Hippo信号通路在胰岛β细胞发育与再生中的作用

洪育蒲 邓文宏 王卫星

武汉大学人民医院普通外科 消化系统疾病湖北省重点实验室，武汉 430060

【提要】 Hippo信号通路在哺乳动物中具有高度保守性，在应对多种细胞内外信号刺激参与调节许多组织发育和稳态的过程中发挥着关键的作用。许多研究表明，Hippo信号对于胰腺的发育以及胰岛β细胞的生长、增殖和再生有着重要作用。

Hippo通路作为一个复杂的信号网络，通过调节细胞、组织的稳态和生物学行为来影响器官的形态大小的构建，对Hippo通路的研究有助于进一步了解发育、干细胞和肿瘤发生的分子生物学机制[1-2]。近来多项研究表明，Hippo信号通路影响着胰腺发育和β细胞的生长、增殖、再生调控[3-10]。在此，就Hippo在生理和病理状态下如何影响胰腺和胰岛β细胞的发育与再生作一综述。

一、Hippo通路概述

在哺乳动物中，Hippo信号通路的基本结构和功能是高度保守的，该通路主要由3大类分子构成[11-12]：上游调节因子为NF2基因编码的Merlin蛋白；核心激酶级联链组分包括哺乳动物不育20样蛋白激酶1(mammalian sterile 20-like protein kinase 1，MST1)、MST2、SAV1、MOB1及LATS1/2；主要效应分子包含Yes相关蛋白(Yes-associated protein，YAP)，PDZ结合域转录共激活子(transcriptional coactivator with PDZ-binding motif，TAZ)和TEA结构域1-4(TEA domain，TEAD1-4)。

在正常生理条件下，细胞应激、细胞极性、机械压力、细胞之间相互作用以及G蛋白耦联受体等多种因素汇聚到Merlin蛋白，作为上游信号激活MST1/2，使得SAV1与MOB1发生磷酸化，进而募集和继续磷酸化LATS1/2的疏水基团，LATS1/2被磷酸化激活后可以磷酸化下游的转录共激活效应蛋白YAP和TAZ，磷酸化的YAP、TAZ与14-3-3蛋白结合后被隔离或者降解在细胞质内而处于失活状态[13-14]。如果Hippo信号通路的调控出现异常，非磷酸化的YAP和TAZ增加并转移入细胞核内，与TEAD家族蛋白结合后激活下游促增殖和抗凋亡基因的转录和表达，甚至引发肿瘤发生[15]。

二、Hippo与胰腺发育

在胰腺发育的过程中，基因表达以精巧的时空模式发生转换，对于保证胰腺前体细胞向特定细胞类别分化是不可或缺的[16-17]。Hippo在调控干细胞和祖细胞的细胞行为方面起着重要作用[18-19]。多项研究表明，Hippo信号调节人类和小鼠胎儿期胰腺的早期发育和细胞特化阶段。其中值得关注的是在初始发育过程中，YAP/TEAD的高表达促使肠内胚层向胰腺多能祖细胞演变。YAP最初在整个小鼠胰腺中表达，随着细胞分化开始分化并局限在外分泌部，而在内分泌细胞中则处于沉默状态[4]。胰腺条件性MST1/2双基因敲除小鼠相比于野生型小鼠，在妊娠中期的胎鼠胰腺，异常激活的YAP使得导管细胞扩张，腺泡细胞分化受阻，直至出生后6周龄时胰腺YAP仍过度激活，促使导管细胞和腺泡细胞的增殖以及腺泡细胞去分化为导管样结构。此外，这些MST1/2双基因敲除的小鼠胰腺出现结构紊乱，体积萎缩，炎性细胞明显浸润等类似于胰腺炎的表现。而胰岛虽然体积缩小，但是血糖稳态并未受到影响[8]。这些结果说明MST1/2激酶是维持外分泌部的分化状态的决定性因素，但对于YAP沉默的胰岛内分泌细胞的作用甚微。

在人类胚胎胰腺和胚胎干细胞、人和小鼠胰腺多能祖细胞及成年小鼠胰腺外分泌祖细胞中均可检测到细胞核内YAP激活[4,20]。在人类胚胎胰腺祖细胞内，TAP-TEAD转录复合体结合到调控增殖的转录增强子上，并激活后者[4]。然而，在内分泌祖细胞开始出现Ngn3表达后就无法检测到YAP在mRNA或者蛋白质水平的表达，这与成熟的内分泌细胞维持低增殖和低再生水平是一致的[7]。生物信息学基因芯片大数据分析证实，YAP在正常胰岛β细胞中是一种受抑制基因，可以严格控制β细胞数目和胰岛素的产生，以防低血糖的发生[21-22]。

三、Hippo在β细胞增殖及凋亡的作用

在小鼠肝脏、肠道以及心脏损伤后，机体过表达YAP或者抑制MST、LATS激酶促进了受损细胞的增殖和再生[23-26]。成年后胰腺的β细胞自我复制和再生能力受限，β细胞甚至出现年龄相关性衰退，提示细胞存在着抑制有丝分裂和生长的内源性信号[27-28]。

Ardestani等[10]研究发现，β细胞受到炎症因子、糖毒性、脂毒性和氧化应激等不利因素的刺激后激活MST1，通过Caspase家族蛋白形成正反馈环路，放大其促凋亡的效应，促进β细胞的凋亡；此外，MST1还可以磷酸化PDX1的Thr11位点，并使其发生泛素化降解，从而损害β细胞正常胰岛素分泌功能。反之，MST1缺失的情况下，小鼠体内的β细胞、人类胰岛以及啮齿类动物来源的β细胞系中，由上述刺激所诱导的凋亡将受到抑制，以保护β细胞功能和维持血糖平衡。此外，RASSF1作为一种促凋亡的MST1相关蛋白，在糖尿病小鼠的β细胞中处于高表达水平[29]。相应地，Hippo上游关键信号的Merlin缺失后可以拮抗LATS的磷酸化，Caspase-3活化和PARP降解减少，使得促炎递质、高糖及游离脂肪酸刺激大鼠胰岛素瘤细胞系和离体培养的人类胰岛所诱导的凋亡也明显改善[5,30]。

在离体培养的人类胰岛中以腺病毒转染YAP基因过表达，可使TEAD表达上调，同时激活了mTORC1，也使得转录因子FOXM1在mRNA和蛋白水平均升高，β细胞得以大量自我复制和增殖，但并不影响β细胞的分化状态以及胰岛素的合成与分泌功能；另外，还能观察到YAP的下游靶基因结缔组织生长因子(CTGF)表达上调[6-7]。Riley等[31]在胚胎期小鼠胰岛发育过程以及成年小鼠胰岛β细胞半数受损模型中发现，上调CTGF均促进了β细胞的增殖。Mizuno等[32]报道，FOXM1的启动子上有TEAD的结合位点，YAP/TEAD复合体直接结合到该启动子上诱导FOXM1及下游其他促增殖基因的表达。在妊娠或者胰岛素抵抗等代谢性需求增加的环境下，FOXM1过表达可以促进β细胞发生适应性的增殖和代偿性体积增大[33]。这些研究提示，Hippo信号通路的精细调控在维系β细胞稳态过程中有着不可替代的作用。

四、Hippo是β细胞修复的潜在靶点

Hippo在调控胰腺发育、胰岛β细胞增殖和胰岛素分泌等方面扮演着重要角色。近年来，针对Hippo信号通路作为治疗癌症和其他疾病的靶点的研究方兴未艾[2,12,34]。Hippo通路的两类核心激酶MST与LATS可负向调控YAP/TEAD的活性，那么，抑制核心激酶的活性可能成为改善胰腺炎及糖尿病β细胞功能的治疗靶点。

MST1活性异常不仅存在于糖尿病的β细胞，在心肌病[35]、肾病[36]及冠心病[37]等多种糖尿病并发症中也出现了过表达。此外，MST1还在神经退行性疾病[38]、自身免疫疾病[39]等过表达，而MST1基因敲除小鼠在这些疾病模型中预后较好。Salojin等[39]应用MST1选择性抑制剂LP-945706在自身免疫性脑脊髓炎模型中起到抗炎作用并缓解了病程进展。Fan等[40]应用MST1/2小分子抑制剂XMU-MP-1，在小鼠肝部分切除、对乙酰氨基酚诱导的急性肝损伤、硫酸葡聚糖诱导的结肠炎体内实验，以及体外多种细胞系实验中，均观察到MST下游的MOB1、LATS及YAP蛋白磷酸化水平降低，YAP降解减少并在细胞核内表达促进了细胞的生长和损伤后再生。其他小分子药物，包括溶血磷脂酸、1-磷酸鞘氨醇和凝血酶通过作用于G蛋白耦联受体抑制LATS的激酶活性，使得YAP和TAZ在细胞核内积聚并激活下游促增殖基因表达[41-42]。因此，抑制MST、LATS的靶向治疗有望成为促进胰腺炎和糖尿病后损伤的β细胞增殖与功能修复的新途径。

YAP在成人胰岛处于沉默状态，活化YAP/TEAD具有促进细胞生长和增殖的作用。由于YAP是一种潜在的致癌基因，还需要精确控制诱导YAP表达的量和时间，以达到YAP的水平足以启动β细胞进入增殖周期，同时还要避免YAP的慢性活化引发肿瘤发生。目前研究主要集中在基因干预的动物模型，尚未开发出针对YAP/TEAD的靶向激动剂用来治疗β细胞受损或功能障碍。

综上所述，Hippo信号通路在胰腺发育过程中调控胰腺祖细胞增殖及细胞分化的作用及其机制研究逐渐深入。在正常分化成熟的β细胞的低增殖活性与YAP的沉默有关，影响YAP在成熟β细胞处于沉默状态的分子机制仍需要进一步研究，以期开发出促进YAP在β细胞的表达得到短暂恢复的分子治疗手段。

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