《Journal of Molecular and Cellular Cardiology》：YAP mediates activation of the serine synthesis pathway in the heart during pressure overload
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压力超负荷急性期中，YAP的激活可通过激活有氧糖酵解（aerobic glycolysis）诱导代偿性心肌肥大（compensatory cardiac hypertrophy）。介导YAP这一有益作用的一种潜在机制，是丝氨酸（serine）的积累；丝氨酸可提
压力超负荷急性期中，YAP的激活可通过激活有氧糖酵解（aerobic glycolysis）诱导代偿性心肌肥大（compensatory cardiac hypertrophy）。介导YAP这一有益作用的一种潜在机制，是丝氨酸（serine）的积累；丝氨酸可提供对心肌细胞（cardiomyocytes）生长与存活至关重要的构建模块。该研究考察了在压力超负荷急性期中，YAP如何促进心脏内丝氨酸积累的分子机制。YAP过表达在心肌细胞中于mRNA和蛋白水平均上调了丝氨酸合成途径（serine synthesis pathway, SSP）的组分PHGDH、PSAT1、PSPH，以及参与丝氨酸与甘氨酸相互转化的酶SHMT1，但不包括SHMT2。横主动脉缩窄（transverse aortic constriction, TAC）期间这些酶的上调在心脏特异性Yap敲除（Yap-chKO）小鼠中被消除。下调Phgdh减弱了培养心肌细胞中由YAP诱导的SSP代谢物增加，包括磷酸丝氨酸（phospho-serine）、丝氨酸、甘氨酸（glycine）和S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine, SAM）。YAP还在心肌细胞中上调丝氨酸转运蛋白ASC-1，而在Asc-1敲低条件下，YAP诱导的心肌细胞内丝氨酸含量升高下降。针对Phgdh、Psat1、Psph、Shmt1或Asc-1的siRNA可抑制YAP诱导的心肌细胞体积增大，提示丝氨酸含量增加在介导YAP诱导的心肌细胞肥大中发挥重要作用。TAC增加了YAP和TEAD1与SSP基因启动子的结合，而在TEAD1下调条件下，YAP诱导的PHGDH和PSAT1上调受到抑制。这些结果提示，YAP可直接促进心肌细胞中参与丝氨酸合成与摄取的基因表达，而丝氨酸含量上调在介导YAP诱导的心肌肥大中具有重要作用。
本文发表于《Journal of Molecular and Cellular Cardiology》，围绕压力超负荷早期心脏代偿反应中的代谢重编程展开，重点解析Hippo通路关键核效应因子YAP如何调控丝氨酸代谢并促进代偿性心肌肥大。既往研究表明，压力超负荷急性期的心肌肥大具有代偿意义，可通过增加平行收缩单位降低室壁应力并维持心功能，但随着病程延长，心脏可能因细胞死亡、纤维化及能量代谢障碍而走向失代偿。已有证据提示，YAP在此早期阶段具有保护作用，可通过促进有氧糖酵解支持代偿性肥大。然而，持续增强糖酵解可能并非理想的长期策略，因此有必要进一步识别YAP下游那些更具选择性、同时兼顾促生长与细胞保护的内源性机制。研究人员据此聚焦丝氨酸合成途径（serine synthesis pathway, SSP）及一碳代谢（one-carbon metabolism, OCM），因为丝氨酸不仅可由糖酵解中间产物3-磷酸甘油酸（3-phosphoglycerate, 3-PG）生成，还可进一步支持谷胱甘肽、嘌呤及S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine, SAM）等对细胞生长与存活至关重要的大分子代谢。
研究的核心问题包括两方面：其一，压力超负荷时YAP如何调控SSP相关基因及丝氨酸摄取；其二，这些调控是否在YAP介导的心肌肥大中具有功能性意义。围绕这些问题，研究人员在体内外模型中系统考察了YAP与SSP关键酶PHGDH、PSAT1、PSPH，以及丝氨酸/甘氨酸互变相关酶SHMT1和丝氨酸转运体ASC-1之间的关系。研究结果表明，YAP不仅是压力超负荷急性期心脏中SSP激活所必需的因素，而且足以在心肌细胞中上调丝氨酸从头合成和摄取相关分子，进而促进细胞内丝氨酸及其下游代谢物积累，并推动心肌细胞肥大。进一步机制研究显示，YAP通过与转录因子TEAD1形成复合体，直接结合SSP相关基因启动子并促进其转录，而对Asc-1的调控则更可能是间接的。该研究的重要意义在于，将YAP的心脏保护与代偿作用从单纯糖酵解重编程进一步延伸到丝氨酸代谢网络，提示靶向YAP-TEAD1-SSP轴可能为维持压力超负荷状态下心功能提供新的代谢干预思路。
从技术路线看，研究人员主要采用了小鼠横主动脉缩窄（TAC）压力超负荷模型、心脏特异性Yap敲除（Yap-chKO）小鼠、AAV9介导的体内心肌特异性YAP过表达、原代新生鼠心室肌细胞（NRVMs）与AC16人心肌细胞培养体系；结合qPCR、免疫印迹、免疫荧光、GC/MS代谢组学、SAM ELISA、ChIP-seq和ChIP-qPCR，评估基因表达、代谢物丰度及YAP/TEAD1对启动子的结合。体内样本主要来源于C57BL/6J背景小鼠心脏左心室组织及分离的成年心肌细胞。
3.1. TAC transiently upregulates the SSP in the heart
研究人员首先分析了TAC后心脏中SSP酶的时间动态变化。结果显示，TAC可显著上调SSP全部关键酶以及参与丝氨酸与甘氨酸相互转化并联系OCM的SHMT1，峰值出现在TAC后2–3天；这一时相与活化YAP升高一致。RNA水平检测同样证实，Phgdh、Psat1、Psph和Shmt1在急性压力超负荷时上调。对分离的细胞群体分析后发现，这种上调主要发生于成年心肌细胞，而非非心肌细胞；线粒体同工酶SHMT2则未见明显变化。与此同时，急性期心脏射血分数尚未明显下降，提示该阶段仍处于代偿状态。该部分结果说明，压力超负荷早期心脏中存在一过性的SSP激活，并且其发生时序与YAP激活高度一致。
3.2. YAP mediates upregulation of the SSP in response to pressure overload
随后，研究人员检验YAP是否足以并且是否必需介导SSP上调。在NRVMs中，YAP过表达显著提高Phgdh、Psat1、Psph和Shmt1的mRNA及蛋白表达；在AC16细胞中，YAP同样上调PHGDH、PSAT1和PSPH，提示这一调控在人源心肌细胞中亦存在。体内方面，通过AAV9-cTNT-Yap于小鼠心脏中过表达YAP后，成年心肌细胞中PHGDH与SHMT1明显升高，PSAT1和PSPH呈上升趋势，同时左心室重量/胫骨长度增加而射血分数未受影响。相反，在Yap-chKO小鼠中，TAC诱导的YAP激活及SSP关键酶、SHMT1上调均被抑制。该部分结果证明，内源性YAP是压力超负荷诱导SSP激活的关键介质，而YAP本身又足以驱动心肌细胞SSP程序启动。
3.3. YAP increases serine and glycine contents in cardiomyocytes through the SSP
在确定YAP可上调SSP酶之后，研究人员进一步考察其是否真正提高相关代谢物水平。GC/MS代谢组学显示，YAP过表达可使NRVMs中的磷酸丝氨酸、丝氨酸和甘氨酸显著增加；而沉默SSP限速酶Phgdh后，这些变化被明显削弱。SAM作为OCM关键产物，其水平亦被YAP提高，并在siPhgdh存在时下降，说明YAP对一碳代谢产物的促进依赖PHGDH。组织水平的免疫荧光和生化检测进一步表明，TAC后2–3天心脏内丝氨酸及SAM积累，而1周时不再明显，符合SSP酶瞬时上调的时间模式。值得注意的是，PHGDH过表达还能促进YAP表达与激活，提示在心肌细胞中可能存在SSP-YAP正反馈环路。该部分结果说明，YAP不仅诱导SSP酶表达，更实质性增强SSP通量相关代谢物及下游OCM产物积累。
3.4. YAP increases serine uptake in cardiomyocytes through ASC-1
除从头合成外，细胞内丝氨酸也可通过膜转运摄取。研究人员比较了多种已报道的丝氨酸转运体后发现，YAP在NRVMs中选择性上调Asc-1的mRNA，而对其他转运体无显著作用；ASC-1蛋白亦随YAP过表达而升高。功能实验显示，Asc-1敲低可抑制YAP诱导的心肌细胞肥大。无论采用抗丝氨酸免疫荧光还是荧光检测试剂盒，YAP均可提高细胞内丝氨酸水平，而该效应会因Phgdh或Asc-1下调而减弱。体内实验进一步显示，TAC诱导的ASC-1上调在Yap-chKO小鼠中消失。不过，ChIP-seq未观察到TAC促进YAP在Asc-1启动子近端区域的显著占位增加，提示YAP对ASC-1的调控不同于对SSP基因的直接转录激活，更可能属于间接机制。该部分结果表明，YAP通过同时增强丝氨酸合成与摄取，共同提高心肌细胞内丝氨酸储量。
3.5. The SSP plays an important role in mediating YAP-induced cardiac hypertrophy
为判断SSP是否为YAP促肥大效应的功能执行通路，研究人员分别用siRNA下调Phgdh、Psat1、Psph和Shmt1。结果显示，这些基因的沉默均显著抑制YAP诱导的NRVMs细胞面积增大，证明SSP及其与OCM连接的关键节点对于YAP驱动的心肌细胞肥大是必需的。除肥大表型外，研究人员还考察了细胞生存。H
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2处理降低NRVMs活性，而YAP可改善这一应激条件下的细胞存活；PHGDH下调则减弱该保护效应。由此可见，YAP通过SSP不仅支持细胞生长，也有助于应激存活，这与丝氨酸代谢支持抗氧化与甲基供体生成的生物学作用相一致。
3.6. YAP directly upregulates the SSP
在机制层面，研究人员利用TAC后2–3天的小鼠心脏进行ChIP-seq分析，发现应激心脏中YAP在全基因组转录起始位点（TSS）邻近区域的占位总体增加。聚焦SSP相关基因后可见，TAC显著增强YAP在Phgdh、Psat1、Psph和Shmt1启动子区域的结合峰，而这一增强在Yap-chKO中明显减弱。NRVMs中的ChIP-qPCR进一步验证了YAP对这些启动子区域的富集。另一方面，TEAD1 ChIP-seq显示，TAC同样增强TEAD1在上述SSP基因启动子附近的占位；基序分析也在其启动子中识别到高可信度TEAD1结合位点。功能上，siRNA敲低Tead1可抑制YAP诱导的PHGDH和PSAT1蛋白上调。综合这些证据，研究人员得出结论：YAP通过与TEAD1协同，直接激活SSP相关基因转录，从而驱动压力超负荷早期的代谢重编程与代偿性肥大。
讨论部分指出，既往虽已知YAP在心脏应激中具有保护作用并可促进GLUT1表达和Warburg样代谢，但心肌细胞中丝氨酸增加的分子基础此前并不清楚。该研究将YAP的代谢调控作用进一步拓展到丝氨酸代谢层面，表明YAP不仅增加糖酵解上游底物3-PG的供给，还直接上调SSP全部关键酶，从而将葡萄糖代谢流导向SSP。研究同时显示，YAP可通过ASC-1增强外源性丝氨酸摄取，因此其对丝氨酸池的扩增是“合成+摄取”的双重过程。关于机制，YAP-TEAD1对SSP基因的直接调控证据较强，而对Asc-1的调控则更可能间接。文章还讨论了SHMT1较SHMT2更可能在该背景下发挥主导作用，以及PHGDH与YAP之间潜在正反馈对维持代谢程序的重要性。作者同时指出，关于YAP对SSP代谢流方向性、不同来源丝氨酸是否存在区室化差异，以及体内长期肥大中的功能后果，仍需进一步研究。总体而言，讨论部分强调SSP和OCM是YAP心脏保护程序的重要组成部分，其生物学价值不仅在于促进肥大，还可能涉及抗氧化防御和细胞存活维持。
研究结论部分可译为：
总之，YAP通过刺激Warburg效应，在压力超负荷急性期介导代偿性心肌肥大中发挥重要作用。该研究进一步表明，YAP通过促进YAP-TEAD1复合体的直接结合，在介导SSP酶上调中发挥关键作用。YAP还可通过上调ASC-1促进丝氨酸摄取。由于丝氨酸可用于生成对心肌细胞存活、生长以及最终形成代偿性心肌肥大至关重要的大分子，进一步阐明丝氨酸代谢物如何促进代偿性肥大，可能有助于发展在压力超负荷状态下维持心脏功能的新策略。
