Hippo-YAP/TAZ 信号通路对脂肪塑性和能量平衡的协调作用

脂肪组织不仅作为能量储存物，还扮演内分泌器官的角色。然而，协调这些功能的机制至今仍不清楚。本文揭示了转录共调节因子YAP和TAZ通过解耦脂肪质量和瘦素（leptin）水平来维持代谢稳态，并调节脂肪细胞的塑性。研究结果表明，通过删除上游调节因子LATS1和LATS2激活脂肪细胞中的YAP/TAZ信号通路，能够将成熟的脂肪细胞转化为无脂蛋白样细胞，而不引起脂肪代谢功能障碍。鉴于此现象，由于血循环中的瘦素水平增加，未导致脂肪消耗相关的代谢功能障碍。机制上，YAP/TAZ-TEAD信号直接结合瘦素基因上游增强子以调控瘦素表达。进一步研究表明，禁食和再进食期间，YAP/TAZ活性与瘦素调控密切相关且功能必需。

本文由韩国KAIST（Korea Advanced Institute of Science and Technology）的研究团队完成，于2024年5月发表在《Nature Metabolism》期刊上。通讯作者为Daesik Lim和Jinsuk Suh。

研究背景

脂肪组织不同时作为代谢和内分泌器官，主要通过储存三酰甘油形式的能量并分泌瘦素等脂肪因子来调控全身能量平衡。肥胖相关代谢综合征中，由于能量储存功能的缺陷，导致多余能量溢出到外周器官，进而引发脂肪肝、高血糖和胰岛素抵抗等一系列代谢疾病。而脂肪组织丧失引起的脂肪失调症也会导致严重的糖尿病表型。近期有研究表明，通过替代疗法恢复脂肪内分泌功能可以逆转脂肪失调症相关的代谢功能障碍。尽管普遍认为循环中的瘦素水平与脂肪质量成正比，但连结脂肪质量和瘦素表达的分子机制仍不明确。

Hippo信号通路通过与组织特异性转录因子配合，协调器官大小和细胞类型特定功能。YAP和TAZ是Hippo信号通路的下游效应器，其活性由磷酸化状态决定。上游激酶LATS1和LATS2直接磷酸化YAP/TAZ导致其在细胞质中定位并降解，而LATS1/LATS2缺失则允许YAP/TAZ迁移到细胞核作为转录共激活因子或共抑制因子。在脂肪细胞生物学中，TAZ通过抑制PPARG（一种对脂肪生成至关重要的转录因子）进而抑制脂肪生成。然而，在成熟脂肪细胞中，YAP/TAZ被认为是非必需的。然而，在饮食诱导的肥胖小鼠模型中，TAZ缺失被发现增加PPARG活性和降低胰岛素抵抗，进一步暗示YAP/TAZ在成熟脂肪细胞中可能扮演的角色。

研究方法

本文采用脂肪细胞特异性LATS1和LATS2敲除（AKO）小鼠模型，通过交配LATS1fl/fl;LATS2fl/fl小鼠和Adipoq-Cre重组酶表达的小鼠来生成。评估结果显示，AKO小鼠的LATS1和LATS2表达显著减少，而YAP/TAZ靶基因CCN1和CCN5显著上调。此外，YAP和TAZ在AKO小鼠的腹部白色脂肪组织（IWAT）中核定位进一步确认YAP/TAZ的激活状态。

除了体内实验，研究团队还使用脂肪细胞谱系示踪技术，利用Rosa-LSL-tdTomato重组小鼠，并进行了体外系统验证包括使用4-羟基他莫昔芬处理的脂肪细胞和初级脂肪细胞。同时，采用单细胞RNA测序来分析线粒体信号及脂肪细胞特异性敲除模型。

研究结果

脂肪YAP/TAZ激活导致严重的脂肪消耗

与对照小鼠相比，AKO小鼠的IWAT明显变小，且不再浮于磷酸盐缓冲液（PBS）。组织学检查显示AKO小鼠IWAT中脂滴含量显著减少。与之相应，脂肪细胞特异基因表达也显著降低。为了确认观察到的表型确实是由于YAP/TAZ的激活引起，研究团队生成脂肪特异性LATS1、LATS2、YAP1和WWTR1（TAZ）四重Knockout小鼠（Quad AKO）。结果显示，Quad AKO小鼠反转了AKO小鼠的脂肪消耗表型，表明YAP/TAZ功能对LATS1和LATS2缺失引起的脂肪消耗是必不可少的。

PPARG激动剂逆转YAP/TAZ诱导的脂肪消耗

研究发现，LATS1/LATS2缺失会诱导脂肪细胞获得前体细胞标志物，但是这些细胞保留脂肪再分化潜力。通过施用Rosiglitazone（一种PPARG激动剂），脂肪特异性LATS1/LATS2敲除小鼠的脂肪组织大小和质量显著恢复，表达脂肪特异基因。这表明，脂肪特异性LATS1/LATS2敲除引起的脂肪消耗可以通过再分化过程逆转。

Lipoatrophic IAKO小鼠免受代谢功能障碍

尽管脂肪组织显著减少，IAKO小鼠并未显示出典型的脂代谢功能障碍。此外，以13C标记的棕榈酸和2H标记的甘油进行体内代谢通量追踪表明，这些小鼠的脂解作用、棕榈酸周转和脂肪酸氧化速率显著增加。因此，能量消耗和脂肪氧化的增加保护了IAKO小鼠避免脂肪消耗相关的代谢功能障碍，如脂肪肝和糖耐量异常。

YAP/TAZ激活打破了瘦素水平与脂肪质量的联系

意外地，尽管脂肪组织几乎完全丧失，AKO小鼠的血清瘦素浓度却是对照组的15倍。通过分析诱导型脂肪细胞特异性LATS1/LATS2敲除小鼠，发现YAP/TAZ直接调控瘦素基因的转录。此外，生成不具有功能性瘦素基因的IAKO ob/ob小鼠（Adipoq-CreER;Lats1fl/fl;Lats2fl/fl;Lepob/ob）并分析其代谢表型，确认了瘦素在保护脂肪消耗小鼠免受代谢功能障碍中的关键作用。

YAP/TAZ直接调控瘦素转录

通过构建始终活跃的TAZ4SA形式以及YAP的FLAG标记芯片-Seq分析，研究证实YAP/TAZ通过TEAD结合序列直接结合瘦素基因上的增强子。随后进行的Luciferase报告基因实验也支持了这一发现，即TEAD结合序列是TAZ上调瘦素基因表达所必需的。最终，通过高脂饮食和空腹再进食等生理情况下的反应证实了YAP/TAZ在瘦素基因调控中的角色。

研究结论及意义

这项研究通过揭示YAP/TAZ在成熟脂肪细胞中的双重作用：通过YAP/TAZ-TEAD轴增加系统能量消耗（通过上调瘦素表达）以及通过YAP/TAZ-PPARG轴减少脂肪组织质量（通过抑制PPARG靶基因表达），揭示了Hippo-YAP/TAZ信号在脂肪组织功能和全身能量平衡中的重要性。这为开发针对该途径的治疗干预提供了理论依据，以达到脂肪质量的稳态减少。