Nature丨管坤良組報道機械信號傳遞到Hippo信號通路的關鍵機制—趙斌解讀

09-05

撰文丨趙斌

（浙江大學生命科學研究院教授）

責編丨關越

環境對細胞生理活動的調控是最基本的生命現象之一。然而對細胞響應環境的研究長期以來側重於各種化學因子及其受體所介導的信號過程，而對另一個關鍵的環境因素-

機械力

則研究較少。近年來，機械微環境的生理病理意義越來越受到重視並逐漸受到主流研究群體的認同。例如流體力學的異常對內皮細胞的影響及其與心血管疾病的關係。另一些有意思的例子包括基質的硬度對

間充質幹細胞

（mesenchymal stem cell，MSC）

分化命運的決定作用，以及硬度對腫瘤生長和進展的促進作用。然而，

細胞如何感知環境硬度並通過什麼樣的通路調控細胞生理活動並不清楚

。

Hippo信號通路因為其對器官大小的強烈調控和在癌症發生髮展中的重要作用越來越被人們所熟知。Hippo信號通路的核心機制是Mst1/2蛋白激酶磷酸化並激活下游激酶Lats1/2進而磷酸化轉錄輔激活因子YAP/TAZ，將它們滯留在胞質中，並促進其降解

【1】

。有意思的是TAZ曾經被發現可以促進MSC的成骨分化抑製成脂分化

【2】

。這不禁讓人懷疑Hippo通路與細胞感受機械信號是否有聯繫。果然，在2011年，義大利帕多瓦大學醫學院

Stefano Piccolo

實驗室在Nature上報道Hippo通路效應分子YAP/TAZ的核定位受到包括基質硬度在內的多種機械環境的強烈調控，並因此介導硬度對MSC分化命運的決定

【3】

。

結合在此前後的一系列體內外研究，人們逐漸認識到Hippo通路是細胞響應硬度、細胞粘附、細胞骨架變構等機械環境的關鍵信號途徑。

管坤良教授是Hippo信號通路領域的領軍人物之一。他的工作闡明了Hippo通路激酶鏈調控YAP/TAZ的分子機制，發現了TEAD家族作為Hippo通路的關鍵轉錄因子，發現了GPCR信號通路、能量水平等信號對Hippo通路的調控作用及其在癌症中的病理意義等，極大地推動了這一領域的進展

【1,4-6】

。有意思的是管坤良教授實驗室關於Hippo通路的第一個工作發現細胞密度和細胞間連接是調控YAP磷酸化的刺激信號，並陸續發現細胞與基質的接觸也是Hippo通路的上游信號，以及微絲細胞骨架的變構與響應這些機械環境相關信號具有密切關係

【1,7】

。

在最新發表在Nature雜誌上的一項研究中，管坤良教授實驗室報道了小G蛋白Rap2介導基質硬度對Hippo通路的調控，並闡明了其中的分子機制

【8】

。

通過在細胞中過表達各種

小G蛋白

進行篩選發現Rap2是唯一可以在硬基質上導致YAP胞質滯留的陽性克隆。對Rap2的上下游信號進行分析闡明了它介導基質硬度感知的分子機制：當細胞生長在軟基質上時PI(4,5)P2在細胞膜上聚集，並在PLD1/2

（phospholipase D1/D2）

的作用下轉化為磷脂酸

（PA）

，PA與PDZGEF1/2

（RAP1/2特異性的鳥苷酸交換因子）

結合併促進其與Rap2結合，這導致GTP結合形式的Rap2水平增加，並激活下游MAP4K4/6/7以及ARHGAP29，ARHGAP29抑制RhoA，這兩組效應分子共同導致Lats1/2的激活，並因此導致YAP磷酸化和抑制。當細胞生長在硬基質上時，focal adhesion的形成激活PLCγ1並降低PI(4,5)P2的水平因此抑制了Rap2的激活，促進了YAP/TAZ的細胞核定位。

這一研究填補了機械信號如何傳遞到Lats1/2激酶這一長期以來懸而未決的關鍵問題。

值得注意的是，雖然2011年的報道指出YAP/TAZ介導機械信號響應，他們提出YAP/TAZ是通過不依賴於磷酸化的機制被調控的。此後關於YAP/TAZ響應機械信號是否依賴於經典Hippo通路多有爭議

【3】

。

本研究通過闡明詳細的分子機制確證基質硬度對YAP/TAZ的調控通過Hippo通路激酶鏈。

本文的第一作者

孟志鵬

2013年加入管坤良教授實驗室做博士後研究，目前正在尋求獨立PI職位。孟博士在此前的Nature Communications論文中通過篩選發現MAP4K家族蛋白激酶是與Mst1/2並行的Lats1/2上游激酶

【9】

，此次進一步發現其上游感知機械環境的信號，可謂一氣呵成。管教授指出孟博士在以上研究中做出了絕對主要的貢獻並推動了研究的進展。在上述研究中

孟博士連續敲出了8個冗餘的激酶基因（MST1/2-MAP4K1/2/3/4/6/7-8KO）並證明了他們在Hippo通路中的關鍵作用，可見其鍥而不捨的精神，無怪乎能取得耀眼的成果。

編者後記

：管坤良教授

在Hippo信號通路研究領域非常活躍，除了發表一些高質量的研究性論文，還受邀發表了系列重要綜述。今年，管坤良教授先後在Annual Review of Cancer Biology和Cell Metabolism上發表長篇綜述論文

【10,11】

，分別討論了Hippo信號通路與腫瘤以及潛在的臨床治療靶點

【10】

，還論述了

Hippo通路效應分子YAP/TAZ與

代謝環境之間的相互作用關係

【11】

。

參考文獻

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