Hippo/YAP信号通路与细胞代谢信号通路之间交叉调控的研究进展

王 莹，张雅菲，文 勇

（山东大学口腔医学院种植科，山东省口腔组织再生重点实验室，山东省口腔生物材料与组织再生工程实验室，山东 济南 250012）

细胞代谢是细胞内一种通过底物与酶相互作用而产生的生物化学反应。细胞利用葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等物质，通过糖酵解、呼吸、三羧酸循环、尿素循环、糖原分解代谢及氧化磷酸化等核心反应过程，为细胞的生长和分化提供必要的物质和能量[1]。

Hippo/yes相关蛋白（yes-associcted protein，YAP）信号通路的组成部分是在使用黑腹果蝇细胞挑选肿瘤抑制因子时被发现的。随后的研究发现，Hippo/YAP信号通路的上游效应因子可通过传递细胞间的接触[2]，细胞内肌动蛋白细胞骨架结构的变化[3]、以及其他信号如细胞能量状态的改变[4]、机械压力刺激[5]和通过G蛋白起作用的激素信号-耦合受体[6]等的信息，调节YAP的入核表达水平，从而限制哺乳动物的组织生长并调节器官在发育过程中的细胞增殖、分化和迁移。近期研究发现，YAP还可参与调节己糖胺生物合成途径，进而调控癌细胞的糖酵解[7]；YAP参与棕色脂肪细胞的脂肪代谢，从而影响机体的产热和能量消耗[8]；YAP还通过影响与氨基酸代谢相关的受体酪氨酸激酶EphA2的活性，调控细胞内氨基酸的转运[9]。由此可见，Hippo/YAP信号通路对细胞内的代谢活动也存在一定的影响。然而，Hippo/YAP信号通路调节细胞代谢活动中的具体调节机制尚不明确。

另外，研究显示，Hippo/YAP信号通路与腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信号通路[4]、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of Rapamycin，mTOR）[10]和低氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）信号通路[11]间存在着相互影响。AMPK信号通路、mTOR信号通路及HIF信号通路等也是调控细胞代谢的重要调节通路。mTOR信号通路可以参与调节细胞内合成和分解代谢，从而为细胞的生命活动提供必要的基础化合物[12]。AMPK信号通路可以调控细胞内ATP与ADP的比例，从而维持细胞内能量物质平衡[13]。HIF信号通路通过调节细胞低氧环境中的糖酵解，维持细胞在低氧条件下的生命活动[14]。

因此，本文通过探讨Hippo/YAP信号通路对mTOR，AMPK和HIF等代谢调节信号通路的调节作用，阐述Hippo/YAP信号通路在控制细胞代谢方面存在的潜在机制。

1 Hippo/YAP信号通路对细胞代谢的调控机制

Hippo/YAP信号通路主要由哺乳动物sterile 20样激酶（mammalian sterile 20-like kinase，MST）、大肿瘤抑制因子（large tumoursuppressor，LATS）、萨尔瓦多家族蛋白（Salvador，SAV）和Mps结合蛋白（Mps one binder protein，MOB）等胞质激酶调节因子和YAP转录共激活因子组成，并在生物体进化过程中结构高度保守的磷酸化级联反应[15]。另外研究显示，Hippo/YAP信号通路的上游组成结构并不仅局限于MST，LATS，SAV1和MOB1。例如，RAS相关结构域家族蛋白[16]和神经纤维素蛋白2[17]都可作为Hippo信号通路的上游效应因子，通过促进MST蛋白活性参与Hippo信号通路的调节作用。AMOT蛋白家族亦可作为Hippo信号通路的上游效应因子，通过促进LATS蛋白功能活性，参与Hippo信号通路的调节作用[18]。但无论上游调节因子如何改变，YAP蛋白始终都是Hippo/YAP信号通路调节作用的最终执行者[19]。

YAP蛋白是哺乳动物细胞中由多种氨基酸序列和结构域组成的高度保守性蛋白，是传递Hippo信号通路信息的重要调节因子。YAP蛋白通过与转录因子相结合[20]，如TEAD家族转录因子[21]和Runx2转录因子[22]等，定位于靶基因的片段，调控靶基因的转录翻译，影响细胞的生物学特性。然而，Hippo/YAP信号通路通过促进YAP蛋白在胞质内被降解，导致YAP蛋白无法进入细胞核，使YAP蛋白无法调节下游靶基因的转录水平。其主要作用机制是Hippo信号通路的上游调节因子促进MST1蛋白苏氨酸183位点或MST2苏氨酸180位点的磷酸化修饰，并与SAV1蛋白结合形成复合体[23]，作用于LATS1/2，促进LATS1苏氨酸1097位点或LATS2苏氨酸1041位点的磷酸化，并与MOB1结合形成蛋白聚合物[24-25]。而磷酸化的LATS蛋白，可以促进磷酸化YAP蛋白丝氨酸127位点、丝氨酸164位点和丝氨酸397位点等[26]。14-3-3蛋白及E3泛素连接酶可作用于磷酸化的YAP蛋白，两者均可使YAP蛋白在胞质内被降解，导致YAP蛋白无法进入细胞核[27-28]（图1A）。

葡萄糖、氨基酸和脂肪等都是细胞代谢活动的主要底物，线粒体是细胞能量的控制中心。而近几年的研究发现，YAP蛋白与细胞内葡萄糖、氨基酸及脂肪等的物质代谢及线粒体的功能状态都有着密切联系，既激活YAP蛋白的功能活性，可提高葡萄糖转运蛋白3[29]、己糖激酶2和磷酸果糖激酶B3的基因表达水平[30]，促进细胞内的糖酵解速率；还可以调节氨基酸转运载体基因SLC1A5和SLC7A5的转录翻译，进而促进细胞内酪氨酸激酶受体2和L型氨基酸转运蛋白1的功能活性，提高细胞内氨基酸的转运速率[9-10]；控制解偶联蛋白基因的转录翻译，抑制细胞棕色脂肪的降解[8]；促进过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1-α基因的表达，调控细胞内线粒体的活动[31]（图1B）。

2 YAP蛋白与mTOR信号通路的交叉调控

mTOR信号途径传导细胞内合成或分解代谢的信息，影响细胞内蛋白质、脂质和核苷酸的代谢，从而为细胞的生长提供足够的物质[12，32]。

研究发现，Hippo/YAP信号通路与mTOR信号通路间存在交叉调控。SAV1蛋白通过抑制YAP蛋白核易位，降低mTORC1蛋白蛋白表达水平及其下游靶基因S6K1的表达[33]。但当YAP蛋白进入细胞核，可促进微小RNA-29的转录翻译，解除同源性磷酸张力蛋白对mTORC1蛋白的抑制作用[34]。YAP蛋白亦可通过促进氨基酸转运载体蛋白SLC38A1，SLC7A5和SLC3A2基因的表达，促进mTORC1蛋白的表达[10，35]；YAP蛋白还可以与转录因子TEAD结合，通过调控pik3cb基因的转录和翻译，促进mTOR信号通路的上游效应因子磷脂酰肌醇激酶的表达，进而促进mTOR蛋白的表达[36]。YAP蛋白还可通过调控长链非编码RNA-UCA1和葡萄糖转运蛋白1基因的转录翻译，提高细胞内mTOR蛋白的表达水平[37]。而活化mTORC2蛋白既可通过促进血管动样蛋白2蛋白苏氨酸760位点磷酸化，解除血管动样蛋白2蛋白对YAP蛋白核易位的抑制作用，还可通过调节细胞内自噬水平影响YAP蛋白的表达水平[38]。

图1 Hippo信号通路对细胞内代谢活动调节机制[15-31].A：Hippo信号通路上游蛋白功能被激活，YAP蛋白不能进入细胞核；B：Hippo信号通路上游蛋白功能被抑制，YAP进入细胞核；RASSF：RAS相关结构域家族蛋白；NF2：神经纤维素蛋白2；MST：RAS相关结构域家族蛋白；LATS：大肿瘤抑制因子；SAV：萨尔瓦多家族蛋白；MOB：Mps结合蛋白；GLUT3：葡萄糖转运蛋白3；HK2：己糖激酶2；PFKB3：磷酸果糖激酶B3；PGC1α：过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α.→代表执行功能；✖代表功能被抑制.

3 YAP蛋白与AMPK信号通路的交叉调控

AMPK信号通路能够感知细胞内AMP，ATP和ADP的含量变化，其中ADP和AMP可以结合到AMPK蛋白γ亚单位，使其α亚单位激活环中苏氨酸172位点更容易被肝激酶B1[39]，钙调节性依赖蛋白激酶激酶2磷酸化[40]。另外，细胞内线粒体代谢产物活性氧水平升高，亦能够使AMPK蛋白苏氨酸172位点被磷酸化修饰而激活AMPK蛋白的功能[41]。AMPK信号通路通过调控细胞内的自噬、葡萄糖转运、脂肪酸氧化、或影响细胞内脂质、蛋白质合成代谢及糖酵解等，控制细胞内ATP的含量，从而维持细胞内能量代谢稳定[42]。

研究发现，当细胞外营养因子减少或细胞内能量压力激增时，Hippo信号传导途径可被激活，YAP蛋白活性被抑制，从而维持细胞内能量稳态[43]。另外，阿卡地新（5-氨基-4咪唑甲酰胺核苷酸）通过提高细胞内AMP/ATP的比值来提细胞内能量代谢压力，当其作用于敲除AMPK基因的细胞时，可依赖LATS蛋白来抑制细胞的增殖[44]。由此发现，Hippo/YAP信号通路可参与调节细胞内能量环境的稳态。而Hippo/YAP信号通路与AMPK信号通路也有一定的联系。AMPK信号上游效应因子肝激酶B1蛋白可以促进YAP蛋白丝氨酸127位点磷酸化，导致YAP蛋白入核转录翻译减少[45]。而活化的AMPK蛋白通过磷酸化血管动样蛋白1，激活LATS蛋白，促进YAP蛋白滞留在细胞质内并与14-3-3蛋白结合[4]。

4 YAP蛋白与HlF信号通路的交叉调控

HIF信号通路可通过调控肿瘤细胞内糖酵解、糖原合成、谷氨酰胺代谢和脂质合成来影响肿瘤细胞的生长[46]。

在研究肿瘤细胞的过程中发现，在肝窦上皮细胞中，可以通过削弱细胞内YAP蛋白的活性，抑制HIF-1α的表达水平[11，47]；在结肠癌细胞中，HIF-2α可通过介导YAP1蛋白核易位，促进癌细胞的增殖[48]；在肝癌细胞中，高迁移率族蛋白1通过与GA结合蛋白α结合可通过激活YAP蛋白来促进HIF核蛋白活性，增强细胞内糖酵解代谢，维持癌细胞的增殖[49]。综上，Hippo/YAP信号通路可以与HIF信号通路交叉作用，调控癌细胞糖酵解水平，影响癌细胞的增殖。

5 结语

Hippo/YAP信号通路作为调节细胞生物学活性的重要通路之一，主要通过调控细胞的增殖、凋亡和分化等，维持机体内环境的稳定。近年来研究发现，Hippo/YAP信号通路还参与调控细胞内葡萄糖、脂肪和氨基酸等的代谢活动，即YAP蛋白转运入细胞核，调控代谢相关基因的转录和翻译，从而影响细胞内相应的代谢活动。另外，通过总结Hippo/YAP信号通路与AMPK，mTOR及HIF等细胞代谢调节通路之间的相互作用（图2），发现Hippo/YAP信号通路可通过多途径调控细胞内的代谢活动。因此，通过探究信号通路之间的相关联系，有利于正确认识细胞内各项生物学活动的具体机制，从而为疾病的诊断和治疗提供合理的参考。

图2 Hippo信号通路与腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和低氧诱导因子（HlF）信号通路的关系[32-49].CaMKK：钙调节性依赖蛋白激酶激酶；HMGB1：高迁移率族蛋白1；PI3K：磷脂酰肌醇激酶；AKT：蛋白激酶B；AMOTL2：血管动样蛋白2.→代表执行蛋白功能，代表抑制蛋白功能.