YAP生物学功能的研究进展

耿婉如，杨桂荣综述，孙洪涛审校

（内蒙古民族大学附属医院1.呼吸科；2.检验科；3.心血管科，通辽028000）

综述

YAP生物学功能的研究进展

耿婉如1，杨桂荣2综述，孙洪涛3审校

（内蒙古民族大学附属医院1.呼吸科；2.检验科；3.心血管科，通辽028000）

YAP；Hippo通路；胚胎发育；组织再生；癌症

YAP（Yes－associated protein，YAP）是Hippo信号通路下游的主要效应分子。1995年，Sudol等鉴定并克隆了一个与非受体酪氨酸激酶YES的Src homolog domain3（SH3）区结合的新蛋白。该蛋白分子量为65 kD，富含脯氨酸，因该蛋白通过与原癌基因Yes结合，因而被命名为Yes-associated protein（YAP65）。人类YAP基因位于染色体11q22区，YAP存在2种变位剪切形式，即YAP1和YAP2，YAP1具有一个WW结构域，而YAP2具有2个WW结构域。YAP蛋白广泛表达于除外周血白细胞外的各种组织中。YAP存在多个结构域或特异氨基酸序列，包括N端富含脯氨酸的结构域，转录因子TEADs结合区，2个WW结构域，1个SH3结合基序，C端的转录激活域以及PDZ结合基序。通过这些结构域或氨基酸序列，YAP与多种蛋白相互作用，参与细胞内多条信号通路的调控，行使多种生物学功能。YAP主要定位于细胞核中，由于缺乏明显的DNA结合结构域，YAP被认为是转录共激活因子，需与转录因子结合，起始下游基因的转录。

1 YAP活性的调控

1.1 Hippo信号通路调控YAP活性 Hippo信号通路是目前报道的调节YAP活性的主要方式。Hippo通路上游成员Mst1/2磷酸化该通路中其他3个核心成员WW45、Mob、Lats1/2，活化的Lats1/2磷酸化下游效应分子YAP及其旁系同源物Taz，磷酸化的YAP和Taz与14-3-3结合，从细胞核转位至细胞质中，失去其转录共激活因子的活性[1]。此外，YAP第381位丝氨酸被Lats1/2磷酸化后促使其他位点的丝氨酸被CK1δ/ε磷酸化，最终使YAP通过泛素-蛋白酶体途径被降解[2]。

1.2 GPCR信号通路调控YAP活性 除了经典的Hippo信号通路外，YAP的活性还受G蛋白偶联受体（G protein coupled receptor，GPCR）信号通路的调控。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）可通过G12/13偶联受体抑制Hippo通路激酶Lats1/2，进而激活YAP；另一方面，胰高血糖素或肾上腺素刺激Gs偶联受体则激活Lats1/2，进而抑制YAP的活性。因此，GPCR信号通路对YAP活性的促进或抑制取决于该受体偶联的G蛋白。

1.3 机械张力调节YAP活性 细胞外基质（extracellular matrix,ECM）和细胞形态等的机械张力也参与调控YAP的活性。机械张力对于YAP的调控，依赖于Rho GTPase的活性，而非依赖于Hippo信号通路中Lats1/2激酶[3]。也有报道认为当细胞处于较低机械张力的状态（如接触抑制），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 蛋白相互作用调节YAP活性 YAP的活性还能通过蛋白之间的相互作用进行调节。Angiomotin（AMOT）家族成员能与YAP结合，使YAP滞留于紧密连接（tight junction）处，进而抑制YAP的核定位；YAP与紧密连接蛋白ZO-2结合，促进YAP的核定位[5]。细胞粘附连接蛋白a-catenin能与YAP结合，通过将YAP滞留于细胞质中从而实现对YAP活性的抑制[6]；另一细胞粘附连接蛋白PTPN14通过与YAP的WW结构域结合负向调控YAP的活性[7]。此外，homeodomain-interacting protein kinase 2，14-3-3蛋白，casein kinase 1，WBP2和β-TRCP等蛋白都能通过直接与YAP相互作用影响YAP的活性[8]。另外，近期有研究发现了间接调控YAP转录活性的分子—VGLL4。VGLL4虽然不能直接和YAP结合，但能通过与YAP竞争性结合TEADs（TEADs是与YAP结合的主要转录因子），进而抑制YAP作为转录共激活因子的活性[9]。

2 与YAP相互作用的转录因子及下游靶分子

YAP作为转录共激活因子，需要通过与转录因子结合，调控下游靶基因的转录。Teads家族（Tead1-4）是与YAP相互作用的主要转录因子，含有保守的DNA结合结构域TEA，能通过其C端与YAP的N端相互作用，并介导YAP促进增殖、转化、上皮向间质细胞转变和转移等功能[10]。YAP还能与Smad，Runx1/2，p73，ErbB4等转录因子结合，调控下游一系列基因的表达。此外，YAP还能招募一些DNA或组蛋白修饰酶，调控基因的表达，如YAP能和SWI/SNF染色质重构复合物组分Brg1相互作用[11]。YAP与这些转录因子或转录复合物结合，参与调控多种生理和病理过程，其具体作用机制目前还待进一步阐明。

结缔组织生长因子（connective tissue growth factor,CTGF）是目前报道的YAP直接下游靶基因，介导了YAP诱导的增殖及锚定非依赖性生长的功能。此外，CYR61，AXL，ITGB2，FGF1，BIRC5，CDK6等都是报道的受YAP调控的下游靶基因。

3 YAP的生理功能

3.1 YAP在胚胎发育过程中的功能 YAP在胚胎发育过程中扮演重要的角色。YAP全身性敲除的小鼠在胚胎发育第8.5天致死，伴有卵黄囊血管发生、绒毛膜尿囊融合及体轴伸长的缺陷[12]。在胚胎发育的第一次细胞命运决定过程中，卵裂球的外围一圈细胞中YAP主要定位于细胞核中，YAP活化后与转录因子TEADs结合起始下游与滋养外胚层分化相关基因的表达。随着小鼠胚胎干细胞的分化，YAP被失活[13]。在小鼠胚胎干细胞中过表达YAP将阻止胚胎干细胞的分化，而敲除YAP则导致细胞全能性的丧失[13]。在人胚胎成纤维细胞重编程成诱导多能干细胞的过程中，YAP被激活。在Sox2,Oct4和KLF4三因子的基础上加入YAP则能增加重编程的效率[13]。

3.2 YAP在成体干细胞中的功能 YAP和TEADs在含有干细胞或祖细胞的组织中表达较高。在小肠、发育的大脑中，YAP主要在祖细胞中高表达，而在另一些组织中，如皮肤和骨骼肌，YAP的表达水平随分化程度的增高逐渐降低[14]。YAP在哺乳动物成体干细胞稳态维持中扮演重要的角色。最近的一些研究揭示了YAP在表皮发育中的重要功能：利用表皮中诱导YAP表达的小鼠模型，研究证实激活YAP将导致表皮层的显著增厚。这类增生是由未分化的滤泡间干细胞及祖细胞扩增引起的，并且扩增的细胞表现出较强的自我更新能力和成瘤能力[6]。相反，在表皮发育阶段，在皮肤中特异性敲除YAP或者破坏YAP和TEADs的相互作用则导致表皮发育不全及皮肤扩展的无法发生[6]。YAP在肝脏祖细胞中高度激活；在分化肝实质细胞中激活YAP将导致该细胞的去分化，肝脏体积的增加以及“Oval”细胞的产生[15]。广泛过表达激活型YAP（YAP-S127A）则导致小肠细胞缺失分化的marker以及未分化细胞的扩增[6]。在成肌细胞和小鼠原代肌肉干细胞中过表达YAP则引起myogenic program，使细胞保留祖细胞的特征和增殖能力，进而阻滞 myoblast program[16]。过表达YAP或激活YAP使骨骼肌干细胞所在区域卫星细胞的扩增，并抑制这群细胞的分化。在肺上皮管形成和分支过程中，YAP的细胞核/质定位在气管和远端肺泡组织间存在明显的界限；在交界区，YAP调控特异性的 transcriptional program，促使气管上皮的形成；YAP的缺失使上皮祖细胞无法响应TGF-β信号的诱导，进而阻滞气管的形成[17]。

3.3 YAP在组织再生中的功能 YAP在成体干细胞中的作用提示YAP在组织再生过程中也发挥重要的作用。过表达持续激活型YAP能促进成体心肌细胞的增殖，并在损伤条件下促进成体心脏的再生。在小鼠中，YAP是新生心脏再生所必须的，在成年小鼠心脏中过表达激活型YAP（YAP S127A）促进心肌梗死后的心脏再生[18]。在皮肤受损的第2～7天，YAP主要表达在真皮层细胞核中，通过RNAi的方法减少YAP的表达显著延缓皮肤愈合速度，并减少转化生长因子β1（transforming growth factor-β1, TGF-β1）的表达[19]。

4 YAP在癌症中的功能

4.1 YAP在人类肿瘤中的表达 YAP与人类肿瘤的发生发展紧密相关。在室管膜细胞瘤、成神经管细胞瘤和口腔鳞癌等人类肿瘤中，存在着YAP基因所在染色体区域的扩增。肝癌、结肠癌、卵巢癌、肺癌、前列腺癌等肿瘤中，YAP的表达水平和核定位较正常组织或癌旁组织明显升高[20]。并且，YAP的表达水平与肿瘤的恶性程度、分级、预后等存在相关性。

4.2 YAP在肿瘤生物学中的功能 功能学的研究显示YAP在肿瘤的发生发展过程中发挥重要作用。人乳腺上皮细胞MCF10A中过表达YAP能诱导细胞锚定非依赖性生长、生长因子非依赖性增殖[10]；在人胚肺成纤维细胞系IMR90中通过shRNA降低YAP的表达水平将诱导细胞衰老[21]；在肺癌细胞系中过表达YAP促进该细胞的增殖能力和侵袭能力[22]。近期研究表明，YAP的高度激活还导致了肿瘤细胞对化疗药物的耐受：YAP对于卵巢癌起始细胞的化疗药物抵抗性是必不可少的[23]。YAP还与肿瘤干细胞相关：YAP在成神经管细胞瘤的肿瘤干细胞和肺癌tumor propagating cells（TPCs）中高表达；YAP参与对卵巢癌起始细胞自我更新的调控[23]。YAP在多数肿瘤中扮演癌基因的角色。YAP影响细胞的增殖和存活，赋予细胞肿瘤干细胞特性、耐药及衰老的抑制等肿瘤细胞的特征的具体机制存在组织和细胞的特异性，其机制还有待深入研究。

另一方面，也有研究表明YAP在一些肿瘤类型中行使抑癌基因的功能：在乳腺癌细胞系中Knockdown YAP抑制细胞的失巢凋亡，促进细胞的迁移和侵袭能力[24]；在DNA损伤的情况下，YAP能与p73相互作用并促进由p73介导的细胞凋亡。

近年来，YAP在肿瘤细胞可塑性及细胞命运决定方面的作用也逐步被人们发现，YAP通过促进肿瘤细胞的上皮细胞向间质细胞转变来赋予肿瘤细胞干细胞特征[25]。

5 以YAP作为药物靶点

基于YAP在组织再生和癌症中的重要作用，开发针对YAP的药物具有重要意义。在Hippo信号通路的核心成员中，有两对激酶MST1/2和LATS1/2，它们能抑制YAP的活性。针对这两类激酶的小分子抑制剂可能上调YAP的活性，进而促进YAP的功能[26]。这类小分子可能在诸如体外干细胞或祖细胞扩增和体内组织修复等再生医学领域得到运用。另一方面，鉴于YAP在大多数肿瘤中高度激活，抑制YAP的活性可能是抑制肿瘤的一种手段。Verteporfin(VP)，目前被用于治疗黄斑病变的一种光敏剂，能抑制由于YAP过表达引起的肝脏的过度增殖[27]。近期的研究发现一种合成多肽（Super-TDU）也能通过抑制YAP的活性进而抑制胃癌细胞的体外增殖和胃癌小鼠的肿瘤发展进程。VP和Super-TDU都是通过竞争性的结合于YAP相互作用的主要转录因子TEADs，进而抑制YAP-TEADs复合物的转录活性，从而实现对YAP功能的抑制[27]。

6 总结及展望

在过去的20年间，科研人员对YAP的调控及生物学功能展开了深入地研究。利用生物化学和分子生物学等手段，YAP活性的调控已被逐步阐明：作为Hippo信号通路下游的效应分子，YAP主要受Hippo信号通路激酶级联反应的负向调控；近年来的研究揭示GPCR信号通路、机械张力等胞外、胞内信号也参与YAP活性的调控；通过直接或间接的蛋白相互作用也能调节YAP的活性；此外，YAP和其他信号通路的crosstalk，使得YAP的活性的调控更为复杂和多元。利用细胞生物学、动物模型以及人类临床样本，YAP在胚胎发育、组织稳态维持、干细胞生物学、肿瘤生物学中的功能已被逐步发现。

虽然YAP的功能和调控已经逐渐被认识，但仍然存在许多待解决的问题：（1）YAP的活性受到多个分子和多条信号通路的影响，细胞如何整合这些来自胞外和胞内的信号，产生合适的响应。（2）YAP在成体干细胞中功能仅在一些组织和细胞类型中被阐释，研究YAP在更为广泛的组织和细胞类型中的作用将为理解YAP在干细胞中的重要性提供实验依据。（3）YAP在组织再生中的作用已经开始被关注，但仅局限于心脏、结肠、肝脏等器官，研究YAP在其他器官再生中的功能将是今后研究的热点之一。（4）在大多数肿瘤中YAP被认为是癌基因，但越来越多的研究发现，YAP在特定肿瘤类型或者特殊生理病理条件下扮演抑癌基因的角色，阐明YAP在肿瘤中的具体作用机制将加深人们对YAP在肿瘤中的功能的理解。（5）近年来，YAP的结构已被解析，鉴于YAP在组织再生和癌症中的重要功能，开发激活或抑制YAP活性的药物将为再生医学和肿瘤治疗提供策略。

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（2015-06-09收稿）

R730.2

A

1006－8147（2015）06-0545-04

耿婉如（1982-），女，主治医师，硕士，研究方向：肺部肿瘤的分子机制及肺动脉高压治疗；通信作者：孙洪涛，E-mail：13947551964@163.com。