蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2在肺癌中作用的研究进展

何玲娟，程洪强，柯越海，王临润（.浙江大学医学院附属第一医院，浙江杭州 30003；.浙江大学基础医学院病理与病理生理学系，浙江杭州 30058）



·综述·

蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2在肺癌中作用的研究进展

何玲娟1，程洪强2，柯越海2，王临润1
（1.浙江大学医学院附属第一医院，浙江杭州 310003；2.浙江大学基础医学院病理与病理生理学系，浙江杭州 310058）

摘要：蛋白质可逆磷酸化修饰是细胞信号传导的主要事件。蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2是由非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶11基因编码的蛋白酪氨酸磷酸酶，参与多条信号通路的活化。SHP2在肿瘤中特异性高表达，在肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移以及耐药等方面都发挥了重要的作用，是肿瘤防治的一个潜在靶点分子。本文就SHP2与肺癌的发生、侵袭转移及耐药相关研究予以综述。

关键词：肺癌；蛋白质酪氨酸磷酸酶，非受体11型；肿瘤转移；耐药，肿瘤

DOl：10.3867/j.issn.1000-3002.2016.01.012

肺癌是我国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一，并呈逐年上升趋势。目前，肺癌临床治疗已进入平台期，虽然酪氨酸激酶小分子抑制剂的出现给肺癌靶向治疗带来新希望，然而5年生存率仍很低（约18%）［1］，其中肿瘤转移、复发和耐药是主要因素［2］。含Src同源2结构域蛋白酪氨酸磷酸酶（Src homology 2 domain containing protein tyrosine phosphatase，SHP2）是目前蛋白酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase，PTP）家族众多磷酸酶分子中唯一被证实的原癌蛋白［3］。SHP2通过调控多条信号参与细胞的增殖、迁移以及凋亡等生理病理过程。

SHP2是PTP中的重要成员，并且是一类广泛表达的非受体型PTP［4-5］。SHP2及其同源家族成员SHP1具有类似的结构，具有2个SH2结构域（N-SH2和C-SH2）和PTP催化结构域。在非活化状态下，N端SH2结构域结合PTP结构域，形成分子内相互作用，阻止催化活性位点与底物接近，因此SHP2处于自抑制的状态［6-7］。当在SHP2接到活化信号时，N端SH2结构域直接与其他蛋白的磷酸化酪氨酸残基结合，或间接通过生长因子受体结合蛋白2（growth factor receptor bound protein 2，GRB2）相关结合蛋白1（Grb2-associated binder 1， GAB1）或者GAB2结合，而释放PTP催化结构域，自抑制状态解除，激活SHP2［6-7］。最近发现SHP2的一个新的锚定蛋白HOOK1［7］。SHP2的N端SH2结构域和PTP结构域均可与HOOK1结合，表明HOOK1可能参与本底时SHP2自抑制的维持。SHP2的底物不存在氨基酸序列上的一致性，其胞内催化活性的时空调控是由与其结合的锚定蛋白决定的。SHP2编码基因非受体型PTP 11（PTP non-receptor type 11，PTPN11）是努南综合征（Noonan syndrome，NS）的相关基因［8］。NS是累及包括心肺在内多器官的疾病，过半数患者存在PTPN11突变。随后发现在白血病中存在PTPN11，统称为豹斑综合征（leopard syndrome，LS）［9］。SHP2是目前PTP家族众多磷酸酶分子中唯一被证实的原癌蛋白［8-10］，在各种肿瘤中，包括肺癌，呈现高表达［10］，并在肿瘤的增殖、侵袭、转移以及耐药等方面发挥重要的作用。研究还发现，在肝癌和软骨瘤中，SHP2发挥抑癌功能［11-12］。这种矛盾性的结果表明SHP2功能的多样性和复杂性。本文将对近年来SHP2与肺癌的相关性研究予以综述。

1　SHP2在肺癌中的表达与突变

在多种肿瘤中检测到编码SHP2的PTPN11基因的突变，多属获得性突变，可使SHP2酶活化抑制效应丧失，SHP2过度活化激活了下游的信号通路，增强了肿瘤细胞的存活和生长能力，促进了肿瘤的发生与发展。SHP2点突变在神经细胞瘤、黑色素瘤、肺癌、急性髓系白血病、乳腺癌和直肠癌中都被发现［9-10］。Bentires-Alj等［9］的研究报道，在人实体瘤及急性白血病中存在SHP2的突变，同时还发现在肺腺癌患者的标本中存在位于SHP2 E76V的点突变，而在相应的正常肺组织中不存在这一点突变，提示这一点突变是肿瘤相关的体细胞获得性突变。另外，对65例非小细胞肺癌（non small-cell lung cancer，NSCLC）细胞系的突变分析发现了位于SHP2 N-SH2结构域的2个点突变［9］：V45L （HCC1171）和N58S（H661）。这些突变解除了SHP2的分子内自抑制，使SHP2处于组成型活化状态。

除了突变外，研究者还发现SHP2在肺癌中表达增高［10-13］。Li等［13］对肺部疾病的研究发现，吸烟小鼠肺组织中SHP2呈现高表达，而选择性抑制SHP2可减少小鼠的肺部炎症。Zhan等［14］也报道，SHP2在吸烟肺癌组织中高表达。Tang等［15］利用组织芯片技术在80例患者的肺癌标本上发现，SHP2在NSCLC组织中有较高的阳性表达率（70%）。Schneeberger等［16］研究SHP2E76K转基因小鼠，发现突变增强SHP2-E76K与其锚定蛋白GAB1的结合，小鼠发生自发的肺肿瘤，这提示SHP2的活化足以促进正常细胞向肿瘤细胞的恶性转化，并促进肿瘤的发展。

临床数据表明，在NSCLC中SHP2的表达与淋巴结转移正相关［17］。SHP2在肺癌中特异性高表达可能与肺癌的发生及恶化密切相关［16，18］，但具体的调控机制尚未明确。

2　SHP2促肺癌细胞侵袭转移

肿瘤转移是肿瘤引起死亡的主要原因。肿瘤细胞通过上皮间充质转化（epithelial mesenchymal transition，EMT）过程获得侵袭性，使其脱离原发肿瘤部位并侵入邻近组织，是肿瘤转移发生的关键步骤［19］。提示肺癌细胞发生EMT的分子调控机制对理解肺癌转移与复发病因至关重要。

SHP2参与多种细胞生长因子信号通路，包括膜受体酪氨酸蛋白激酶信号通路Ras-Raf-丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK），磷脂酰肌醇-3-激酶-丝氨酸/苏氨酸激酶（phosphoinositide 3 kinase-serine/threonine kinase，PI3K-AKT）信号通路等［20］。早期的研究报道，SHP2在激活Ras-胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信号通路上起着关键作用，是ERK活性的正向调控因子。SHP2抑制肝细胞的凋亡主要通过激活ERK活性实现的［21］。E76位点是SHP2常见的突变位点之一［22］，其中E76K突变形式是白血病及实体瘤中最常见的激活突变，能激活ERK1/2，有效抑制BCL-2蛋白信号调控的凋亡。而Ras-ERK的活化还可以激活EMT相关转录因子Snail和Slug，对于EMT的产生非常重要［23］。与此一致，抑制SHP2可促进乳腺癌细胞的EMT过程，该过程是EMT的逆向过程［24］。这些研究提示，SHP2在调控上皮与间充质状态转化过程中发挥正向调控作用。

在肺上皮细胞中，转化生长因子β1（transform-ing growth factor-β1，TGF-β1）能诱导产生经典的EMT。SHP2参与这个过程并发挥正向调控作用［7］。小分子干扰RNA降低SHP2的表达或小分子抑制剂PHPS1抑制SHP2活性的可抑制TGF-β1诱导的EMT间充质表型，也就是抑制EMT过程。过表达肺癌相关的SHP2活化突变（SHP2-E76V）可促进EMT过程。更为重要的是，在TGF-β1诱导的肺上皮细胞的EMT过程中，SHP2新的锚定蛋白HOOK1蛋白表达下调，SHP2催化活性增强，EMT的表型更加明显。我们的研究结果表明，SHP2的结合蛋白HOOK1可能是一个内源抑制蛋白。

此外，Buonato等［25］在肺癌和胰腺癌细胞中，发现EGF促进SHP2与锚定蛋白GAB1结合，释放SHP2的酶活性，从而促进表皮生长因子（epider-mal growth factor，EGF）介导的EMT发生。SHP2还可通过其他信号影响肺癌细胞的行为。Bhan-dary等［26］发现，SHP2可通过抑制尿激酶型纤维蛋白酶原激活物受体（uPA receptor，uPAR）mRNA转录来抑制uPAR的表达，进而影响肺癌细胞的增殖、黏附及转移侵袭。

3　SHP2参与肺癌靶向药物的耐药

近年来，分子靶向治疗药物的临床应用，为肺癌患者的治疗带来了新的希望。在肺癌中，EGF受体（EGF receptor，EGFR）酪氨酸激酶的小分子抑制剂吉非替尼（gefitinib）与间变性淋巴瘤激酶（ana-plastic lymphoma kinase，ALK）抑制剂克佐替尼（crizotinib）已取得临床显效［27］，然而，只有部分NSCLC患者对吉非替尼敏感。进一步研究显示，EGFR对于抑制剂敏感的患者普遍存在特定的EGFR受体缺失突变或点突变（如EGFR-L858R）［27-28］，这些突变增强了EGFR与ATP或其竞争性抑制剂吉非替尼的结合，使低浓度吉非替尼即能抑制EGFR的催化活性。另一方面，对EGFR抑制剂有效的患者会出现耐药反应，其原因是发生了EGFR二次突变（如EGFR-T790M）［29］，突变的结果是阻碍了吉非替尼与EGFR的结合。最近有研究显示，SHP2可能参与了EGFR抑制剂的耐药反应［27，30］。肺癌对EGFR抑制剂敏感或耐药与EGFR突变和EGFR自身磷酸化水平密切相关，进而影响下游Ras/ MAPK信号。SHP2分子调控EGFR-Ras-MAPK信号，因此是这种耐药调控机制关键节点之一［18］。Lazzara等［30］报道，减少EGFR内化和减弱SHP2介导的ERK活性能提高EGFR突变的NSCLC细胞对吉非替尼的敏感性。最近研究也发现，在EGFR-L858R转基因肺腺癌小鼠中，表达SHP2失活突变体能抑制小鼠肺癌的产生［31］，说明SHP2可能是克服EGFR抑制剂耐药的一个关键分子。

另外研究发现，SHP2抑制剂Ⅱ-B08能有效抑制ERK活性，与EGFR抑制剂联合应用对NSCLC具有更好的治疗效果［32］。Chung等［33］也证实EMT 是NSCLC对EGFR-酪氨酸激酶耐药的机制之一，而SHP2在肺泡Ⅱ型上皮EMT过程中发挥关键作用［7，25］，因此有可能通过EMT途径参与耐药。SHP2也参与调控干扰素-γ介导的耐药［34］。这些研究表明，SHP2参与肺癌对EGFR抑制剂的耐药有多条相关的信号通路。

4　SHP2作为治疗肺癌潜在靶点的思考

SHP2基于在肺癌的侵袭转移及其耐药方面的关键作用，有望成为肺癌或其他肿瘤个体化治疗新的干预靶点。目前，很多酪氨酸激酶在肿瘤中的作用已经明确，相应的抑制剂己进入临床试验和应用。与激酶相比，具有去磷酸化作用的磷酸酶在肿瘤中功能的研究相对滞后，PTP还只是药物开发领域的新成员。通过不同的途径可发现SHP2的抑制剂，如计算机辅助药物设计［35］、高通量筛选小分子化合物等。Yu等［36］采用计算机模拟筛选出SHP2抑制剂C21，能特异性地结合PTP结构域。PHPSl是具有良好细胞通透性的有效的SHP2抑制剂［37］。最近，Liu等［38］研究报道，源自丹参的单体隐丹参酮（cryptotanshinonoe）和丹参酮（tanshinone）能抑制SHP2的活性，其在细胞特别是动物水平的进一步应用值得关注。

SHP2抑制剂有望成为联合治疗肺癌的新型药物。但由于SHP2表达的广泛性，如何能减轻抑制剂对正常细胞的毒性作用，靶向抑制肿瘤细胞的SHP2活性及相关的信号通路，这是此型抑制剂成为抗肿瘤药物要首先克服的困难。SHP2催化活性的时空调控是由与其结合的锚定蛋白决定的，比如GAB1/GAB2和HOOK1等［7，25］作为SHP2重要的调控蛋白，探究并发现改变SHP2与其锚定蛋白结合的小分子多肽来实现对SHP2的抑制，为抗肿瘤药物的研发提供了新的思路。

总之，SHP2在肺癌的发生、转移和靶向药物耐药中发挥着关键的调控作用，是肿瘤干预的理想靶点，然而SHP2抑制剂发展成为抗肿瘤药物尚需更多的基础医学与转化医学的研究。

参考文献：

［1］Gainor JF，Shaw AT.Emerging paradigms in the developmentofresistancetotyrosinekinase inhibitors in lung cancer［J］.J Clin Oncol，2013，31（31）：3987-3996.

［2］MorgenszternD，CampoMJ，Dahlberg SE，Doebele RC，Garon E，Gerber DE，et al.Molecu-larlytargetedtherapiesin non-small-cell lung cancer annual update 2014［J］.J Thorac Oncol，2015，10（1Suppl 1）：S1-S63.

［3］Chan RJ，Feng GS.PTPN11 Is the first identified proto-oncogene that encodes a tyrosine phospha-tase［J］.Blood，2007，109（3）：862-867.

［4］Hof P，Pluskey S，Dhe-Paganon S，Eck MJ，Shoelson SE.Crystal structure of the tyrosine phosphatase SHP-2［J］.Cell，1998，92（4）：441-450.

［5］Matozaki T，Murata Y，Saito Y，Okazawa H，Ohnishi H.Protein tyrosine phosphatase SHP-2：a proto-oncogene product that promotes Ras activa-tion［J］.Cancer Sci，2009，100（10）：1786-1793.

［6］Östman A，Hellberg C，Böhmer FD.Protein-tyro-sinephosphatasesandcancer［J］.Nat Rev Cancer，2006，6（4）：307-320.

［7］Li S，Wang L，Zhao Q，Liu Y，He L，Xu Q，et al. SHP2 Positively regulates TGFβ1-induced epithelialmesenchymal transition modulated by its novel interacting protein Hook1［J］.J Biol Chem，2014，289（49）：34152-34160.

［8］Tartaglia M，Mehler EL，Goldberg R，Zampino G，Brunner HG，Kremer H，et al.Mutations in PTPN11，encoding the protein tyrosine phospha-tase SHP-2，cause Noonan syndrome［J］.Nat Genet，2001，29（4）：465-468.

［9］Bentires-Alj M，Paez JG，David FS，Keilhack H，Halmos B，Naoki K，et al.Activating mutations of the Noonan syndrome-associated SHP2/PTPN11 gene in human solid tumors and adult acute my-elogenous leukemia［J］.Cancer Res，2004，64 （24）：8816-8820.

［10］Chan G，Kalaitzidis D，Neel BG.The tyrosine phosphataseShp2（PTPN11） incancer［J］. Cancer Metast Rev，2008，27（2）：179-192.

［11］Bard-Chapeau EA，Li S，Ding J，Zhang SS，Zhu HH，Princen F，et al.Ptpn11/Shp2 acts as a tumor suppressor in hepatocellular carcinogenesis ［J］.Cancer Cell，2011，19（5）：629-639.

［12］Yang W，Wang J，Moore DC，Liang H，Dooner M，Wu Q，et al.Ptpn11 Deletion in a novel progeni-tor causesmetachondromatosisbyinducinghedge-hog signaling［J］.Nature，2013，499（7459）：491-495.

［13］Li FF，Shen J，Shen HJ，Zhang X，Cao R，Zhang Y，et al.Shp2 Plays an important role in acute cigarette smoke-mediated lung inflamma-tion［J］.J Immunol，2012，189（6）：3159-3167.

［14］Zhan X，Dong H，Sun C，Liu L，Wang D，Wei Z. Expression and clinical significance of SHP2 in the tumor tissues of smokers with lung cancer［J］. Chin J Lung Cancer（中国肺癌杂志），2010，13 （9）：877-881.

［15］Tang CL，Zhou XD，Yang HL，Wang QL，Zhang R. Expression and its clinical significance of SHP2 in non-small cell lung cancer［J］．Chin J Lung Cancer（中国肺癌杂志），2010，13（2）：98-101.

［16］Schneeberger VE，Luetteke N，Ren Y，Berns H，Chen L，Foroutan P，et al.SHP2E76K mutant promotes lung tumorigenesis in transgenic mice ［J］.Carcinogenesis，2014，35（8）：1717-1725.

［17］Tang C，Luo D，Yang H，Wang Q，Zhang R，Liu G，et al.Expression of SHP2 and related markers in non-small cell lung cancer：a tissue microarray study of 80 cases［J］.Appl Immunohistol M M，2013，21（5）：386-394.

［18］FurchtCM，MuñozRojasAR，NihalaniD，Lazzara MJ.Diminishedfunctionalroleand altered localization of SHP2 in non-small cell lung cancer cells with EGFR-activating mutations［J］，Oncogene，2013，32（18）：2346-2355，2355.e1-10.

［19］Tsai JH，Yang J.Epithelial-mesenchymal plasticity in carcinoma metastasis［J］.Genes Dev，2013，27（20）：2192-2206.

［20］Kim EK，Choi EJ.Pathological roles of MAPK signaling pathways in human diseases［J］.BBAMol Basis Dis，2010，1802（4）：396-405.

［21］Poole AW，Jones ML.A SHPing tale：perspectives on the regulation of SHP-1 and SHP-2 tyrosine phosphatases by the C-terminal tail［J］.Cell Signal，2005，17（11）：1323-1332.

［22］Ren Y，Chen Z，Chen L，Woods NT，Reuther GW，Cheng JQ，et al.Shp2E76K Mutant confers cyto-kine-independent survival of TF-1 myeloid cells by up-regulating Bcl-XL［J］.J Biol Chem，2007，282 （50）：36463-36473.

［23］Thiery JP，Sleeman JP.Complex networks orches-trate epithelial-mesenchymal transitions［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2006，7（2）：131-142.

［24］Zhou XD，Agazie YM.Inhibition of SHP2 leads to mesenchymal to epithelial transition in breast cancer cells［J］.Cell Death Differ，2008，15（6）：988-996.

［25］Buonato JM，Lan IS，Lazzara MJ.EGF Augments TGFβ-induced epithelial-mesenchymal transition by promoting SHP2 binding to GAB1［J］.J Cell Sci，2015，128（21）：3898-3909.

［26］Bhandary YP，Velusamy T，Shetty P，Shetty RS，Idell S，Cines DB，et al.Post-transcriptional regu-lation of urokinase-type plasminogen activator receptor expression in lipopolysaccharide-induced acute lung injury［J］.Am J Respir Crit Care Med，2009，179（4）：288-298.

［27］Tan CS，Gilligan D，Pacey S.Treatment approaches for EGFR-inhibitor-resistant patients with nonsmall-cell lung cancer［J］.Lancet Oncol，2015，16（9）：e447-e459.

［28］Kosaka T，Yatabe Y，Endoh H，Kuwano H，Takahashi T，Mitsudomi T，et al.Mutations of the epidermal growth factor receptor gene in lung can-cer：biological and clinical implications［J］.Can-cer Res，2004，64（24）：8919-8923.

［29］Uramoto H，Iwata T，Onitsuka T，Shimokawa H，Hanagiri T，Oyama T.Epithelial-mesenchymal transitionin EGFR-TKI acquired resistant lung adenocarcinoma［J］.Anticancer Res，2010，30 （7）：2513-2517.

［30］LazzaraMJ，LaneK，ChanR，JasperPJ，YaffeMB，Sorger PK，et al.Impaired SHP2-mediated extra-cellular signal-regulated kinase activation contrib-utes to gefitinib sensitivity of lung cancer cells with epidermal growth factor receptor-activating mutations［J］.Cancer Res，2010，70（9）：3843-3850.

［31］Schneeberger VE，Ren Y，Luetteke N，Huang Q，Chen L，Lawrence HR，et al.Inhibition of Shp2suppresses mutant EGFR-induced lung tumors in transgenic mouse model of lung adenocarcinoma ［J］.Oncotarget，2015，6（8）：6191-6202.

［32］Xu J，Zeng LF，Shen W，Turchi JJ，Zhang ZY. Targeting SHP2 for EGFR inhibitor resistant nonsmall cell lung carcinoma［J］.Biochem Biophs Res Co，2013，439（4）：586-590.

［33］ChungJH，RhoJK，XuX，LeeJS，YoonHI，LeeCT，et al.Clinical and molecular evidences of epitheli-al to mesenchymal transition in acquired resis-tance to EGFR-TKIs［J］.Lung Cancer，2011，73 （2）：176-182.

［34］WangYC，ChenCL，SheuBS，YangYJ，TsengPC，Hsieh CY，et al.Helicobacter pylori infection acti-vates Src homology-2 domain-containing phos-phatase 2 to suppress IFN-γ signaling［J］.J Immunol，2014，193（8）：4149-4158.

［35］Yu B，Liu W，Yu WM，Loh ML，Alter S， Guvench O，et al.Targeting protein tyrosine phosphatase SHP2 for the treatment of PTPN11-associated malignancies［J］.Mol Cancer Ther，2013，12（9）：1738-1748.

［36］Yu ZH，Chen L，Wu L，Liu SJ，Wang LA.Small molecule inhibitors of SHP2 tyrosine phosphatase discovered by virtual screening［J］.Bioorg Med Chem Lett，2011，21（14）：4238-4242.

［37］Hellmuth K，Grosskopf S，Lum CT，Würtele M，Röder N，Von Kries JP，et al.Specific inhibitors of the protein tyrosine phosphatase Shp2 identi-fied by high-throughput docking［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2008，105（20）：7275-7280.

［38］Liu W，Yu B，Xu G，Xu WR，Loh ML，Tang LD，et al.Identification of cryptotanshinone as an in-hibitor of oncogenic protein tyrosine phosphatase SHP2（PTPN11）［J］.J Med Chem，2013，56 （18）：7212-7221.

（本文编辑：贺云霞）

Roles of protein tyrosine phosphatase SHP2 in lung cancer

HE Ling-juan1，CHENG Hong-qiang2，KE Yue-hai2，WANG Lin-run1
（Zhejiang University 1.The First Affiliated Hospital，College of Medicine，Hangzhou 310003，China；2.Department of Pathology and Pathophysiology，School of Basic Medical Sciences，Hangzhou 310058，China）

Abstract：The reversible phosphorylation plays an important regulatory role in various pathological and physiological processes.Src Homology 2 domain containing protein tyrosine phosphatase （SHP2），a featured member of the protein tyrosine phosphatase family，is identified as the first PTP proto-oncogene.SHP2 is associated with breast cancer，leukemia，lung cancer，liver cancer，gastric cancer，laryngeal cancer，oral cancer and other types of cancer.Signalling pathways involving SHP2 have also been discovered.It has been recently reported that the high expression of SHP2 in lung cancer regulates cancer cell proliferation，metastasis and drug resistance.SHP2 may be a potential thera-peutic target because it is implicated in many diseases.This article focuses on the research progress in functions of SHP2 in lung cancer.

Key words：lung cancer；protein tyrosine phosphatase，non receptor type 11；neoplasm metastasis；drug resistance，neoplasm

中图分类号：R734.2

文献标志码：A

文章编号：1000-3002-（2016）01-0082-05

Foundation item：The project supported by Natural Science Foundation of Zhejiang Province（LY14H310006） WANG Lin-Run，Tel：（0571）87236531，E-mail：linrunw@163.com

收稿日期：（2015-04-15接受日期：2015-08-27）

基金项目：浙江省自然科学基金项目（LY14H310006）

作者简介：何玲娟，女，药师，硕士研究生，主要从事肿瘤药理学研究。

通讯作者：王临润，E-mail：linrunw@163.com，Tel：（0571）87236531