蛋白激酶MST1与中枢神经系统疾病关系的研究进展

王超萃 戚基萍

(哈尔滨医科大学附属第一医院，黑龙江 哈尔滨 150001)

中枢神经系统(CNS)是人体神经系统的主要部分，包括脑和脊髓两部分。CNS负责全身各处信息的接收、整合、加工及传出。神经细胞凋亡坏死、氧化损伤、炎症反应、缺血、脱髓鞘、星形胶质细胞与少突胶质细胞的兴奋性毒性作用，轴突和基因的改变等多种病理生理学机制参与CNS疾病的发生发展过程〔1，2〕。CNS的这些改变通常会引起意识、认知、运动、感觉及平衡障碍等多种临床表现，甚至出现死亡。神经元细胞无法再生，这给CNS损伤的患者留下了局限的治疗方案〔3，4〕。Hippo信号通路是1995年首次在果蝇体内被发现〔5〕，在组织修复、调控组织器官大小、调节干细胞、调节细胞极化、黏附、增殖和凋亡等方面具有重要作用的高度保守的信号转导通路〔6〕。哺乳动物不育系20样激酶(MST)1，又称丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(STK)4，作为一个效应因子，MST1是Hippo信号通路的核心组件。近年来，越来越多的证据表明MST1通过磷酸化、二聚化及核内外定位等方式，在细胞分化、控制稳态、促进细胞黏附和迁移、抑制自噬、促进凋亡等多种方式参与了CNS生理功能的调节，该激酶异常将导致CNS疾病的发生，如胶质瘤、脑缺血和肌萎缩侧索硬化(ALS)等。因此，探讨MST1在CNS中所起的作用，将很大程度上拓宽治疗神经系统疾病潜在靶点的视野。本文就MST1激酶在CNS疾病中的相关机制及最新进展作一综述。

1 MST1结构及生理功能

在哺乳动物信号转导通路中，通常存在5种MST激酶，包括MST1(STK4)、MST2 (STK3)、MST3 (STK24)、MST4 (STK26)和YSK1 (STK25)〔7〕。MST1和MST2被认为是生发中心激酶(GCK)Ⅱ亚家族成员，其中MST1是通过淋巴细胞 cDNA 文库克隆筛选获得。MST3、MST4、YSK1属于GCKⅢ亚家族〔8〕。GCKⅡ亚家族主要在应激诱导的细胞凋亡信号通路中发挥关键作用。MST1基因是果蝇Hippo基因在哺乳动物体内的同源子，位于20q11染色体，基因长度113 kb，含有外显子和内含子分别为11个和10个，其cDNA序列含有一个由1 461个核苷酸组成的开放阅读框，mRNA全长6 344 bp。MST1广泛表达于人体内细胞系，主要分布于细胞质。MST1蛋白含有487个氨基酸残基，主要由N端330个氨基酸残基的催化区和C端157个氨基酸残基的非催化区构成，其中非催化区含有3个部分，即2个功能性核输出信号肽、1个56个氨基酸残基组成的二聚化区域和1个63个氨基酸残基组成的抑制性区域〔9，10〕(图1)。

图1 MST1结构域

MST1/2在辅因子WW45的帮助下通过其SARAH域产生的相互作用结合并磷酸化下游NDR家族激酶和Lats1/2〔11〕。同时，通过MST1/2磷酸化Mob1a/b，促进Mob1a/b与Lats1/2结合，激活Lats1/2〔12〕。在Lats1/2的诱导下，两个核内转录调控因子YAP、TAZ与14-3-3蛋白相互作用，导致其在细胞质中功能丧失，这种途径通过yes相关蛋白(YAP)/转录共激活因子(TAZ)失去与其靶基因之间的相互作用而负向减弱转录活性〔13〕。核内YAP与转录因子TEAD1-4相互作用，促进细胞增殖来对抗细胞死亡。因此，Hippo信号通路避免了干细胞的过度增殖和器官的过度生长〔2，14〕。最近的一项研究发现，MST1和MST2信号也通过抑制GABP的转录活性抑制YAP的功能〔15〕。此外，Hippo信号通路可以调节上皮细胞和边缘细胞中F-actin细胞骨架的极化，这一过程是在果蝇体内通过抑制Ena/Capping蛋白体系而不是Yki因子得到证实的〔16，17〕。

MST1/2在神经细胞死亡调控过程中发挥重要作用，在氧化应激压力环境下，MST1/2可被激活，磷酸化人叉头框蛋白O(FOXO)，上调促凋亡基因Bim表达〔18〕。这一过程通过在神经元中磷酸化位于Ser212位点的FOXO1或位于Ser207位点的FOXO3来调控细胞死亡〔19〕。同时，MST1/2可以磷酸化AKT，抑制其在FOXO3上的活化，间接阻断FOXO3和14-3-3蛋白的相互作用，导致FOXO3可以自由转位到细胞核，激活促凋亡基因促进细胞凋亡。MST1还可以通过FOXO1促进促凋亡介质NOXA的转录，该信号通路主要作用于癌细胞凋亡控制〔20〕。上游蛋白激酶c-Abl在氧化应激反应过程中通过在Tyr433位点磷酸化调控MST1并且促进其与FOXO3相互作用来介导神经细胞的凋亡〔21〕。有研究表明，位于MST1-FOXO3信号通路上游的c-Abl加速了大鼠海马神经元和原代培养神经元的细胞死亡过程〔22〕。然而，另一个研究表明，在星形胶质细胞氧化应激条件下，MST1与c-Abl之间存在相互调控的动态机制〔23〕。MST1的活化在细胞凋亡过程中诱导激活下游蛋白C-Jun氨基末端激酶(JNK)，过度表达的MST1对染色质凝聚和DNA断裂起重要作用〔24〕。此外，最近的研究表明，MST1/2是如何磷酸化及稳定转录因子FOXA2的，FOXA2在调节肺细胞成熟和表面活性物质稳态方面发挥着重要作用〔25〕。并且，MST1-FOXO信号通路有利于免疫系统维持T细胞的稳态〔26〕(图2)。

图2 MST1信号通路

2 MST1与CNS疾病的研究

2.1MST1与肿瘤 神经胶质瘤是最常见的原发性CNS肿瘤，也是目前临床较难治疗肿瘤之一，具有高复发率和死亡率。研究表明，在头颈部鳞状细胞癌〔27，28〕、膀胱癌〔29〕、淋巴瘤、白血病〔30〕、甲状腺癌〔31〕、肺癌〔32〕、软组织肉瘤〔33〕、肝癌〔34〕、乳腺癌〔35〕、胃癌〔36〕、宫颈癌〔37〕、大肠癌〔38〕、子宫内膜癌〔39〕和胰腺癌〔40〕等多种肿瘤中均发现MST1表达异常下降，提示细胞质内异常表达的MST1可以作为肿瘤发生发展过程中重要的分子标志物，通过以上肿瘤与MST1之间的关系推断，人神经胶质瘤细胞内的MST1基因也存在异常表达。通过Western印迹检测胶质瘤及正常脑组织的MST1蛋白表达，结果显示MST1在各个正常脑组织中表达相似，但在胶质瘤中表达存在显著差异，或表达增高或表达降低。同时胶质瘤U251和U87细胞中敲除MST1能够促进细胞增殖和侵袭，MST1过表达可有效抑制胶质瘤细胞的侵袭与增殖，提示MST1可抑制胶质瘤的增殖并促进胶质瘤的凋亡，MST1可作为胶质瘤治疗的新靶点〔41〕。然而，另一项实验表明，采用Western印迹和定量聚合酶链反应(qPCR)检测发现MST1的蛋白和mRNA相对于正常脑组织在胶质瘤中高表达，与其他肿瘤中MST1普遍表达下降相反〔42〕。对胶质瘤患者的组织样本进行免疫组织化学染色分析，可以发现MST1蛋白在近1/2样本的细胞质中表达，而在正常脑组织样本中100%表达。同时，MST1蛋白的表达与肿瘤的病理级别有关，高级别胶质瘤(Ⅲ、Ⅳ级)阳性表达率显著低于低级别胶质瘤(Ⅰ、Ⅱ级)〔41〕。MST1在胶质瘤中表达高低均存在，可能说明MST1参与多条信号转导通路，受到多种调控机制的调节，但具体机制尚不明确。微小RNA(miRNAs)是人类肿瘤发生发展过程中的重要组成部分，miRNA与靶基因通过3′端非编码区相互结合来抑制靶基因的表达。研究表明，miR-130b在人类胶质瘤细胞的生长过程中明显过表达，上调的miR-130b直接抑制Hippo信号通路中的MST1和SAV1两个基因从而导致癌基因YAP/TAZ的表达〔43〕。此外，有实验证明，MST1能通过调控蛋白激酶B(AKT)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路来调控胶质瘤细胞的生长，MST1与AKT结合后负向调控AKT和mTOR的活性，AKT能够逆转胶质瘤细胞增殖的过程〔41〕。同时，MST1可以通过FOXO3a正向调控去乙酰化酶(SIRT)6的表达。敲除SIRT6后，MST1在胶质瘤细胞中的作用显著逆转〔44〕。

2.2MST1与脑血管疾病 脑血管疾病包括短暂性脑缺血发作、脑卒中、椎-基底动脉供血不足、脑血管性痴呆、高血压脑病、颅内动脉瘤、颅内血管畸形、脑动脉炎、其他动脉疾病与颅内静脉病、静脉窦及脑部静脉血栓形成。作为最常见的脑血管疾病，脑卒中大致可分为缺血性脑卒中及出血性脑卒中。近年来，脑卒中已超过恶性肿瘤成为中国第一致死病因。脑缺血是脑卒中最常见类型，占70%～80%。研究表明，在氧化应激介导的脑缺血后神经元细胞死亡的病变过程，MST1信号通过激活小胶质细胞参与。小胶质细胞的激活是脑缺血引起免疫微环境改变的重要步骤，是氧化应激诱导神经元细胞死亡的重要机制〔45～47〕。在大脑中动脉阻塞诱导的脑缺血小鼠中，当条件性敲除小胶质细胞的MST1，可显著缓解和改善脑缺血导致的脑损伤。MST1可通过激活核转录因子(NF)-κB与磷酸化IκBα来介导脑缺血相关的小胶质细胞的激活。在小胶质细胞激活的病变过程中，上游Src激酶采用调节MST1-IκB信号通路参与，因而MST1有望成为缺血性脑卒中新的有效治疗靶点〔45〕。相关研究还表明，源自坡垒树叶的Malibatol A可以通过c-Abl-MST1信号通路阻止氧糖剥夺导致的BV2细胞损伤〔48〕。BV2细胞在形态学、表型和功能等方面均与原代小胶质细胞相似，是小胶质细胞常见的替代细胞〔49〕。Malibatol A对损伤后的BV2细胞具有保护作用，抑制M1型小胶质细胞标志物的表达，促进M2型小胶质细胞标志物的表达。P-MST1和c-Abl在氧糖剥夺损伤后的BV2细胞中表达增加，c-Abl抑制剂SPT157可以使p-MST1-Y433的表达下降〔48〕。

蛛网膜下腔出血是临床上较为常见的神经外科急危重症，包含外伤性和自发性两种情况，自发性蛛网膜下腔出血患者50%～80%是由颅内动脉瘤破裂所致。研究表明，蛛网膜下腔出血后大量活性氧产生引起蛋白L-异天冬氨酰甲基转移酶(PCMT)1表达下降，磷酸化激活MST1，引发蛛网膜下腔出血后神经元凋亡。外源性PCMT1激动剂CGP 3466B能够缓解神经元凋亡〔50〕。此外，MST1通过下游NF-κB/基质金属蛋白酶(MMP)-9信号通路参与蛛网膜下腔出血诱导的血脑屏障破坏和白质纤维损伤过程，这为切断MST1上游下游信号通路提供了新思路〔41〕。MST1通过MST1-FOXO3信号通路参与血管性痴呆的发生〔51〕。血管性痴呆是一种常见的与年龄相关的神经系统疾病，多在60岁以后发病，有脑卒中史。MST1-FOXO3信号通路能够介导氧化应激诱导的神经元细胞死亡〔20〕。最近的一项研究表明，丹参，一种常用于治疗血管疾病的中药，可以通过减弱血管性痴呆大鼠模型中的MST1-FOXO3信号传导介导的炎症反应，如白细胞介素(IL)-1β、IL-6和肿瘤坏死因子(TNF)-α等，保护海马体，从而预防学习和记忆障碍〔51〕。

2.3MST1与神经退行性疾病 MST1参与神经退行性疾病，包括肌萎缩侧索硬化(ALS)和朊蛋白病。ALS是运动神经元病中最多见的类型，也称为经典型。ALS多在中年以后发病，其特征为运动皮层、脑干和脊髓中运动神经元的进行性加重损害。铜(锌)超氧化物歧化酶(SOD)-1基因，通常会引起运动神经元氧化损伤和细胞凋亡，是ALS最常见的发病机制〔52，53〕。有研究发现，MST1基因敲除可以延缓人SOD-1(G93A)基因突变导致的小鼠ALS的发生，改善其预后。硫氧化还原蛋白(Trx)1可以抑制MST1在氧化还原反应诱导后产生的同二聚体和自身磷酸化，SOD-1(G93A)能逆转这一过程，并且促进了MST1的激活。此外，SOD-1(G93A)可诱导p38促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)和caspases通路活化，导致神经细胞自噬发生异常，从而参与ALS的发病过程〔54〕。

朊蛋白病也是一种与MST1相关的神经退行性疾病，是一类由具有传染性的朊蛋白(PrP)所致的人畜共患、中枢神经系统慢性非炎症性致死性疾病。PrP106-126或PrPsc模型是研究朊蛋白引起神经退行性变的常用模型系统，系统表明氧化诱导是朊蛋白致病的主要原因〔55〕。PrP106-126激活c-Abl后上调MST1和促凋亡基因BIM，通过线粒体功能紊乱导致神经元凋亡〔56〕。鉴于MST1在多种细胞中发挥抑制自噬的功能，有望针对 MST1靶点开发新药，治疗包括如脑血管疾病和神经退行性疾病、脑血管疾病。但 MST1 可以抑制炎症，炎症是诱导动脑血管疾病和神经退行性疾病等疾病的重要因素，因此，针对 MST1进行靶向治疗时，需要考虑此靶向药物是否可同期加重炎症反应，否则也可引发炎症而促进脑血管疾病和神经退行性疾病发生发展。

3 展 望

Hippo信号通路是一条调节器官生长发育、调控细胞增殖凋亡的生长控制信号通路，MST激酶是该信号通路的重要组成部分。MST激酶的调控是复杂的，其在机体不同系统中均发挥重要作用。在神经系统方面，MST1激酶参与了氧化应激导致的CNS疾病的发生和发展过程。增加对Hippo-MST1信号通路的研究和了解，包括MST1及其上下游因子在CNS中的病理生理学机制，将有助于相关肿瘤预后预测及寻找新的靶点用于治疗，如将MST1作为靶点，研发的靶向药物还需考虑是否同期加重炎症反应。