由香港中文大學醫學院生物醫學學院黃聿教授領導,與天津醫科大學及臺灣細胞與系統醫學研究所合作的一項跨地域研究發現,血管內皮細胞內轉錄調控因子YAP/TAZ與動脈粥樣硬化的形成及血管炎症關係密切。
「動脈粥樣硬化」是指動脈內壁血脂(主要為膽固醇)、鈣沉積物及免疫細胞等積聚而形成斑塊,隨時間增長導致血管壁增厚或硬化,是中風和心臟病的主要原因之一。這一研究團隊經過實驗小鼠的實驗發現YAP/TAZ為潛在治療靶點。YAP/TAZ又被視為癌基因,會促進癌症發生。研究組發現,幾種用於胮血脂及抗動脈粥樣硬化藥物可以抑制YAP/TAZ的活性,因此他們希望這一新發現除了心血管病,還可為癌症提供新的治療方向。
相關研究結果發表在國際科學雜誌《自然》上,該研究由黃聿教授發起及領導,他及其團隊的主要研究方向是血管內皮細胞信號傳導、心血管及代謝疾病的發病機理及治療藥物的新型藥理學作用。研究團隊曾在Cell Metabolism、Circulation Research、European Heart Journal、Diabetes及其它在心血管代謝病與醫學界具影響力的國際學術期刊發表一系列重要研究成果,大大提升人們對高血壓、肥胖、糖尿病相關內皮功能障礙的病理生理過程的理解。黃教授曾獲得香港裘槎優秀科研者獎(2014)及國家自然科學獎二等獎 (2015)。
為了更深入了解這一研究成果,生物通特聯繫了香港中文大學醫學院生物醫學學院黃聿教授,就讀者感興趣的問題請教了他。
YAP/TAZ是癌基因
血管內皮細胞是形成血管內壁表面的細胞層,而YAP/TAZ是這種細胞的轉錄調控因子,處於Hippo信號通路下遊。Hippo信號通路負責協調細胞的增殖、死亡和分化,調控器官組織生長及抑制腫瘤形成。激活Hippo信號通路可抑制轉錄調節因子YAP/TAZ的活性,而擾亂通路則會提高YAP/TAZ的活性,使細胞不受控地增殖,形成腫瘤。因此,YAP/ TAZ被視為「癌基因」。
抑制YAP/TAZ活性有助延緩「動脈粥樣硬化「形成及抑制血管炎症
血液在血管內流動時會產生壓力、拉力、彎力、扭力及剪力等。研究團隊發現YAP/TAZ的活性受不同血流方式所調控。 「YAP的過度激活導致增加血管炎症從而導致動脈粥樣硬化,」黃教授解釋道。
血液在血管內的流動方式分為層流和湍流。人體的血液循環在正常情況下屬層流模式,但在血管分支處、創傷部位和外科手術(如支架)造成的血流擾動區域會形成湍流。研究指出層流帶來的血液與血管內壁摩擦力(又稱」剪切應力」)會抑制YAP/TAZ的活性,從而減弱其促使炎症發生的JNK信號的傳導和相關炎症基因的表達,減少粘附在內皮細胞的單核細胞。反之,湍流則會增加YAP/TAZ的活性,從而產生炎症。
香港中文大學生物醫學學院博士後王力博士表示:「我們相信此發現有助於為動脈粥樣硬化開發新的治療靶標。」
王博士補充道:「這個發現也為解釋運動鍛鍊可預防血管硬化提供了新的理論依據。我們目前在運動生理學方面的研究將有助開發能抑制YAP/TAZ、保護血管的藥物。」
幾種治療心血管的藥物能抑制YAP/TAZ活性、有望成為抗癌藥物
此項研究還發現幾種現有的降血脂或抗動脈粥樣硬化藥物有助抑制YAP/TAZ的轉錄活性。在多種臨床常用藥物當中,以他汀類(statins)效果最為顯著。
香港中文大學醫學院生物醫學學院教授兼心腦血管醫學研究所所長(基礎研究)黃聿教授表示:「我們的研究發現YAP/TAZ促使血管內皮細胞有炎症反應,而降血脂的他汀類藥物可抑制YAP/TAZ的活性。這些研究結果對重新審視現有藥物的功效及開發新的抗心血管病藥物有著重要提示作用。換言之,心血管治療藥物可能也可用於治療腫瘤。反過來,抗癌藥物也有可能用於治療心血管疾病。」
Q&A
生物通:YAP和TAZ活性是Hippo通路的效應因子,這項研究是否也與Hippo通路有關?
黃教授:這項研究暗示了Hippo通絡和動脈粥樣硬化有關係,但是得到這個結論還需要研究Hippo通路上遊的幾個激酶。目前的結果,還不能說被hippo通路調控。
生物通:研究採用了CRISPR/Cas9等技術敲除Yap,實驗結果證明了什麼?
黃教授:這個實驗用Cas9進行內皮特異的敲低(不是敲除)YAP(詳細情況請參考引用文獻),同時動物模型是用頸動脈部分結紮術造成血流紊亂從而誘導動脈粥樣硬化。該實驗是為了證明YAP在湍流(擾動性血流)造成的動脈粥樣硬化中起到比較重要的作用。
In vivo genome editing using Staphylococcus aureus Cas9. Ran FA, Cong L, Yan WX, Scott DA, Gootenberg JS, Kriz AJ, Zetsche B, Shalem O, Wu X, Makarova KS, Koonin EV, Sharp PA, Zhang F. Nature.2015 Apr 9;520(7546);186-91. doi: 10.1038/nature14299.
生物通:具體來說,YAP與JNK信號通路有何關聯?
黃教授:YAP可以增強JNK信號。這個現象也有其他文章報導,但機理尚不清楚。
Ma X, Chen Y, Xu W, et al. Impaired Hippo signaling promotes Rho1–JNK-dependent growth[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112(4): 1065-1070.
生物通:在這項研究中,香港中文大學與天津醫科大學各承擔了哪些方面的研究?能否介紹一下參與這項研究的研究者們?
黃教授:我們實驗室承擔了大部分血流動力學和分子機理的研究,同時也研究了病毒介導的YAP敲低以及MnCl2對動脈粥樣硬化的影響。天津醫科大學對YAP在血管內皮特異高表達的轉基因動物對於動脈粥樣硬化的促進作用做了詳細的研究,同時也研究了YAP在血管不同部位的核定位。