撰文丨趙斌（浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院教授）
責(zé)編丨關(guān)越
環(huán)境對細胞生理活動的調(diào)控是最基本的生命現(xiàn)象之一。然而對細胞響應(yīng)環(huán)境的研究長期以來側(cè)重于各種化學(xué)因子及其受體所介導(dǎo)的信號過程，而對另一個關(guān)鍵的環(huán)境因素-機械力則研究較少。近年來，機械微環(huán)境的生理病理意義越來越受到重視并逐漸受到主流研究群體的認同。例如流體力學(xué)的異常對內(nèi)皮細胞的影響及其與心血管疾病的關(guān)系。另一些有意思的例子包括基質(zhì)的硬度對間充質(zhì)干細胞（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(huán)境硬度并通過什么樣的通路調(diào)控細胞生理活動并不清楚。
Hippo信號通路因為其對器官大小的強烈調(diào)控和在癌癥發(fā)生發(fā)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蛋白激酶磷酸化并激活下游激酶Lats1/2進而磷酸化轉(zhuǎn)錄輔激活因子YAP/TAZ，將它們滯留在胞質(zhì)中，并促進其降解【1】。有意思的是TAZ曾經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可以促進MSC的成骨分化抑制成脂分化【2】。這不禁讓人懷疑Hippo通路與細胞感受機械信號是否有聯(lián)系。果然，在2011年，意大利帕多瓦大學(xué)醫(yī)學(xué)院Stefano Piccolo實驗室在Nature上報道Hippo通路效應(yīng)分子YAP/TAZ的核定位受到包括基質(zhì)硬度在內(nèi)的多種機械環(huán)境的強烈調(diào)控，并因此介導(dǎo)硬度對MSC分化命運的決定【3】。結(jié)合在此前后的一系列體內(nèi)外研究，人們逐漸認識到Hippo通路是細胞響應(yīng)硬度、細胞粘附、細胞骨架變構(gòu)等機械環(huán)境的關(guān)鍵信號途徑。
管坤良教授是Hippo信號通路領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物之一。他的工作闡明了Hippo通路激酶鏈調(diào)控YAP/TAZ的分子機制，發(fā)現(xiàn)了TEAD家族作為Hippo通路的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)現(xiàn)了GPCR信號通路、能量水平等信號對Hippo通路的調(diào)控作用及其在癌癥中的病理意義等，極大地推動了這一領(lǐng)域的進展【1,4-6】。有意思的是管坤良教授實驗室關(guān)于Hippo通路的第一個工作發(fā)現(xiàn)細胞密度和細胞間連接是調(diào)控YAP磷酸化的刺激信號，并陸續(xù)發(fā)現(xiàn)細胞與基質(zhì)的接觸也是Hippo通路的上游信號，以及微絲細胞骨架的變構(gòu)與響應(yīng)這些機械環(huán)境相關(guān)信號具有密切關(guān)系【1,7】。
在最新發(fā)表在Nature雜志上的一項研究中，管坤良教授實驗室報道了小G蛋白Rap2介導(dǎo)基質(zhì)硬度對Hippo通路的調(diào)控，并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(fā)現(xiàn)Rap2是唯一可以在硬基質(zhì)上導(dǎo)致YAP胞質(zhì)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(dǎo)基質(zhì)硬度感知的分子機制：當(dāng)細胞生長在軟基質(zhì)上時PI(4,5)P2在細胞膜上聚集，并在PLD1/2（phospholipase D1/D2）的作用下轉(zhuǎn)化為磷脂酸（PA），PA與PDZGEF1/2（RAP1/2特異性的鳥苷酸交換因子）結(jié)合并促進其與Rap2結(jié)合，這導(dǎo)致GTP結(jié)合形式的Rap2水平增加，并激活下游MAP4K4/6/7以及ARHGAP29，ARHGAP29抑制RhoA，這兩組效應(yīng)分子共同導(dǎo)致Lats1/2的激活，并因此導(dǎo)致YAP磷酸化和抑制。當(dāng)細胞生長在硬基質(zhì)上時，focal adhesion的形成激活PLCγ1并降低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(guān)鍵問題。
值得注意的是，雖然2011年的報道指出YAP/TAZ介導(dǎo)機械信號響應(yīng)，他們提出YAP/TAZ是通過不依賴于磷酸化的機制被調(diào)控的。此后關(guān)于YAP/TAZ響應(yīng)機械信號是否依賴于經(jīng)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(zhì)硬度對YAP/TAZ的調(diào)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后研究，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(fā)現(xiàn)MAP4K家族蛋白激酶是與Mst1/2并行的Lats1/2上游激酶【9】，此次進一步發(fā)現(xiàn)其上游感知機械環(huán)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并推動了研究的進展。在上述研究中孟博士連續(xù)敲出了8個冗余的激酶基因（MST1/2-MAP4K1/2/3/4/6/7-8KO）并證明了他們在Hippo通路中的關(guān)鍵作用，可見其鍥而不舍的精神，無怪乎能取得耀眼的成果。
編者后記：管坤良教授在Hippo信號通路研究領(lǐng)域非?；钴S，除了發(fā)表一些高質(zhì)量的研究性論文，還受邀發(fā)表了系列重要綜述。今年，管坤良教授先后在Annual Review of Cancer Biology和Cell Metabolism上發(fā)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(yīng)分子YAP/TAZ與代謝環(huán)境之間的相互作用關(guān)系【11】。
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