Hippo通路核心组分MST1/2、LATS1/2在恶性肿瘤中的作用

刘雅萍 许兴超 李湘奇

1.山东第一医科大学(山东省医学科学院),山东 泰安 271016； 2.山东第一医科大学第二附属医院，山东 泰安 271000

Hippo信号通路最早是在果蝇中发现的，其在进化过程中高度保守,在果蝇中Hippo(Hpo)、Salvador(Sav)、Warts(Wts)、Mob as tumor suppressor(Mats)、Yorkie(Yki)和Scalloped(Sd)分别与哺乳动物中的MST1/2、human Salvador 1(hSAV1)、LATS1/2、Mps One Binder kinaseactivator-like1(MOB1)、YAP(Yes-associatedprotein)/TAZ(transcription alcoactivator with PDZ-binding motif)和TEA domain family member(TEAD)同源[1]。Hippo信号通路的核心组分包括大肿瘤抑制激酶(large tumor suppressor kinase，LATS)和哺乳动物STE20样激酶(mammalian sterile20-like kinase，MST)，二者在Hippo信号通路中均具有重要调节作用，其中LATS基因于1995年在果蝇体内发现，表达LATS1和LATS2两种蛋白，MST则是发现于酵母细胞中的一种丝/苏氨酸蛋白激样酶，后续的大量研究均发现LATS与MST可显著抑制肿瘤细胞的增殖、促进肿瘤细胞凋亡，因此推测其可能具有抑癌基因的作用[2-4]。然而，目前LATS1/2和MST1/2在Hippo信号通路中所起核心因子的具体机制及如何影响肿瘤的发生发展尚未完全明确，仍需进一步研究，因此本文就MST1/2、LATS1/2的生理作用及其与恶性肿瘤的关系进行综述，以期为靶向研究肿瘤相关的治疗措施提供方向。

1 MST的作用

MST共包括原型MST1及MST2、MST3和MST4 3个旁系同源物，其中MST1和MST2隶属于生发中心激酶(GCKⅡ)亚家族，主要在应激条件下作为调控细胞凋亡的信号，是控制细胞生长和凋亡的上游激酶[5]。MST1/2作为细胞内Hippo信号通路的核心成分，可介导磷酸化、二聚化及核内外定位，从而从分子水平调控细胞分化和凋亡、维持细胞稳定、诱导细胞黏附和迁移等[6-7]。MST1/2是存在于哺乳动物细胞内的Hippo同源蛋白，在细胞内发生作用的方式与果蝇中Hippo信号通路相似，即MST1/2首先在生理或非生理应激条件下被激活，引起下游基因LATS1/2的磷酸化，下游效应蛋白YAP及TAZ被介导活化，并被细胞质中的相关蛋白酶所降解，从而达到抑制细胞过度增长的作用[8]。

MST1于1992年在酵母细胞中得到鉴定，果蝇模型实验结果表明MST1参与HIPPO-LATS-YORKIE信号通路并与肿瘤发生密切相关，MST1的缺失可促使细胞过度增殖从而诱发肿瘤的发生[9-10]，而MST1在各种细胞中过表达可以启动由P53和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)活化诱导的凋亡[11]。MST1在细胞中可被分裂素激活，并从快速加速纤维肉瘤-1(rapidly accelerated fibrosarcoma-1，Raf-1)复合物中释放,从而活化Hippo信号通路中的其他效应分子，调节细胞周期和细胞增殖，MST2则可由其他一些应激信号所活化，从而加速细胞凋亡[12]。一些体外研究发现，MST1亦可由某些非生理性的压力活化，这包括高浓度亚砷酸钠、星形孢菌素、紫外线辐射、冈田酸、视黄酸、过氧化氢、活性氧以及各种抗癌药物等凋亡或应激刺激物激活，激活后的MST1即由含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶介导裂解，该裂解产物活性增强至10倍，引发核易位，随后MST1由细胞质转运至细胞核，引发细胞核中组蛋白2B(histone 2B，H2B)磷酸化从而促进染色质发生凝聚，诱导细胞的凋亡，此外，MST也可通过自身在多个苏氨酸残基位点发生磷酸化形成活化环的形式得以激活[13]。

有研究表明，MST1可以通过调控嗜酸性粒细胞和中性粒细胞凋亡以及中性粒细胞的迁移等形式对炎症或免疫缺陷等疾病进行调控[14-15]。另外，在破骨细胞中也发现MST1可以调控细胞凋亡,影响骨的发育[16]。近期研究表明MST1可以抑制巨噬细胞发生自噬,促进巨噬细胞凋亡，从而加重动脉粥样硬化[17-18]。Luo等[19]将带有hSav1的载体pCMV-HA-hSav1和MST1的载体pcDNA/4TO-Flag-MST1共转染HeLa(Henrietta Lacks cells)细胞,显示hSav1增强了mst1诱导的细胞凋亡，相反，RNA干扰介导内源性hSav1的耗竭可抑制mst1诱导的细胞凋亡。

所以，MST1/2可通过多种途径控制细胞的凋亡，其缺失或低表达均可导致机体肿瘤的发生或其他异常表现。

2 LATS的作用

LATS最早是从果蝇体内分离出来的一种肿瘤抑制基因，可转录翻译丝氨酸/苏氨酸激酶，具有高度保守特征，是Dbf2相关核蛋白(nuclear Dbf-2-related，NDR)激酶家族成员[20]。LATS自体磷酸化可以显示出其激酶活性[21]，广泛的生化研究发现NDR1/2激酶能调控LATS1/2激酶[22]。LATS1/2完全激活后，参与激酶域内的激活段和位于碳末端催化单元之外的疏水基序的磷酸化调控，且LATS1/2对这两个基序的调控具有高度保守性[23]。磷酸化的LATS1/2可在多个位点上对辅激活因子YAP/TAZ进行磷酸化转录，并使其滞留于细胞质中，随后被泛素化降解，从而达到抑制下游靶基因表达的目的[24]。激酶活性对于调节和维持细胞生理活性具有重要意义，激酶活性过低或受到抑制均可能导致细胞的恶性增殖而诱发肿瘤，同时LATS可对基因的转录及翻译进行调控，并以磷酸化、构象调节的形式对蛋白进行翻译后的调控[25]。

多项研究均已证实，LATS1作为Hippo信号通路核心分子之一，可调控细胞分化、增殖、凋亡和迁移，调节遗传物质转录、翻译，维持遗传物质稳定性，抑制肿瘤发生等[26-31]。Lee等[32]特异性敲除小鼠肝母细胞中Lats1和Lats2基因，在肝脏发育期间，由于Lats1/2的缺失，导致Hnf4α表达降低而使肝母细胞向干细胞分化的能力减弱；同时由于YAP/TAZ激活和TGF-β上调，引起肝母细胞向胆汁上皮细胞分化并促进胆汁上皮细胞和成纤维细胞增殖。Chen等[33]通过读裂变酵母LATS激酶Orb6的研究发现，其可以通过调节Efc25蛋白水平、Ras1 GTPase活性调节细胞生长及对环境的适应性。此外，通过对垂体干细胞的研究表明，LATS1激酶的条件性缺失足以导致YAP/TAZ的积累，进而形成垂体前叶肿瘤[34]。

综上所述，LATS1/2是一种抑癌基因，可通过多种途径抑制肿瘤的发生及发展。

3 MST1/2、LATS1/2与恶性肿瘤的关系

MST1/2、LATS1/2作为Hippo信号通路中的核心组分之一，对细胞分化、增殖、凋亡、迁移等的调控功能在很多研究中都已发现，且二者在肿瘤中的作用在很多研究中也有证实，因此Hippo信号通路的异常调节与人类多种肿瘤的发生发展也具有高度相关性。MST1和LATS1在哺乳动物中是Hippo通路的上游分子[35]，能抑制肿瘤细胞的增殖，促进细胞的凋亡。激酶级联反应是该信号发挥作用的关键，MST1/2激酶首先与SAV1形成复合物，然后磷酸化LATS1/2，活化后的LATS1/2激酶随即与MOB1共同磷酸化YAP和TAZ，从而抑制了YAP和TAZ的转录活性，使其定位在胞质中，参与正常细胞的增殖与代谢；反之，未磷酸化的YAP/TAZ会出现活化状态，进入细胞核与TEAD或其他转录因子结合，继而诱导促增殖和抑凋亡的基因表达上调[9,36-37]。

目前，诸多国内外学者已深入研究了LATS1/2作为抑癌基因在胶质瘤、宫颈癌、胃癌、皮肤癌等疾病发生发展过程中的作用机制，均发现LATS1/2表达降低或缺失是导致肿瘤细胞恶性增殖的原因之一[38-43]。已有学者通过将LATS1基因去甲基化的方式探讨了其对YAP mRNA和蛋白表达的影响，结果表明LATS1在Hippo-YAP信号通路中可以降低YAP基因表达，从而在抑制肿瘤增殖和促进凋亡方面具有重要作用[44]。然而目前对其如何抑制肿瘤细胞生长、调控肿瘤细胞凋亡尚未详细阐明。Zhang等[45]研究表明YAP介导了乳腺上皮细胞的显著转化活动,LATS蛋白可直接与YAP相互作用而异位表达LATS1，有效地抑制YAP的表型，延缓上皮间叶细胞转变、迁移和锚钉生长。此外，作为一种有效的生长抑制因子，过表达的LATS1可抑制CDC2激酶活性导致细胞周期阻滞或凋亡，从而表现出显著抑制人肿瘤细胞生长和体内致瘤性的特征[46]。Aylon等[47]发现作为对致癌压力的反应，肿瘤抑制基因LATS2可使ASPP1(apotosis-stimulating protein of P53-1)磷酸化并驱动其转位进入细胞核，介导p53凋亡反应的发生，促进多倍体细胞的死亡。LATS2的高表达抑制G1/S(DNA合成前期/合成期)过渡，降低细胞周期蛋白E(cyclin E)/cyclin-dependentkinase-2(CDK2)激酶的表达，从而抑制NIH3T3细胞(小鼠胚胎成纤维细胞)的增长和致瘤性[48]。Noa等[49]证明LATS1和LATS2在乳腺癌组织中确实起到肿瘤抑制因子的作用。但有研究表明，在乳腺细胞系MCF10A中,虽然LATS1和LATS2均可与YAP直接相互作用,但只有LATS1能够磷酸化致癌基因YAP，下调YAP过表达，从而抑种YAP介导的致瘤性，这种效应可以通过同时敲除YAP而被抑制，表明YAP是哺乳动物细胞中LATS1的主要靶点[45,50]。近来有研究表明LATS1可明显抑制头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)细胞的增殖、迁移、侵袭及上皮-间质转化[51]。

MST1在Hippo信号通路中通过促进YAP磷酸化发挥抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡的作用[52]，LATS受到MST1的调控，其 C末端发生磷酸化并介导下游YAP水平降低，从而调节细胞周期和凋亡[53-54]。尚超等人[55]研究分析了喉癌组织和癌旁组织中Mst1 mRNA表达的差异，发现与癌旁组织相比，Mst1 mRNA在喉癌组织中的表达水平和细胞凋亡率明显较低，表明Mst1基因在喉癌发生、发展中具有重要作用。Xu等[56]通过采用两步免疫组化染色法检测Mst1/2、Lats1核心组分在正常胃粘膜及胃癌组织中的表达，结果胃癌组织中Mst1/2和Lats1的表达较正常胃粘膜组织明显下调，表明Hippo通路的破坏可能与胃癌的发生、转移有关。李洁[57]回顾性分析了Hippo信号通路核心分子MST1/2、YAP1在结直肠腺癌中的表达并深入分析了其临床意义，结果表明与结肠息肉组相比，MST1/2、YAP1在结直肠癌组中的表达水平显著升高。王雪阳[58]的研究发现MST1、LATS1/2和YAP在口腔癌的发生中具有重要作用，可以调控口腔鳞状上皮细胞癌的分化、增殖和转移，并可作为评价口腔癌治疗效果的重要指标。Lin[59]探讨了Mst1在乳腺癌中的表达及其预后意义，结果显示27.3%的患者MST1阴性表达且患者总体生存较差，多因素分析显示Mst1表达是乳腺癌重要的独立预后因素。Angus等[60]发现FRMD6(FERM domain-containing protein 6)的高表达导致了MST1/2、LATS1和YAP磷酸化的增加，抑制致癌蛋白YAP的活性。此外，小鼠肝细胞Mst1的缺失可导致Yap1 Ser127磷酸化抑制缺失，而当Mst1在细胞中重新表达后可促进Yap1 Ser127的磷酸化并使之失活，从而消除其致瘤性，表明Mst1抑制Yap1是肝脏肿瘤抑制的重要途径[61]。以上研究表明,Hippo信号通路中MST1/2、LATS1/2等与恶性肿瘤有着密切的关系，二者可能为抑癌基因，为恶性肿瘤的治疗提供了良好的靶点。

4 展望

LATS1/2和MST1/2对维持体内平衡、细胞稳态、细胞分化、遗传稳定性、细胞迁移、细胞转移、肿瘤的发生、器官大小的控制等起着重要的作用，尤其是近年来作为抑癌基因的研究成为热点，然而目前LATS1/2和MST1/2在Hippo信号通路中所起核心因子的具体机制及如何影响肿瘤的发生发展仍需进一步研究，这不仅为我们靶向研究肿瘤相关的治疗措施提供方向，而且对于寻找新的治疗靶点、开发新的药物具有积极意义。