蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2與疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

朱學(xué)燦 路永剛 馬倩 馬相書(shū) 譚鶴 帖彥清

(1河北北方學(xué)院，河北 張家口 075000；2河北省人民醫(yī)院檢驗(yàn)科)

細(xì)胞進(jìn)行各項(xiàng)代謝活動(dòng)都離不開(kāi)細(xì)胞內(nèi)外的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，這些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的過(guò)程大多是通過(guò)各種介質(zhì)間的相互作用實(shí)現(xiàn)的。磷酸化和去磷酸化是蛋白質(zhì)常見(jiàn)的化學(xué)修飾之一。蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)非受體(PTPN)11型基因編碼的Src同源酪氨酸磷酸酶(SHP)-2包含N末端的兩個(gè)Src結(jié)構(gòu)域和C末端的1個(gè)PTP結(jié)構(gòu)域，在靜息條件下SH2催化結(jié)構(gòu)域被自我抑制。SHP-2可在所有哺乳動(dòng)物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，它與造血細(xì)胞特異性SHP-1磷酸酶具有相似的結(jié)構(gòu)和高度同源性，作用于多種生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和酪氨酸激酶的下游，在細(xì)胞的遷移、分化、存活和代謝活動(dòng)中起著不可或缺的作用。

1 SHP-2在介導(dǎo)炎癥信號(hào)中的作用

髓系細(xì)胞是腎臟損傷的主要浸潤(rùn)細(xì)胞類型，其中活化的巨噬細(xì)胞可分泌多種促炎細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子，最終導(dǎo)致腎纖維化。在活性氧(ROS)和核因子(NF)-κB產(chǎn)生的過(guò)程中，巨噬細(xì)胞在腎間質(zhì)中聚集，活化的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子(TNF)-α和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β，它們是腎纖維化的重要介質(zhì)。有研究表明，髓系特異性敲除SHP-2可以抑制單側(cè)輸尿管結(jié)扎誘導(dǎo)的促炎癥細(xì)胞因子TNF-α、TGF-β、白細(xì)胞介素(IL)-1β和IL-6的產(chǎn)生，減輕腎臟的纖維化，提示SHP-2在單側(cè)輸尿管結(jié)扎導(dǎo)致的腎纖維化的炎癥過(guò)程中起促炎作用〔1〕。Li等〔2〕研究顯示SHP-2可通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑促進(jìn)急性香煙煙霧介導(dǎo)的肺部炎癥和產(chǎn)生IL-8，而肺上皮中的SHP-2條件性敲除則降低了香煙煙霧導(dǎo)致的IL-8分泌和肺部炎癥。Chong等〔3〕研究發(fā)現(xiàn)，SHP-2可正向調(diào)節(jié)IL-1α或TNF-α誘導(dǎo)的IL-6產(chǎn)生，其機(jī)制是以不依賴 MAPK的方式調(diào)節(jié)NF-κB通路。然而一些研究顯示，SHP-2具有負(fù)向調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的作用。Coulombe等〔4〕發(fā)現(xiàn)，腸上皮細(xì)胞中特異性敲除SHP-2的小鼠(SHP-2IEC-KO)腸道內(nèi)幾種上皮趨化因子和細(xì)胞因子水平明顯升高，炎癥轉(zhuǎn)錄因子信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)3和NF-κB在結(jié)腸上皮細(xì)胞早期高度激活，病理表現(xiàn)為結(jié)腸免疫細(xì)胞浸潤(rùn)、隱窩膿腫、中性粒細(xì)胞積聚和杯狀細(xì)胞數(shù)量減少，并迅速發(fā)展為嚴(yán)重結(jié)腸炎，結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變。緊密連接蛋白(Claudins)是構(gòu)成緊密連接復(fù)合物的主要成分，維持細(xì)胞間離子和溶質(zhì)的選擇性滲透，Claudins的調(diào)節(jié)主要通過(guò)蛋白激酶途徑實(shí)現(xiàn)，該研究發(fā)現(xiàn)腸通透性增強(qiáng)與SHP-2IEC-KO小鼠小腸組織中Claudins表達(dá)降低有關(guān)。也有研究稱SHP-2抑制由Toll樣受體(TLR)3和TLR4介導(dǎo)的干擾素(IFN)-β的產(chǎn)生，而TLR3和TLR4信號(hào)通路與接頭蛋白TRIF激活Ⅰ型TNF和促炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)有關(guān)。這些結(jié)果表明，SHP-2可以負(fù)性調(diào)控TRIF接頭蛋白誘導(dǎo)的Ⅰ型IFN和細(xì)胞因子的產(chǎn)生〔5〕。另外，一項(xiàng)關(guān)于肝癌的研究指出SHP-2的敲除可使脂多糖(LPS)所致的肝臟炎癥及全身炎癥反應(yīng)增強(qiáng)，肝內(nèi)炎癥因子IL-6、TNF-α、血清淀粉樣蛋白(SA)P顯著增加，STAT3信號(hào)通路增強(qiáng)，肝細(xì)胞凋亡增加〔6〕。

2 SHP-2在細(xì)胞遷徙和增殖中的作用

SHP-2可促進(jìn)細(xì)胞遷移和侵襲能力〔7〕。有實(shí)驗(yàn)表明SHP-2介導(dǎo)了細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)對(duì)幾種生長(zhǎng)因子和炎癥的反應(yīng)，ERK可正向調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖〔8，9〕。研究表明，SHP-2與類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎有積極的關(guān)系，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者成纖維細(xì)胞樣滑膜細(xì)胞(FLS)中SHP-2表達(dá)上調(diào)，使用細(xì)胞通透性反義寡核苷酸抑制SHP-2，可降低類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者中FLS的侵襲、遷移、黏附、擴(kuò)散和存活。小鼠SHP-2敲除后FLS對(duì)生長(zhǎng)因子和炎癥因子的反應(yīng)降低，其侵襲、遷移、黏附和擴(kuò)散的能力受抑制〔10〕。所以SHP-2可能促進(jìn)了類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者FLS的存活和侵襲性。Teng等〔1〕發(fā)現(xiàn)髓系細(xì)胞敲除SHP-2后，巨噬細(xì)胞向炎癥部位的遷移減少。然而有研究發(fā)現(xiàn)，SHP2可通過(guò)增強(qiáng)脾酪氨酸激酶(Syk)和p38MAPK的磷酸化水平，促進(jìn)血小板衍生生長(zhǎng)因子(PDGF)-BB誘導(dǎo)的血管平滑肌遷移和新生內(nèi)膜的形成〔2〕。SHP-2可能是Janus激酶(JAK)2與血管緊張素受體AT1結(jié)合必要的一種接頭蛋白，從而促進(jìn)血管緊張素(Ang)Ⅱ誘導(dǎo)JAK2磷酸化和激活，所以SHP-2與 AngⅡ通路呈正相關(guān)，這是參與平滑肌細(xì)胞(SMCs)增殖的重要途徑〔11〕。細(xì)胞外刺激如胎牛血清(FBS)、PDGF或胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)-1可促進(jìn)SMCs中SHP-2水平升高和SMCs對(duì)5-溴-2′-脫氧尿苷(BrdU)的攝取，SMCs中的SHP-2可能通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化(AS)進(jìn)程，這些結(jié)果均提示SHP-2可能促進(jìn)血管平滑肌增殖。

3 SHP-2在細(xì)胞凋亡中的作用

SHP-2在許多組織中正向調(diào)節(jié)細(xì)胞的死亡信號(hào)，可促進(jìn)凋亡〔12，13〕。研究證明核仁素與抗Bcl-xl的mRNA富含腺嘌呤、尿嘧啶(AU)區(qū)的結(jié)合可穩(wěn)定mRNA，防止降解，Ang Ⅱ則可以抑制這種結(jié)合，誘導(dǎo)抗凋亡家族Bcl-xl mRNA的降解，啟動(dòng)固有凋亡。當(dāng)SHP-2被抑制后由Ang Ⅱ誘導(dǎo)的Bcl-xl mRNA降解會(huì)減少，所以SHP-2在原代肺上皮細(xì)胞中可以介導(dǎo)細(xì)胞凋亡〔12〕。有研究指出SHP-2可介導(dǎo)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)和IL-6的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞的存活，F(xiàn)GF4又可通過(guò)SHP-2誘發(fā)Src/RAS/ERK通路的激活，最終導(dǎo)致促凋亡蛋白Bim的磷酸化和失穩(wěn)〔14〕。另有研究誘導(dǎo)型SHP-2的敲除導(dǎo)致造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞凋亡的增加，造血細(xì)胞嚴(yán)重缺陷，除血小板外周血細(xì)胞嚴(yán)重減少。相反，SHP-2過(guò)度激活會(huì)造成造血祖細(xì)胞對(duì)粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子、IL-3更加敏感，過(guò)度增殖〔15〕。視網(wǎng)膜中SHP-2的減少會(huì)損害ERK信號(hào)通路，所有視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡增加，光感受器中STAT3激活增加，構(gòu)成性激活的Kras可逆轉(zhuǎn)上述損害〔16〕。有研究提出SHP-2在細(xì)胞生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化和干細(xì)胞存活中的積極作用，其過(guò)表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、激素受體核蓄積及較高的腫瘤分級(jí)呈正相關(guān)，提示SHP-2有促進(jìn)細(xì)胞存活的作用〔17〕。

4 SHP-2在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中的作用

近50%的努南(Noonan)綜合征患者中有PTPN11常染色體的顯性突變，這些患者發(fā)生幼年粒細(xì)胞白血病的概率要比正常人高許多，在其他類型的白血病患者中也發(fā)現(xiàn)了組成性激活的SHP-2體細(xì)胞突變。在白血病、乳腺癌患者和乳腺癌細(xì)胞株中均發(fā)現(xiàn)有SHP-2的過(guò)度表達(dá)，約72%的浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌細(xì)胞中有SHP-2的過(guò)度表達(dá)，這可能與人表皮生長(zhǎng)因子受體(HER)2的過(guò)度表達(dá)有關(guān)〔17〕。抑制SHP-2后可以抑制二甲基苯并蒽(DMBA)誘導(dǎo)的大鼠乳腺癌的發(fā)生和小鼠乳腺癌腫瘤病毒-多瘤病毒中間T抗原(MMTV)-pyvt轉(zhuǎn)基因小鼠的腫瘤形成。雌二醇可以使SHP-2蛋白表達(dá)升高，磷酸化增加，從而結(jié)合雌激素受體α和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1R，促使乳腺癌細(xì)胞中ERK、蛋白激酶B(AKT)的磷酸化，從而傳遞雌激素信號(hào)，有利于乳腺癌的發(fā)生〔18〕。PTPN11一度被認(rèn)為是原癌基因，但有研究發(fā)現(xiàn)人肝癌組織中SHP-2的表達(dá)量減少約11.5%，肝臟中特異性敲除SHP-2后，促進(jìn)STAT3介導(dǎo)的炎癥發(fā)生，導(dǎo)致肝臟炎癥和壞死，最終導(dǎo)致老年性小鼠肝臟再生性增生和自發(fā)性腫瘤的發(fā)生。同樣的，敲除SHP-2后也能促進(jìn)DEN誘導(dǎo)的肝癌的發(fā)生和發(fā)展，但是同時(shí)敲除SHP-2和STAT3要比單獨(dú)缺失SHP-2所引起的肝癌減輕，所以敲除SHP-2后引起肝癌的發(fā)生或加重與STAT3信號(hào)通路有關(guān)〔6〕，Wu等〔19〕同樣發(fā)現(xiàn)SHP-2可以負(fù)調(diào)控JAK-STAT通路，因此SHP-2在肝臟中可能具有抑制癌癥發(fā)生的作用。

5 SHP-2在肺支氣管形成及肺泡表面活性物質(zhì)穩(wěn)定中的作用

SHP-2在胚胎時(shí)期的肺內(nèi)皮中高表達(dá)，參與FGF誘導(dǎo)的肺支氣管的形成，純合子SHP-2突變小鼠由于對(duì)FGF無(wú)反應(yīng)，在胚胎時(shí)期即產(chǎn)生致死性的肺功能不全。在炎性介質(zhì)的刺激下，持續(xù)活化的單核細(xì)胞會(huì)持續(xù)產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)，破壞肺泡壁最終導(dǎo)致肺氣腫，Xu等〔20〕研究顯示與正常小鼠相比敲除小鼠單核細(xì)胞中SHP-2后，小鼠會(huì)產(chǎn)生與年齡相關(guān)的自發(fā)性、進(jìn)行性的肺氣腫，其病理顯示出肺泡形態(tài)大量被破壞，胞外基質(zhì)被降解，MMPs尤其是MMP12升高 。吸煙可以使肺泡灌洗液中的白細(xì)胞尤其是單核細(xì)胞顯著上升，與正常鼠相比，SHP-2fl/fl∶LysMCre/+小鼠肺泡灌洗液中單核細(xì)胞和炎癥因子(IL-6、TNF-α等)并無(wú)明顯增高，這提示SHP-2fl/fl∶LysMCre/+小鼠肺泡中MMPs升高并不是單核細(xì)胞增多所致。進(jìn)一步研究表明，TGF-β1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常是肺氣腫時(shí)MMPs升高的決定性因素，使用SHP-2的特異性抑制劑PHPS1 處理RAW264.7巨噬細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)TGF-β1對(duì)MMP-12的抑制減弱〔20〕。TGF-β1的活化可使細(xì)胞質(zhì)中的SMAD2/3磷酸化并進(jìn)入細(xì)胞核，入核的SMAD3可以結(jié)合在MMP-12的啟動(dòng)子上，對(duì)MMP-12的表達(dá)具有抑制作用，SHP-2的缺失可能導(dǎo)致SMAD2/3活化減少，最終使TGF-β1對(duì)MMP-12的抑制減少，MMP-12的增多降解了更多的肺泡間質(zhì)，最終導(dǎo)致肺氣腫的發(fā)生〔6〕。特發(fā)性肺纖維化是一種常見(jiàn)的致死性呼吸道疾病，有研究表明SHP-2在FGF介導(dǎo)的肺泡表面活性物質(zhì)代謝和生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白(GAB)/MAPK/ERK信號(hào)通路介導(dǎo)的內(nèi)皮損傷修復(fù)中起關(guān)鍵作用〔21～23〕。Zhang等〔24〕發(fā)現(xiàn)肺泡上皮中SHP-2失活后導(dǎo)致肺泡表面活性蛋白等物質(zhì)減少，板層小體紊亂，肺泡上皮凋亡增加，肺間質(zhì)纖維化產(chǎn)生及伴有少量炎癥。Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞分泌的表面活性物質(zhì)結(jié)合蛋白(SP)對(duì)維持肺的容量和正常形態(tài)必不可少。ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體(ABC)A3主要表達(dá)于Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞板層小體的界膜處，在SPs的形成中起關(guān)鍵作用，SPs或ABCA3的缺失或減少在不同程度上可出現(xiàn)板層小體紊亂，呼吸缺陷甚至致命的呼吸窘迫〔25〕。研究表明，SHP-2是FGF/GAB/ERK介導(dǎo)的上皮修復(fù)的關(guān)鍵因子，F(xiàn)GF介導(dǎo)GABs與SHP-2迅速地相互作用，隨后被FGF的受體所識(shí)別并募集，引起上皮細(xì)胞產(chǎn)生SP-A、B、C，這對(duì)于維持肺泡表面物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)及上皮細(xì)胞損傷后的修復(fù)是必不可少的，SHP-2敲除導(dǎo)致甲狀腺轉(zhuǎn)錄因子(TTF)1介導(dǎo)的SPs(SP-A、B、C)及ABCA3的減少，肺泡表面活性物質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡失調(diào)，上皮損傷后修復(fù)延遲，以致自發(fā)性的肺纖維化〔24〕。

6 SHP-2在AS中的作用

AS是一種慢性炎癥性疾病，晚期不穩(wěn)定斑塊是導(dǎo)致缺血性心腦血管疾病的重要病因。大量基礎(chǔ)與臨床研究表明，在促AS危險(xiǎn)因素刺激下，髓系單核細(xì)胞進(jìn)入斑塊并分化成熟為巨噬細(xì)胞。巨噬細(xì)胞具有極強(qiáng)的可塑性，可以根據(jù)斑塊內(nèi)的微環(huán)境分化出特定的表型從而行使特異性的功能，決定斑塊的走向，如M1、M2、M4、Mox、HAmac、M(Hb)、Mhem等，目前研究最多的表型為經(jīng)典活化型(M1 型)和替代活化型(M2 型)〔26〕。M2型巨噬細(xì)胞具有炎癥調(diào)節(jié)作用，對(duì)阻止AS 進(jìn)展和防控心腦血管疾病具有積極意義。有研究發(fā)現(xiàn)，骨髓細(xì)胞特異性敲除SHP-2 后，可使肺部炎癥誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞向M2轉(zhuǎn)型〔20〕。有研究表明〔27〕，在對(duì)易患AS的小鼠腹腔注射SHP-2的特異性抑制劑PHPSI后，其血管AS斑塊有減少的趨勢(shì)，與對(duì)照組相比，SHP-2被抑制后，斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞減少，平滑肌細(xì)胞及膠原成分減少。對(duì)小鼠降主動(dòng)脈的巨噬細(xì)胞標(biāo)志物進(jìn)行分析表明〔27〕，巨噬細(xì)胞向M2分化的趨勢(shì)更強(qiáng)。斑塊內(nèi)平滑肌成分是合成膠原的重要細(xì)胞，膠原成分是斑塊的剛性成分也是組成纖維帽的最主要成分。M2 型巨噬細(xì)胞還可以直接分泌膠原成分，并促進(jìn)斑塊內(nèi)平滑肌細(xì)胞遷移、增殖、分化。這提示抑制SHP-2 可能是通過(guò)促進(jìn)巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)型為抑炎性M2 型巨噬細(xì)胞來(lái)促進(jìn)斑塊膠原合成或斑塊的纖維化，從而達(dá)到增加斑塊剛性成分進(jìn)而穩(wěn)定斑塊的作用，PHPS1 抑制SHP-2 后造成的血清促炎因子降低和抑炎因子升高，也可能是通過(guò)改變巨噬細(xì)胞表型來(lái)實(shí)現(xiàn)的〔27〕。

SHP-2參與了細(xì)胞生命活動(dòng)中的諸多作用，傳統(tǒng)的全身SHP-2敲除的動(dòng)物模型不能繁殖成功，目前基于Cre/LoxP、CRISPR等技術(shù)，能夠制作組織特異性SHP-2敲除或誘導(dǎo)型SHP-2敲除的動(dòng)物模型，加快人類對(duì)于SHP-2等蛋白或基因的研究。但是生物體是一個(gè)極其復(fù)雜和精密的綜合體，目前對(duì)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究和理解還只是停留在表面。SHP-2在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用是連續(xù)的、動(dòng)態(tài)的，人類對(duì)于SHP-2的每一項(xiàng)研究都僅僅是生命科學(xué)的一小步，應(yīng)整體看待細(xì)胞的生命活動(dòng)。