蛋白激酶MST1與中樞神經系統疾病關系的研究進展

王超萃 戚基萍

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院，黑龍江 哈爾濱 150001)

中樞神經系統(CNS)是人體神經系統的主要部分，包括腦和脊髓兩部分。CNS負責全身各處信息的接收、整合、加工及傳出。神經細胞凋亡壞死、氧化損傷、炎癥反應、缺血、脫髓鞘、星形膠質細胞與少突膠質細胞的興奮性毒性作用，軸突和基因的改變等多種病理生理學機制參與CNS疾病的發生發展過程〔1，2〕。CNS的這些改變通常會引起意識、認知、運動、感覺及平衡障礙等多種臨床表現，甚至出現死亡。神經元細胞無法再生，這給CNS損傷的患者留下了局限的治療方案〔3，4〕。Hippo信號通路是1995年首次在果蠅體內被發現〔5〕，在組織修復、調控組織器官大小、調節干細胞、調節細胞極化、黏附、增殖和凋亡等方面具有重要作用的高度保守的信號轉導通路〔6〕。哺乳動物不育系20樣激酶(MST)1，又稱絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(STK)4，作為一個效應因子，MST1是Hippo信號通路的核心組件。近年來，越來越多的證據表明MST1通過磷酸化、二聚化及核內外定位等方式，在細胞分化、控制穩態、促進細胞黏附和遷移、抑制自噬、促進凋亡等多種方式參與了CNS生理功能的調節，該激酶異常將導致CNS疾病的發生，如膠質瘤、腦缺血和肌萎縮側索硬化(ALS)等。因此，探討MST1在CNS中所起的作用，將很大程度上拓寬治療神經系統疾病潛在靶點的視野。本文就MST1激酶在CNS疾病中的相關機制及最新進展作一綜述。

1 MST1結構及生理功能

在哺乳動物信號轉導通路中，通常存在5種MST激酶，包括MST1(STK4)、MST2 (STK3)、MST3 (STK24)、MST4 (STK26)和YSK1 (STK25)〔7〕。MST1和MST2被認為是生發中心激酶(GCK)Ⅱ亞家族成員，其中MST1是通過淋巴細胞 cDNA 文庫克隆篩選獲得。MST3、MST4、YSK1屬于GCKⅢ亞家族〔8〕。GCKⅡ亞家族主要在應激誘導的細胞凋亡信號通路中發揮關鍵作用。MST1基因是果蠅Hippo基因在哺乳動物體內的同源子，位于20q11染色體，基因長度113 kb，含有外顯子和內含子分別為11個和10個，其cDNA序列含有一個由1 461個核苷酸組成的開放閱讀框，mRNA全長6 344 bp。MST1廣泛表達于人體內細胞系，主要分布于細胞質。MST1蛋白含有487個氨基酸殘基，主要由N端330個氨基酸殘基的催化區和C端157個氨基酸殘基的非催化區構成，其中非催化區含有3個部分，即2個功能性核輸出信號肽、1個56個氨基酸殘基組成的二聚化區域和1個63個氨基酸殘基組成的抑制性區域〔9，10〕(圖1)。

圖1 MST1結構域

MST1/2在輔因子WW45的幫助下通過其SARAH域產生的相互作用結合并磷酸化下游NDR家族激酶和Lats1/2〔11〕。同時，通過MST1/2磷酸化Mob1a/b，促進Mob1a/b與Lats1/2結合，激活Lats1/2〔12〕。在Lats1/2的誘導下，兩個核內轉錄調控因子YAP、TAZ與14-3-3蛋白相互作用，導致其在細胞質中功能喪失，這種途徑通過yes相關蛋白(YAP)/轉錄共激活因子(TAZ)失去與其靶基因之間的相互作用而負向減弱轉錄活性〔13〕。核內YAP與轉錄因子TEAD1-4相互作用，促進細胞增殖來對抗細胞死亡。因此，Hippo信號通路避免了干細胞的過度增殖和器官的過度生長〔2，14〕。最近的一項研究發現，MST1和MST2信號也通過抑制GABP的轉錄活性抑制YAP的功能〔15〕。此外，Hippo信號通路可以調節上皮細胞和邊緣細胞中F-actin細胞骨架的極化，這一過程是在果蠅體內通過抑制Ena/Capping蛋白體系而不是Yki因子得到證實的〔16，17〕。

MST1/2在神經細胞死亡調控過程中發揮重要作用，在氧化應激壓力環境下，MST1/2可被激活，磷酸化人叉頭框蛋白O(FOXO)，上調促凋亡基因Bim表達〔18〕。這一過程通過在神經元中磷酸化位于Ser212位點的FOXO1或位于Ser207位點的FOXO3來調控細胞死亡〔19〕。同時，MST1/2可以磷酸化AKT，抑制其在FOXO3上的活化，間接阻斷FOXO3和14-3-3蛋白的相互作用，導致FOXO3可以自由轉位到細胞核，激活促凋亡基因促進細胞凋亡。MST1還可以通過FOXO1促進促凋亡介質NOXA的轉錄，該信號通路主要作用于癌細胞凋亡控制〔20〕。上游蛋白激酶c-Abl在氧化應激反應過程中通過在Tyr433位點磷酸化調控MST1并且促進其與FOXO3相互作用來介導神經細胞的凋亡〔21〕。有研究表明，位于MST1-FOXO3信號通路上游的c-Abl加速了大鼠海馬神經元和原代培養神經元的細胞死亡過程〔22〕。然而，另一個研究表明，在星形膠質細胞氧化應激條件下，MST1與c-Abl之間存在相互調控的動態機制〔23〕。MST1的活化在細胞凋亡過程中誘導激活下游蛋白C-Jun氨基末端激酶(JNK)，過度表達的MST1對染色質凝聚和DNA斷裂起重要作用〔24〕。此外，最近的研究表明，MST1/2是如何磷酸化及穩定轉錄因子FOXA2的，FOXA2在調節肺細胞成熟和表面活性物質穩態方面發揮著重要作用〔25〕。并且，MST1-FOXO信號通路有利于免疫系統維持T細胞的穩態〔26〕(圖2)。

圖2 MST1信號通路

2 MST1與CNS疾病的研究

2.1MST1與腫瘤 神經膠質瘤是最常見的原發性CNS腫瘤，也是目前臨床較難治療腫瘤之一，具有高復發率和死亡率。研究表明，在頭頸部鱗狀細胞癌〔27，28〕、膀胱癌〔29〕、淋巴瘤、白血病〔30〕、甲狀腺癌〔31〕、肺癌〔32〕、軟組織肉瘤〔33〕、肝癌〔34〕、乳腺癌〔35〕、胃癌〔36〕、宮頸癌〔37〕、大腸癌〔38〕、子宮內膜癌〔39〕和胰腺癌〔40〕等多種腫瘤中均發現MST1表達異常下降，提示細胞質內異常表達的MST1可以作為腫瘤發生發展過程中重要的分子標志物，通過以上腫瘤與MST1之間的關系推斷，人神經膠質瘤細胞內的MST1基因也存在異常表達。通過Western印跡檢測膠質瘤及正常腦組織的MST1蛋白表達，結果顯示MST1在各個正常腦組織中表達相似，但在膠質瘤中表達存在顯著差異，或表達增高或表達降低。同時膠質瘤U251和U87細胞中敲除MST1能夠促進細胞增殖和侵襲，MST1過表達可有效抑制膠質瘤細胞的侵襲與增殖，提示MST1可抑制膠質瘤的增殖并促進膠質瘤的凋亡，MST1可作為膠質瘤治療的新靶點〔41〕。然而，另一項實驗表明，采用Western印跡和定量聚合酶鏈反應(qPCR)檢測發現MST1的蛋白和mRNA相對于正常腦組織在膠質瘤中高表達，與其他腫瘤中MST1普遍表達下降相反〔42〕。對膠質瘤患者的組織樣本進行免疫組織化學染色分析，可以發現MST1蛋白在近1/2樣本的細胞質中表達，而在正常腦組織樣本中100%表達。同時，MST1蛋白的表達與腫瘤的病理級別有關，高級別膠質瘤(Ⅲ、Ⅳ級)陽性表達率顯著低于低級別膠質瘤(Ⅰ、Ⅱ級)〔41〕。MST1在膠質瘤中表達高低均存在，可能說明MST1參與多條信號轉導通路，受到多種調控機制的調節，但具體機制尚不明確。微小RNA(miRNAs)是人類腫瘤發生發展過程中的重要組成部分，miRNA與靶基因通過3′端非編碼區相互結合來抑制靶基因的表達。研究表明，miR-130b在人類膠質瘤細胞的生長過程中明顯過表達，上調的miR-130b直接抑制Hippo信號通路中的MST1和SAV1兩個基因從而導致癌基因YAP/TAZ的表達〔43〕。此外，有實驗證明，MST1能通過調控蛋白激酶B(AKT)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路來調控膠質瘤細胞的生長，MST1與AKT結合后負向調控AKT和mTOR的活性，AKT能夠逆轉膠質瘤細胞增殖的過程〔41〕。同時，MST1可以通過FOXO3a正向調控去乙酰化酶(SIRT)6的表達。敲除SIRT6后，MST1在膠質瘤細胞中的作用顯著逆轉〔44〕。

2.2MST1與腦血管疾病 腦血管疾病包括短暫性腦缺血發作、腦卒中、椎-基底動脈供血不足、腦血管性癡呆、高血壓腦病、顱內動脈瘤、顱內血管畸形、腦動脈炎、其他動脈疾病與顱內靜脈病、靜脈竇及腦部靜脈血栓形成。作為最常見的腦血管疾病，腦卒中大致可分為缺血性腦卒中及出血性腦卒中。近年來，腦卒中已超過惡性腫瘤成為中國第一致死病因。腦缺血是腦卒中最常見類型，占70%～80%。研究表明，在氧化應激介導的腦缺血后神經元細胞死亡的病變過程，MST1信號通過激活小膠質細胞參與。小膠質細胞的激活是腦缺血引起免疫微環境改變的重要步驟，是氧化應激誘導神經元細胞死亡的重要機制〔45～47〕。在大腦中動脈阻塞誘導的腦缺血小鼠中，當條件性敲除小膠質細胞的MST1，可顯著緩解和改善腦缺血導致的腦損傷。MST1可通過激活核轉錄因子(NF)-κB與磷酸化IκBα來介導腦缺血相關的小膠質細胞的激活。在小膠質細胞激活的病變過程中，上游Src激酶采用調節MST1-IκB信號通路參與，因而MST1有望成為缺血性腦卒中新的有效治療靶點〔45〕。相關研究還表明，源自坡壘樹葉的Malibatol A可以通過c-Abl-MST1信號通路阻止氧糖剝奪導致的BV2細胞損傷〔48〕。BV2細胞在形態學、表型和功能等方面均與原代小膠質細胞相似，是小膠質細胞常見的替代細胞〔49〕。Malibatol A對損傷后的BV2細胞具有保護作用，抑制M1型小膠質細胞標志物的表達，促進M2型小膠質細胞標志物的表達。P-MST1和c-Abl在氧糖剝奪損傷后的BV2細胞中表達增加，c-Abl抑制劑SPT157可以使p-MST1-Y433的表達下降〔48〕。

蛛網膜下腔出血是臨床上較為常見的神經外科急危重癥，包含外傷性和自發性兩種情況，自發性蛛網膜下腔出血患者50%～80%是由顱內動脈瘤破裂所致。研究表明，蛛網膜下腔出血后大量活性氧產生引起蛋白L-異天冬氨酰甲基轉移酶(PCMT)1表達下降，磷酸化激活MST1，引發蛛網膜下腔出血后神經元凋亡。外源性PCMT1激動劑CGP 3466B能夠緩解神經元凋亡〔50〕。此外，MST1通過下游NF-κB/基質金屬蛋白酶(MMP)-9信號通路參與蛛網膜下腔出血誘導的血腦屏障破壞和白質纖維損傷過程，這為切斷MST1上游下游信號通路提供了新思路〔41〕。MST1通過MST1-FOXO3信號通路參與血管性癡呆的發生〔51〕。血管性癡呆是一種常見的與年齡相關的神經系統疾病，多在60歲以后發病，有腦卒中史。MST1-FOXO3信號通路能夠介導氧化應激誘導的神經元細胞死亡〔20〕。最近的一項研究表明，丹參，一種常用于治療血管疾病的中藥，可以通過減弱血管性癡呆大鼠模型中的MST1-FOXO3信號傳導介導的炎癥反應，如白細胞介素(IL)-1β、IL-6和腫瘤壞死因子(TNF)-α等，保護海馬體，從而預防學習和記憶障礙〔51〕。

2.3MST1與神經退行性疾病 MST1參與神經退行性疾病，包括肌萎縮側索硬化(ALS)和朊蛋白病。ALS是運動神經元病中最多見的類型，也稱為經典型。ALS多在中年以后發病，其特征為運動皮層、腦干和脊髓中運動神經元的進行性加重損害。銅(鋅)超氧化物歧化酶(SOD)-1基因，通常會引起運動神經元氧化損傷和細胞凋亡，是ALS最常見的發病機制〔52，53〕。有研究發現，MST1基因敲除可以延緩人SOD-1(G93A)基因突變導致的小鼠ALS的發生，改善其預后。硫氧化還原蛋白(Trx)1可以抑制MST1在氧化還原反應誘導后產生的同二聚體和自身磷酸化，SOD-1(G93A)能逆轉這一過程，并且促進了MST1的激活。此外，SOD-1(G93A)可誘導p38促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)和caspases通路活化，導致神經細胞自噬發生異常，從而參與ALS的發病過程〔54〕。

朊蛋白病也是一種與MST1相關的神經退行性疾病，是一類由具有傳染性的朊蛋白(PrP)所致的人畜共患、中樞神經系統慢性非炎癥性致死性疾病。PrP106-126或PrPsc模型是研究朊蛋白引起神經退行性變的常用模型系統，系統表明氧化誘導是朊蛋白致病的主要原因〔55〕。PrP106-126激活c-Abl后上調MST1和促凋亡基因BIM，通過線粒體功能紊亂導致神經元凋亡〔56〕。鑒于MST1在多種細胞中發揮抑制自噬的功能，有望針對 MST1靶點開發新藥，治療包括如腦血管疾病和神經退行性疾病、腦血管疾病。但 MST1 可以抑制炎癥，炎癥是誘導動腦血管疾病和神經退行性疾病等疾病的重要因素，因此，針對 MST1進行靶向治療時，需要考慮此靶向藥物是否可同期加重炎癥反應，否則也可引發炎癥而促進腦血管疾病和神經退行性疾病發生發展。

3 展 望

Hippo信號通路是一條調節器官生長發育、調控細胞增殖凋亡的生長控制信號通路，MST激酶是該信號通路的重要組成部分。MST激酶的調控是復雜的，其在機體不同系統中均發揮重要作用。在神經系統方面，MST1激酶參與了氧化應激導致的CNS疾病的發生和發展過程。增加對Hippo-MST1信號通路的研究和了解，包括MST1及其上下游因子在CNS中的病理生理學機制，將有助于相關腫瘤預后預測及尋找新的靶點用于治療，如將MST1作為靶點，研發的靶向藥物還需考慮是否同期加重炎癥反應。