Hippo⁃YAP 信号轴介导骨免疫调节种植体骨结合的研究进展

周安琪， 刘佳怡， 贾懿楠， 向琳

1. 口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心 四川大学华西口腔医学院，四川 成都（610041）；

2. 口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心 四川大学华西口腔医院种植科，四川 成都（610041）

随着社会经济文化水平的提高和人口老龄化负担日益加重，当今社会对种植修复的治疗需求增加迅速，理想的骨结合是牙种植成功的关键，种植体表面与宿主骨之间的骨结合不足是牙种植失败最主要的原因［1］。理想的骨结合依赖于种植体周围良好的成骨与免疫特性。成骨细胞、破骨细胞、骨细胞等成骨相关细胞构成动态平衡，促进种植体周围的新骨形成，是种植体获得稳定性与功能性所必需［2］。作为天然骨组织中的异物成分，种植体的长期稳定结合依赖于适宜的局部免疫微环境和适当的骨免疫调节，而这又和种植体周围免疫细胞群的活动息息相关［3］。大量证据表明，在多种信号与通路的介导下，良好的免疫微环境可提高新骨形成和血管生成的速度，从而达到更为理想的骨结合效果［1］。

Hippo⁃YAP 通路广泛参与调节器官大小、组织再生与肿瘤发生发展的信号转导。 Hippo 通路可感知和响应细胞间接触、细胞极性等上游生物力学信号，使哺乳动物STE20 样激酶1/2（mammalian sterile 20⁃like kinase，MST1/2）和衔接蛋白1（salva⁃dor homolog 1，SAV1）被磷酸化，以激活大肿瘤抑制因子1/2（large tumor suppressor 1/2，LATS1/2）和调节蛋白MOB1A/B 复合体，从而诱发下游信号响应［4］。Yes 相关蛋白（yes⁃associated protein，YAP）是Hippo 通路下游的关键效应子，Hippo 通路通过上述信号级联反应负性调节YAP 的活性，从而在结构域转录因子（transcriptional enhanced associate domain，TEAD）的介导下参与靶基因表达水平的调控，以影响细胞增殖分化等特性。此外，颅面部器官的正常发育也需要Hippo⁃YAP 通路的参与［5］。由此提示，Hippo⁃YAP 可能在骨免疫介导的骨结合中具有潜在的影响。

1 骨免疫对骨结合进程的影响

Arron 等［6⁃7］率先提出骨免疫概念，强调骨骼系统与免疫系统之间的相互作用关系。一方面，骨骼系统细胞通过分泌关键细胞因子对免疫微环境产生调节；另一方面，免疫细胞的活动对于类风湿性关节炎、牙周炎等疾病的发生发展及骨修复进程具有重要意义［7⁃8］。作为连接骨骼系统与免疫系统的桥梁，骨免疫调节在人体多种重要生物学进程中都发挥着关键作用。

发生在种植体周围组织的炎症反应通常会被视为一种病理过程，然而，目前研究者们对于骨结合进程中免疫炎症反应的认识有所更新。骨结合是一个复杂的生物学过程，依赖于多种免疫细胞所构成的动态平衡。作为响应生物材料反应的核心成员，巨噬细胞在骨组织的免疫调节中发挥了重要作用［9］。根据激活方式、分泌的细胞因子与功能不同，巨噬细胞可分为经典活化的巨噬细胞（M1）和选择性活化的巨噬细胞（M2）。M1 可促进炎症发生发展，其过度激活可使种植体周纤维异常增生，导致骨结合失败；而M2 则作为主导抗炎/调节作用的细胞类型，吸附种植体周围的细胞、蛋白质和其他生物活性介质，在骨结合进程中起决定性作用［10］。

巨噬细胞的极化并不是“非黑即白”，很难在体内看到真正处于上述两种极端极化状态的巨噬细胞，因为大多数情况下巨噬细胞会在其“极化谱”上以一种兼具M1 和M2 特征的过渡状态存在［10⁃11］。尽管现在已有学者在M1 和M2 的基础上将巨噬细胞分成了更多的亚型，或是提出了其他分型方式，但由于M1、M2 是两大主要表型，可通过确定的表面标志物进行观察，且已有研究证实，种植体骨结合进程中有M1/M2 相关基因的参与［12］。所以，沿M1 和M2 方向调控巨噬细胞的极化有望起到影响炎症和再生微环境的作用，从而调节骨结合进程（图1）。因此，经典的分型方式仍然适用。除巨噬细胞以外，还有一些其他的免疫细胞同样在讨论范畴之内，如T 淋巴细胞［13］和肥大细胞［14］等，这些细胞也有望在骨免疫介导的骨结合中发挥其独特的作用。

2 Hippo⁃YAP 通路对骨免疫相关细胞的调控作用及其机制

2.1 Hippo⁃YAP 信号对成骨相关细胞的影响

Figure 1 Polarization of macrophages in osteoimmunology⁃modulated osseointegration图1 巨噬细胞极化参与骨免疫调节下的骨结合

Hippo⁃YAP 信号对骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）的成骨分化有着显著的影响。研究者们发现Hippo 通路被激活后，在Hippo⁃YAP 轴的介导下，BMSCs 的成骨分化被显著抑制［15］。在降钙素基因相关肽（calcitonin gene⁃re⁃lated peptide，CGRP）的诱导下，受体活性修饰蛋白1（receptor activity moaifyins protein，RAMP1）通过Hippo⁃YAP 通路促进BMSCs 成骨分化［16］。进一步研究发现，Hippo 通路在MSCs 成脂肪、成骨的竞争性分化中具有重要的影响，即YAP 可促进MSCs 骨向分化而抑制其成脂分化［17］。然而，与上述结果不同的是，Seo 等［18］观察到，SOX2⁃YAP1 轴对BM⁃SCs 的成骨分化具有明显的抑制作用，其机制可能与分泌型蛋白Dickkopf⁃1（DKK1）介导的YAP1/β⁃catenin 对Wnt 信号转导的破坏有关。

Hippo⁃YAP 通路还可通过多种分子机制参与成骨细胞的分化。YAP 抑制可导致MSCs 中配体BMP2a 表达水平降低，从而使周围成骨细胞中的BMP 信号受到严重损伤，即YAP 通过非细胞自主的方式下调成骨细胞的骨向分化［19］。另一体内研究表明，抑制先天性脊柱侧凸患者中错义突变基因表达，可导致YAP 核易位，从而通过促进相关靶基因的表达加速成骨细胞的矿化过程［20］。尽管已有一定证据表明Hippo⁃YAP 在骨代谢和骨形成中起关键作用，但研究者们对于Hippo⁃YAP 通路在成骨细胞分化中具体的调节效果仍有所争议。实验证明，钛离子发挥对局部骨组织毒性的机制是通过诱导YAP 的去磷酸化及其在细胞核中的表达，从而抑制成骨细胞的成骨分化，最终导致周围骨组织的损伤，而敲除YAP 则在一定程度上降低了这种钛离子对骨组织的损害；但同时也必须明确，Hippo⁃YAP 并非调节成骨细胞行为的唯一生物信号［21］。

骨形成和骨吸收之间的动态平衡对建立理想的骨结合具有重要意义，而越来越多的证据表明，Hippo⁃YAP 轴可调节破骨细胞生成和骨吸收活性，从而影响骨稳态。骨髓来源的巨噬细胞（bone mar⁃row⁃derived macrophages，BMMs）中MST2 缺失促进了破骨细胞的分化，相反MST2 的过表达则会抑制其分化［22］。研究证实，抑制YAP1 及其与主要转录因子TEADs 的联系减少了破骨细胞的形成及其骨吸收［23］。由此猜想，Hippo⁃YAP 轴可能是研究破骨细胞形成精细调控机制的切入点之一［24］。成骨细胞和破骨细胞之间的相互作用以非细胞自主的模式影响着骨重塑。研究发现，成骨细胞中的机械传感蛋白PIEZO1 可促进YAP 的核易位，并通过PIEZO1⁃YAP 轴增加Ⅱ型和Ⅸ型胶原的表达，从而对破骨细胞的吸收活性产生抑制作用［25］。

有关骨细胞中Hippo⁃YAP 信号转导机制的研究并不多见。但实际上，骨细胞在骨陷窝⁃小管系统的结构基础上相互连接和沟通，其功能活性对于维持骨代谢与骨重塑的长期稳定具有关键作用。研究显示，骨细胞中缺乏YAP/TAZ 可导致体内骨量累积受阻、骨基质胶原蛋白减少及机械强度降低，而这种影响可能与骨陷窝⁃小管系统重塑过程受损有关［26］。但Hippo⁃YAP 通路对骨细胞更深层的作用机制及这一过程所涉及到的其他信号转导还有待进一步阐明。

2.2 Hippo⁃YAP 通路对免疫细胞的调节

巨噬细胞作为骨免疫进程的主要参与者，可通过响应多种生物信号以适应微环境的变化，包括Hippo⁃YAP 信号。但据目前已发表的文献，研究者们对于YAP 在巨噬细胞向M1 和M2 表型极化中所起的作用仍有争议。有研究认为，Wnt5a 通过诱导YAP/TAZ 可促进巨噬细胞M2 极化［27］，且在髓系YAP 特异性敲除的小鼠中，M1 特征性促炎因子肿瘤坏死因子⁃α（tumor necrosis factor⁃α，TNF⁃α）和白细胞介素1β（interleukin⁃1β，IL⁃1β）的表达增强，同时M2 特征性抗炎因子IL⁃10 和转化生长因子β1（transforming growth factor ⁃β1，TGF⁃β1）的表达减弱［28］。然而，另有研究发现，YAP 对巨噬细胞的极化具有相反的调节方向。Zhou 等［29］研究结果指出，YAP 可促进巨噬细胞向M1 型极化，并抑制其M2 极化；在特异性敲除髓系YAP 后，IL⁃10 表达显著升高，同时IL⁃1β 的表达被抑制，但TNF⁃α1 的水平却未受明显影响，与上述研究相矛盾。

除巨噬细胞外，还有一些其他类型的免疫细胞也属于讨论范围之内，因为这些细胞主导了植入早期的炎症反应。而目前，有关这些免疫细胞的研究大多尚未涉及到种植体的骨结合过程。在今后的研究中，可就Hippo⁃YAP 通路在种植体周早期炎症反应中的作用进行探究，以进一步丰富Hippo⁃YAP 调节种植体周骨免疫进程的机制。

3 Hippo⁃YAP 在成骨相关细胞中作用差异的潜在机制

首先，Hippo⁃YAP 通路可能在骨细胞的不同成熟阶段发挥不同作用，即YAP 的成骨促进效应是依赖于骨细胞成熟度的，这也解释了为什么在骨细胞分化早期（MSCs 和成骨细胞）中会出现负面结果。在间充质干细胞和早期成骨细胞中，YAP/TAZ抑制它们向成熟成骨细胞分化，从而导致骨量减少；然而，成熟成骨细胞和骨细胞中YAP/TAZ 的表达则增加了成骨细胞的数量并促进了新骨的形成［30］。而这种抑制成骨行为的效应可能与YAP 破坏了Wnt 信号的转导有关［18，30］。

Hippo⁃YAP 不仅能通过细胞自主调节影响细胞的成骨功能，而且可通过“非细胞自主模式”发挥对周围细胞成骨行为的调控作用［19，25］。此外，有研究提示YAP 对成骨行为的调节可能与健康和炎症状态下的局部骨组织微环境差异有关［31］。

目前研究者们似乎很难就引起Hippo⁃YAP 成骨作用差异的内在机制达成共识。因此笔者建议，未来的研究可重点关注Hippo⁃YAP 促进成骨的条件，这对于深入理解Hippo⁃YAP 通路功能及挖掘其潜在临床价值具有重要意义。

4 YAP 对巨噬细胞极化的影响尚待阐明

如前所述，目前不同的研究对于巨噬细胞中YAP 的表达及YAP 对巨噬细胞极化的影响存在争议。笔者对导致这些研究得出不同结论的原因进行了分析，为揭示巨噬细胞YAP 的表达规律及其更深层次的内涵提供思路，同时也对未来的研究方向进行了一些展望。

巨噬细胞的不同来源可能导致实验结果的差异。前述某些研究并没有对骨髓来源的巨噬细胞（bone marrow⁃derived macrophages，BMMs）和腹腔巨噬细胞（peritoneal macrophages，PMs）进行区分［29］。但事实上，巨噬细胞的极化特征可能受到来源差异的影响。由于BMMs 和PMs 中编码巨噬细胞的表面标记和可溶性介质的M1/M2相关基因的表达水平不同，BMMs 和PMs 表型和细胞功能便可能存在一定差异［32］。此外，研究人员比较发现BMMs 和PMs 在三维环境中的吞噬和移行能力也有所不同［33⁃34］。

因此，评估不同来源的巨噬细胞的异质性对提高相关研究（尤其是涉及到巨噬细胞向M1、M2极化倾向性的研究）的严谨性与应用价值具有重要意义；而如何选择最合适的细胞模型来模拟体内巨噬细胞的极化过程，发掘其在疾病中的作用机制，也仍待进一步阐明。

近年来在巨噬细胞的研究中，现有的分型模式也越来越丰富。考虑到不同巨噬细胞群之间巨大的生物学差异，研究人员在M1/M2 二分法的基础上确定了更多的亚型，扩展了巨噬细胞分型的定义。例如，M2 可根据不同的激活因子细分为M2a、M2b 和M2c，且表现出不同的生物学特征与效应［35］。除此之外，还有更多的分型方式被不断提出，从而更加精准地描述特定的巨噬细胞群，如抗酒石酸酸性磷酸酶阳性（tartrate⁃resistant acid phos⁃phatase⁃positive，TRAP+）巨噬细胞［36］。巨噬细胞的分型方式已不再单一，在未来的研究中，可考虑根据实验目的将更多的分型方式纳入考量。

5 小 结

理想的骨结合本质上取决于良好的骨免疫特性，而Hippo⁃YAP 信号通路可通过影响种植体周的骨免疫响应在骨结合进程中发挥着多重调节作用。综上所述，以Hippo⁃YAP 信号轴为切入点探究改善骨结合的方式，有望为临床上骨结合不佳病例的治疗提供新思路。

【Author contributions】Zhou AQ wrote the article. Liu JY designed the figure. Jia YN collected the references. Xiang L revised the article.All authors contributed to the article and approved the submitted ver⁃sion.