Hippo信號通路對心血管疾病影響的研究進展

李昕遙 李明爽 王婷 毛威

心臟病是發達國家和發展中國家的主要死亡風險。心臟畸形可能導致胚胎或產后死亡，壓力超負荷和（或）缺血等劇烈刺激可能導致心臟不可逆轉的損傷。了解心血管系統如何發育以及心臟病的病理過程將有助于找到預防性的治療方法。Hippo途徑在20年前首次通過果蠅的遺傳篩選被發現，后被證明在不同物種中具有進化和功能保守性，并通過調節細胞增殖和細胞凋亡之間的平衡來控制器官大小和組織穩態[1]。研究顯示，Hippo途徑參與心臟發育、細胞凋亡、肥大、自噬、血管生成和心肌細胞再生等心臟中的各種生理和病理過程[2]。本文對Hippo信號通路在動脈粥樣硬化、高血壓病、心肌梗死、心力衰竭、肺動脈高壓等不同疾病中的調控機制進行綜述，并探討下一步可以深入研究的方向。

1 Hippo通路

哺乳動物Hippo途徑的核心由一條激酶級聯反應鏈構成，包括兩種具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性的哺乳動物Ste20樣激酶（mammalian ste20-like kinase 1 and 2，MST1/2）和大腫瘤抑制基因（large tumor suppressor 1 and 2，LATS1/2），兩種接頭蛋白-支架蛋白（salvador 1，SAV1，亦稱 WW domain containing adaptor 45 或WW45）和 Mps結合者蛋白（mps one binder 1，MOB1）。多個上游信號激活MST-LATS激酶聯級反應以調節兩種致癌轉錄共激活因子的定位，即Yes相關蛋白（yes-associated protein，YAP）和PDZ結合域的轉錄共刺激因子（transcriptional co-activator with PDZ-binding motif，TAZ）[3]。當Hippo途徑開啟時，MST1/2與上游信號分子反應發生磷酸化而被激活，后與SAV1結合形成一個復合物，此復合物磷酸化并活化下游LATS1/2-MOB1復合物。活化的LATS1/2-MOB1使YAP/TAZ磷酸化，導致YAP/TAZ與胞漿中的14-3-3蛋白結合而被阻斷在胞漿中，并被泛素-蛋白酶體系統降解。當關閉Hippo信號時，未磷酸化的YAP/TAZ易位到細胞核中并與TEA結合域蛋白 1-4（TEA domain proteins 1-4，TEAD1-4）形成功能性轉錄復合物。YAP/TAZ-TEADs促進下游靶基因的表達，參與細胞增殖、遷移和抗凋亡。YAP還與其他轉錄因子相互作用，包括T-box轉錄因子5（T-box transcription factor，Tbx5）、Smads、p63、p73、受體酪氨酸蛋白激酶（receptor tyrosine-protein kinase，erbB-4）、叉頭框蛋白O1（forkhead box O1，FoxO1）等，從而調節多種基因。MST1/2除了通過經典機制抑制YAP蛋白，導致抑制心肌細胞增殖和自噬并促成細胞死亡，也可以通過非經典機制拮抗抗凋亡蛋白特大型B細胞淋巴瘤（B-cell lymphoma-extra large，BCL-XL） 和自噬相關蛋白 Beclin1來達到上述過程[4]。

大量研究確定了Hippo通路的上游調節劑，包括接觸抑制、機械應力、細胞外基質的緊密性、細胞骨架的排列以及一些細胞極性和細胞連接的分子。Hippo通路參與細胞接觸抑制，其活性在多個水平上進行調節：MST1/2和LATS1/2受上游分子如膜突蛋白-細胞骨架連接蛋白-根蛋白樣蛋白（moesin-ezrin-radixin-like protein，Merlin）、腎腦表達蛋白（kidney and brain expressed protein，KIBRA）、Ras相關序列家族（Ras-association do－main family，RASSFs）和LIM家族蛋白Ajuba的調節；14-3-3蛋白、α-鏈蛋白、血管抑素結合蛋白（angiomotin，AMOT）和閉鎖小帶蛋白 2（zonula occludens，ZO-2）通過結合YAP/TAZ將其保留在細胞質、黏附連接或緊密連接中；磷酸酶調控MST1/2和YAP/TAZ磷酸化和活性，蛋白質泛素化調控LATS1/2和YAP/TAZ的穩定性，細胞骨架也可以調節LATS1/2的活性。最近的研究表明，刺激一些G蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptors，GPCRs），如溶血磷脂酸受體（lysophosphatidic acid receptor，LPA）、鞘氨醇-1-磷酸受體（sphingosine-1-phosphate，S1P）等細胞外信號可以通過促進肌動蛋白-細胞骨架的組裝，引起YAP/TAZ去磷酸化和活化[5-6]。

2 Hippo與心血管疾病

2.1 Hippo通路與動脈粥樣硬化 冠狀動脈疾病（coronary artery disease，CAD）是由動脈壁動脈粥樣硬化斑塊發展而成的，是最主要的死亡原因之一[7]。動脈粥樣硬化的發生、發展與血管內皮功能障礙有關[8-10]。Huang等[11]發現內皮中YAP/TAZ活性受不同血流模式支配，抑制YAP/TAZ活化可改善炎癥并延緩動脈粥樣硬化形成。類似的情況在小鼠模型中也得到印證，Wang等[12]認為與細胞中機械轉導相關的YAP是參與內皮細胞活化及血流異常相關的動脈粥樣硬化過程的重要蛋白。ApoE-/-小鼠部分頸動脈結扎后，黏附分子在內膜中過度表達，白細胞在內皮細胞表面大量富集，導致出現嚴重的頸動脈粥樣硬化，并同時伴隨YAP/TAZ的活化。此外，內皮特異性的YAP過表達也加劇了ApoE-/-小鼠中的斑塊形成。相反，嗎啉代寡核苷酸可以阻斷YAP/TAZ的翻譯，從而減少黏附分子在內膜中的表達及內皮細胞表面白細胞富集的數量，降低動脈粥樣硬化病變的大小并抑制血流動力學異常引起的頸動脈粥樣硬化。Xiao等[13]觀察到ApoE-/-小鼠血管平滑肌細胞中血清組織因子途徑抑制物（tissue factor pathway inhibitor-1，TFPI-1）的缺失會導致AMOT和YAP的磷酸化水平降低，從而促進血管平滑肌細胞的增殖和遷移，加速動脈粥樣硬化的發展。內皮細胞整合血流中的各種信號，并作為感受器和效應器參與動脈粥樣硬化的發生和發展。內皮細胞的激活在動脈粥樣硬化的初始階段起著極其重要的作用。因此，抑制YAP/TAZ活化可能是一種有前途的動脈硬化防治策略。

2.2 Hippo通路與高血壓病 高血壓病的主要病理生理機制包括交感神經系統激活、腎素-血管緊張-醛固酮系統激活。然而，血管結構和功能障礙，包括內皮功能障礙、氧化應激增加、血管重塑和順應性下降在內，可能早于高血壓病成為血壓升高的原因[14]。盡管以上幾個因素明顯參與了血壓升高的發病機制和高血壓的維持，但腎臟機制在高血壓病發生、發展中仍可能起著主要作用[15]。血管緊張素Ⅱ 1型受體（angiotensinⅡ type 1 receptor,AT1R）屬于GPCRs家族，它與Gαq/11亞類相連，是腎素-血管緊張素-醛固酮系統的一部分，對維持血壓和機體水平衡起到至關重要的作用。血管緊張素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）以高親和力結合AT1R并啟動不同的細胞內信號轉導途徑。AngⅡ的作用可被AT1R阻斷劑或血管緊張素轉換酶抑制劑阻斷。臨床上血管緊張素轉換酶抑制劑和AT1R阻斷劑用于治療高血壓和心力衰竭。但兩種阻滯劑對腎功能也有保護作用，特別是在蛋白尿患者中。作為腎小球濾過屏障關鍵組分的足細胞可以表達內源性腎素-血管緊張素-醛固酮系統相關的受體。隨著越來越多的證據表明蛋白尿主要是足細胞疾病產生的，腎臟保護作用可能是由于這種足細胞特異性腎素-血管緊張素-醛固酮系統的阻斷。

最近研究發現，GPCRs作為Hippo信號傳導的上游調節因子，通過LATS及其底物YAP來激活或失活Hippo通路。Wennmann等[16]研究發現，AngⅡ高親和力結合AT1R后可以通過降低LATS激酶的活性使Hippo途徑失活，因此導致人胚腎上皮細胞（HEK293T）中未磷酸化的YAP核穿梭增強。YAP的穿梭依賴于肌動蛋白，肌動蛋白細胞骨架的破壞可以抑制LATS和YAP的去磷酸化。體內和體外實驗中均顯示YAP主要定位于足細胞的細胞核，這與HEK293T細胞相反。足細胞中LATS激酶活性的重新激活導致定位于細胞質的YAP增加，并伴隨強烈的凋亡誘導作用。因此，控制LATS激活和隨后的YAP定位對于足細胞穩態和存活是重要的，并借此影響腎素-血管緊張素-醛固酮系統，從而起到調節血壓的重要作用。

2.3 Hippo通路與心肌梗死 心肌梗死是所有心血管疾病中死亡的首要原因。急性心肌梗死的初始機制是富含脂質的冠狀動脈粥樣硬化易損斑塊發生破裂或糜爛，導致斑塊的核心和基質暴露引起血栓形成。器官在缺血后會出現大量細胞死亡，使機體產生宿主防御和損傷修復等一系列免疫反應[17-18]。Heallen等[17]研究結果表明，Hippo是成人心肌細胞更新和再生的內源性抑制劑。通過使出生后小鼠心肌細胞中的SAV1和LATS1/2失活后，心肌細胞恢復增殖和再生能力。Hippo信號通路抑制轉錄共激活因子YAP來阻止成年哺乳動物心肌細胞再生，也可以對培養細胞中的機械信號作出反應，促進細胞增殖。Morikawa等[19]為了確定在心肌細胞更新和再生過程中激活的YAP靶基因，對河馬信號缺陷小鼠心臟進行了YAP染色質免疫沉淀測序和mRNA表達譜分析，發現YAP直接調控編碼細胞周期進展蛋白的基因，還可以調節增強細胞骨架重塑的基因。因此，阻止Hippo通路可能會使這種平衡傾斜，以便YAP對與心臟損傷相關的機械變化作出反應，以促進修復。在另一個心肌梗死模型中，Odashima等[20]通過心臟特異性過表達顯性陰性MST1的轉基因小鼠研究了MST1在缺血/再灌注反應中介導心肌細胞凋亡中的作用。結果顯示，內源性MST1在心肌梗死后介導心臟擴張、凋亡、纖維化和心臟功能障礙，抑制MST1，改善心臟功能。MST1-/-小鼠聚集體累積減少，梗死面積更小，梗死后心功能改善更明顯。此外，在不穩定心絞痛期間，MST1被抑制并促進心肌細胞自噬，從而保護心臟和促進功能恢復。

Hippo途徑活化導致下游轉錄輔因子YAP/TAZ的磷酸化，從而限制細胞增殖和存活[21]。YAP/TAZ缺乏DNA結合結構域，通過與心肌素相關轉錄因子-A、Fox－O1、Tbx5、Runx、p73、Smads、TEADs 等多種轉錄因子結合以調節基因表達[22]。部分抗氧化基因作為YAP依賴性心臟保護的關鍵，因此抑制活性氧物質是心臟中YAP/TAZ信號傳導的重要功能[23-24]。YAP還可影響細胞骨架動力學和細胞進程的基因表達，這可能是心肌細胞增殖過程中的關鍵步驟[25]。這些證據表明，Hippo通路是一個重要的信號傳導途徑，YAP或下游靶點作為心臟再生的重要調節因子，治療性激活或許可促進心肌梗死后心臟再生，并能改善心肌梗死后的心肌收縮力，為心肌梗死的治療提供了一個新的思路。

2.4 Hippo通路與心力衰竭 心力衰竭是各種心血管疾病終末期的狀態，是心血管疾病患者致殘和死亡的重要原因。在心力衰竭發展過程中，在宏觀、微觀、細胞、分子層面形成復雜的生理代償機制以維持心功能，其中最重要的包括Frank-Starling機制中的心臟前負荷增加、各種神經內分泌細胞因子的過度激活、心肌重塑等[26]，導致心肌細胞產生應變，在病理重塑中促進心肌細胞丟失和纖維化。Hippo通路作為一種阻止成人心肌細胞增殖和再生的激酶級聯，在人類心力衰竭中表現為上調[27]。Leach等[27]在敲除了Salv的心肌梗死后缺血性心力衰竭的小鼠模型中發現，Hippo通路缺失可誘導修復性遺傳程序，瘢痕邊緣血管增多，纖維化減少，泵功能恢復。此外，與對照組相比，缺血性心力衰竭的小鼠模型中YAP和LATS 909位絲氨酸的磷酸化水平更高，且SAV1水平沒有變化。如心肌梗死時伴有SAV1或LAT1和LAT2缺失時心功能可得到改善。YAP靶基因調控增殖，參與細胞骨架重塑，并保護質膜免受收縮壓力的損傷[28]。當人類心力衰竭和小鼠缺血/再灌注損傷時可出現Hippo信號傳導的激活不良[29-30]。Lin等[31]在一項研究中發現，在成人階段，YAP的心臟特異性激活可能驅動心肌細胞增殖并改善心肌梗死，長期YAP激活不會引起心臟肥大。轉基因或者9型腺相關病毒（adenoassociated virus serotype 9，AAV9）介導的 YAP 活化可改善心肌梗死后的心臟功能和心肌細胞存活數。由于Hippo信號通路在人缺血性心力衰竭中上調，因此抑制Hippo通路可能對缺血性心力衰竭患者治療有益。

2.5 Hippo通路與肺動脈高壓 肺動脈高壓是一種缺乏有效治療手段的破壞性疾病，其特征是血管收縮和不良血管重塑[32-33]。由于肺動脈平滑肌細胞增殖和凋亡減少、肺動脈外膜成纖維細胞和肌成纖維細胞積聚、肺動脈內皮細胞功能障礙等原因所導致的肺動脈中膜和外膜肥大是肺動脈高壓血管重塑的特征。因此，預防或抑制血管重塑是肺動脈高壓的主要治療靶點[34]。在基質重塑背景下，YAP/TAZ被認為是該病關鍵的參與者[35]。最近，一些研究表明YAP/TAZ的機械活化與肺動脈高壓中血管重塑和肺間質纖維化有關[36-39]。肺動脈高壓中細胞外基質硬度的調控激活了YAP/TAZ，刺激微小RNA130/301（miR-130/301）家族表達，進一步控制與肺纖維化和細胞外基質重塑相關的一系列因子。miR-130/301依賴的細胞外基質重塑促進了肺動脈內皮細胞和肺動脈平滑肌細胞增殖，而YAP核定位和活化降低可減輕膠原沉積和重塑。肺動脈高壓中細胞外基質硬化導致YAP/TAZ活化，從而導致肺動脈內皮細胞和肺動脈平滑肌細胞持續增殖和遷移。潛在的分子機制可能是機械刺激導致YAP/TAZ活化，進一步調控包括谷氨酰胺酶（glutaminase-1，GLS1）等在內的代謝酶，以協調谷氨酸分解和糖酵解，從而參與血管平滑肌細胞能量代謝過程。這些研究揭示了YAP/TAZ與代謝信號傳導之間的相互作用，表明肺動脈高壓發病機制中代謝的異常。此外，另一項研究證實人肺動脈平滑肌細胞中YAP/TAZ上調[38，40]。YAP/TAZ激活促增殖因子并抑制促凋亡因子的表達，導致肺動脈平滑肌細胞大量增殖和更多的纖連蛋白產生。細胞外基質中過量的纖連蛋白沉積，控制整合素連接激酶1（integrin-linked kinase 1,ILK1），而抑制ILK1可逆轉肺動脈高壓模型中的肺血管重塑。

3 結語

近年來，關于Hippo信號傳導通路的研究逐年增多，正成為信號通路研究中的一個熱點。雖然目前研究多集中在腫瘤發生、轉移、組織再生和免疫調控上，該通路在其他疾病領域中的作用以及與其他多種信號通路之間的關聯也越發受到人們關注，這可能為未來疾病的治療，尤其是心血管疾病的治療方面提供新的方法，但我們目前仍需要進一步的研究來完善。