蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2基因及其與實(shí)體瘤關(guān)系

胡中倩，張熾敏

通過基因突變或其他分子的變化，導(dǎo)致信號通路調(diào)控異常，最終可導(dǎo)致疾病[1]。作為受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTK)和細(xì)胞因子受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中主要的調(diào)節(jié)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(guān)，可導(dǎo)致身材矮小、顱面畸形、心臟缺陷和精神發(fā)育遲滯等[2]。到目前為止，SHP2在血液腫瘤細(xì)胞中的作用相對而言已比較清楚。近來，人們又發(fā)現(xiàn) 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(shí)體腫瘤組織中呈現(xiàn)高表達(dá)，并且這種高表達(dá)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后有關(guān)。本文就SHP2及其近年來在實(shí)體瘤研究中新進(jìn)展作如下綜述。

1 SHP2的結(jié)構(gòu)及功能

1.1 SHP2的結(jié)構(gòu) SHP2是一種非受體型蛋白酪氨酸磷酸酶，廣泛表達(dá)于各組織，參與胚胎發(fā)育以及細(xì)胞增殖、分化、黏附、遷移等多種生物學(xué)行為的信號調(diào)控[9]。SHP2在 N末端含有2個相同的 SH2區(qū)，每個SH2區(qū)具有獨(dú)立的磷酸酪氨酸結(jié)合位點(diǎn);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(qū)是一個含有100個氨基酸殘基的基團(tuán)。SHP2通過SH2功能域結(jié)合到酪氨酸磷酸蛋白質(zhì)，使PTPase激活，從而作為下游信號分子參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、遷移、死亡等，是細(xì)胞因子、抗原、細(xì)胞外基質(zhì)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(jié)合，從而指導(dǎo)由酪氨酸磷酸化所啟動的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)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(tài)下SHP2通過其N端SH2結(jié)構(gòu)域(N-SH2 Domain)與蛋白酪氨酸磷酸酶結(jié)構(gòu)域(PTP Domain)結(jié)合，通過分子內(nèi)的相互抑制，使磷酸酶維持在鈍化狀態(tài)而抑制SHP2磷酸酶的活性。經(jīng)細(xì)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(diǎn)與SHP2 SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，或SHP2 C端2個酪氨酸位點(diǎn)磷酸化結(jié)合自身SH2結(jié)構(gòu)域;而 C-SH2結(jié)構(gòu)域的作用主要是為N-SH2結(jié)構(gòu)域與SHP2結(jié)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(xì)胞生長因子(fibroblast growt h factor，F(xiàn)GF)的磷酸化位點(diǎn)，并且其磷酸化后有助于N-SH2與PTPase之間抑制關(guān)系的解除，發(fā)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(zhuǎn)換的特性，使得各種關(guān)于SHP2的突變都有可能破壞SHP2-PTPase之間的自抑制調(diào)節(jié)界面，導(dǎo)致SHP2蛋白去磷酸化活性過度激活。研究認(rèn)為SHP2結(jié)合蛋白Gab2的過度表達(dá)導(dǎo)致SHP2去磷酸化活性增強(qiáng)，與多種實(shí)體瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。值得關(guān)注的是近來也有研究報(bào)道，SHP2并不完全通過其PTPase結(jié)構(gòu)域的催化活性發(fā)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(guān)注，其機(jī)制尚不清楚。

2 SHP2在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(zhuǎn)導(dǎo)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(jié)合，以復(fù)合式的信號傳導(dǎo)作用，參與各種信號傳導(dǎo)過程，如Ras-Raf-MAP kinase、JAK-STAT3、PI3 kinase-Akt等信號途徑，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化、存活及癌基因的轉(zhuǎn)化和腫瘤的發(fā)生、發(fā)展等。以前的研究表明，SHP2在蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)通路中起正調(diào)控作用[16];而近來研究結(jié)果證實(shí)，SHP2在信號傳導(dǎo)途徑中也可以是負(fù)性調(diào)控因子[2，10，32-33]。Yu 等[17]在大鼠造血細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，SH2突變使STAT5的酪氨酸去磷酸化水平降低，但卻增強(qiáng)了與Grb2、Gab2、p85之間的相互作用，從而促進(jìn)白細(xì)胞介素-3(interleukin-3，IL-3)所啟動的ERK和PI3 kinase通路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。Frearson等[18-19]在研究中均證實(shí)SHP2的催化突變使胰島素刺激的ERK活化受到嚴(yán)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(guān)。事實(shí)上，SHP2的催化活性對于Ras/ERK活化是十分重要的[21]，當(dāng)生長因子受體活化后，其酪氨酸殘基發(fā)生自體磷酸化，為Grb2和SHP2(含有SH2結(jié)構(gòu)域的銜接蛋白)磷酸酪氨酸結(jié)合區(qū)域SH2提供?？课稽c(diǎn)。另外，Gab2是 SHP2下游的重要結(jié)合分子，Gab2結(jié)構(gòu)中包含2個SHP2的綁定位點(diǎn)，Gab2激活后該位點(diǎn)首先發(fā)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(jié)合，將SHP2分子內(nèi)部的封閉構(gòu)象解除并將其激活。Grb2與磷酸化的生長因子受體的結(jié)合或SHP2與Gab2結(jié)合，均可導(dǎo)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(jié)合蛋白 Ras從無活性的Ras-GDP轉(zhuǎn)換為有活性的Ras-GTP。Ras-GTP再進(jìn)一步與下游的信號系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系，激活絲氨酸/蘇氨酸激酶Raf-1等，進(jìn)而在絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)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(xì)胞質(zhì)的靶分子或轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，使細(xì)胞增殖或分化。新近研究認(rèn)為這一過程可能還受到SHP2結(jié)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(diào)節(jié)信號通路履行著不同的生物學(xué)功能，其表達(dá)的正常與否直接決定了眾多重要生命活動的關(guān)鍵步驟。但是迄今為止，SHP2介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的某些步驟還有待于進(jìn)一步的研究。

3 SHP2在生長發(fā)育中的作用

蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2在調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及介導(dǎo)各種生物學(xué)過程中起到了非常重要的作用，體細(xì)胞SHP2的突變和過表達(dá)可以影響這種磷酸酶的基礎(chǔ)活性、SH2結(jié)構(gòu)域的結(jié)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(xì)胞生長與發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用，SHP2突變體明顯降低胚胎干細(xì)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(xì)胞和成纖維細(xì)胞。

4 SHP2在實(shí)體腫瘤中的高表達(dá)及其意義

近年來，SHP2基因在實(shí)體瘤的發(fā)生、發(fā)展中的作用越來越引起人們重視。到目前為止，有許多文獻(xiàn)報(bào)道SHP2基因在多種實(shí)體腫瘤中呈現(xiàn)高表達(dá)，這種高表達(dá)和腫瘤細(xì)胞的生長、轉(zhuǎn)移及預(yù)后有一定的關(guān)系。Peng等[23]研究提示，在前列腺上皮組織細(xì)胞增殖、分化及轉(zhuǎn)化過程中，存在SHP1和SHP2相關(guān)信號傳導(dǎo)的改變，SHP2異常激活和表達(dá)部位的改變可能是導(dǎo)致前列腺組織重構(gòu)、增生及癌變的重要機(jī)制。彭敏峰等[24-25]的實(shí)驗(yàn)也表明，野生型SHP2可以促進(jìn)前列腺細(xì)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(fā)生過程中發(fā)揮著重要調(diào)控作用。Bentires-Alj等[2]在神經(jīng)母細(xì)胞瘤患者中發(fā)現(xiàn)4個PTPN11突變點(diǎn)(E69K、T507K、Y62C、Y62D)，但在這些患者中很少發(fā)生Ras突變，20%發(fā)現(xiàn)有1型多發(fā)性神經(jīng)纖維瘤基因突變。唐春蘭等[26]研究小組利用組織芯片技術(shù)共選取80例非小細(xì)胞肺癌(nonsmall-cell lung cancer，NSCLC)患者的肺癌標(biāo)本，結(jié)果顯示SHP2在NSCLC中有較高的陽性表達(dá)率(70.0%)，其中鱗癌占表達(dá)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(dá)。提示在NSCLC中，SHP2的表達(dá)具有特異性和敏感性，SHP2可作為檢測NSCLC的新標(biāo)志物，且其存在與否可能與預(yù)后相關(guān)。Yu等[21]在研究SHP2小鼠中發(fā)現(xiàn)異常分化的肺細(xì)胞，且表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)功能失調(diào)。提示SHP2可能作為EGFR的下游信號分子參與肺細(xì)胞的生長。Higuchi等[27]的研究結(jié)果提示，SHP2的活化突變參與幽門螺桿菌相關(guān)胃癌的發(fā)生，可能通過調(diào)解轉(zhuǎn)變與胃上皮細(xì)胞相關(guān)蛋白-幽門螺桿菌毒力因子的相互作用有關(guān)。Jiang等[28]亦發(fā)現(xiàn)PTPN11基因突變與中國人群中幽門螺桿菌感染臨床結(jié)果相關(guān)?，F(xiàn)有的研究大多證實(shí)，SHP2的激活突變與高表達(dá)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展亦呈正相關(guān)。

關(guān)于SHP2和實(shí)體瘤的關(guān)系研究已從早期的在腫瘤中表達(dá)及臨床指標(biāo)等關(guān)系上，向腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的分子機(jī)制研究中延伸。Zhou等[29]研究小組發(fā)現(xiàn)在乳腺腫瘤中，通過插入SHP2蛋白的小發(fā)卡RNA(small hairpin RNA，shRNA)抑制了SHP2蛋白表達(dá)，其ERK、Akt通路活性明顯下降，證實(shí)SHP2表達(dá)下調(diào)可以使得乳腺癌細(xì)胞表型由間質(zhì)細(xì)胞向上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化;Meng等[5]研究結(jié)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(yù)后的診斷指標(biāo)，并且在宮頸癌中SHP2 mRNA和蛋白過度表達(dá)與免疫反應(yīng)性纖維結(jié)合素的表達(dá)相關(guān)。在研究SHP2與乳腺腫瘤發(fā)病機(jī)制中，Zhou等[29]首次檢測了乳腺癌細(xì)胞中SHP2蛋白的表達(dá)情況，認(rèn)為SHP2蛋白在促進(jìn)乳腺癌發(fā)生中起了重大作用。Liu等[30]研究小組發(fā)現(xiàn)，SHP2可通過調(diào)節(jié)ERK1/2和Akt，促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞的成熟。Tsutsumi等[31]對胃上皮細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)在細(xì)胞遷移過程中處于去磷酸化和磷酸化的動態(tài)循環(huán)中，SHP2突變致使FAK磷酸化循環(huán)中斷，同樣FAK去磷酸化也被減少，導(dǎo)致細(xì)胞黏附性增高與移動性降低。Li等[3]對肺部疾病的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，吸煙小鼠肺組織表現(xiàn)出更高水平的SHP2表達(dá)，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(guān)。到目前為止，有關(guān)SHP2基因在腫瘤發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后中的分子機(jī)制的研究才剛剛開始，隨著分子生物學(xué)技術(shù)手段的不斷更新，如基因芯片技術(shù)的成熟、小干擾RNA干擾實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)等，人們對SHP2基因在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的分子病理機(jī)制研究將會愈來愈深入。

5 SHP2在實(shí)體腫瘤中的低表達(dá)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(xiàn)高表達(dá)，具有一定的促進(jìn)腫瘤生長作用。但是，在新近研究中發(fā)現(xiàn)，并非所有SHP2基因在腫瘤中都呈現(xiàn)高表達(dá)。Bard-Chapeau等[32]在2011年報(bào)道，SHP2在肝癌中發(fā)揮抑癌作用，SHP2缺失促進(jìn)肝細(xì)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(dǎo)致再生性增生和在老年小鼠腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。此外，SHP2缺失顯著提高二乙基亞硝胺誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞的發(fā)展;同時，在檢測人肝癌標(biāo)本時發(fā)現(xiàn)，SHP2在肝癌標(biāo)本中呈低表達(dá)狀態(tài)。Jiang等[33]在2012年也報(bào)道，其應(yīng)用免疫組織化學(xué)、定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及免疫印跡等方法對多種組織類型肝癌標(biāo)本進(jìn)行SHP2表達(dá)檢測，發(fā)現(xiàn)SHP2在肝癌組織較正常肝組織中表達(dá)是明顯下調(diào)的。這些均提示，SHP2有可能具有一定的抑癌功能。如能進(jìn)一步闡明該基因的抑癌功能及其機(jī)制將大大促進(jìn)對SHP2家族作用的了解。SHP2在不同組織或不同腫瘤中表達(dá)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(yīng)該予以重新考慮。

從第1個SHP2基因報(bào)道以來已經(jīng)20年。經(jīng)各國科研人員努力，該基因在生長發(fā)育中的作用已較肯定。但該基因在實(shí)體瘤發(fā)生、發(fā)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(dá)也有低表達(dá)。從現(xiàn)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(fā)生、發(fā)展中的分子機(jī)制將為腫瘤診斷、防治提供新線索。

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