撰文丨赵斌（浙江大学生命科学研究院教授）
责编丨关越
环境对细胞生理活动的调控是最基本的生命现象之一。然而对细胞响应环境的研究长期以来侧重于各种化学因子及其受体所介导的信号过程，而对另一个关键的环境因素-机械力则研究较少。近年来，机械微环境的生理病理意义越来越受到重视并逐渐受到主流研究群体的认同。例如流体力学的异常对内皮细胞的影响及其与心血管疾病的关系。另一些有意思的例子包括基质的硬度对间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）分化命运的决定作用，以及硬度对肿瘤生长和进展的促进作用。然而，细胞如何感知环境硬度并通过什么样的通路调控细胞生理活动并不清楚。
Hippo信号通路因为其对器官大小的强烈调控和在癌症发生发展中的重要作用越来越被人们所熟知。Hippo信号通路的核心机制是Mst1/2蛋白激酶磷酸化并激活下游激酶Lats1/2进而磷酸化转录辅激活因子YAP/TAZ，将它们滞留在胞质中，并促进其降解【1】。有意思的是TAZ曾经被发现可以促进MSC的成骨分化抑制成脂分化【2】。这不禁让人怀疑Hippo通路与细胞感受机械信号是否有联系。果然，在2011年，意大利帕多瓦大学医学院Stefano Piccolo实验室在Nature上报道Hippo通路效应分子YAP/TAZ的核定位受到包括基质硬度在内的多种机械环境的强烈调控，并因此介导硬度对MSC分化命运的决定【3】。结合在此前后的一系列体内外研究，人们逐渐认识到Hippo通路是细胞响应硬度、细胞粘附、细胞骨架变构等机械环境的关键信号途径。
管坤良教授是Hippo信号通路领域的领军人物之一。他的工作阐明了Hippo通路激酶链调控YAP/TAZ的分子机制，发现了TEAD家族作为Hippo通路的关键转录因子，发现了GPCR信号通路、能量水平等信号对Hippo通路的调控作用及其在癌症中的病理意义等，极大地推动了这一领域的进展【1,4-6】。有意思的是管坤良教授实验室关于Hippo通路的第一个工作发现细胞密度和细胞间连接是调控YAP磷酸化的刺激信号，并陆续发现细胞与基质的接触也是Hippo通路的上游信号，以及微丝细胞骨架的变构与响应这些机械环境相关信号具有密切关系【1,7】。
在最新发表在Nature杂志上的一项研究中，管坤良教授实验室报道了小G蛋白Rap2介导基质硬度对Hippo通路的调控，并阐明了其中的分子机制【8】。
通过在细胞中过表达各种小G蛋白进行筛选发现Rap2是唯一可以在硬基质上导致YAP胞质滞留的阳性克隆。对Rap2的上下游信号进行分析阐明了它介导基质硬度感知的分子机制：当细胞生长在软基质上时PI(4,5)P2在细胞膜上聚集，并在PLD1/2（phospholipase D1/D2）的作用下转化为磷脂酸（PA），PA与PDZGEF1/2（RAP1/2特异性的鸟苷酸交换因子）结合并促进其与Rap2结合，这导致GTP结合形式的Rap2水平增加，并激活下游MAP4K4/6/7以及ARHGAP29，ARHGAP29抑制RhoA，这两组效应分子共同导致Lats1/2的激活，并因此导致YAP磷酸化和抑制。当细胞生长在硬基质上时，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，促进了YAP/TAZ的细胞核定位。这一研究填补了机械信号如何传递到Lats1/2激酶这一长期以来悬而未决的关键问题。
值得注意的是，虽然2011年的报道指出YAP/TAZ介导机械信号响应，他们提出YAP/TAZ是通过不依赖于磷酸化的机制被调控的。此后关于YAP/TAZ响应机械信号是否依赖于经典Hippo通路多有争议【3】。本研究通过阐明详细的分子机制确证基质硬度对YAP/TAZ的调控通过Hippo通路激酶链。
本文的第一作者孟志鹏2013年加入管坤良教授实验室做博士后研究，目前正在寻求独立PI职位。孟博士在此前的Nature Communications论文中通过筛选发现MAP4K家族蛋白激酶是与Mst1/2并行的Lats1/2上游激酶【9】，此次进一步发现其上游感知机械环境的信号，可谓一气呵成。管教授指出孟博士在以上研究中做出了绝对主要的贡献并推动了研究的进展。在上述研究中孟博士连续敲出了8个冗余的激酶基因（MST1/2-MAP4K1/2/3/4/6/7-8KO）并证明了他们在Hippo通路中的关键作用，可见其锲而不舍的精神，无怪乎能取得耀眼的成果。
编者后记：管坤良教授在Hippo信号通路研究领域非常活跃，除了发表一些高质量的研究性论文，还受邀发表了系列重要综述。今年，管坤良教授先后在Annual Review of Cancer Biology和Cell Metabolism上发表长篇综述论文【10,11】，分别讨论了Hippo信号通路与肿瘤以及潜在的临床治疗靶点【10】，还论述了Hippo通路效应分子YAP/TAZ与代谢环境之间的相互作用关系【11】。
参考文献
1. Zhao B, Wei X, Li W, Udan RS, Yang Q, Kim J, . . . Guan KL. (2007). Inactivation of YAP oncoprotein by the Hippo pathway is involved in cell contact inhibition and tissue growth control. Genes Dev, 21: 2747-61.
2. Hong JH, Hwang ES, McManus MT, Amsterdam A, Tian Y, Kalmukova R, . . . Yaffe MB. (2005). TAZ, a transcriptional modulator of mesenchymal stem cell differentiation. Science, 309: 1074-8.
3. Dupont S, Morsut L, Aragona M, Enzo E, Giulitti S, Cordenonsi M, . . . Piccolo S. (2011). Role of YAP/TAZ in mechanotransduction. Nature, 474: 179-83.
4. Zhao B, Ye X, Yu J, Li L, Li W, Li S, . . . Guan KL. (2008). TEAD mediates YAP-dependent gene induction and growth control. Genes Dev, 22: 1962-71.
5. Yu FX, Zhao B, Panupinthu N, Jewell JL, Lian I, Wang LH, . . . Guan KL. (2012). Regulation of the Hippo-YAP pathway by G-protein-coupled receptor signaling. Cell, 150: 780-91.
6. Mo JS, Meng Z, Kim YC, Park HW, Hansen CG, Kim S, . . . Guan KL. (2015). Cellular energy stress induces AMPK-mediated regulation of YAP and the Hippo pathway. Nat Cell Biol, 17: 500-10.
7. Zhao B, Li L, Wang L, Wang CY, Yu J, Guan KL. (2012). Cell detachment activates the Hippo pathway via cytoskeleton reorganization to induce anoikis. Genes Dev, 26: 54-68.
8. Meng Z, Qiu Y, Lin KC, Kumar A, Placone JK, Fang C, . . . Guan KL. (2018). RAP2 mediates mechanoresponses of the Hippo pathway. Nature,
9. Meng Z, Moroishi T, Mottier-Pavie V, Plouffe SW, Hansen CG, Hong AW, . . . Guan KL. (2015). MAP4K family kinases act in parallel to MST1/2 to activate LATS1/2 in the Hippo pathway. Nat Commun, 6: 8357.
10. Lin, K. C., Park, H. W., & Guan, K. L. (2018). Deregulation and Therapeutic Potential of the Hippo Pathway in Cancer. Annual Review of Cancer Biology, 2, 59-79.
11. Koo, J. H., & Guan, K. L. (2018). Interplay between YAP/TAZ and Metabolism. Cell metabolism, 28(2), 196-206.
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