基于SHP2的抗結(jié)直腸癌治療策略

馬云濤 綜述 陳安海 審校

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，貴州 遵義 563000

由世界癌癥研究基金會(WCRF)最新數(shù)據(jù)表明，結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)目前被認為是全球第三大常見腫瘤，也是癌癥死亡的第二大原因，并且CRC 年輕患者(50歲之前)發(fā)病率也在逐漸上升[1]。結(jié)直腸癌早期階段治療手段主要以手術(shù)切除為主，但是預(yù)后效果并不理想，并且有30%～50%的患者在術(shù)后會發(fā)生轉(zhuǎn)移[2]，由于結(jié)直腸癌患者往往伴有其他系統(tǒng)疾病，其并發(fā)癥也可能會影響結(jié)直腸癌的治療選擇。大部分結(jié)直腸癌以腺癌為主，它是由結(jié)直腸的腺上皮細胞為來源逐步逐階段發(fā)展而來的惡性腫瘤，其他類型如鱗狀細胞癌、腺鱗癌、梭形細胞癌和未分化癌較為罕見[3]。結(jié)直腸癌的發(fā)展往往是正常結(jié)直腸黏膜組織經(jīng)由腺瘤息肉發(fā)展而來的，其過程涉及相關(guān)基因的改變以及微環(huán)境的變化，如免疫微環(huán)境和炎癥微環(huán)境，而含Src同源2 結(jié)構(gòu)域的蛋白酪氨酸磷酸酶2(Src homology 2 domain-containing protein tyrosine phosphatase 2，SHP2)在其中發(fā)揮了不可或缺的作用，目前已有研究證實，在結(jié)直腸癌中，通過下調(diào)SHP2的表達能夠抑制腫瘤細胞增殖、分化，說明SHP2可以作為結(jié)直腸癌的有效治療靶點，因此本文將從SHP2在結(jié)直腸癌的治療策略及其臨床應(yīng)用前景方面進行綜述。

1 SHP2的概述

1.1 SHP2的結(jié)構(gòu)與功能 SHP2由PTPN11基因編碼，其包含兩個N端Src同源2(SH2)結(jié)構(gòu)域(N-SH2、C-SH2)、C 端包含兩個酪氨酸磷酸化位點及一段脯氨酸富集序列以及一個酪氨酸磷酸酶催化區(qū)域(protein tyrosine phosphatase，PTP)[4]。C-SH2 結(jié) 構(gòu) 域 負 責(zé) 結(jié)合，不參與SHP2的激活，而N-SH2結(jié)構(gòu)域作為一個構(gòu)象開關(guān)，在SHP2 激活中起著核心作用。在正常狀態(tài)下，SHP2 蛋白的N-SH2 結(jié)構(gòu)域能夠與PTP 結(jié)構(gòu)域結(jié)合，阻斷其底物的進入，從而導(dǎo)致PTP活性被抑制，在刺激狀態(tài)下，當SH2 結(jié)構(gòu)域與特定的磷酸化酪氨酸基序進行結(jié)合時，N-SH2區(qū)域則會與PTP區(qū)域解離，導(dǎo)致SHP2 的激活[5]。SHP2 作為一種磷酸酶(PTP)，與蛋白酪氨酸激酶(PTK)協(xié)同作用，在細胞增殖、分化和調(diào)節(jié)細胞酪氨酸磷酸化水平中發(fā)揮重要作用。SHP2在人體組織中廣泛表達，是免疫細胞和癌細胞中多種信號通路的聚合節(jié)點，它是唯一一個被指定為“致癌基因”的PTP成員[6]，并且SHP2在炎癥和腫瘤發(fā)生的信號通路中起著決定性作用[7]。雖然PTPN11 在人類實體腫瘤中的突變頻率較低，但SHP2 在多種腫瘤中的致癌作用已被發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌組織中PTPN11 突變所致使的SHP2表達上調(diào)可能是促進癌腫進展的重要因素。

1.2 SHP2 抑制劑 目前，SHP2 抑制劑有兩種，包括非變構(gòu)抑制劑和變構(gòu)抑制劑，非變構(gòu)抑制劑可以特異性地和PTP 結(jié)構(gòu)域結(jié)合，而變構(gòu)抑制劑則是特異性地結(jié)合到PTP 催化裝置以外的區(qū)域，對SHP2 表現(xiàn)出更高的選擇性[8]。SHP2 變構(gòu)抑制劑近年來進展迅速，高特異性和高效性的SHP2 變構(gòu)抑制劑還可以顯著促進復(fù)雜細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的功能，并可在多種實體腫瘤中進行臨床應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的SHP2 抑制劑在生物利用性和特異性方面較差，限制了其在臨床中的應(yīng)用；其次，SHP2 抑制劑由于其極性和離子官能團的存在，會導(dǎo)致其口服藥物利用度和細胞滲透性不佳，從而使臨床治療受限，并且蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶高度保守化的催化位點使得研發(fā)選擇性的SHP2變構(gòu)抑制劑也具有較大的挑戰(zhàn)[9]。因此，開發(fā)出高特異性、耐受性好、細胞膜滲透性強的SHP2 變構(gòu)抑制劑是決定SHP2成為結(jié)直腸癌治療靶點的關(guān)鍵。

2 SHP2在微環(huán)境中的作用

2.1 SHP2在抗腫瘤免疫中的作用 從免疫學(xué)角度，腸道是全身最大的外周免疫器官，包含數(shù)量龐大的各類免疫細胞，如T 淋巴細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、固有淋巴細胞等[10-11]。并且相關(guān)研究表明，SHP2在調(diào)控腫瘤微環(huán)境中的免疫細胞功能方面發(fā)揮著重要作用[12]。SHP2作為一個潛在的免疫調(diào)節(jié)靶點，是參與調(diào)節(jié)T 細胞激活的免疫抑制受體結(jié)合的關(guān)鍵機制，在T細胞功能的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。CD4+T淋巴細胞根據(jù)其細胞因子分泌情況主要分為四個亞群，即Th1、Th2、Th17 和Treg，這四個亞群在腫瘤發(fā)展過程中發(fā)揮著不同的作用，其中Th1 細胞可以通過分泌IFN-γ和增強CTL功能來抑制腫瘤生長[13-14]。2017年，Liu 等[15]研究了一種抗結(jié)直腸癌免疫治療的新策略，在CD4+T淋巴細胞中，SHP2的缺失可以導(dǎo)致Th1分化和IFN-γ產(chǎn)生增加，作為Th1 細胞分泌的主要細胞因子，IFN-γ在抗腫瘤免疫中起關(guān)鍵作用，并且IFN-γ的增加可以激活CD8+細胞毒性T細胞，從而進一步抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生。該發(fā)現(xiàn)突出了SHP2 調(diào)節(jié)的T細胞分化在結(jié)直腸癌中的關(guān)鍵作用，并且對結(jié)直腸癌的治療具有重要的臨床意義。通過對腫瘤微環(huán)境的深入研究，人們提高了對腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAM)在腫瘤功能中的認識，由于腸道巨噬細胞被激活的發(fā)生率較高，因此腸道免疫系統(tǒng)作為強大的免疫抑制機制具有重要意義[16-17]。TAM 是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，其特點是高功能可塑性，通過從促腫瘤狀態(tài)到抗腫瘤狀態(tài)的極化，使得TAM 成為抗癌治療的可控靶點[18]。根據(jù)腫瘤微環(huán)境，巨噬細胞可分化為兩種不同的功能表型：M1 型(經(jīng)典激活) TAM 和M2 型(交替激活)TAM，M1 型TAM 是腫瘤抑制因子，而M2 型TAM 被認為是腫瘤促進劑[19]。因此，抑制TAM 極化為M2 表型或促進TAM 極化為M1 表型可能是癌癥治療的目標。2019年，Wang等[20]通過研究SHP2激活促進TAM向M1 型極化，發(fā)現(xiàn)TAM 中SHP2 低表達的結(jié)直腸癌患者預(yù)后情況明顯低于TAM 中SHP2 高表達的患者，因此該研究為靶向SHP2的結(jié)直腸癌的治療提供了新的策略指導(dǎo)。此外，Xiao等[21]還發(fā)現(xiàn)巨噬細胞中SHP2的缺失會破壞IL-10-STAT3 信號通路，導(dǎo)致小鼠結(jié)腸癌的惡化。這些研究都表明了SHP2 是結(jié)直腸癌免疫治療中調(diào)節(jié)TAM功能的潛在靶點。

2.2 SHP2 在炎癥微環(huán)境中的作用 眾所周知，炎癥對癌癥的進展有較大的影響，一些研究指出，近20%的癌癥與感染、刺激物或自身免疫性疾病引起的慢性炎癥有關(guān)[22]。并且SHP2 在炎癥性疾病的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用，特別是與癌癥相關(guān)的炎癥[23]。腫瘤炎癥微環(huán)境對腫瘤的治療和預(yù)后是復(fù)雜的,微環(huán)境中的炎癥細胞和炎癥因子可以促進腫瘤的生長[24]。與癌細胞相比，大部分參與癌癥相關(guān)炎癥的細胞類型在基因上都處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)[25]，因此作用于炎癥靶點是預(yù)防和治療癌癥的潛在治療策略。研究表明，慢性腸道炎癥與結(jié)直腸癌之間存在著緊密的關(guān)系[26]，巨噬細胞可以通過釋放大量的炎癥介質(zhì)，如TNF-α、IL-6 或IL-1b[27]，它們促進炎癥性腸病(IBD)的發(fā)展，進而可能會導(dǎo)致腸道癌的發(fā)生。由于共生細菌和脂多糖(LPS)的致敏作用是潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)生的原因之一[28]，研究發(fā)現(xiàn)LPS 可以通過巨噬細胞中的Toll 樣受體4(TLR4)信號通路來介導(dǎo)NO的釋放[29]，由于NO增加了SHP2 的硝化作用，從而可以提高對LPS 的敏感性，并導(dǎo)致TLR4-NF-κB 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的持續(xù)激活，最終惡化結(jié)腸炎的發(fā)展，從而加大了結(jié)直腸癌發(fā)生的風(fēng)險[30]。腸道上皮細胞由腸吸收細胞、杯狀細胞、潘氏細胞和腸內(nèi)分泌細胞組成，其中潘氏細胞分泌顆粒含有溶菌酶、防御素，能直接殺滅腸道微生物以維持微環(huán)境穩(wěn)態(tài)，杯狀細胞能合成并分泌黏蛋白，形成黏膜屏障以保護腸上皮細胞[31]。Yamashita 等[32]研究發(fā)現(xiàn)小鼠的腸上皮細胞SHP2的缺失會導(dǎo)致杯狀細胞的數(shù)量明顯減少，并引發(fā)嚴重的腸炎，加大結(jié)直腸癌患病的風(fēng)險，但是通過激活K-Ras能夠逆轉(zhuǎn)SHP2缺失所造成的結(jié)果，該研究說明了SHP2 在炎癥微環(huán)境的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用。

3 SHP2變構(gòu)抑制劑抗結(jié)直腸癌治療

結(jié)直腸癌的發(fā)病率及病死率在實體腫瘤中一直居高不下，而且大約有25%的患者會出現(xiàn)結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移，盡管目前使用傳統(tǒng)的抗表皮生長因子受體(EGFR)藥物(西妥昔單抗或帕尼單抗)或抗血管生成藥物(抗貝伐單抗或阿非利西普)聯(lián)合化療的標準治療，但由于轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌固有的異質(zhì)性，其治療效果僅限于使用靶向藥物[33]，因此，開發(fā)出更高效、選擇性好、臨床應(yīng)用廣泛的抗結(jié)直腸癌藥物是目前研究的主要方向。隨著研究的深入，SHP2在免疫、炎癥和腫瘤中的作用將越來越明確，研發(fā)出SHP2 抑制劑治療結(jié)直腸癌具有重要意義。

受體酪氨酸激酶(RTK)信號的激活對于多種腫瘤細胞的生長和增殖具有重要的驅(qū)動作用，而SHP2 作為促進RTK信號持續(xù)活化的關(guān)鍵因子[34]，為抗腫瘤治療提供了重要的啟示。諾華公司開發(fā)了一種高效的、選擇性好和口服可利用的小分子SHP2 抑制劑——SHP099[35]，可直接變構(gòu)抑制SHP2 的活化，以此阻礙RTK 依賴性腫瘤細胞中MAPK 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和抑制細胞增殖，并且在細胞實驗中SHP099 展示出了良好的變構(gòu)抑制效果，能有效抑制結(jié)直腸腫瘤細胞的生長。SHP099 是第一個針對SHP2 有效的口服變構(gòu)蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)抑制劑的例子，為進一步研究SHP2在腫瘤發(fā)生、RTK驅(qū)動耐藥性和免疫調(diào)節(jié)等多方面功能提供了一種新的化學(xué)工具。

由于SHP2 是第一個被發(fā)現(xiàn)的在致癌性KRAS 驅(qū)動的腫瘤中發(fā)揮重要作用的致癌性酪氨酸磷酸酶[36]，因此SHP2 抑制劑在腫瘤治療中具有較大的潛力。2018 年，Nichols 等[37]研究出了一種有效的選擇性SHP2變構(gòu)抑制劑——RMC-4550，并使用該抑制劑來進行RAS/MAPK 通路致癌突變體驅(qū)動的結(jié)直腸癌小鼠，通過該實驗發(fā)現(xiàn)，使用RMC-4550 可以導(dǎo)致腫瘤生長抑制的情況隨劑量的增加得到好轉(zhuǎn)，甚至可觀察到腫瘤的消退，因此可以證明RMC-4550 是一種有效的、選擇性好的SHP2 變構(gòu)抑制劑。近年，Chen 等[38]合成了一種新型SHP2 非競爭性變構(gòu)抑制劑——PCC0208023，通過體外細胞實驗表明，它能抑制人結(jié)直腸癌細胞KRAS 突變體的增殖，由于SHP2 對RAS/MAPK信號通路具有激活作用，從而促進癌細胞存活和增殖，該SHP2 變構(gòu)抑制劑可通過降低KRAS 突變來抑制RAS/MAPK信號通路，最終發(fā)揮抗結(jié)直腸癌的作用。

4 總結(jié)

結(jié)直腸癌為威脅人類健康最常見的惡性腫瘤之一，SHP2 在抗結(jié)直腸癌治療中的作用越來越備受人們的關(guān)注。隨著腫瘤免疫治療的發(fā)展，免疫抑制受體的發(fā)現(xiàn)是一個重要的研究方向，這為結(jié)直腸癌開辟了新的治療途徑。目前的研究表明，SHP2 是一個具有較大前景的癌癥治療靶點，考慮到SHP2 可以與多種免疫抑制受體結(jié)合，從而抑制免疫細胞的激活，這也說明了SHP2 抑制劑具有強大的抗腫瘤作用。另一方面，炎癥通常與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，而主導(dǎo)癌癥相關(guān)炎癥的細胞在基因上是相對穩(wěn)定的，不會迅速產(chǎn)生耐藥性，因此，SHP2 作為靶向炎癥治療成為了抗結(jié)直腸癌預(yù)防和治療的一個有力策略。鑒于SHP2作為一種抗結(jié)直腸癌治療的重要靶點，SHP2 變構(gòu)抑制劑的開發(fā)已經(jīng)引起了科學(xué)界學(xué)者的廣泛關(guān)注，盡管關(guān)于SHP2 的功能和作用仍有很多未知，且目前報道的大多有效的SHP2 抑制劑仍在早期臨床研究中，但是通過在不同的實驗環(huán)境使用這些化合物來揭示SHP2的相關(guān)生物學(xué)功能、對臨床標本進行分析、加上嚴謹?shù)呐R床前研究，從而深入了解SHP2 變構(gòu)抑制劑抗結(jié)直腸癌的療效，就能讓SHP2 變構(gòu)抑制劑有望成為有效的臨床抗腫瘤治療藥物，為癌癥生物學(xué)開辟新的視野，并提供了一個有力的治療工具，甚至可用于更多具有挑戰(zhàn)性的人類惡性腫瘤。