

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