蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2基因及其與實體瘤關系

胡中倩，張熾敏

通過基因突變或其他分子的變化，導致信號通路調控異常，最終可導致疾病[1]。作為受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTK)和細胞因子受體信號轉導通路中主要的調節因子蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2基因，在過去的10年，SHP2(人類PTPN11基因編碼)突變與努南綜合征(Noonan syndrome，NS)等疾病密切相關，可導致身材矮小、顱面畸形、心臟缺陷和精神發育遲滯等[2]。到目前為止，SHP2在血液腫瘤細胞中的作用相對而言已比較清楚。近來，人們又發現 SHP2 在肺癌[3]、胃癌[4]、宮頸癌[5]、甲狀腺癌[6]和乳腺癌[7-8]等多種實體腫瘤組織中呈現高表達，并且這種高表達與腫瘤的發生、發展和預后有關。本文就SHP2及其近年來在實體瘤研究中新進展作如下綜述。

1 SHP2的結構及功能

1.1 SHP2的結構 SHP2是一種非受體型蛋白酪氨酸磷酸酶，廣泛表達于各組織，參與胚胎發育以及細胞增殖、分化、黏附、遷移等多種生物學行為的信號調控[9]。SHP2在 N末端含有2個相同的 SH2區，每個SH2區具有獨立的磷酸酪氨酸結合位點;在C末端含有1個蛋白酪氨酸磷酸酶(protein tyrosine phosphatase，PTPase)功能域、2個 C端的酪氨酸殘基(Y542和Y580)以及1個富含脯氨酸(proline，Pro)的模體。其中SH2區是一個含有100個氨基酸殘基的基團。SHP2通過SH2功能域結合到酪氨酸磷酸蛋白質，使PTPase激活，從而作為下游信號分子參與信號轉導，調節細胞增殖、分化、遷移、死亡等，是細胞因子、抗原、細胞外基質等的下游信號分子。SHP2與其他分子中磷酸化的酪氨酸殘基結合，從而指導由酪氨酸磷酸化所啟動的信號轉導級聯反應中的磷酸酶的特異性蛋白與蛋白之間的相互作用[10-12]。

1.2 SHP2的功能 生理狀態下SHP2通過其N端SH2結構域(N-SH2 Domain)與蛋白酪氨酸磷酸酶結構域(PTP Domain)結合，通過分子內的相互抑制，使磷酸酶維持在鈍化狀態而抑制SHP2磷酸酶的活性。經細胞因子、生長因子等刺激后，上游活化的蛋白通過酪氨酸磷酸化位點與SHP2 SH2結構域結合，或SHP2 C端2個酪氨酸位點磷酸化結合自身SH2結構域;而 C-SH2結構域的作用主要是為N-SH2結構域與SHP2結合蛋白作用時提供能量和保持特異性，并不直接參與SHP2蛋白的活化過程。Y542和Y580可能是某些生長因子如血小板源性生長因子(platelet-derived growt h factor，PDGF)和成纖維細胞生長因子(fibroblast growt h factor，FGF)的磷酸化位點，并且其磷酸化后有助于N-SH2與PTPase之間抑制關系的解除，發揮蛋白酪氨酸磷酸酶的活性和接頭蛋白的功能[13-15]。而Pro模體的作用目前還不清楚。SHP2的這種活性轉換的特性，使得各種關于SHP2的突變都有可能破壞SHP2-PTPase之間的自抑制調節界面，導致SHP2蛋白去磷酸化活性過度激活。研究認為SHP2結合蛋白Gab2的過度表達導致SHP2去磷酸化活性增強，與多種實體瘤的發生、發展密切相關。值得關注的是近來也有研究報道，SHP2并不完全通過其PTPase結構域的催化活性發揮作用。SHP2蛋白不依賴于蛋白酪氨酸磷酸酶活性的一些功能倍受關注，其機制尚不清楚。

2 SHP2在信號轉導中的作用

SHP2作為多種生長因子的下游信號分子，可以直接與它們的受體相互作用，也可以與多種信號轉導中間媒介體[如 SHPS21、Grb2、FRS2、JAK2、磷脂酰肌醇 3-激酶(phosphatidy linositol 3-kinase，PI3 kinase)]的p85亞單位、Gab1、Gab2等相結合，以復合式的信號傳導作用，參與各種信號傳導過程，如Ras-Raf-MAP kinase、JAK-STAT3、PI3 kinase-Akt等信號途徑，從而調節細胞的增殖、分化、存活及癌基因的轉化和腫瘤的發生、發展等。以前的研究表明，SHP2在蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)和細胞外信號調節酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)通路中起正調控作用[16];而近來研究結果證實，SHP2在信號傳導途徑中也可以是負性調控因子[2，10，32-33]。Yu 等[17]在大鼠造血細胞的研究中發現，SH2突變使STAT5的酪氨酸去磷酸化水平降低，但卻增強了與Grb2、Gab2、p85之間的相互作用，從而促進白細胞介素-3(interleukin-3，IL-3)所啟動的ERK和PI3 kinase通路的信號轉導。Frearson等[18-19]在研究中均證實SHP2的催化突變使胰島素刺激的ERK活化受到嚴重限制。Tang等[20]將失活突變的SHP2 mRNA顯微注射到蟾蜍(xenopus)胚胎，阻斷了FGF刺激的ERK活性。這些均提示了SHP2與Ras/ERK通路高度相關。事實上，SHP2的催化活性對于Ras/ERK活化是十分重要的[21]，當生長因子受體活化后，其酪氨酸殘基發生自體磷酸化，為Grb2和SHP2(含有SH2結構域的銜接蛋白)磷酸酪氨酸結合區域SH2提供?？课稽c。另外，Gab2是 SHP2下游的重要結合分子，Gab2結構中包含2個SHP2的綁定位點，Gab2激活后該位點首先發生自我磷酸化，組成一類雙磷酸化酪氨酸激活模序，與SHP2分子中的2個SH2結合，將SHP2分子內部的封閉構象解除并將其激活。Grb2與磷酸化的生長因子受體的結合或SHP2與Gab2結合，均可導致Sos蛋白在胞膜聚集。Sos作為一種鳥嘌呤核苷酸交換因子(guanine nucleotide exchange factor，GEF)，可以催化膜結合蛋白 Ras從無活性的Ras-GDP轉換為有活性的Ras-GTP。Ras-GTP再進一步與下游的信號系統發生聯系，激活絲氨酸/蘇氨酸激酶Raf-1等，進而在絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節激酶的激酶(mitogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulated kinase kinase，MEK)作用下使ERK活化，ERK活化后直接作用于細胞質的靶分子或轉移到細胞核內調節基因轉錄，使細胞增殖或分化。新近研究認為這一過程可能還受到SHP2結合蛋白和底物(SHP substrate-1，SHPS-1)、Ras-GTP酶活化蛋白(Ras-GAP)以及其他Src成員等的影響。SHP2通過調節信號通路履行著不同的生物學功能，其表達的正常與否直接決定了眾多重要生命活動的關鍵步驟。但是迄今為止，SHP2介導的信號轉導通路的某些步驟還有待于進一步的研究。

3 SHP2在生長發育中的作用

蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2在調節信號轉導及介導各種生物學過程中起到了非常重要的作用，體細胞SHP2的突變和過表達可以影響這種磷酸酶的基礎活性、SH2結構域的結合率及底物特異性[21]。早在1997年，Yu等[21-22]研究小組就闡述了 SHP2基因在正常造血細胞生長與發育中起著至關重要的作用，SHP2突變體明顯降低胚胎干細胞(embryonic stem cells，ES)的分化潛能以及其他譜系的分化包括來源于突變ES的心肌細胞和成纖維細胞。

4 SHP2在實體腫瘤中的高表達及其意義

近年來，SHP2基因在實體瘤的發生、發展中的作用越來越引起人們重視。到目前為止，有許多文獻報道SHP2基因在多種實體腫瘤中呈現高表達，這種高表達和腫瘤細胞的生長、轉移及預后有一定的關系。Peng等[23]研究提示，在前列腺上皮組織細胞增殖、分化及轉化過程中，存在SHP1和SHP2相關信號傳導的改變，SHP2異常激活和表達部位的改變可能是導致前列腺組織重構、增生及癌變的重要機制。彭敏峰等[24-25]的實驗也表明，野生型SHP2可以促進前列腺細胞的增殖和穿膜能力。由此可見，SHP2在前列腺增生和腫瘤的發生過程中發揮著重要調控作用。Bentires-Alj等[2]在神經母細胞瘤患者中發現4個PTPN11突變點(E69K、T507K、Y62C、Y62D)，但在這些患者中很少發生Ras突變，20%發現有1型多發性神經纖維瘤基因突變。唐春蘭等[26]研究小組利用組織芯片技術共選取80例非小細胞肺癌(nonsmall-cell lung cancer，NSCLC)患者的肺癌標本，結果顯示SHP2在NSCLC中有較高的陽性表達率(70.0%)，其中鱗癌占表達率的72.5%，腺癌則為67.5%，而在癌旁組織及其他正常肺組織中無表達。提示在NSCLC中，SHP2的表達具有特異性和敏感性，SHP2可作為檢測NSCLC的新標志物，且其存在與否可能與預后相關。Yu等[21]在研究SHP2小鼠中發現異常分化的肺細胞，且表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)功能失調。提示SHP2可能作為EGFR的下游信號分子參與肺細胞的生長。Higuchi等[27]的研究結果提示，SHP2的活化突變參與幽門螺桿菌相關胃癌的發生，可能通過調解轉變與胃上皮細胞相關蛋白-幽門螺桿菌毒力因子的相互作用有關。Jiang等[28]亦發現PTPN11基因突變與中國人群中幽門螺桿菌感染臨床結果相關?，F有的研究大多證實，SHP2的激活突變與高表達與腫瘤的發生、發展亦呈正相關。

關于SHP2和實體瘤的關系研究已從早期的在腫瘤中表達及臨床指標等關系上，向腫瘤發生、發展中的分子機制研究中延伸。Zhou等[29]研究小組發現在乳腺腫瘤中，通過插入SHP2蛋白的小發卡RNA(small hairpin RNA，shRNA)抑制了SHP2蛋白表達，其ERK、Akt通路活性明顯下降，證實SHP2表達下調可以使得乳腺癌細胞表型由間質細胞向上皮細胞轉化;Meng等[5]研究結果則揭示SHP2可能是人類乳頭瘤病毒感染的宮頸癌一個有用的預后的診斷指標，并且在宮頸癌中SHP2 mRNA和蛋白過度表達與免疫反應性纖維結合素的表達相關。在研究SHP2與乳腺腫瘤發病機制中，Zhou等[29]首次檢測了乳腺癌細胞中SHP2蛋白的表達情況，認為SHP2蛋白在促進乳腺癌發生中起了重大作用。Liu等[30]研究小組發現，SHP2可通過調節ERK1/2和Akt，促進膠質細胞的成熟。Tsutsumi等[31]對胃上皮細胞的研究中發現，黏著斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)在細胞遷移過程中處于去磷酸化和磷酸化的動態循環中，SHP2突變致使FAK磷酸化循環中斷，同樣FAK去磷酸化也被減少，導致細胞黏附性增高與移動性降低。Li等[3]對肺部疾病的研究發現，與對照組相比，吸煙小鼠肺組織表現出更高水平的SHP2表達，選擇性抑制SHP2與IL-8釋放可減少小鼠的肺部炎癥，且這與 EGFR、Grb2及MEK信號通路相關。到目前為止，有關SHP2基因在腫瘤發生、發展和預后中的分子機制的研究才剛剛開始，隨著分子生物學技術手段的不斷更新，如基因芯片技術的成熟、小干擾RNA干擾實驗的出現等，人們對SHP2基因在腫瘤發生、發展中的分子病理機制研究將會愈來愈深入。

5 SHP2在實體腫瘤中的低表達及其意義

SHP2屬于蛋白酪氨酸磷酸酶家族成員之一，SHP2在大部分腫瘤中呈現高表達，具有一定的促進腫瘤生長作用。但是，在新近研究中發現，并非所有SHP2基因在腫瘤中都呈現高表達。Bard-Chapeau等[32]在2011年報道，SHP2在肝癌中發揮抑癌作用，SHP2缺失促進肝細胞特異性炎癥信號通過STAT3信號通路參與肝組織炎癥、壞死，導致再生性增生和在老年小鼠腫瘤的發生、發展。此外，SHP2缺失顯著提高二乙基亞硝胺誘導的肝癌細胞的發展;同時，在檢測人肝癌標本時發現，SHP2在肝癌標本中呈低表達狀態。Jiang等[33]在2012年也報道，其應用免疫組織化學、定量逆轉錄聚合酶鏈式反應及免疫印跡等方法對多種組織類型肝癌標本進行SHP2表達檢測，發現SHP2在肝癌組織較正常肝組織中表達是明顯下調的。這些均提示，SHP2有可能具有一定的抑癌功能。如能進一步闡明該基因的抑癌功能及其機制將大大促進對SHP2家族作用的了解。SHP2在不同組織或不同腫瘤中表達狀況也有很大差異，提示該基因家族功能的多元性，SHP2的靶向治療作用應該予以重新考慮。

從第1個SHP2基因報道以來已經20年。經各國科研人員努力，該基因在生長發育中的作用已較肯定。但該基因在實體瘤發生、發展中究竟起了什么作用仍然不清楚。各種SHP2基因在不同正常組織的分布存在很大差異，在不同部位腫瘤中既有高表達也有低表達。從現有的資料分析，該基因的功能具有多元性。探明SHP2基因在腫瘤發生、發展中的分子機制將為腫瘤診斷、防治提供新線索。

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