心脏作为对于力学刺激极度敏感的器官，力学应力刺激在心脏发育及心脏病理性重构的过程中具有重要意义。随着近年研究的不断深入，力学信号的传导及相关调控机制越来越受到关注。其中，YAP/TAZ作为一对新近阐明的转录辅助激活因子，将细胞内、外刺激对于心脏的调控联系在一起。已有研究结果证实，YAP/TAZ及相关的Hippo信号通路参与心肌细胞的发育及发展，并且参与心脏病理性重构及多种病理进程。笔者拟对心脏发育和心脏病理性重构中YAP/TAZ介导的调控机制进行综述。
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在哺乳动物中，心脏作为胚胎最早期发育的器官，受到多种精准并且具有时间依赖性的机制调控。心脏的发育不仅受自身细胞内的信号调节，同样也受到来自外界的物理及化学刺激，包括机械应力和血液循环中的物质[1]。同时，在心脏发育过程中，心脏的大小也受到严格调控以确保适应恰当的血液循环容量和压力负荷。过小的心腔不能够维持足够的心排出量来维持生理功能，同时过度增加心肌质量可能发生心脏肥厚及心腔狭小，并阻塞流出道，最终导致心力衰竭。此外，心脏扩大也会导致心力衰竭。在心脏发育过程中，心脏大小的调控可以机械性地分为2个阶段[1]，第一个阶段为胎儿时期，胎儿时期心脏发育主要通过心肌细胞增殖来实现；第二个阶段为出生后，出生后心脏发育主要通过增加心肌细胞大小，也称为生理性肥大，目前该阶段的分子调控机制尚未阐明[1,2,3,4,5]。
心脏发育过程中，心肌细胞的增殖受到多种因素的调控，包括胰岛素样生长因子(insulin-like growth factors)，骨形态蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)及Wnt信号通路等。但是根据心肌细胞内的信号通路和转录因子，尚无法清晰阐述心肌细胞增殖的调控网络[5,6]。Yes相关蛋白(Yes associated protein，YAP)/具有PDZ结合域的转录共刺激因子(transcriptional co-activator with PDZ-binding motif，TAZ)作为一对新近阐明的转录共激活因子，将细胞内、外因素对于心肌细胞增殖的影响有机地联系起来[7,8,9,10]。YAP/TAZ可以作为Hippo信号通路下游一种重要的调控蛋白参与Hippo信号通路的调控机制[11]。在果蝇及人类的相关研究中，都证实了Hippo信号通路在器官大小的调控中具有极其重要的意义，其通过参与细胞增殖、凋亡、干细胞/祖细胞的分化从而精准实现对于器官形成的把控[12]。同时，Hippo信号通路也被证实在抑制肿瘤增殖过程中具有重要作用[13]。Vincent与Buckingham等[7]研究结果显示，YAP/TAZ作为重要的力学刺激信号传导蛋白参与细胞的增殖和分化。而心脏组织作为对于力学刺激极度敏感的器官，无论是胎儿期还是成年期不恰当的应力刺激均可导致心脏发育异常或者发生病理性重构，这种变化势必也受到YAP/TAZ的调控[8,14]。本研究拟对心脏发育和心脏病理性重构中YAP/TAZ介导的调控机制进行综述如下。
Hippo信号通路的核心作用因子最初在果蝇体内通过对细胞生长调节因子的基因扫描所发现，这些关键基因突变导致果蝇部分身体结构长大，包括眼睛及翅膀，同时Hippo信号通路的核心作用因子在哺乳动物中具有高度保守性[15,16,17,18,19,20,21]。Hippo信号通路的本质为一类激酶级联系统，通过激酶间的作用，使得Hippo信号通路下游靶蛋白磷酸化，从而达到调控作用[22]。在哺乳动物中，丝氨酸/苏氨酸激酶(serine/threonine kinase，MST)1/2作为Hippo的同源物，为Hippo信号通路的启动因子，其中MST1/2、含有WW结构域的支架蛋白SAV (salvador)1与RASSF (Ras association domain family )这4种蛋白具有该通路独有的蛋白结构域，并可以相互结合。MST1/2与SAV1结合并激活其生物学功能，MST1/2可以使多种蛋白发生磷酸化，包含NDR (nuclear Dbf2-related)蛋白激酶家族中激酶LATS(large tumor suppressor kinase)1/2及其结合辅助因子MOBKL1A/1B(MOB1)[23,24,25]。这些级联的磷酸化反应可导致LATS1/2活化，并且最终磷酸化YAP/TAZ的第5位丝氨酸残基[26]。磷酸化后的YAP/TAZ将发生细胞质至细胞核内的穿梭作用，并参与基因转录的调控。若YAP第127位丝氨酸残基被磷酸化，则会使其出现14-3-3结合位点，并且最终定植于细胞质中，丧失对基因转录的调控作用[27]；但若YAP第381位丝氨酸残基被磷酸化，则会导致其受到酪蛋白激酶1δ/ε的磷酸化，并招募SCF(Skp1-Cullin1-F-box)β－TRCP(beta-transducin repeats-containing proteins)使得YAP发生聚泛素化而降解。这种双重抑制作用与Hippo信号通路上游的调控强度相关[28]。TAZ作为YAP的同源物，TAZ所受到的调控机制与YAP相似，但由于TAZ较YAP多一个磷酸化位点，故其稳定性更好[29]。
值得注意的是，YAP和TAZ均不具备与DNA结合的结构域，所以YAP和TAZ都只能作为辅助转录因子与相关转录因子结合后共同调节基因的转录水平。绝大多数已知的可以与YAP/TAZ结合的转录因子可以分为2类，分别为含脯氨酸-脯氨酸-X-酪氨酸(proline-proline-X-tyrosine，PPxY)和含TEA结构域家族(TEA domain family，TEAD)的因子。PPxY主要包括p73，侏儒相关转录因子(runt-related transcription factor，RUNX)，受体酪氨酸激酶4(receptor tyrosine-protein kinase erbB -4，ErbB4)及SMAD家族[30,31,32]，这类转录因子通过PPxY模体与YAP/TAZ的WW结构域相结合。而TEAD则是通过其氨基端含有的保守的TEA结构域与YAP/TAZ结合[23,33]。YAP与TAZ分别与不同的转录因子结合形成不同的复合物则具有不同的调控作用。
器官大小的调控机制一直是生物发育学领域的未解之谜，但是Hippo信号通路的发现对于发育相关的研究具有重要意义[34]。既往学者对于心脏大小的确切调控机制知之甚少，但是近年通过一系列关于转基因小鼠的Hippo信号通路的实验研究结果，对于上述机制有了初步了解。
利用Nkx2.5-Cre在怀孕第7.5天条件性敲除Sav1的胎鼠表现出显著的心脏增大，虽然未表现出显著的心脏缺失，但是仍会合并各种心脏畸形，并于出生后早期死亡[6,35]。同样，在胚胎早期敲除mst1/2及lats2的小鼠模型中，也观察到类似的现象；并且同时发现，在增大的心脏与增厚的室间隔和(或)心室壁中，细胞形态几乎未受影响，所以Hippo信号通路在胚胎期对于细胞增殖具有显著的调控作用，但未激活相关的心肌肥厚相关基因表达[35]。Heallen等[36]研究结果证实，Hippo信号通路YAP/TAZ上游的调控因子缺失可以导致心脏的过度增大。但是利用Nkx2.5-Cre和Tnnt2-Cre条件性敲除yap基因的小鼠则表现出显著的心肌发育不良并于胚胎期死亡，故对于敲除yap基因的小鼠，其心肌细胞增殖受到抑制[37,38]。此外，在胚胎中、早期利用Tnnt2-Cre过表达Yap则可以出现心脏增大表型，但是诱导性Yap过表达虽然使心肌细胞增殖增加，但心室肌小梁的严重缺失却导致小鼠于怀孕第15.5天死亡，并且肌小梁发育相关基因Nppa表达水平显著下调，说明过度的增殖将导致分化异常[37]。Xin等[39]利用α-MHC-Cre于小鼠胚胎晚期过表达Yap，则在成年期表现出心肌增厚；而在小鼠胚胎早期高表达，出生后低表达的β-MHC-Cre诱导Yap表达，虽然在胎儿期出现增殖增加，但随着出生后β-MHC表达水平的下降和心脏出生后不平衡凋亡机制的作用，心肌细胞数量可以显著回落，并维持正常的心脏结构。因此，YAP/TAZ依赖Hippo信号通路对心肌细胞增殖的影响具有明显的时间和剂量依赖性，并导致不同表型。
此外，Hippo信号通路还与Wnt信号通路相互关联。这2条信号通路在调控心脏表型中具有众多相似的机制，同时存在一定的差异性[35,40]。通过不同的Cre重组酶对小鼠胚胎发育不同阶段的Wnt信号通路重要效应蛋白β-CAT基因β-catenin进行敲除，所得到的结果与相同时期敲除yap基因相似，但其右心室受累更为明显[22]。由于左、右心室来自于不同的心肌祖细胞，左心室发育自第一心生区的心肌祖细胞，而右心室和流入流出道则来自于第二心生区的心肌祖细胞。因此提示，β-CAT的作用更局限于第二心生区，而Hippo信号通路对第一、二心生区具有均等作用[5]。Hippo信号通路与Wnt信号通路的交互作用通过TAZ使Wnt信号通路中的Dv1发生磷酸化，抑制其通路效应[41]。而YAP/TAZ上游信号因子的缺乏可促进β-CAT的表达，磷酸化的YAP/TAZ则可使β-CAT滞留在细胞质中，下调其转录效应[35]，此外，Hippo信号通路和Wnt信号通路还通过糖原合成酶激酶-3 (glycogen synthase kinase 3 beta，GSK-3β), CD44, E-钙黏附蛋白等间接作用[42,43]。因此可以看出，Hippo信号通路依赖的YAP/TAZ调控机制具有广泛性，同时具有时间、空间依赖性。
TEAD已经被证实是YAP/TAZ结合的主要转录因子家族[33,44]。通过心脏特异性的基因突变Yap S79A，使得YAP与TEAD结合的结构域缺失，从而引起与yap基因敲除相似的心肌发育不良。而在细胞中通过外源性多肽干预YAP与TEADs的结合，下调细胞周期相关基因Aurkb、Cdc20、Cdc25b、Ccna2及Ccnb1的表达从而抑制细胞增殖[36]。相对的在怀孕第11.5天敲除小鼠Tead1基因，则心脏出现心室壁菲薄和肌小梁缺失相应表型[45,46]。上述研究结果均证实，TEAD在TAP/TAZ的转录调控效应机制中具有决定性位置。由于Hippo信号通路与Wnt信号通路存在关联，去磷酸化的YAP可以与β-CAT相结合从而发挥调控作用，并共同结合Sox2和Snai2基因启动子序列并调控其转录水平，同时也参与调控抗凋亡基因Birc5及Bcl-Like1的表达[35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47]。Murakami等[48]研究结果显示，YAP/TAZ也与TBX5相关联，从而参与Nppa及Fgf10的转录调控，影响心脏发育。此外，YAP/TAZ与转录因子FoxO1结合作于抗氧化基因catalase与Sod2，并促进其表达[49]。转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-β/BMP信号通路也参与心脏发育和新生儿期心肌细胞的抗凋亡作用，而YAP/TAZ则与SMADs转录因子家族相结合，协同调控BMP的表达[50]。值得注意的是，YAP/TAZ作为辅调控因子除了与相应的转录因子结合，还具有更为广泛的意义。Del Re等[51]研究结果显示，Yap1对基础心脏稳态至关重要，Yap1缺乏可加重小鼠慢性心肌梗死的心肌细胞损伤。Oh等[52]和Skibinski等[53]研究结果均显示，Yap1可以与SWI/SNF染色质调控复合物(switch/sucrose nonfermentable nucleosome remodeling complex)相结合，共同调控染色质结构从而决定基因的转录水平。而Hang等[54]研究详细阐述了Brg1介导的SWI/SNF染色质重塑复合物在心脏发育及病理性重构中的调控机制。因此，YAP/TAZ作为辅调控因子还有更广泛调控机制亟待深入研究。
Taegtmeyer等[55]研究结果认为，胚胎期心脏发育时的基因表达具有典型的胎儿基因程序特征，常与出生后正常生理状态下的基因表达特征不同。随着心脏病理性重构研究的深入，越来越多的证据表明当心脏发生心肌肥厚或者心力衰竭等病理状态时，多种基因的表达特点均趋于胎儿时期的表达特征，故称为"重返胎儿基因程序"(return to fetal gene program)。因此，在胚胎心脏发育过程中具有重要意义的关键因子，大部分都会在心脏病理性重构中被重新激活。YAP/TAZ是心脏发育中具有重要意义的一对共调节因子并参与心脏病理性进程的调控[8,9,10,11]。
通过激活正常压力负荷心脏的Hippo信号通路YAP/TAZ上游的mst1基因，可以显著激活心肌细胞的凋亡，并促使心肌纤维化的发生，最终导致心室壁的菲薄和扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)的发生；但是同时也认为这可能是抵御心肌肥厚的调控方式[56]。进一步研究结果发现，在Hippo信号通路磷酸化活性增强的情况下，心室壁应力增加导致心脏心室外侧壁细胞的缺失，而不是心肌代偿性的肥厚；而在压力负荷性心肌肥厚导致的心脏病理性重构中MST1也被激活并产生凋亡效应，但是此时的凋亡不能逆转心肌肥厚的发生[57,58]。在LATS2过表达的小鼠心脏中可以观察到心肌细胞缩小，但是暂未发现凋亡的激活，因此也未产生DCM表型[59]。而仅改变LATS2功能结构域时则可以观察到显著的双心室肥大和心肌细胞肥大[59]。因此，MST1及LATS2均为抗心肌细胞肥大的重要分子，但其是否完全通过Hippo信号通路的级联激酶反应实现还有待进一步研究证实。
当敲除小鼠yap基因后，其心脏出现与MST1过表达相似的表型。在胚胎晚期利用α-MHC-Cre敲除的孕龄为20孕周的小鼠模型发生DCM表型，同时合并心力衰竭[38,39]。虽然因为Taz表达水平较Yap表达水平低，敲除wwtr基因的小鼠未能出现同样表型，但是当联合敲除yap基因和wwtr基因时，心脏出现了更为严重的病理性重构[48]。然而，在胚胎晚期敲除yap基因则没有显著增加心肌细胞凋亡率和减少心肌细胞增殖。这提示，出生后快速增加的压力负荷和心室壁增强的机械应力在YAP/TAZ介导的病理性调控中具有重要价值，同时也说明YAP/TAZ参与调节病理刺激所导致的心肌肥厚[37]。Del Re等[51]进行的细胞实验结果显示，过表达YAP可以增大心肌细胞，产生肥厚性心肌病表型；而沉默YAP则可以减轻肾上腺素能受体激动剂所引发的心肌细胞肥大。Wang等[60]研究结果显示，YAP/TAZ过表达并且磷酸化水平下降时，包括MST1在内的上游调控因子表达水平均显著下调，从而导致心肌肥厚的发生。因此，YAP/TAZ具有相异的调控作用，故推测这可能与YAP/TAZ是接受来自Hippo信号通路中自身上游的级联激酶途径，还是直接接受力学信号传导(mechanotransduction)调控有关，从而决定心脏病理性重构趋向肥大亦或是扩大表型。
力学刺激在细胞行为和分化中的作用越来越受到关注，并且合适的力学刺激对于维持心脏的正常生理功能具有极其重要的作用。YAP/TAZ作为一对共调节因子，在力学刺激信号传导中的关键作用在近5年内被熟知[7,61,62]。例如，间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)的分化中，当MSC处于硬度较高的细胞外基质时，YAP/TAZ以细胞核内分布为主，促进成骨分化；而当MSC处于硬度较低的细胞外基质时，YAP/TAZ以细胞质内分布为主，促进成脂分化[7,63]。Meng等[64]研究结果显示，Ras相关的GTPase RAP2作为力学信号传导的分子开关，定义了从细胞外基质硬度到细胞核内的机械信号通路，而该通路正是通过RAP2调控YAP/TAZ的磷酸化状态来传递细胞外力学信号。此外，Mosqueira等[65]研究结果发现，正常生理状态下的YAP/TAZ以细胞质内分布为主，而当发生心肌梗死或者压力负荷增加时，YAP/TAZ从细胞质内转移到细胞核内。同时，Fernández等[66]研究结果证实，YAP/TAZ的力学信号传导依赖于F-actin细胞骨架对于力学刺激的感知。在力学刺激改变时抑制F-actin的表达，则YAP/TAZ未能被有效激活。但是，Hippo信号通路的级联激酶途径是否也参与了力学信号传导尚未阐明。当力学刺激增加时，LATS1/2激活并促进YAP/TAZ的磷酸化水平[62]；但是当LATS1/2沉默时，硬度较低的细胞外基质依然可促使YAP/TAZ发生磷酸化[7]。同时，细胞间的连接蛋白，也协调细胞间的力学刺激和细胞外基质硬度，但其如何通过YAP/TAZ调控基因表达迄今尚未阐明。然而心脏作为一个每时每刻在压力负荷下行使其生物学功能的器官，YAP/TAZ在其力学信号传导、发育及病理性重构中的作用机制还需要进一步研究证实。
因此，YAP/TAZ这对辅调控因子在心脏发育及心脏病理性重构中具有重要的调控作用，随着近年对YAP/TAZ在力学信号传导中的作用机制取得突破性的研究成果，使得YAP/TAZ这对辅调控因子能够良好地将细胞内、外影响对心脏发育和心脏病理性重构的调控有机的结合起来。但是，目前针对YAP/TAZ的研究尚未完善，在很多方面均存在差异性的调控机制，而YAP/TAZ在特定刺激状态下是否依赖于Hippo信号通路的级联激酶途径而发挥生物学效应尚需进一步证实。若YAP/TAZ介导的调控机制能够明确阐述，则可能寻找到心脏调控的关键节点，为心脏先天性及后天性的疾病的预防、诊断和治疗提供良好的实验基础，并可推动靶向治疗药物的开发。
所有作者均声明不存在利益冲突
