發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖依賴(lài)于蛋白質(zhì)的大量合成，在這一高強(qiáng)度的加工過(guò)程中難免產(chǎn)生一定數(shù)量的“殘次品”，即由于蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程中的隨機(jī)誤差、折疊失敗等原因造成的錯(cuò)誤折疊蛋白。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)作為蛋白質(zhì)加工的工廠，能夠緩解蛋白質(zhì)合成及折疊的壓力以協(xié)調(diào)細(xì)胞快速分裂增殖，從而維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中積累大量未折疊蛋白則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ER Stress），激活未折疊蛋白反應(yīng)(Unfolded Protein Response,UPR)通路來(lái)重建內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力超過(guò)一定閾值，UPR的激活無(wú)法緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力時(shí)，則將引發(fā)細(xì)胞凋亡。癌細(xì)胞在惡性增殖過(guò)程中同樣需要大量的蛋白合成，因此有研究表明腫瘤中也會(huì)激活UPR，然而腫瘤細(xì)胞在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激下的細(xì)胞命運(yùn)的決定一直存在爭(zhēng)議。

2022年10月10日，西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院馬仙玨課題組與李旭課題組合作在PNAS發(fā)表了題為Bip-Yorkie interaction determines oncogenic and tumor-suppressive roles of Ire1/Xbp1s activation的研究論文，闡述了UPR的Ire1/Xbp1s分支通過(guò)Hippo通路調(diào)控器官大小、腸道干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞遷移和腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制。同時(shí)，該文揭示了Bip與Yorkie/YAP互作決定了Ire1/Xbp1s在原發(fā)性腫瘤的生長(zhǎng)和侵襲中具有雙重功能。

論文截圖

果蠅幼蟲(chóng)的眼成蟲(chóng)盤(pán)是研究腫瘤發(fā)生的重要模型，在眼成蟲(chóng)盤(pán)的某些特定細(xì)胞中引入人體致癌突變可造成細(xì)胞異常增殖和腫瘤發(fā)生。研究者進(jìn)一步采用遺傳學(xué)工具，在復(fù)雜的遺傳背景下研究不同基因之間的相互作用對(duì)于腫瘤發(fā)生和遷移的作用。

在這項(xiàng)研究中，作者首先在果蠅中構(gòu)建不同類(lèi)型的惡性腫瘤模型發(fā)現(xiàn)，UPR均被顯著激活。UPR激活可通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的三個(gè)跨膜“傳感器”蛋白（Ire1、Perk和Atf6）啟動(dòng)一系列從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到核的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來(lái)重建內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。為探究UPR各個(gè)分支在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用，作者采用基因過(guò)表達(dá)和RNA干擾技術(shù)，發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)Ire1/Xbp1s特異地激活Hippo信號(hào)通路從而抑制腫瘤生長(zhǎng)。

圖1.Ire1/Xbp1s抑制Yorkie介導(dǎo)的腫瘤生長(zhǎng)

Hippo信號(hào)通路是控制多細(xì)胞生物的器官尺寸大小的主要調(diào)節(jié)信號(hào)通路。作者就此提出問(wèn)題，這種進(jìn)化上最保守的應(yīng)激通路Ire1/Xbp1s分支的激活，是否一方面緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)合成和折疊壓力，另一方面可通過(guò)激活Hippo信號(hào)限制細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖，從而調(diào)控器官大小和發(fā)育？

作者通過(guò)遺傳分析發(fā)現(xiàn)，Hippo信號(hào)通路下游效應(yīng)器Yorkie在Ire1/Xbp1調(diào)控器官大小中是必需的。在接下來(lái)的工作中，作者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Bip作為Xbp1s的下游關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可通過(guò)與Yorkie互作，使其錨定在細(xì)胞質(zhì)，限制其入核，從而調(diào)控器官大小和抑制腫瘤生長(zhǎng)。另外，作者還發(fā)現(xiàn)Ire1/Xbp1s/Bip的表達(dá)量也受到Hippo通路緊密調(diào)控，提示存在一種UPR信號(hào)調(diào)控Hippo信號(hào)通路的負(fù)反饋制衡機(jī)制。

Hippo信號(hào)在腸道干細(xì)胞的自我更新與分化以及損傷修復(fù)中同樣扮演著重要作用。果蠅腸道上皮的建立和維持需要嚴(yán)格控制腸道干細(xì)胞的增殖和分化，這種細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的破壞會(huì)導(dǎo)致腸道功能異常，如腫瘤生長(zhǎng)。作者發(fā)現(xiàn)在正常內(nèi)穩(wěn)態(tài)和損傷重建期間，Ire1/Xbp1s/Bip通過(guò)抑制果蠅成體腸道組織中的Yorkie信號(hào)活性，從而調(diào)節(jié)腸道干細(xì)胞數(shù)量。

圖2.Ire1/Xbp1s調(diào)控腸道干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)

意想不到的是，在Xbp1缺失的果蠅腫瘤模型中，腫瘤體積增大的同時(shí)腫瘤的侵襲卻被顯著抑制。作者進(jìn)一步利用翅成蟲(chóng)盤(pán)作為研究細(xì)胞侵襲和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的體內(nèi)模型，發(fā)現(xiàn)Ire1/Xbp1s由于抑制了Yorkie-dMyc/dMax和Yorkie-bantam途徑，反而激活了JNK信號(hào)通路，從而促進(jìn)生理性的細(xì)胞遷移和腫瘤發(fā)生中的細(xì)胞侵襲以及上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化。

圖3.Ire1/Xbp1s抑制Yorkie活性，繼而激活JNK介導(dǎo)的細(xì)胞遷移和侵襲

最后，作者探究Xbp1s/Bip是否在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中調(diào)控Hippo信號(hào)通路，在腫瘤發(fā)生中具有重要作用。作者通過(guò)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，XBP1（Xbp1s哺乳動(dòng)物同源基因）表達(dá)水平在三陰性乳腺癌顯著低表達(dá)，反而在其他四種乳腺癌亞型中顯著高表達(dá)。XBP1和HSPA5（Bip哺乳動(dòng)物同源基因）的mRNA水平和蛋白水平與患者的不良預(yù)后顯著負(fù)相關(guān)。

另外，XBP1的表達(dá)水平與YAP（Yorkie哺乳動(dòng)物同源基因）的多個(gè)靶基因的表達(dá)水平顯著負(fù)相關(guān)。作者進(jìn)一步采用細(xì)胞核質(zhì)蛋白分離、Duolink鄰位連接技術(shù)、免疫共沉淀和蛋白質(zhì)體外結(jié)合實(shí)驗(yàn)等方法，在三陰性乳腺癌細(xì)胞系中證實(shí)HSPA5與YAP發(fā)生相互作用，限制YAP的核定位。與果蠅腫瘤模型的發(fā)現(xiàn)一致地是，盡管過(guò)表達(dá)XBP1s和HSPA5顯著抑制了三陰性乳腺癌移植瘤的生長(zhǎng)，也同樣促進(jìn)細(xì)胞的遷移和侵襲。

圖4.XBP1s/HSPA5通過(guò)限制YAP核定位抑制三陰性乳腺癌移植瘤的生長(zhǎng)

總的來(lái)說(shuō)，此項(xiàng)工作采用細(xì)胞、果蠅和小鼠模型揭示UPR的Ire1/Xbp1s分支通過(guò)調(diào)控Hippo信號(hào)通路，在器官大小，腸道穩(wěn)態(tài)，細(xì)胞遷移和腫瘤發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。馬仙玨團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)也提示了XBP1s/HSPA5通路和YAP通路在原發(fā)性腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移中具有雙重功能。盡管如此，作者也呼吁謹(jǐn)慎和仔細(xì)地設(shè)計(jì)靶向這兩類(lèi)信號(hào)通路途徑在乳腺癌的癌癥治療。