蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2与疾病关系的研究进展

朱学灿 路永刚 马倩 马相书 谭鹤 帖彦清

(1河北北方学院，河北 张家口 075000；2河北省人民医院检验科)

细胞进行各项代谢活动都离不开细胞内外的信号转导，这些信号转导的过程大多是通过各种介质间的相互作用实现的。磷酸化和去磷酸化是蛋白质常见的化学修饰之一。蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)非受体(PTPN)11型基因编码的Src同源酪氨酸磷酸酶(SHP)-2包含N末端的两个Src结构域和C末端的1个PTP结构域，在静息条件下SH2催化结构域被自我抑制。SHP-2可在所有哺乳动物细胞中发现，它与造血细胞特异性SHP-1磷酸酶具有相似的结构和高度同源性，作用于多种生长因子、细胞因子和酪氨酸激酶的下游，在细胞的迁移、分化、存活和代谢活动中起着不可或缺的作用。

1 SHP-2在介导炎症信号中的作用

髓系细胞是肾脏损伤的主要浸润细胞类型，其中活化的巨噬细胞可分泌多种促炎细胞因子和生长因子，最终导致肾纤维化。在活性氧(ROS)和核因子(NF)-κB产生的过程中，巨噬细胞在肾间质中聚集，活化的巨噬细胞产生肿瘤坏死因子(TNF)-α和转化生长因子(TGF)-β，它们是肾纤维化的重要介质。有研究表明，髓系特异性敲除SHP-2可以抑制单侧输尿管结扎诱导的促炎症细胞因子TNF-α、TGF-β、白细胞介素(IL)-1β和IL-6的产生，减轻肾脏的纤维化，提示SHP-2在单侧输尿管结扎导致的肾纤维化的炎症过程中起促炎作用〔1〕。Li等〔2〕研究显示SHP-2可通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径促进急性香烟烟雾介导的肺部炎症和产生IL-8，而肺上皮中的SHP-2条件性敲除则降低了香烟烟雾导致的IL-8分泌和肺部炎症。Chong等〔3〕研究发现，SHP-2可正向调节IL-1α或TNF-α诱导的IL-6产生，其机制是以不依赖 MAPK的方式调节NF-κB通路。然而一些研究显示，SHP-2具有负向调节炎症反应的作用。Coulombe等〔4〕发现，肠上皮细胞中特异性敲除SHP-2的小鼠(SHP-2IEC-KO)肠道内几种上皮趋化因子和细胞因子水平明显升高，炎症转录因子信号传导及转录激活因子(STAT)3和NF-κB在结肠上皮细胞早期高度激活，病理表现为结肠免疫细胞浸润、隐窝脓肿、中性粒细胞积聚和杯状细胞数量减少，并迅速发展为严重结肠炎，结构发生明显改变。紧密连接蛋白(Claudins)是构成紧密连接复合物的主要成分，维持细胞间离子和溶质的选择性渗透，Claudins的调节主要通过蛋白激酶途径实现，该研究发现肠通透性增强与SHP-2IEC-KO小鼠小肠组织中Claudins表达降低有关。也有研究称SHP-2抑制由Toll样受体(TLR)3和TLR4介导的干扰素(IFN)-β的产生，而TLR3和TLR4信号通路与接头蛋白TRIF激活Ⅰ型TNF和促炎症细胞因子的表达有关。这些结果表明，SHP-2可以负性调控TRIF接头蛋白诱导的Ⅰ型IFN和细胞因子的产生〔5〕。另外，一项关于肝癌的研究指出SHP-2的敲除可使脂多糖(LPS)所致的肝脏炎症及全身炎症反应增强，肝内炎症因子IL-6、TNF-α、血清淀粉样蛋白(SA)P显著增加，STAT3信号通路增强，肝细胞凋亡增加〔6〕。

2 SHP-2在细胞迁徙和增殖中的作用

SHP-2可促进细胞迁移和侵袭能力〔7〕。有实验表明SHP-2介导了细胞外信号调节激酶(ERK)对几种生长因子和炎症的反应，ERK可正向调节内皮细胞的增殖〔8，9〕。研究表明，SHP-2与类风湿关节炎有积极的关系，类风湿关节炎患者成纤维细胞样滑膜细胞(FLS)中SHP-2表达上调，使用细胞通透性反义寡核苷酸抑制SHP-2，可降低类风湿关节炎患者中FLS的侵袭、迁移、黏附、扩散和存活。小鼠SHP-2敲除后FLS对生长因子和炎症因子的反应降低，其侵袭、迁移、黏附和扩散的能力受抑制〔10〕。所以SHP-2可能促进了类风湿关节炎患者FLS的存活和侵袭性。Teng等〔1〕发现髓系细胞敲除SHP-2后，巨噬细胞向炎症部位的迁移减少。然而有研究发现，SHP2可通过增强脾酪氨酸激酶(Syk)和p38MAPK的磷酸化水平，促进血小板衍生生长因子(PDGF)-BB诱导的血管平滑肌迁移和新生内膜的形成〔2〕。SHP-2可能是Janus激酶(JAK)2与血管紧张素受体AT1结合必要的一种接头蛋白，从而促进血管紧张素(Ang)Ⅱ诱导JAK2磷酸化和激活，所以SHP-2与 AngⅡ通路呈正相关，这是参与平滑肌细胞(SMCs)增殖的重要途径〔11〕。细胞外刺激如胎牛血清(FBS)、PDGF或胰岛素样生长因子(IGF)-1可促进SMCs中SHP-2水平升高和SMCs对5-溴-2′-脱氧尿苷(BrdU)的摄取，SMCs中的SHP-2可能通过促进细胞生长而促进动脉粥样硬化(AS)进程，这些结果均提示SHP-2可能促进血管平滑肌增殖。

3 SHP-2在细胞凋亡中的作用

SHP-2在许多组织中正向调节细胞的死亡信号，可促进凋亡〔12，13〕。研究证明核仁素与抗Bcl-xl的mRNA富含腺嘌呤、尿嘧啶(AU)区的结合可稳定mRNA，防止降解，Ang Ⅱ则可以抑制这种结合，诱导抗凋亡家族Bcl-xl mRNA的降解，启动固有凋亡。当SHP-2被抑制后由Ang Ⅱ诱导的Bcl-xl mRNA降解会减少，所以SHP-2在原代肺上皮细胞中可以介导细胞凋亡〔12〕。有研究指出SHP-2可介导成纤维细胞生长因子(FGF)和IL-6的表达，促进细胞的存活，FGF4又可通过SHP-2诱发Src/RAS/ERK通路的激活，最终导致促凋亡蛋白Bim的磷酸化和失稳〔14〕。另有研究诱导型SHP-2的敲除导致造血干细胞和祖细胞凋亡的增加，造血细胞严重缺陷，除血小板外周血细胞严重减少。相反，SHP-2过度激活会造成造血祖细胞对粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、IL-3更加敏感，过度增殖〔15〕。视网膜中SHP-2的减少会损害ERK信号通路，所有视网膜细胞凋亡增加，光感受器中STAT3激活增加，构成性激活的Kras可逆转上述损害〔16〕。有研究提出SHP-2在细胞生长、转化和干细胞存活中的积极作用，其过表达与淋巴结转移、激素受体核蓄积及较高的肿瘤分级呈正相关，提示SHP-2有促进细胞存活的作用〔17〕。

4 SHP-2在肿瘤的发生和发展中的作用

近50%的努南(Noonan)综合征患者中有PTPN11常染色体的显性突变，这些患者发生幼年粒细胞白血病的概率要比正常人高许多，在其他类型的白血病患者中也发现了组成性激活的SHP-2体细胞突变。在白血病、乳腺癌患者和乳腺癌细胞株中均发现有SHP-2的过度表达，约72%的浸润性导管癌细胞中有SHP-2的过度表达，这可能与人表皮生长因子受体(HER)2的过度表达有关〔17〕。抑制SHP-2后可以抑制二甲基苯并蒽(DMBA)诱导的大鼠乳腺癌的发生和小鼠乳腺癌肿瘤病毒-多瘤病毒中间T抗原(MMTV)-pyvt转基因小鼠的肿瘤形成。雌二醇可以使SHP-2蛋白表达升高，磷酸化增加，从而结合雌激素受体α和胰岛素样生长因子-1R，促使乳腺癌细胞中ERK、蛋白激酶B(AKT)的磷酸化，从而传递雌激素信号，有利于乳腺癌的发生〔18〕。PTPN11一度被认为是原癌基因，但有研究发现人肝癌组织中SHP-2的表达量减少约11.5%，肝脏中特异性敲除SHP-2后，促进STAT3介导的炎症发生，导致肝脏炎症和坏死，最终导致老年性小鼠肝脏再生性增生和自发性肿瘤的发生。同样的，敲除SHP-2后也能促进DEN诱导的肝癌的发生和发展，但是同时敲除SHP-2和STAT3要比单独缺失SHP-2所引起的肝癌减轻，所以敲除SHP-2后引起肝癌的发生或加重与STAT3信号通路有关〔6〕，Wu等〔19〕同样发现SHP-2可以负调控JAK-STAT通路，因此SHP-2在肝脏中可能具有抑制癌症发生的作用。

5 SHP-2在肺支气管形成及肺泡表面活性物质稳定中的作用

SHP-2在胚胎时期的肺内皮中高表达，参与FGF诱导的肺支气管的形成，纯合子SHP-2突变小鼠由于对FGF无反应，在胚胎时期即产生致死性的肺功能不全。在炎性介质的刺激下，持续活化的单核细胞会持续产生基质金属蛋白酶(MMPs)，破坏肺泡壁最终导致肺气肿，Xu等〔20〕研究显示与正常小鼠相比敲除小鼠单核细胞中SHP-2后，小鼠会产生与年龄相关的自发性、进行性的肺气肿，其病理显示出肺泡形态大量被破坏，胞外基质被降解，MMPs尤其是MMP12升高 。吸烟可以使肺泡灌洗液中的白细胞尤其是单核细胞显著上升，与正常鼠相比，SHP-2fl/fl∶LysMCre/+小鼠肺泡灌洗液中单核细胞和炎症因子(IL-6、TNF-α等)并无明显增高，这提示SHP-2fl/fl∶LysMCre/+小鼠肺泡中MMPs升高并不是单核细胞增多所致。进一步研究表明，TGF-β1信号转导异常是肺气肿时MMPs升高的决定性因素，使用SHP-2的特异性抑制剂PHPS1 处理RAW264.7巨噬细胞后发现TGF-β1对MMP-12的抑制减弱〔20〕。TGF-β1的活化可使细胞质中的SMAD2/3磷酸化并进入细胞核，入核的SMAD3可以结合在MMP-12的启动子上，对MMP-12的表达具有抑制作用，SHP-2的缺失可能导致SMAD2/3活化减少，最终使TGF-β1对MMP-12的抑制减少，MMP-12的增多降解了更多的肺泡间质，最终导致肺气肿的发生〔6〕。特发性肺纤维化是一种常见的致死性呼吸道疾病，有研究表明SHP-2在FGF介导的肺泡表面活性物质代谢和生长因子受体结合蛋白(GAB)/MAPK/ERK信号通路介导的内皮损伤修复中起关键作用〔21～23〕。Zhang等〔24〕发现肺泡上皮中SHP-2失活后导致肺泡表面活性蛋白等物质减少，板层小体紊乱，肺泡上皮凋亡增加，肺间质纤维化产生及伴有少量炎症。Ⅱ型肺泡上皮细胞分泌的表面活性物质结合蛋白(SP)对维持肺的容量和正常形态必不可少。ATP结合盒转运体(ABC)A3主要表达于Ⅱ型肺泡上皮细胞板层小体的界膜处，在SPs的形成中起关键作用，SPs或ABCA3的缺失或减少在不同程度上可出现板层小体紊乱，呼吸缺陷甚至致命的呼吸窘迫〔25〕。研究表明，SHP-2是FGF/GAB/ERK介导的上皮修复的关键因子，FGF介导GABs与SHP-2迅速地相互作用，随后被FGF的受体所识别并募集，引起上皮细胞产生SP-A、B、C，这对于维持肺泡表面物质的稳态及上皮细胞损伤后的修复是必不可少的，SHP-2敲除导致甲状腺转录因子(TTF)1介导的SPs(SP-A、B、C)及ABCA3的减少，肺泡表面活性物质的动态平衡失调，上皮损伤后修复延迟，以致自发性的肺纤维化〔24〕。

6 SHP-2在AS中的作用

AS是一种慢性炎症性疾病，晚期不稳定斑块是导致缺血性心脑血管疾病的重要病因。大量基础与临床研究表明，在促AS危险因素刺激下，髓系单核细胞进入斑块并分化成熟为巨噬细胞。巨噬细胞具有极强的可塑性，可以根据斑块内的微环境分化出特定的表型从而行使特异性的功能，决定斑块的走向，如M1、M2、M4、Mox、HAmac、M(Hb)、Mhem等，目前研究最多的表型为经典活化型(M1 型)和替代活化型(M2 型)〔26〕。M2型巨噬细胞具有炎症调节作用，对阻止AS 进展和防控心脑血管疾病具有积极意义。有研究发现，骨髓细胞特异性敲除SHP-2 后，可使肺部炎症诱导的巨噬细胞向M2转型〔20〕。有研究表明〔27〕，在对易患AS的小鼠腹腔注射SHP-2的特异性抑制剂PHPSI后，其血管AS斑块有减少的趋势，与对照组相比，SHP-2被抑制后，斑块内巨噬细胞减少，平滑肌细胞及胶原成分减少。对小鼠降主动脉的巨噬细胞标志物进行分析表明〔27〕，巨噬细胞向M2分化的趋势更强。斑块内平滑肌成分是合成胶原的重要细胞，胶原成分是斑块的刚性成分也是组成纤维帽的最主要成分。M2 型巨噬细胞还可以直接分泌胶原成分，并促进斑块内平滑肌细胞迁移、增殖、分化。这提示抑制SHP-2 可能是通过促进巨噬细胞转型为抑炎性M2 型巨噬细胞来促进斑块胶原合成或斑块的纤维化，从而达到增加斑块刚性成分进而稳定斑块的作用，PHPS1 抑制SHP-2 后造成的血清促炎因子降低和抑炎因子升高，也可能是通过改变巨噬细胞表型来实现的〔27〕。

SHP-2参与了细胞生命活动中的诸多作用，传统的全身SHP-2敲除的动物模型不能繁殖成功，目前基于Cre/LoxP、CRISPR等技术，能够制作组织特异性SHP-2敲除或诱导型SHP-2敲除的动物模型，加快人类对于SHP-2等蛋白或基因的研究。但是生物体是一个极其复杂和精密的综合体，目前对细胞信号转导的研究和理解还只是停留在表面。SHP-2在信号转导中的作用是连续的、动态的，人类对于SHP-2的每一项研究都仅仅是生命科学的一小步，应整体看待细胞的生命活动。