許 云，章 云，郭曉紅，柯越海

（浙江大學醫(yī)學院病理學與病理生理學系，浙江杭州 310058）

蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2抑制劑的研究進展

許 云，章 云，郭曉紅，柯越海

（浙江大學醫(yī)學院病理學與病理生理學系，浙江杭州 310058）

SHP2是蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）家族的重要成員之一，參與了發(fā)育、新陳代謝、免疫反應以及腫瘤發(fā)生等重要的生理病理過程。大量的臨床和基礎研究顯示，在努南（Noonan）綜合征、黑色素瘤、白血病和實體瘤等多種疾病中存在SHP2的激活突變或高表達。因此，SHP2已成為腫瘤藥物治療的重要靶點。葡萄糖酸銻鈉已完成黑色素瘤的Ⅰ期臨床試驗，磷酸雌莫司汀已進入前列腺癌的Ⅱ ～Ⅲ期臨床試驗，新型特異性SHP2抑制劑PHPS1，NSC87877，Ⅱ-B808，呋莫索酮（Fumos）和變構霉素等均顯示出一定的抗腫瘤作用。本文就近年來SHP2結構及其抑制劑的研究進展進行綜述。

蛋白酪氨酸磷酸酶；SHP2；腫瘤；抑制劑

蛋白質可逆磷酸化調控是細胞信號傳導中最廣泛普遍的調控方式，此過程由蛋白激酶與蛋白磷酸酶精確調控，可逆磷酸化的異常會誘發(fā)多種疾病產(chǎn)生，如炎癥、腫瘤等。SHP2由蛋白酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase，PTP）非受體型11（PTP nonreceptor 11，PTPN11）編碼，是PTP家族胞內非受體型成員，催化蛋白質酪氨酸去磷酸化反應。SHP2在人體中廣泛表達，參與大鼠肉瘤（rat sarcoma，RAS）-胞外信號相關激酶（extracellular signal-related kinase，ERK），磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）-蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）和NF-κB等多條信號通路，進而調節(jié)細胞增殖、分化、遷移、凋亡等生理學功能［1-2］，同時SHP2對于成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF），表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）及胰島素受體下游絲裂原活化蛋白激酶（mitrogen-activated protein kinase，MAPK）/ERK信號通路的完全激活也是必需的［3-4］。SHP2也與多種疾病的發(fā)生相關，如努南綜合征（Noonan syndrome）、乳腺癌、黑色素瘤、惡性膠質瘤、胃癌以及其他惡性腫瘤［5-7］，因此SHP2抑制劑作為潛在的治療手段得到了越來越多的關注。本文從SHP2結構及其抑制劑研究現(xiàn)狀及應用前景進行介紹。

1 SHP2的蛋白結構

SHP2的N端含N-src同源2域（SH2）（3-104）和C-SH2（112-216）2個SH2結構域，C端包含1個具有催化活性的PTP結構域（221-524）及2個重要的酪氨酸殘基Tyr542和Tyr580，這2個酪氨酸殘基與SHP2活性有關。在未激活狀態(tài)下，SHP2處于自抑制狀態(tài)，N-SH2與C-PTP相互結合抑制了磷酸酶活性［8］。然而在生長因子、細胞因子或炎癥因子，如血小板源性生長因子（platelet derived growth factor，PDGF）和FGF等刺激下，磷酸化酪氨酸殘基Tyr542和Tyr580，與N-SH2結合，PTP結構域的催化活性位點暴露，進而解除自抑制狀態(tài)，激活了SHP2的PTP活性［5］（圖1）。SHP2生物學活性位點依賴第459位的半胱氨酸殘基，Cys459突變可使其活性完全消失，而C-SH2結構域可能會增加SHP2與底物相互作用的專一性和親和力［9］。研究表明，所有的PTP具有類似的催化機制，即利用活性位點部位的半胱氨酸作為親核試劑，形成具有硫代磷酸共價酶的中間體，精氨酸殘基則起著穩(wěn)定狀態(tài)轉換和保持底物配位親和功能的作用，磷酸共價酶中間體進一步發(fā)生水解，可催化天冬氨酸殘基［10］。

圖1蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）SHP2結構式.紅色氨基酸表示N-SH2與磷酸化蛋白PTP相互作用位點.

2 SHP2抑制劑

目前已發(fā)現(xiàn)SHP2的激活突變與努南綜合征、豹斑綜合征（LEOPARD syndrome）、幼稚型粒單核細胞白血?。╦uvenile myelomonocytic leuke?mia，JMML）、黑色素瘤和實體癌等發(fā)病有密切關系，而SHP2的過表達會增加慢性粒細胞白血病、肥大細胞增多癥、惡性膠質瘤、肺癌和乳腺癌等癌癥的風險，提示SHP2在不同類型癌癥及癌癥的不同發(fā)展階段中有廣泛的作用［3，11-12］。此外，SHP2的活化也與幽門螺桿菌引起的胃癌發(fā)生相關［7］。

通過大量高通量、化合物庫的篩選，目前已發(fā)現(xiàn)羧酸類、醌類、喹啉類和吲哚類等化合物具有抑制SHP2活性的功能。根據(jù)抑制劑和酶的結合特性，可將抑制劑分為不可逆抑制劑、可逆抑制劑和其他類型抑制劑，已報道的SHP2抑制劑的靶點特異性見表1，在此重點介紹近年來有較深入研究的SHP2抑制劑。

2.1 不可逆抑制劑

葡萄糖酸銻鈉是最早報道的SHP1/2抑制劑，為羧酸類化合物。臨床用于治療利什曼原蟲病已有50年的歷史［33］。Pathak等［13］在體外實驗中證實葡萄糖酸銻鈉是SHP1、SHP2以及PTP1B的高效不可逆抑制劑，可誘導快速的酪氨酸磷酸化，引起細胞因子信號的廣泛增強。通過小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)葡萄糖酸銻鈉可增強干擾素α2b（interferon-al?pha 2b，IFN-α2b）在裸鼠中抗黑色素瘤效果［34］，這一結果推動了葡萄糖酸銻鈉治療黑色素瘤和其他癌癥的臨床試驗。目前在臨床已完成葡萄糖酸銻鈉與IFN-α2b針對黑色素瘤Ⅰ期試驗［35］，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)其有嚴重的心、肝、靜脈毒副作用［33，35］。設計葡萄糖酸銻鈉結構相關的新化學實體藥物，或藥物的新配方將有利于其在利什曼病和各種癌癥治療中的應用。值得注意的是，葡萄糖酸梯鈉并不是一種PTP的選擇性抑制劑，其作用機制目前還不清楚，最有可能的是對酶進行共價修飾從而起到調控作用［36］。

表1 SHP2抑制劑對PTP酶的選擇性

隱丹參酮（cryptotanshinone）是植物丹參的主要成分，為醌類化合物。最近研究發(fā)現(xiàn)，它也是SHP2抑制劑，通過阻止底物進入SHP2的催化“口袋”（即活性位點），從而抑制SHP2對酪氨酸磷酸化底物和小分子底物對硝基苯酚磷酸鹽（p-nitro?phenylphosphate，pNPP）的催化活性。隱丹參酮是一個不可逆抑制劑，與醌類磷酸酶抑制劑作用機制類似，它們主要通過氧化PTP半胱氨酸催化亞基從而實現(xiàn)抑制作用?；谒鼈兊淖饔脵C制，其中包括ROS的生成和烷基化，很可能會導致毒性。所以，這些化合物很難進一步發(fā)展成臨床有效的抑制劑［14］。目前體外研究提示隱丹參酮可抑制橫紋肌肉瘤、黑色素瘤、結腸癌和乳腺癌細胞增殖［37］，體內研究提示也可抑制小鼠前列腺癌細胞的增殖［38］。

2.2 可逆抑制劑

2.2.1 競爭性抑制劑

苯基吡唑肼基磺酸鹽（phenylhydrazonopyr?azolone sulfonate 1，PHPS1）是第一個通過高通量虛擬篩選270萬化合物發(fā)現(xiàn)的SHP2特異性抑制劑［17］。其專一性與SHP2催化中心周圍的4個氨基酸殘基（Lys-280，Asn-281，Arg-362，His-426）密切相關。PHPS1中的磺?；糠趾蚐HP2的PTP信號環(huán)很有可能形成了一個含有7個氫鍵的晶格，這是一種磺?；头枷銈孺淭yr-279及His-426苯環(huán)之間的π-堆積。PHPS1可抑制乳腺癌、惡性膠質瘤、胰腺癌等多種腫瘤細胞的增殖，阻斷肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）/擴散因子（scatter factor，SF）誘導的上皮生長，ERK1/2磷酸化和樁蛋白的去磷酸化，并可在SHP2E76K突變細胞中抑制ERK1/2的活性。最近的研究發(fā)現(xiàn)用PHPS1處理膠質瘤細胞LN444可阻斷由血小板源生長因子亞單位A誘導的轉錄因子E盒結合鋅指蛋白1（ZEB1）、波形蛋白（vimetin）、磷酸化AKT的表達增強，并可抑制膠質瘤細胞遷移［39］。Li等［40］發(fā)現(xiàn)，PHPS1可延緩二羥甲基丁酸誘導的大鼠乳腺癌。我們的研究結果發(fā)現(xiàn)，吸煙可誘導小鼠肺部SHP2高表達，體外實驗表明香煙提取物處理肺上皮細胞后SHP2以及炎癥因子白細胞介素（inter?leukin-8，IL-8）表達升高，PHPS1處理后可抑制IL-8表達水平的升高，進而緩解由吸煙引起的炎癥反應［41］。其簡單的化學結構及較好的藥效為臨床治療與SHP2相關疾病提供了新的手段。

在PHPS1的基礎上，最近發(fā)現(xiàn)了另一個新的SHP2特異性抑制劑GS493［18］，也屬于吡唑啉酮類化合物。GS493的R2苯環(huán)嵌入Lys-366和Thr-357之間形成疏水作用力。R1處的硝基苯基團與Arg-362形成陽離子（cation）-π作用力，R3處的硝基與Thr-507形成氫鍵，從而抑制SHP2催化活性。GS493可溶于含BSA或表面活性劑（Tween-20）的溶液而不改變其抑制活性。在細胞水平并未發(fā)現(xiàn)明顯的細胞毒反應。在人胰腺癌細胞系HPAF-Ⅱ中，GS493可逆轉由HGF/SF引起的上皮間充質轉化。另外，GS493可阻斷人非小細胞肺癌細胞系LXFA 526L的增長。在Lan等［42］的最新研究結果顯示，GS493可抑制SHP2，誘導小鼠乳腺癌細胞衰老。

NSC-87877是第一個從美國國家癌癥研究所（NCI）化合物庫中篩選出來SHP2抑制劑，是一種喹啉類化合物，在體外可抑制SHP2，但其抑制SHP1的作用與SHP2相當，對其他磷酸酶作用較弱，如PTP1B、造血PTP（hematopoietic PTP，HePTP）等。NSC-87877可抑制由EGF誘導的SHP2 PTP結構域、RAS、ERK1/2的激活，但不阻斷EGF誘導的Grb2相關結合蛋白（grb-2-associat?ed binder 1，GAB1）的酪氨酸的磷酸化或Gab1-Shp2交聯(lián)，而且NSC-87877抑制Gab1-Shp2復合物誘導的ERK1/2活化，但又不影響SHP2非依賴性的佛波酯（phorbol 12-myristate 13-acetate，PMA）誘導的ERK1/2活化。因此，NSC-87877是第一個具有SHP2 PTP抑制作用的PTP抑制劑，而且在細胞水平無脫靶效應，同時也提供了第一個藥理學證據(jù)，表明SHP2介導EGF誘導的ERK1/2 MAPK活化［16］。NSC-87877通過其A環(huán)磺酸基團與SHP2 Lys-280殘基的NH3基團和Asn-281殘基的NH2基團形成氫鍵，通過B環(huán)磺酸基團與Arg-465殘基的NH基團形成氫鍵，與SHP2的催化活性中心相結合，從而抑制SHP2［43］。已有實驗研究表明，NSC-87877對白血病細胞系存在劑量依賴性細胞毒性，對4例急性髓細胞白血病樣本分析發(fā)現(xiàn)NSC-87877對PTPN11突變樣本不敏感［44］。

變構霉素（tautomycetin，TTN）是羧酸類化合物，最初從灰色鏈霉菌中分離，是器官移植中一種常用的免疫抑制劑。最近報道，SHP2是TTN的細胞內靶點，可能是其免疫抑制作用的機制。研究表明，TTN及其類似物TTN D-1均為SHP2的競爭性抑制劑。生化研究表明，它們均能抑制SHP2介導的信號活化通路，SHP2/TTN D-1復合體的晶體結構研究表明TTN D-1以類似蛋白底物的形式與SHP2活性位點結合。兩種抑制劑都可以阻斷T細胞受體介導的酪氨酸磷酸化，ERK激活以及SHP2突變導致的造血祖細胞增殖和單核細胞分化［21］。

2.2.2 非競爭性抑制劑

Zhang等［25］通過篩選發(fā)現(xiàn)，一種吲哚水楊酸Ⅱ-B08可抑制SHP2；晶體學研究發(fā)現(xiàn)，Ⅱ-B08的水楊酸基團占據(jù)了SHP2的催化區(qū)域，而遠端的苯環(huán)則與活性位點周圍的β5-β6袢結合，而β5-β6袢并不是高度保守的，可能提供更高選擇性和更強效的抑制劑研發(fā)基礎。分子模型顯示，Ⅱ-B08在底物pNPP的存在下仍可結合到SHP2的活性位點上，酶學動力學分析提示其作用是可逆的，但卻是非競爭性的。該抑制劑可阻斷EGF誘導的ERK1/2的活性以及造血祖細胞增殖，而在體內的研究結果顯示該抑制劑可抑制異種移植的非小細胞肺癌生長［45］。在肥大細胞白血病小鼠模型中，Ⅱ-B08可以抑制腫瘤細胞生長以及延長小鼠生存周期［46］。

最近從昆蟲致病真菌中發(fā)現(xiàn)了一種新的吡啶酮類SHP2抑制劑呋莫素酮（fumosorinone，F(xiàn)umos），它對SHP2的選擇性高于其他PTP。酶學分析顯示，其能與SHP2周圍的活性位點相互作用，是SHP2的非競爭性抑制劑。它還通過阻斷EGF誘導的-SHP2復合體的形成，進而抑制下游RASERK信號通路的激活，并可通過下調SRC信號通路降低腫瘤細胞的侵襲能力［26］。

2.2.3 混合類型抑制劑

磷酸雌莫司?。╡stramustine phosphate）是一種雌激素衍生物，研究結果顯示它可以通過雌氮芥結合蛋白發(fā)揮細胞活性［28］，且可以降低睪酮水平和干擾微管組裝等。目前磷酸雌莫司汀單用或聯(lián)合多西他賽/潑尼松龍治療激素抵抗性前列腺癌（cas?tration-resistant prostate cancer，CRPC）已進入臨床Ⅱ和（或）Ⅲ期［47-49］。研究結果提示，單用磷酸雌莫司汀（每天560 mg）誘導4周后在70名患者（68.6%）中觀察到血清前列腺特異性抗原（pros?tate-specific antigen，PSA）的減少，而有30例（29.4%）的PSA減少50%以上，不良反應發(fā)生率10.8%［47］。單用磷酸雌莫司?。倓┝?80 mg，每天2次），耐受性良好，3年疾病特異性生存率和總生存率分別為68.6%和59.9%［48］。多西他賽（70 mg·m-2）和低劑量雌莫司?。?0 mg·kg-1每天1 ～5次，每3周1療程）組8年無復發(fā)生存率為62%，其不良反應主要是惡心嘔吐、食欲減退、男性乳房發(fā)育和肝功能受損。而單純雄激素剝奪治療（androgen deprivation therapy，ADT）組為50%［49］。

2.3 其他抑制劑

從NCI多樣性化合物庫里篩選鑒定的另一個SHP2抑制劑是NSC-117119，強度中等（IC50= 47 μmol·L-1），同時也抑制PTP1B和SHP1（表1）。通過對其進一步研究，發(fā)現(xiàn)了可以提升選擇性和效價的化合物14a?；衔?4a對SHP2的選擇性抑制是SHP1的15倍［19］。Yu等［30］發(fā)現(xiàn)了#220和#220-324兩個吲哚類SHP2抑制劑，他們均可對SHP2的催化區(qū)域產(chǎn)生一定的抑制作用。最近研究發(fā)現(xiàn)，#220-324可抑制SHP2介導的細胞增殖，并且還可抑制帶有一個SHP2激活突變的JMML粒系細胞生長［30-31］。

4 結語

SHP2抑制劑目前已進入早期臨床試驗的有葡萄糖酸銻鈉和磷酸雌莫司汀，但尚無進入注冊的藥物。他們雖仍存在較多的副作用，但跨出了SHP2抑制劑應用于臨床治療癌癥的第一步。SHP2抑制劑也逐步從以葡萄糖酸銻鈉為代表SHP1/2抑制劑，逐漸發(fā)展出以PHPS1、NSC87877為代表的高選擇性SHP2抑制劑?，F(xiàn)在研發(fā)中的多種SHP2抑制劑如NSC-87877可能用于治療白血病、隱丹參酮可能用于治療前列腺癌、Ⅱ-B08可能用于治療肥大細胞白血病等等，提示SHP2抑制劑未來廣闊的應用前景。盡管目前還不能預測SHP2抑制劑的副作用，但豐富的臨床數(shù)據(jù)以及轉基因小鼠的研究對了解其副作用會有一定幫助。在努南綜合征患者以及其他關于SHP2敲除研究中常能發(fā)現(xiàn)心肌癥，但在SHP2誘導敲除的成年鼠中并未發(fā)現(xiàn)心臟缺陷。這提示了SHP2可能在骨骼和心臟發(fā)育中起到一定作用［17］。

PTP家族活性位點高度保守，在SHP1和SHP2中有＞60%序列是相同的，并且二者的PTP結構域中有大約75%的序列是相同的［8］。SHP1主要表達在造血細胞和上皮細胞中，缺乏SHP1會導致許多自身免疫性疾病以及免疫缺陷綜合征［9］。而SHP2表達更為廣泛，參與調控多條信號通路，與多種惡性腫瘤、白血病、努南綜合征等疾病密切相關［5］。因此，如何找到SHP2特異性抑制劑是目前的主要問題。但PTP活性區(qū)域有很大的可塑性，僅靠磷酸化酪氨酸位點不能提高結合PTP的親和力，需要周圍殘基的共同作用才能有效識別底物，最近研究發(fā)現(xiàn)野生型SHP2存在天然的隱蔽變構位點，且二砷（biarsenical）化合物具有結合并調節(jié)的特性［50］，這些提示我們活性區(qū)域周邊的次級“口袋”可以作為增強抑制劑選擇性以及親和性的靶點。因此，我們相信隨著對SHP2的深入研究，SHP2抑制劑將成為臨床防治SHP2相關疾病的新治療手段和工具。

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Inhibitors of protein tyrosine phosphatase SHP2：research progress

XU Yun，ZHANG Yun，GUO Xiao-hong，KE Yue-hai
（Department of Pathology and Pathophysiology，School of Medicine，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China）

SHP2 is a ubiquitous non-receptor protein tyrosine phosphatase（PTP），involved in various critical physiological and pathological processes，including development，metabolism，immunity and oncogenesis.According to a large number of clinical and basic researches，it has been reported that the activated mutation or over-expression of SHP2 contributes to the development of Noonan syndrome，leukemia，cancer and many other human diseases，so SHP2 may be used as a potential drug target.Sodium stibogluconate has completed phaseⅠclinical trial in the treatment of melanoma，while estramustine phosphate has finished phaseⅡ clinical trial in the treatment of prostate cancer. Novel SHP2 inhibitors，such as PHPS1、NSC87877，Ⅱ-B808，fumosorinone（Fumos），and tautomycetin have shown encouraging antitumor effect.Here，the current researches on the structure of SHP2，and the prospects of therapeutic application of SHP2 inhibitors in the future are overviewed.

protein tyrosine phosphatase；SHP2；tumor；inhibitors

KE Yue-hai，E-mail：yke@zju.edu.cn

R977.3

A

1000-3002-（2016）08-0886-07

10.3867/j.issn.1000-3002.2016.08.014

Foundation item：The project supported by National Natural Science Foundation of China（81371336）

2016-05-19 接受日期：2016-08-19）

（本文編輯：齊春會）

國家自然科學基金（81371336）

許 云，男，碩士研究生，主要從事肺泡上皮穩(wěn)態(tài)及炎癥微環(huán)境的相關研究，E-mail：21318217@zju.edu.cn；柯越海，男，博士，教授，博士生導師，主要從事肺泡上皮穩(wěn)態(tài)及炎癥微環(huán)境的相關研究。

柯越海，E-mail：yke@zju.edu.cn