蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2基因及其与实体瘤关系

胡中倩，张炽敏

通过基因突变或其他分子的变化，导致信号通路调控异常，最终可导致疾病[1]。作为受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTK)和细胞因子受体信号转导通路中主要的调节因子蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2基因，在过去的10年，SHP2(人类PTPN11基因编码)突变与努南综合征(Noonan syndrome，NS)等疾病密切相关，可导致身材矮小、颅面畸形、心脏缺陷和精神发育迟滞等[2]。到目前为止，SHP2在血液肿瘤细胞中的作用相对而言已比较清楚。近来，人们又发现 SHP2 在肺癌[3]、胃癌[4]、宫颈癌[5]、甲状腺癌[6]和乳腺癌[7-8]等多种实体肿瘤组织中呈现高表达，并且这种高表达与肿瘤的发生、发展和预后有关。本文就SHP2及其近年来在实体瘤研究中新进展作如下综述。

1 SHP2的结构及功能

1.1 SHP2的结构 SHP2是一种非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶，广泛表达于各组织，参与胚胎发育以及细胞增殖、分化、黏附、迁移等多种生物学行为的信号调控[9]。SHP2在 N末端含有2个相同的 SH2区，每个SH2区具有独立的磷酸酪氨酸结合位点;在C末端含有1个蛋白酪氨酸磷酸酶(protein tyrosine phosphatase，PTPase)功能域、2个 C端的酪氨酸残基(Y542和Y580)以及1个富含脯氨酸(proline，Pro)的模体。其中SH2区是一个含有100个氨基酸残基的基团。SHP2通过SH2功能域结合到酪氨酸磷酸蛋白质，使PTPase激活，从而作为下游信号分子参与信号转导，调节细胞增殖、分化、迁移、死亡等，是细胞因子、抗原、细胞外基质等的下游信号分子。SHP2与其他分子中磷酸化的酪氨酸残基结合，从而指导由酪氨酸磷酸化所启动的信号转导级联反应中的磷酸酶的特异性蛋白与蛋白之间的相互作用[10-12]。

1.2 SHP2的功能 生理状态下SHP2通过其N端SH2结构域(N-SH2 Domain)与蛋白酪氨酸磷酸酶结构域(PTP Domain)结合，通过分子内的相互抑制，使磷酸酶维持在钝化状态而抑制SHP2磷酸酶的活性。经细胞因子、生长因子等刺激后，上游活化的蛋白通过酪氨酸磷酸化位点与SHP2 SH2结构域结合，或SHP2 C端2个酪氨酸位点磷酸化结合自身SH2结构域;而 C-SH2结构域的作用主要是为N-SH2结构域与SHP2结合蛋白作用时提供能量和保持特异性，并不直接参与SHP2蛋白的活化过程。Y542和Y580可能是某些生长因子如血小板源性生长因子(platelet-derived growt h factor，PDGF)和成纤维细胞生长因子(fibroblast growt h factor，FGF)的磷酸化位点，并且其磷酸化后有助于N-SH2与PTPase之间抑制关系的解除，发挥蛋白酪氨酸磷酸酶的活性和接头蛋白的功能[13-15]。而Pro模体的作用目前还不清楚。SHP2的这种活性转换的特性，使得各种关于SHP2的突变都有可能破坏SHP2-PTPase之间的自抑制调节界面，导致SHP2蛋白去磷酸化活性过度激活。研究认为SHP2结合蛋白Gab2的过度表达导致SHP2去磷酸化活性增强，与多种实体瘤的发生、发展密切相关。值得关注的是近来也有研究报道，SHP2并不完全通过其PTPase结构域的催化活性发挥作用。SHP2蛋白不依赖于蛋白酪氨酸磷酸酶活性的一些功能倍受关注，其机制尚不清楚。

2 SHP2在信号转导中的作用

SHP2作为多种生长因子的下游信号分子，可以直接与它们的受体相互作用，也可以与多种信号转导中间媒介体[如 SHPS21、Grb2、FRS2、JAK2、磷脂酰肌醇 3-激酶(phosphatidy linositol 3-kinase，PI3 kinase)]的p85亚单位、Gab1、Gab2等相结合，以复合式的信号传导作用，参与各种信号传导过程，如Ras-Raf-MAP kinase、JAK-STAT3、PI3 kinase-Akt等信号途径，从而调节细胞的增殖、分化、存活及癌基因的转化和肿瘤的发生、发展等。以前的研究表明，SHP2在蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)和细胞外信号调节酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)通路中起正调控作用[16];而近来研究结果证实，SHP2在信号传导途径中也可以是负性调控因子[2，10，32-33]。Yu 等[17]在大鼠造血细胞的研究中发现，SH2突变使STAT5的酪氨酸去磷酸化水平降低，但却增强了与Grb2、Gab2、p85之间的相互作用，从而促进白细胞介素-3(interleukin-3，IL-3)所启动的ERK和PI3 kinase通路的信号转导。Frearson等[18-19]在研究中均证实SHP2的催化突变使胰岛素刺激的ERK活化受到严重限制。Tang等[20]将失活突变的SHP2 mRNA显微注射到蟾蜍(xenopus)胚胎，阻断了FGF刺激的ERK活性。这些均提示了SHP2与Ras/ERK通路高度相关。事实上，SHP2的催化活性对于Ras/ERK活化是十分重要的[21]，当生长因子受体活化后，其酪氨酸残基发生自体磷酸化，为Grb2和SHP2(含有SH2结构域的衔接蛋白)磷酸酪氨酸结合区域SH2提供停靠位点。另外，Gab2是 SHP2下游的重要结合分子，Gab2结构中包含2个SHP2的绑定位点，Gab2激活后该位点首先发生自我磷酸化，组成一类双磷酸化酪氨酸激活模序，与SHP2分子中的2个SH2结合，将SHP2分子内部的封闭构象解除并将其激活。Grb2与磷酸化的生长因子受体的结合或SHP2与Gab2结合，均可导致Sos蛋白在胞膜聚集。Sos作为一种鸟嘌呤核苷酸交换因子(guanine nucleotide exchange factor，GEF)，可以催化膜结合蛋白 Ras从无活性的Ras-GDP转换为有活性的Ras-GTP。Ras-GTP再进一步与下游的信号系统发生联系，激活丝氨酸/苏氨酸激酶Raf-1等，进而在丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶的激酶(mitogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulated kinase kinase，MEK)作用下使ERK活化，ERK活化后直接作用于细胞质的靶分子或转移到细胞核内调节基因转录，使细胞增殖或分化。新近研究认为这一过程可能还受到SHP2结合蛋白和底物(SHP substrate-1，SHPS-1)、Ras-GTP酶活化蛋白(Ras-GAP)以及其他Src成员等的影响。SHP2通过调节信号通路履行着不同的生物学功能，其表达的正常与否直接决定了众多重要生命活动的关键步骤。但是迄今为止，SHP2介导的信号转导通路的某些步骤还有待于进一步的研究。

3 SHP2在生长发育中的作用

蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2在调节信号转导及介导各种生物学过程中起到了非常重要的作用，体细胞SHP2的突变和过表达可以影响这种磷酸酶的基础活性、SH2结构域的结合率及底物特异性[21]。早在1997年，Yu等[21-22]研究小组就阐述了 SHP2基因在正常造血细胞生长与发育中起着至关重要的作用，SHP2突变体明显降低胚胎干细胞(embryonic stem cells，ES)的分化潜能以及其他谱系的分化包括来源于突变ES的心肌细胞和成纤维细胞。

4 SHP2在实体肿瘤中的高表达及其意义

近年来，SHP2基因在实体瘤的发生、发展中的作用越来越引起人们重视。到目前为止，有许多文献报道SHP2基因在多种实体肿瘤中呈现高表达，这种高表达和肿瘤细胞的生长、转移及预后有一定的关系。Peng等[23]研究提示，在前列腺上皮组织细胞增殖、分化及转化过程中，存在SHP1和SHP2相关信号传导的改变，SHP2异常激活和表达部位的改变可能是导致前列腺组织重构、增生及癌变的重要机制。彭敏峰等[24-25]的实验也表明，野生型SHP2可以促进前列腺细胞的增殖和穿膜能力。由此可见，SHP2在前列腺增生和肿瘤的发生过程中发挥着重要调控作用。Bentires-Alj等[2]在神经母细胞瘤患者中发现4个PTPN11突变点(E69K、T507K、Y62C、Y62D)，但在这些患者中很少发生Ras突变，20%发现有1型多发性神经纤维瘤基因突变。唐春兰等[26]研究小组利用组织芯片技术共选取80例非小细胞肺癌(nonsmall-cell lung cancer，NSCLC)患者的肺癌标本，结果显示SHP2在NSCLC中有较高的阳性表达率(70.0%)，其中鳞癌占表达率的72.5%，腺癌则为67.5%，而在癌旁组织及其他正常肺组织中无表达。提示在NSCLC中，SHP2的表达具有特异性和敏感性，SHP2可作为检测NSCLC的新标志物，且其存在与否可能与预后相关。Yu等[21]在研究SHP2小鼠中发现异常分化的肺细胞，且表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)功能失调。提示SHP2可能作为EGFR的下游信号分子参与肺细胞的生长。Higuchi等[27]的研究结果提示，SHP2的活化突变参与幽门螺杆菌相关胃癌的发生，可能通过调解转变与胃上皮细胞相关蛋白-幽门螺杆菌毒力因子的相互作用有关。Jiang等[28]亦发现PTPN11基因突变与中国人群中幽门螺杆菌感染临床结果相关。现有的研究大多证实，SHP2的激活突变与高表达与肿瘤的发生、发展亦呈正相关。

关于SHP2和实体瘤的关系研究已从早期的在肿瘤中表达及临床指标等关系上，向肿瘤发生、发展中的分子机制研究中延伸。Zhou等[29]研究小组发现在乳腺肿瘤中，通过插入SHP2蛋白的小发卡RNA(small hairpin RNA，shRNA)抑制了SHP2蛋白表达，其ERK、Akt通路活性明显下降，证实SHP2表达下调可以使得乳腺癌细胞表型由间质细胞向上皮细胞转化;Meng等[5]研究结果则揭示SHP2可能是人类乳头瘤病毒感染的宫颈癌一个有用的预后的诊断指标，并且在宫颈癌中SHP2 mRNA和蛋白过度表达与免疫反应性纤维结合素的表达相关。在研究SHP2与乳腺肿瘤发病机制中，Zhou等[29]首次检测了乳腺癌细胞中SHP2蛋白的表达情况，认为SHP2蛋白在促进乳腺癌发生中起了重大作用。Liu等[30]研究小组发现，SHP2可通过调节ERK1/2和Akt，促进胶质细胞的成熟。Tsutsumi等[31]对胃上皮细胞的研究中发现，黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)在细胞迁移过程中处于去磷酸化和磷酸化的动态循环中，SHP2突变致使FAK磷酸化循环中断，同样FAK去磷酸化也被减少，导致细胞黏附性增高与移动性降低。Li等[3]对肺部疾病的研究发现，与对照组相比，吸烟小鼠肺组织表现出更高水平的SHP2表达，选择性抑制SHP2与IL-8释放可减少小鼠的肺部炎症，且这与 EGFR、Grb2及MEK信号通路相关。到目前为止，有关SHP2基因在肿瘤发生、发展和预后中的分子机制的研究才刚刚开始，随着分子生物学技术手段的不断更新，如基因芯片技术的成熟、小干扰RNA干扰实验的出现等，人们对SHP2基因在肿瘤发生、发展中的分子病理机制研究将会愈来愈深入。

5 SHP2在实体肿瘤中的低表达及其意义

SHP2属于蛋白酪氨酸磷酸酶家族成员之一，SHP2在大部分肿瘤中呈现高表达，具有一定的促进肿瘤生长作用。但是，在新近研究中发现，并非所有SHP2基因在肿瘤中都呈现高表达。Bard-Chapeau等[32]在2011年报道，SHP2在肝癌中发挥抑癌作用，SHP2缺失促进肝细胞特异性炎症信号通过STAT3信号通路参与肝组织炎症、坏死，导致再生性增生和在老年小鼠肿瘤的发生、发展。此外，SHP2缺失显著提高二乙基亚硝胺诱导的肝癌细胞的发展;同时，在检测人肝癌标本时发现，SHP2在肝癌标本中呈低表达状态。Jiang等[33]在2012年也报道，其应用免疫组织化学、定量逆转录聚合酶链式反应及免疫印迹等方法对多种组织类型肝癌标本进行SHP2表达检测，发现SHP2在肝癌组织较正常肝组织中表达是明显下调的。这些均提示，SHP2有可能具有一定的抑癌功能。如能进一步阐明该基因的抑癌功能及其机制将大大促进对SHP2家族作用的了解。SHP2在不同组织或不同肿瘤中表达状况也有很大差异，提示该基因家族功能的多元性，SHP2的靶向治疗作用应该予以重新考虑。

从第1个SHP2基因报道以来已经20年。经各国科研人员努力，该基因在生长发育中的作用已较肯定。但该基因在实体瘤发生、发展中究竟起了什么作用仍然不清楚。各种SHP2基因在不同正常组织的分布存在很大差异，在不同部位肿瘤中既有高表达也有低表达。从现有的资料分析，该基因的功能具有多元性。探明SHP2基因在肿瘤发生、发展中的分子机制将为肿瘤诊断、防治提供新线索。

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