廈門大學周大旺組Cancer Cell揭示肝癌發生重要機理

多倍體細胞的分裂將導致非整倍體的產生，從而造成原癌基因的擴增或抑癌基因的丟失，引起基因組不穩定性和腫瘤的發生髮展。因此研究機體調控多倍體細胞產生及多倍體細胞進行細胞分裂的調控機理對於理解肝癌的發病機理和肝癌的治療至關重要，然而這一具體的分子機理目前仍然知之甚少。

5月8日，細胞信號網路協同創新中心、細胞應激生物學國家重點實驗室、廈門大學生命科學學院周大旺教授和陳蘭芬教授研究團隊在Cancer Cell雜誌上發表了題為「Hippo Signaling Suppresses Cell Ploidy and Tumorigenesis through Skp2」的研究論文，研究發現，Hippo信號通路在限制肝臟細胞的染色體由兩倍體向多倍/非整倍體轉變過程中起關鍵作用，該機制異常將導致基因組不穩定繼而誘發肝癌的發生髮展。此外，該研究還發現Hippo通路失活造成Skp2活化及出核才是造成多倍體的產生的主因，而不是此前主要認為Hippo通路中Lats激酶是通過穩定p53來抑制多倍體產生。鑒於該工作的重要意義，BioArt特別邀請到了復旦大學生物醫學研究院雷群英教授和浙江大學生命科學研究院趙斌教授做精彩點評，以饗讀者！

論文解讀：

大多數真核生物的體細胞是二倍體，即僅含有兩組染色體，分別遺傳自父本和母本。而一些特定組織如心臟、肝臟等就含有多倍體細胞，特別是肝臟組織含有較高比例的四、八倍體等多倍體細胞。肝臟是作為人體的重要解毒器官，同時酒精、肝炎病毒等毒性物質或毒性代謝物容易誘發肝細胞的基因突變，多倍體被認為有利於提供代償性的正常基因來維持肝臟穩態。多倍體細胞通常會停滯在細胞周期的間期——G1期，這些細胞很少進行細胞分裂增殖，並最終走向細胞衰老死亡。然而肝臟受損後，多倍體細胞將會受脅迫進行增殖，再生修復受損的肝組織。這些多倍體細胞分裂將導致三、五、七倍體等非整倍體的產生，也就是丟失匹配的染色體或染色片段，從而造成原癌基因的擴增或抑癌基因的丟失，引起基因組不穩定性和腫瘤的發生髮展。因此研究機體調控多倍體細胞產生及多倍體細胞進行細胞分裂的調控機理對於理解肝癌的發病機理和肝癌的治療至關重要。

Hippo信號通路在調節組織成體幹細胞的分化和增殖，調控器官再生與尺寸大小中具有重要作用。周大旺教授團隊在先前研究獲得靶向Hippo信號通路核心成員MST激酶的特異性小分子抑制劑，該抑制劑可以在體內有效促進損傷組織的修復與再生，該研究成果發表在Science Translational Medicine上【1】，抑制劑專利已成功轉讓。另一方面，如果Hippo基因缺失則會造成組織持續性的再生，肝臟尺寸不斷增大，最終導致肝細胞癌和膽管癌的產生。美國癌症基因組圖譜TCGA大數據分析發現10-20%的肝癌樣本中Hippo信號通路中的激酶發生缺失，10%的肝癌樣本中Hippo下游的原癌基因YAP所在染色體片段發生擴增，因此該通路異常與肝癌發生密切相關。

在這項研究中，周大旺研究組通過對Hippo信號通路重要成員（WW45，Mst1/2， Lats1/2）肝臟特異性敲除和過表達Hippo信號通路下游靶基因YAP的小鼠肝細胞進行流式分析發現，在肝臟中Hippo信號通路缺失會導致多倍/異倍體細胞比例顯著增加，這些細胞進一步發生不正常的分裂造成基因組不穩定性。之前細胞水平研究發現Hippo通路的Lats激酶通過穩定p53水平來抑制多倍體產生。本研究發現Hippo信號通路在肝臟中缺失，p53水平不但沒有下降反而表達水平的明顯上調。儘管p53大量上升，但其並不能阻斷多倍體細胞產生和抑制其分裂這一現象的發生。

周大旺研究組深入研究發現, Hippo信號通路下游效應分子YAP通過AKT-Skp2信號促進二倍體細胞向多倍體轉化及多倍體細胞的生長增殖。YAP可以強烈的誘導乙醯轉移酶p300對E3泛素連接酶Skp2的乙醯化，後者的乙醯化形式在細胞質中定位，造成其核內底物周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白P27在核內大量累積，導致細胞有絲分裂阻滯並成為多倍體。另一方面，胞質中的Skp2大量降解促凋亡因子FoxO1/3，使多倍體細胞持續分裂，基因組不穩定，最終導致腫瘤發生（下圖）。對人類肝癌樣品的分析驗證了以上結論，YAP的激活與Skp2乙醯化增強及FoxO1的下調有顯著的相關性，並且YAP的入核與Skp2的出核也同時與腫瘤發展程度和不良預後成正相關。

工作模型示意圖

本項研究闡明了Hippo缺失及YAP激活促進多倍體細胞產生及增殖作為肝癌發生髮展中的一個重要機制，為肝癌診療提供了新的策略。

據悉，該論文的主要工作由周大旺課題組博士生張世浩、陳青花、劉清許、李玉席和孫秀峰等學生共同承擔，並與中科院生化細胞所、美國愛因斯坦醫學院，日本九州大學等單位合作完成，通訊作者為陳蘭芬教授和周大旺教授。該研究工作獲得了國家自然科學基金委、國家重點基礎研究發展計劃(973)項目、青年千人計劃和中央高校基本科研基金的資助。

參考文獻：

1. Fan F, He Z, Kong LL, Chen Q, Yuan Q, Zhang S, Ye J, Liu H, Sun X, Geng J, Yuan L, Hong L, Xiao C, Zhang W, Sun X, Li Y, Wang P, Huang L, Wu X, Ji Z, Wu Q, Xia NS, Gray NS, Chen L, Yun CH*, Deng X*, Zhou D*. Pharmacological targeting of kinases MST1 and MST2 augments tissue repair and regeneration.Science Translational Medicine. 2016 ; 8(352):352ra108

專家點評：

雷群英 復旦大學生物醫學研究院教授（「長江學者」，國家「傑青」）

Comments：多倍體肝細胞在肝臟功能中具有重要作用。二倍體-多倍體轉變與肝臟生理病理活動密切相關，如肝臟解毒、腫瘤發生等。Hippo信號通路調控幹細胞自我更新、組織再生和器官大小。現有證據提示Hippo通路調節細胞多倍體和染色體穩定性，但其機制並不清楚。廈門大學周大旺教授課題組系統解析了相關的調控機制並獲得突破性進展，研究成果發表於最新一期的Cancer Cell雜誌。他們發現Hippo信號通路的效應蛋白Yap通過Akt-Skp2軸促進二倍體多倍體轉換和多倍體細胞增殖。Yap通過Akt信號通路介導泛素連接酶Skp2的乙醯化。乙醯化的Skp2定位於胞漿中，一方面引起p27的累積，導致有絲分裂阻滯和多倍體的產生；另一方面，乙醯化後的Skp引起促凋亡因子FoxO1/3過度降解，促進多倍體細胞分裂、基因組不穩定性和腫瘤發生。更為重要的是，Akt或Skp2的缺失能夠抑制Hippo通路失活導致的肝腫瘤發生。這些證據強有力地說明Hippo-Yap信號通路通過Skp2抑制細胞多倍體和腫瘤形成，具有重要的理論和臨床意義。

趙斌 浙江大學生命科學研究院教授（「青年千人」，國家「優青」）

Comments：周大旺教授實驗室在Hippo信號通路的功能與機制上開展了系統性的研究，例如首次報道了Mst1/2肝臟特異性雙敲除導致小鼠肝臟增大和腫瘤發生等。本次最新的研究從Hippo信號通路失活引起肝細胞的polyploidy出發，通過詳細的生化分析，各種基因工程小鼠的雜交和表型分析給我們展示了Hippo信號通路導致肝臟腫瘤發生的新機制。文章發現Mst1/2的失活或YAP的過表達造成細胞質中Skp2泛素連接酶的大量積累和細胞核內Skp2水平的下降。進一步分析發現AKT的激活通過乙醯轉移酶p300對Skp2的乙醯化在Skp2的胞質轉移和積累中發揮了關鍵作用。而核內Skp2的下降造成p27的積累並因此導致細胞周期的阻滯和polyploidy。有意思的是胞質內積累的Skp2還通過促進FoxO的降解促進多倍體細胞的分裂。因此，可以說Skp2雙管齊下，促進了異常多倍體細胞的增殖。雖然Skp2並不是YAP的靶基因，但它在YAP的下游起到了功能性的關鍵作用。同時，這一發現還揭示了Hippo通路與AKT通路的對話在體內的重要作用。Hippo通路的Lats失活和 YAP激活導致多倍體細胞的積累已經被報道過。本研究在肝臟的背景下在體內為這一現象提供了清晰的機制。當然，這一發現也提出了值得關注的新問題，例如YAP的激活導致非整倍體的情況如何，與肝癌的基因組不穩定性是否具有直接的聯繫等。

周大旺教授簡介

周大旺，博士，廈門大學生命科學學院教授、副院長、國家傑出青年基金獲得者。1994-98年廈門大學本科、2000-2002年美國紐約市立大學碩士、2002-2006年愛因斯坦醫學院博士、2006-2009年哈佛大學醫學院博士後、2009-2011年哈佛大學醫學院醫學系講師；2011年獲得國家首批"青年千人計劃"資助、特聘為福建省「閩江學者」教授。入選科技部中青年創新領軍人才；擔任中國細胞生物學會發育生物學會副會長、國家千人計劃生物醫藥專業委員會副主任和中國Hippo研究聯盟的主要召集人之一。長期從事Hippo信號通路在組織再生重塑與組織穩態維持以及腫瘤、免疫疾病發生中的機制和功能研究，近五年以通訊作者在Cancer Cell、Nat Immunol、Science Transl Med、Nat Commun、Cell Rep、J Exp Med等期刊上發表11篇，子刊6篇。