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供稿：张雨侬（在读硕士）审核：陆小云编辑：张章一、蛋白酪氨酸磷酸酶与SHP2目前发现个蛋白磷酸酶亚家族，可以分为如下4类：蛋白酪氨酸磷酸酶（proteintyrosinephosphatases，PTPs）、金属离子依赖性蛋白磷酸酶（metal-dependentproteinphosphatases，PPMs）、磷蛋白磷酸酶（phosphoproteinphosphatases，PPPs）以及卤酸脱卤型磷酸酶（phosphatasesofthehaloaciddehalogenases，HAD磷酸酶），其中PPMs和PPPs属于蛋白丝/苏氨酸磷酸酶，HAD磷酸酶中除了缺眼蛋白家族（eyesabsentfamilyofproteins，Eya）属于酪氨酸磷酸酶以外，其余已知的均为丝/苏氨酸磷酸酶。信号蛋白中酪氨酸的磷酸化状态在许多正常细胞过程的信号级联反应的起始、过程和终止中发挥决定性作用，其受蛋白酪氨酸激酶（PTK，磷酸化）和蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP，去磷酸化）的调节。当这两种酶的调节异常时，均会导致人类疾病的发生，包括糖尿病、癌症及自身免疫性疾病等。酪氨酸磷酸化活性提高已成为许多癌症的标志，通常是由于PTK过度活化或/和过表达引起的，PTP通过对磷酸酪氨酸（pTyr）残基的去磷酸化，被认为是信号通路和肿瘤抑制基因产物的负调节剂，其作为肿瘤抑制因子突变致癌和致癌蛋白已在多种癌症中被发现。从治疗干预的角度来看，这些酪氨酸磷酸化调节的蛋白由于在肿瘤中传递多种生长因子信号，已成为药物治疗的潜在靶点。许多PTK（如Bcr-Abl，c-Kit，ErbB，和EGFR）抑制剂已用于治疗癌症，然而几个靶向PTP抑制剂由于较大的脱靶*性，靶标生物学功能的不确定性及不良药代动力学特性未得到较好的开发。SHP（Srchomology-2domain-containingproteintyrosinephosphatase）是包含SHP1（由PTPN6编码）和SHP2（由PTPN11编码）的非受体型蛋白质酪氨酸磷酸酶的小型亚家族，其中SHP-2(又称Syp，PTP1D，PTP2C,SH-PTP2，SH-PTP3)由蛋白酪氨酸磷酸酶非受体11（PTPnonreceptor11，PTPN11）编码。SHP1和SHP2在PTP域中具有75％的氨基酸序列相似性和61％的序列同一性（图1A：红色与粉色部分表示二者相同序列）。SHP1和SHP2具有相似的结构域排列，包括两个串联的SH2结构域（N-SH2和C-SH2），一个PTP催化结构域和一个带有两个酪氨酸磷酸化位点的C末端尾部（图1B：人SHP2结构）。因此在开发靶向SHP2药物时，解决高同源性SHP1的选择性问题尤为重要。二、SHP2异常与肿瘤SHP2是人类中经过充分验证的PTP癌蛋白，并且正在成为治疗癌症的重要靶标。PTPN11的功能获得性突变见于约50％的发育异常Noonan综合征（NS）病例中和超过30％的最常见的小儿白血病；种系PTPN11突变在90％的LEOPARD综合征（LS）患者中被发现；突变还发生在散发性实体瘤中，包括肺癌，结肠癌，神经母细胞瘤和黑色素瘤（下图A）。根据《癌症体细胞突变目录》（COSMIC）中精选的数据，肿瘤样本中有75.5％携带PTPN11错义突变，并在N-SH2和PTP域中更频繁地发生（下图B）。在实体瘤中很少发现SHP2突变，而SHP2的过度激活起着至关重要的致病作用，因此通过阻断或抑制SHP2的通路激活课明显改善肿瘤治疗，其中包括（1）SHP2敲除可显着抑制肿瘤引发增殖并肿瘤细胞的维持和发展；（2）抑制SHP2可以抑制RTK驱动的癌细胞（如EGFRLR驱动的肺腺癌，BRAF突变的结肠癌和KRAS突变的乳腺癌）的生长并增强RTK抑制剂的治疗效果；（3）阻断SHP2诱导肿瘤衰老，从而触发免疫系统清除癌细胞。三、SHP2信号传导通路SHP2位于细胞质中，可被RTK募集以诱导细胞信号传导，并参与多个细胞内致癌信号传导级联反应，例如Jak/STAT，PI3K/AKT，RAS/Raf/MAPK，PD-1/PD-L1，以及mTOR途径（图3A）。其中将胞外信号传导到核内的关键GTP酶RAS，被SHP2调节（衔接子/支架蛋白中的酪氨酸去磷酸化）成为活化状态的GTP结合模式发挥致癌作用；另一方面，在获得性耐药中SHP2对RAS信号激活促进了信号通路的代偿性激活（如MEK的负反馈调节激活RTK，活化SHP2从而激活下游通路），在这种情况下，对SHP2的抑制作用可以消除RAS/Raf/ERK途径的重新激活，并代表一种潜在的治疗策略，作为一种新的解决RTK耐药问题的策略。另一方面，在免疫微环境中，PD-1通过ITIM/ITSM结构域募集SHP2可以阻止T细胞通过TCR和共刺激CD28激活T细胞活化信号，从而抑制下游通路以降低肿瘤负荷，包括PI3K/AKT，RAS/Raf和磷脂酶Cγ（PLCγ）。总的来说，SHP2的抑制作用通过降低细胞因子表达和T细胞活化、增殖、存活而抑制T细胞依赖性免疫反应（下图B）。因此可以通过抑制SHP2从而恢复Th1免疫功能（主要介导细胞免疫应答）和活化T细胞，进而激活肿瘤微环境中的免疫应答，鉴于抗PD-1/PD-L1治疗药物的成功，SHP2抑制剂与免疫检查点抑制剂联合用于癌症免疫治疗具有潜在可能性。四、SHP2的活化与非活化构象SHP2的催化位点被五个环包围，包括WPD，β5-β6，P，Q和pTyr环。WPD环可采用内或外构象，可能有助于底物识别；β5-β6环也表现出很高的柔韧性（图A）。当比较SHP2和SHP1之间的催化位点时，在晶体结构中发现了WPD和β5-β6环的相似迁移率（图B）。二者在PTP域中较高的序列同源性，仅催化位点外围的六个氨基酸不同（图C），因此，该结构域可能对底物的选择性起决定性作用。A：SHP2晶体结构（PDBcode2SHP）;B：SHP1晶体结构（PDBcode3PS5）;C：SHP1/2二者结构差别（棒状模型标出）；磷酸根离子（PDBcode4GRZ）指pTyr肽中磷酸根的位置。为了探讨抑制剂在PTP1B，SHP2和SHP2三者中的选择性，研究者比较了三者间的PTP域结构。与SHP1和SHP2相比，PTP1B仅包含采用与SHP1和SHP2中相似的折叠的PTP域。A：PTP1B与其抑制剂5b结合模式（PDBcode5T19）B：使用PTP1B抑制剂（LZP-25，PDBcode3EB1）比较SHP1（橙色），SHP2（绿色）和PTP1B（青色）之间的PTP域结合位点，其中棒状模型为三者间不同氨基酸残基在PTP1B中，WPD环在两个构象之间的切换（图A）调节底物结合并参与催化。与SHP1或SHP2相比，PTP1B催化位点的氨基酸保守性较低。在基态下，SHP2中的PTP结构域被N-SH2自动抑制，该构象中，两个SH2域的pTyr结合位点的方向远离N-SH2，C-SH2和PTP域的界面。N-SH2结构域的pTyr结合位点具有两个构象，分别代表活化的肽结合状态和非活性的PTP结合状态（下图C）。SHP2自抑制构象(左PDBcode6BMV)与活化构象(中PDBcode3B7O)Gab1多肽与N-SH2结合结构(右PDBcode4QSY)图C：在非活性状态下，EF环和BG环的闭合可阻断pTyr肽的结合位点在非活性状态下，N-SH2域仅与PTP域结合，因此EF和BG环之间的相互作用会阻断pTyr肽的结合位点，当刺激性pTyr肽与N-SH2结构域结合时，N-SH2的构象从无活性状态转变为活化状态（图C），N-SH2和PTP之间的自抑制相互作用被破坏，从而形成了催化口袋可与含有pTyr残基的底物结合。在底物中的pTyr残基结合到催化口袋之后，WPD环随后闭合以形成底物去磷酸化的催化构象。C-SH2虽然不如N-SH2与PTP结合起决定性作用，但是也有助于SHP2的底物结合特异性和提高催化活性。补充：激活SHP2构象含有pTyr的蛋白质主要包含三类：免疫抑制受体，支架蛋白（Grb2相关的结合蛋白[Gabs]，成纤维细胞生长因子受体底物[FRS]，胰岛素受体底物[IRS]）和受体（受体酪氨酸激酶[RTKs]，细胞因子受体）。PTPN11的功能获得性突变通常会改变SHP2的自抑制构象，引起PTP的过度活跃的催化活性，至今已报道了位的突变，大多数位于N-SH2和PTP结构域之间的界面上（下图）。这些突变可以破坏SHP2的分子内相互作用，从而导致部分构象开放并增加催化位点对底物的结合。SHP2自抑制结构(PDBcode5EHR)，*色和紫色分别表示血液肿瘤和实体瘤突变氨基酸的位置映射五、SHP2抑制剂早期有一些天然产物被发现具有蛋白磷酸酶抑制能力，但它们均因特异性弱，生物利用度差等原因而未成药。最早，人们设计蛋白磷酸酶底物类似物来竞争蛋白磷酸酶的作用，但绝大多数都因成药性差而失败。(来源：赢迪资本；本