活性氧与Hippo通路交互作用介导细胞行为的研究进展

于 晖，王浩辰，黄天宇，满 毅，向 琳

Hippo信号通路最初是在果蝇中被发现的，在细胞的增殖、分化和凋亡等多种生命进程均发挥着重要作用[1]，例如，有研究发现其上游的哺乳动物绝育20样激酶1(mammalian sterile 20-like kinase1，MST1)蛋白的缺失可导致明显的过度生长表型[2]。Hippo通路被激活时，其上游的MST1/2及其共因子含WW结构域的人同源重组蛋白1(salvador family WW domain-containing protein1，SAV1)被活化，随后大肿瘤抑制因子(large tumor suppressor1/2，LATS1/2)及其调节蛋白Mps一结合者激酶激活因子1A/B(Mps One Binder kinase activator-like1A/B，MOB1A/B)被激活，并进一步使下游效应蛋白Yes相关蛋白(Yes-associated protein，YAP)和具有PDZ结合域的转录共刺激因子(transcriptional coactivator with a PDZ-binding motif，TAZ)被磷酸化转位出核，随之滞留于细胞质中或被蛋白酶降解，最终使YAP/TAZ与转录因子结合介导的转录过程受阻，从而影响细胞功能[3]，影响器官发育、内稳态和再生等进程。

生物体内广泛存在着氧化还原反应，在正常生理条件下，氧化作用和抗氧化作用之间维持着微妙的平衡，而当机体内的活性氧(reactive oxygen species，ROS)自由基的代谢发生异常时，这一平衡被打破且向氧化状态倾斜，即出现氧化应激。对于氧化应激的研究一直存在争议，但大部分学者认为它是引起多种人体疾病的原因，而抗氧化则可维持健康。虽然高浓度的ROS是有害的，但在生理条件下，ROS作为重要的信号因子，在细胞存活、凋亡、自噬等细胞生物进程中扮演着极其重要的角色[4]。在氧化还原状态发生变化的过程中，除了造成氧化损伤外，对细胞信号的改变亦有明显影响。

近年来大量研究表明，ROS与Hippo通路可通过多种中间因子相互作用，介导不同的生物学效应。因此，本文主要讨论近期研究揭示的Hippo通路与ROS信号在生物学过程中的交互作用，并分析其引起细胞凋亡、自噬、肿瘤细胞远处转移等生物学效应的研究现状及进展。

1 Hippo信号通路在多种生物学进程中的作用

越来越多的研究揭示了Hippo通路参与生物效应的潜在机制，其可接受来自细胞微环境的各种上游信号的刺激，通过影响不同转录因子调控多种下游靶基因的表达，最终复杂调节细胞凋亡、自噬和肿瘤细胞的远处转移等多种生物学进程。

1.1 细胞凋亡

YAP与细胞凋亡之间存在复杂的双重关系。有研究表明，YAP能以一种p73依赖的方式促进细胞凋亡[5]。在DNA损伤和肿瘤形成时，核内YAP可通过与p73相互作用，促进细胞凋亡。此外，当血细胞DNA受损时，酪氨酸激酶c-Abl可进入细胞核并磷酸化YAP，而磷酸化的YAP又可与p73结合，上调促凋亡基因如Bax[6]、DR5[7]等的转录，从而促进细胞凋亡。

而与此相反，大多数临床试验证明YAP具有促癌作用。YAP在肺肿瘤[8]和胰腺肿瘤中均可过表达[9-10]，与此一致，另有研究表明YAP过表达可显著抑制胰腺癌[11]和肺癌[12]细胞的凋亡，从而使肿瘤生长速度加快，并致使患者病情恶化、生存率下降。然而，YAP在肿瘤进展中由于何种因素起到促进或抑制作用，其具体机制目前仍有待进一步研究。

1.2 自噬

自噬过程通过囊泡包裹细胞中错误折叠的蛋白质和受损的细胞器，随后与溶酶体融合形成自噬溶酶体，从而将内容物消化降解并将分解产物进行循环利用，对于维持机体内环境的稳定起着重要的作用。Hippo信号通路的关键蛋白YAP可通过调节细胞自噬参与调控肿瘤发生发展。对于三阴性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)自噬的研究在细胞水平证实了自噬响应和YAP之间的联系[13]，该研究发现，在TNBC中YAP表达明显上调，且当TNBC的自噬反应开始时，YAP转位入核，促进目的基因的表达。此外，据Pei等[14]报道，自噬信号通路的关键蛋白mTOR对正常位置子宫内膜基质细胞的自噬活动的调节作用是通过YAP蛋白实现的，抑制mTOR蛋白的表达可使YAP表达下降。与此同时，自噬标志蛋白比率LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ得以上调，提示YAP可能参与了mTOR-自噬通路从而参与调节子宫内膜异位症，但其具体机制尚待进一步阐明。

1.3 肿瘤细胞转移

在一些胰腺癌患者中，YAP在转移部位的表达高于原发部位[15]，这一现象提示YAP可能与肿瘤转移密切相关。Jin等[16]通过体内研究证明，在高度恶性肿瘤非小细胞肺癌中，高表达YAP患者的总生存期明显比低表达YAP患者的要短，体外研究发现，去甲基化酶ALKBH5可通过抑制YAP的表达及活性，从而负向调节YAP活动，最终抑制肿瘤的上皮间充质转换及远处转移；而异常的YAP/TAZ活性促进肿瘤远处转移的作用与其和TEAD家族转录因子的相互作用密切相关[17]。目前相关研究的短板在于：一方面，大多数研究没有区分核内和细胞质YAP；另一方面，对于Hippo通路在癌症转移中机制的体内研究相对缺乏，在后续的工作中，我们也将更加关注体内方面的研究进展。

2 氧化还原信号在生物学效应中的作用

氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用之间偏向前者的失衡，会引起中性粒细胞的炎性浸润，并使细胞结构受到破坏。活性氧作为氧化应激的关键组成部分，主要包括氧自由基以及未配对电子的原子或小分子[18]。高浓度的ROS可引起与许多疾病相关的氧化损伤甚至致癌，在生物体内，过氧化氢酶可分解细胞代谢过程产生的过氧化氢，从而防止细胞受到过量过氧化氢的损伤[19]；然而，适当水平的ROS亦被证明是正常细胞存活所必需的，可以通过激活不同的信号蛋白从而发挥相应的生物学作用。

2.1 细胞凋亡

近年来，对于ROS在细胞凋亡中的研究层出不穷，不同学者报道了ROS诱导细胞凋亡的多条机制。例如，根据Wang等[20]的研究，桦木酸可诱导PC12神经细胞中ROS的上调，随之破坏线粒体膜电位、释放细胞色素c并激活细胞凋亡蛋白酶-3，最终诱导细胞凋亡；而根据Yuan等[21]的研究，ROS则可通过诱导DNA损伤引起细胞凋亡，根据这一机制在肿瘤细胞中利用磁场上调ROS水平，可以起到抑瘤作用。

对ROS清除剂的研究亦证实了药物产生的ROS在细胞凋亡中的作用：例如，N-乙酰半胱氨酸(N-Acetyl-L-cysteine，NAC)可通过下调ROS水平，减轻脱氧雪腐镰刀菌烯醇诱导细胞凋亡的作用[22]。然而，在细胞凋亡进程中细胞损伤与ROS产生的因果关系目前尚未完全阐明，即是ROS积累引起细胞损伤最终导致细胞凋亡，还是细胞损伤导致ROS产生增加，仍有待进一步研究。

2.2 自噬

线粒体和NADPH氧化酶产生的活性氧已经被证明可以激活自噬，调节细胞的存活、死亡和多种人类疾病[23]。研究发现，多种具有ROS调节能力的药物都被证明能通过介导细胞自噬活动而达到治疗疾病的效果。例如，胡桃宁可诱导ROS从而介导乳腺癌细胞自噬[24]；而抗氧化剂米托蒽醌甲磺酸盐则可抑制过度的细胞自噬，进而治疗香烟提取物引起的肺损伤，亦有可能缓解其引起的慢性阻塞性肺病[25]。微环境中ROS的含量对细胞的存活与凋亡起重要调节作用，从而有望为治疗肿瘤提供新的思路。

2.3 肿瘤细胞转移

肿瘤细胞的迁移与侵袭也受到ROS的复杂调控。例如，Li等[26]发现，在小鼠模型中，间歇性缺氧可通过诱导氧化应激和炎症反应，从而促进黑色素瘤的肺部转移，而使用抗氧化剂处理则可以减轻氧化应激和炎症反应，缓解肿瘤的远处转移。与此相反，据Jin等[27]最新研究显示，线粒体钙单向转运体调节分子Ⅰ可通过促进ROS产生，随后激活Nrf2/Notch信号通路从而促进肝癌细胞的转移和侵袭。在不同类型的肿瘤中，ROS可能通过与不同的信号通路产生交互作用，复杂调控肿瘤细胞的迁移，目前对这一方面的认识尚有待进一步研究。

3 Hippo信号与氧化还原交互作用介导多种分子生物学行为

大量文献表明，ROS可通过多种中间信号蛋白，与Hippo通路的上游信号MST1/2及下游YAP/TAZ蛋白之间发生调节与反馈调节作用，在细胞凋亡、自噬及肿瘤细胞转移等生物学进程中行使功能。

3.1 细胞凋亡

近年来，有大量证据表明Hippo通路能与氧化应激或ROS信号发生交互作用，调节细胞凋亡进程。在神经胶质瘤细胞中，毛壳素可促进ROS产生从而介导YAP表达，随后YAP通过与p73和p300蛋白的结合诱导细胞凋亡[28]。与此相反，在小细胞癌中，氯化光叶花椒碱则可通过上调ROS水平，抑制Hippo信号通路关键信号LATS1、Mob1和YAP的表达而促进p-LATS1、p-Mob1和p-YAP1的表达，最终起到抗癌的作用[29]。类似地，在胃癌细胞中，WZ35能够诱导ROS产生从而抑制YAP活化，随后介导下游信号分子的作用而起到抗肿瘤作用[30]。在结肠上皮细胞中，蛋白酶激活受体2(protease-activated receptor, PAR2)信号转导可通过稳定YAP蛋白，显著降低ROS的产生和对一氧化氮诱导的凋亡的敏感性[31]。

3.2 自噬

在细胞自噬活动中亦存在着Hippo信号和ROS的交互调节作用。Zhou等[32]发现，在肝细胞癌中YAP上调，可通过抑制小GTP酶Rac1减少ROS生成，进而激活mTOR通路，最终诱导肝癌细胞多重耐药并抑制自噬相关细胞死亡。此外，褪黑素能够通过抑制ROS积累，从而减少MST1的裂解，最终减少细胞自噬活动，维持细胞内稳态[33]。进一步研究发现，RASSF1A通过增强Hippo通路MST1蛋白的稳定性，抑制PI3K-AKT-mTOR通路，从而增强自噬起始及成熟[34]。

Hippo信号通路还可通过直接调节线粒体的自噬活动，间接影响细胞凋亡。线粒体自噬激活可减少氧化应激损伤，防止线粒体促凋亡因子泄漏。在胃癌细胞中，YAP的缺失降低了SIRT1的表达，抑制了Mfn2介导的线粒体自噬，从而促使线粒体凋亡及氧化应激[35]。YAP的缺失促进线粒体功能障碍，表现为线粒体氧化应激增加、促凋亡因子泄漏和半胱氨酸蛋白酶-9活性增加，最终介导肺癌细胞凋亡[36]。

3.3 肿瘤细胞转移

Hippo与ROS在癌症发展中亦扮演着重要角色。Nakashima等[37]研究发现，在口腔鳞状细胞癌中，缺氧状态能够促进癌细胞的侵袭、远处转移并上调其干性，在此状态下，线粒体膜电位及氧化应激水平降低，同时YAP也被激活，这提示ROS与YAP在癌症发生发展过程中可能存在复杂的交互调节作用。有研究表明，氧化应激能够激活Hippo信号通路激酶MST1/2，后者进一步磷酸化并活化FOXO3a，最终使ΔNp63α抑瘤基因表达上调而抑制肿瘤细胞远处转移[38]。此外，Wang等[39]发现WZ35可以通过诱导ROS及后续的YAP活化从而抑制乳腺癌细胞的生长及远处转移，而若减弱ROS的产生则可明显抑制WZ35的这一抑瘤作用。

然而，关于Hippo与ROS交互作用调节癌症发展的研究目前相对较少，关于二者间相互调节的具体分子机制仍有待进一步深入探究。

4 总结与讨论

Hippo信号通路与氧化应激在细胞凋亡、衰老、肿瘤转移等多种生物学进程中均发挥着重要作用，近年来已引起越来越多学者的关注，尽管其调节作用在不同领域可能存在部分争议，本文主要对于二者之间相对明确的相互作用进行综述，并就其在细胞的多种生物学进程中的重要作用展开了讨论。例如，细胞氧化还原环境和Hippo信号通路关键分子之间的交互作用为癌症的干预提供了潜在的治疗靶点。此外，通过Hippo通路和氧化应激的调节也可能延缓细胞衰老进程，维护身体健康。

尽管对于二者的研究已逐渐取得了较大的进展，但目前仍有许多问题尚待解答，例如其交互作用的具体分子机制依然比较浅显，针对二者在临床中实际有用的药物亦有待进一步研发。在未来的研究中，我们也期待并将继续关注该领域的关键进展。