Hippo信號通路在胰島β細胞發育與再生中的作用

洪育蒲 鄧文宏 王衛星

武漢大學人民醫院普通外科 消化系統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，在應對多種細胞內外信號刺激參與調節許多組織發育和穩態的過程中發揮著關鍵的作用。許多研究表明，Hippo信號對于胰腺的發育以及胰島β細胞的生長、增殖和再生有著重要作用。

Hippo通路作為一個復雜的信號網絡，通過調節細胞、組織的穩態和生物學行為來影響器官的形態大小的構建，對Hippo通路的研究有助于進一步了解發育、干細胞和腫瘤發生的分子生物學機制[1-2]。近來多項研究表明，Hippo信號通路影響著胰腺發育和β細胞的生長、增殖、再生調控[3-10]。在此，就Hippo在生理和病理狀態下如何影響胰腺和胰島β細胞的發育與再生作一綜述。

一、Hippo通路概述

在哺乳動物中，Hippo信號通路的基本結構和功能是高度保守的，該通路主要由3大類分子構成[11-12]：上游調節因子為NF2基因編碼的Merlin蛋白；核心激酶級聯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；主要效應分子包含Yes相關蛋白(Yes-associated protein，YAP)，PDZ結合域轉錄共激活子(transcriptional coactivator with PDZ-binding motif，TAZ)和TEA結構域1-4(TEA domain，TEAD1-4)。

在正常生理條件下，細胞應激、細胞極性、機械壓力、細胞之間相互作用以及G蛋白耦聯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發生磷酸化，進而募集和繼續磷酸化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錄共激活效應蛋白YAP和TAZ，磷酸化的YAP、TAZ與14-3-3蛋白結合后被隔離或者降解在細胞質內而處于失活狀態[13-14]。如果Hippo信號通路的調控出現異常，非磷酸化的YAP和TAZ增加并轉移入細胞核內，與TEAD家族蛋白結合后激活下游促增殖和抗凋亡基因的轉錄和表達，甚至引發腫瘤發生[15]。

二、Hippo與胰腺發育

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

在人類胚胎胰腺和胚胎干細胞、人和小鼠胰腺多能祖細胞及成年小鼠胰腺外分泌祖細胞中均可檢測到細胞核內YAP激活[4,20]。在人類胚胎胰腺祖細胞內，TAP-TEAD轉錄復合體結合到調控增殖的轉錄增強子上，并激活后者[4]。然而，在內分泌祖細胞開始出現Ngn3表達后就無法檢測到YAP在mRNA或者蛋白質水平的表達，這與成熟的內分泌細胞維持低增殖和低再生水平是一致的[7]。生物信息學基因芯片大數據分析證實，YAP在正常胰島β細胞中是一種受抑制基因，可以嚴格控制β細胞數目和胰島素的產生，以防低血糖的發生[21-22]。

三、Hippo在β細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YAP或者抑制MST、LATS激酶促進了受損細胞的增殖和再生[23-26]。成年后胰腺的β細胞自我復制和再生能力受限，β細胞甚至出現年齡相關性衰退，提示細胞存在著抑制有絲分裂和生長的內源性信號[27-28]。

Ardestani等[10]研究發現，β細胞受到炎癥因子、糖毒性、脂毒性和氧化應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路，放大其促凋亡的效應，促進β細胞的凋亡；此外，MST1還可以磷酸化PDX1的Thr11位點，并使其發生泛素化降解，從而損害β細胞正常胰島素分泌功能。反之，MST1缺失的情況下，小鼠體內的β細胞、人類胰島以及嚙齒類動物來源的β細胞系中，由上述刺激所誘導的凋亡將受到抑制，以保護β細胞功能和維持血糖平衡。此外，RASSF1作為一種促凋亡的MST1相關蛋白，在糖尿病小鼠的β細胞中處于高表達水平[29]。相應地，Hippo上游關鍵信號的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、高糖及游離脂肪酸刺激大鼠胰島素瘤細胞系和離體培養的人類胰島所誘導的凋亡也明顯改善[5,30]。

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

四、Hippo是β細胞修復的潛在靶點

Hippo在調控胰腺發育、胰島β細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可負向調控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細胞功能的治療靶點。

MST1活性異常不僅存在于糖尿病的β細胞，在心肌病[35]、腎病[36]及冠心病[37]等多種糖尿病并發癥中也出現了過表達。此外，MST1還在神經退行性疾病[38]、自身免疫疾病[39]等過表達，而MST1基因敲除小鼠在這些疾病模型中預后較好。Salojin等[39]應用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展。Fan等[40]應用MST1/2小分子抑制劑XMU-MP-1，在小鼠肝部分切除、對乙酰氨基酚誘導的急性肝損傷、硫酸葡聚糖誘導的結腸炎體內實驗，以及體外多種細胞系實驗中，均觀察到MST下游的MOB1、LATS及YAP蛋白磷酸化水平降低，YAP降解減少并在細胞核內表達促進了細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蛋白耦聯受體抑制LATS的激酶活性，使得YAP和TAZ在細胞核內積聚并激活下游促增殖基因表達[41-42]。因此，抑制MST、LATS的靶向治療有望成為促進胰腺炎和糖尿病后損傷的β細胞增殖與功能修復的新途徑。

YAP在成人胰島處于沉默狀態，活化YAP/TEAD具有促進細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YAP表達的量和時間，以達到YAP的水平足以啟動β細胞進入增殖周期，同時還要避免YAP的慢性活化引發腫瘤發生。目前研究主要集中在基因干預的動物模型，尚未開發出針對YAP/TEAD的靶向激動劑用來治療β細胞受損或功能障礙。

綜上所述，Hippo信號通路在胰腺發育過程中調控胰腺祖細胞增殖及細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細胞的低增殖活性與YAP的沉默有關，影響YAP在成熟β細胞處于沉默狀態的分子機制仍需要進一步研究，以期開發出促進YAP在β細胞的表達得到短暫恢復的分子治療手段。

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