從“不可成藥”到明星靶點，SHP2如何完 美逆襲？

       含有SrC同源性2的蛋白酪氨酸磷酸酶2（SHP2）是一種非受體蛋白酪氨酸磷酸酶，主要在多種組織的細(xì)胞質(zhì)中廣泛表達(dá)，屬于蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)家族。

       研究表明，SHP2的失調(diào)與異常的細(xì)胞增殖、分化、粘附遷移和凋亡有關(guān)，使得SHP2成為癌癥治療的有潛力的治療靶點。目前，針對SHP2靶點尚無藥物批準(zhǔn)上市，多種不同作用模式的SHP2抑制劑已被成功開發(fā)，其中一些已經(jīng)處于臨床試驗階段，進(jìn)展最快的是諾華研發(fā)的處于臨床二期的TNO-155。

       SHP2靶點介紹

       1 SHP2結(jié)構(gòu)和功能

       SHP2是一種多結(jié)構(gòu)域的酪氨酸磷酸酶，其結(jié)構(gòu)相對保守，由593個氨基酸殘基組成。SHP2由兩個SH2結(jié)構(gòu)域（N-SH2和C-SH2）、一個保守的PTP結(jié)構(gòu)域和一個靈活的C端尾部組成（圖1）。通常，磷酸酪氨酸可以結(jié)合SH2結(jié)構(gòu)域以促進(jìn)PTP結(jié)構(gòu)域與其底物之間的相互作用。

       具體來說，N-SH2結(jié)構(gòu)域可以介導(dǎo)SHP2與含磷酸酪氨酸殘基的激活劑、去磷酸化底物或適配器蛋白的相互作用。C-SH2結(jié)構(gòu)域與N-SH2和PTP結(jié)構(gòu)域沒有直接的表面接觸，但可以連接這兩個結(jié)構(gòu)域，以提高結(jié)合能和底物的特異性。

       圖1.SHP2的蛋白結(jié)構(gòu)

       研究發(fā)現(xiàn)，SHP2的C端尾部有一個無序的氨基酸殘基（殘基526-593），其中有兩個關(guān)鍵的磷酸化位點：Tyr542，Tyr580和一個富含Pro的基序單元。這些C端酪氨酸激酶（PTKs）磷酸化殘基對于SHP2的激活是至關(guān)重要的，并為含有磷酸酪氨酸殘基的蛋白提供結(jié)合位點，如生長因子受體結(jié)合蛋白2（GRb2）。SHP2的C端Ser558和Ser562殘基對于與含有F-box和WD重復(fù)結(jié)構(gòu)域泛素連接酶FBXW7的相互作用也是至關(guān)重要的。此外，Lys590是SUMO1的SUMO化位點，介導(dǎo)SHP2與Gab1支架蛋白的相互作用（圖2）。

       圖2. SHP2的翻譯后修飾調(diào)節(jié)功能

       在沒有N-SH2配體的情況下，由于N-SH2和PTP結(jié)構(gòu)域之間的分子內(nèi)非共價變構(gòu)相互作用，抑制SHP2磷酸酶活性。在非活性狀態(tài)下，Asp61和Tyr62被插入到PTP結(jié)構(gòu)域的催化裂隙中，并封閉其活性位點，這使SHP2保持在一種自抑制狀態(tài)，并阻斷其與含磷酸酪氨酸蛋白結(jié)合，抑制磷酸酶活性。因此，N-SH2結(jié)構(gòu)域是SHP2的變構(gòu)調(diào)節(jié)因子，并在其激活過程中起著核心作用。

       此外，SHP2的激活需要從PTP結(jié)構(gòu)域中去除N-SH2結(jié)構(gòu)域，這需要同時與SH2結(jié)構(gòu)域磷酸化酪氨酸基序結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)，高親和力的單磷酸化蛋白也可以通過破壞N-SH2-PTP的相互作用來誘導(dǎo)SHP2的催化活性。據(jù)報道，N-SH2的結(jié)合裂隙處于柔性狀態(tài)，N-SH2的中心β-sheet的開放有利于SHP2的激活；而C-SH2結(jié)構(gòu)域主要招募高親和力的雙齒狀磷酸肽。與封閉的、自抑制狀態(tài)的相比，SHP2在開放的、活躍的構(gòu)象狀態(tài)下對磷酸化的底物蛋白具有更高的親和力。此外，SHP2磷酸酶活性也可以通過去除N-SH2或兩個SH2結(jié)構(gòu)域來調(diào)控。

       2 SHP2介導(dǎo)的信號通路

       含srC同源-2的蛋白酪氨酸磷酸酶2（SHP2），由PTPN11編碼，是一種去磷酸化酶，屬于蛋白酪氨酸磷酸酶（PTPs）家族。SHP2作為包括Ras-Raf-MEK-ERK、JAK-STAT、PI3K-AKT-mTOR和PD-1/PD-L1通路在內(nèi)的多種信號通路的匯聚節(jié)點，可以增強(qiáng)或拮抗與經(jīng)典細(xì)胞存活相關(guān)的和具有底物特異性的免疫調(diào)節(jié)途徑。

       研究發(fā)現(xiàn)，SHP2既可以作為磷酸酶發(fā)揮顯著的致癌功能，也可以以環(huán)境依賴的方式作為腫瘤抑制因子。在非活性狀態(tài)下，SHP2蛋白的N-SH2結(jié)構(gòu)域與PTP結(jié)構(gòu)域結(jié)合并阻斷其底物進(jìn)入催化位點，從而導(dǎo)致SHP2活性受到抑制。當(dāng)SH2結(jié)構(gòu)域與特定的磷酸酪氨酸基序（motif）結(jié)合時，SHP2的自抑制狀態(tài)被破壞，處于活化開放構(gòu)象，發(fā)揮將底物去磷酸化的功能。

       研究表明，SHP2參與調(diào)節(jié)生物體內(nèi)多種信號通路。SHP2結(jié)合位點存在于RTK和骨架銜接子（如GAB、IRS、FRS等蛋白）中，因此這種“分子開關(guān)”確保SHP2僅在適當(dāng)?shù)募?xì)胞區(qū)域被激活。在生長因子和細(xì)胞因子信號傳導(dǎo)中，SHP2作用于RAS的上游，并使細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶ERK/絲裂原活化蛋白激酶MAPK途徑完全活化。

       此外，SHP2的C末端酪氨酸能夠響應(yīng)大多數(shù)激動劑而發(fā)生磷酸化，酪氨酸磷酸化的SHP2募集接頭蛋白GRB2和鳥嘌呤核苷酸交換因子SOS，有助于RAS活化。此外，SHP2通過其N-SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合免疫檢查點蛋白PD-1的磷酸酪氨酸基序（pTyr motif），參與調(diào)節(jié)T細(xì)胞的活性。因此，SHP2是一個重要的抗癌靶點。

       圖3.SHP2介導(dǎo)的信號通路

       3 SHP2的表達(dá)、分布及突變

       SHP2是由蛋白酪氨酸磷酸酶非受體11型（PTPN11）基因編碼的蛋白，這是PTPs超家族中第一個非受體原癌基因。它是一種普遍存在的蛋白質(zhì)，廣泛表達(dá)于多種組織類型的細(xì)胞質(zhì)中，同時它也分布于細(xì)胞核和線粒體。研究發(fā)現(xiàn)，SHP2在多種不同的組織類型中表達(dá)，包括大腦、脂肪、甲狀腺、心臟、腎上腺、腎 臟和子宮內(nèi)膜等。

       研究表明，轉(zhuǎn)化生長因子（TGFβ）在成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和蛋白水平上均抑制了SHP2的表達(dá)。在多發(fā)性骨髓瘤中，SHP2的表達(dá)也可能通過啟動子甲基化而下調(diào)。此外，一些微小RNA也可以抑制SHP2的表達(dá)。然而，目前對于SHP2蛋白的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制尚不清楚。

       通常，野生型SHP2在非活性構(gòu)象和活性構(gòu)象之間維持動態(tài)平衡。然而，PTPN11基因的突變打破了這種平衡，并影響了SHP2磷酸酶的活性。PTPN11基因上發(fā)生兩種形式的突變：功能增益（GOF）突變和功能喪失（LOF）突變（圖4）。

       其中，N-SH2結(jié)構(gòu)域中的D61G、D61Y和E76K等GOF突變表明可以通過破壞PTP結(jié)構(gòu)域自抑制狀態(tài)來增強(qiáng)磷酸酶活性。GOF突變具有雙重作用：1、通過減少N-SH2和PTP結(jié)構(gòu)域之間的相互作用來增加磷酸酶活性；2、通過促進(jìn)催化口袋的底物結(jié)合能力來提高磷酸酶活性。在一種獨(dú)特類型的GOF突變T507K中，SHP2存在于與野生型相似的封閉自抑制構(gòu)象中，但N-SH2與PTP結(jié)構(gòu)域之間的相互作用較弱，這使得SHP2T507K對GAB1具有更高的親和力。LOF突變僅發(fā)生于PTP結(jié)構(gòu)域，如Y279C、T468M、Q506P和Q510E。這些突變類型可以改變催化位點，并在不影響結(jié)合能力的情況下阻斷酶活性。

       此外，SHP2激活的GOF突變聚集在N-SH2和PTP結(jié)構(gòu)域的相互作用界面，如E76D和E76K。這些突變與一些發(fā)育障礙有關(guān)，并在白血病和多發(fā)性實體腫瘤中被發(fā)現(xiàn)。PTPN11的錯義基因突變會導(dǎo)致努南綜合征（Ns）和豹綜合征（ls），患病率分別超過50%和80%。PTPN11的獲得性GOF突變（D61Y和E76K）是最常見的突變，是幼年骨髓單核細(xì)胞白血病的主要原因。激活的SHP2突變也存在于骨髓增生異常綜合征（mds，10%）、B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血?。╞-all，7%）和急性髓系白血?。╝ml，4%）中。SHP2的高突變率導(dǎo)致SHP2抑制劑獲得性耐藥，也是困擾研發(fā)人員的一大難題。

       圖4. SHP2的突變類型

       SHP2抑制劑的最新研究進(jìn)展

       SHP2完成了從“不可成藥”到明星靶點的角色轉(zhuǎn)變。SHP2抑制劑經(jīng)歷了從催化位點抑制劑到變構(gòu)位點抑制劑，再到SHP2降解劑的研發(fā)歷程。

       最早，研究人員嘗試開發(fā)SHP2的催化位點抑制劑，例如含水楊酸、磺酸基團(tuán)的一類化合物和某些天然產(chǎn)物。但是在PTP家族中磷酸酶活性域高度保守，使催化位點抑制劑在高同源性的SHP1、SHP2、PTP1B中缺乏選擇性，而且結(jié)構(gòu)中大多含有模擬磷酸化底物與催化中心相互作用的極性和離子功能基團(tuán)存在，導(dǎo)致催化位點抑制劑的細(xì)胞滲透性和生物利用度較差，甚至表現(xiàn)出了劑量依賴的細(xì)胞毒 性、心臟和靜脈毒 性等，使得這類藥物難以開發(fā)成藥。

       2016年，諾華公司報道了第一款SHP2變構(gòu)抑制劑SHP099，其以一種全新的變構(gòu)抑制機(jī)制使SHP2蛋白穩(wěn)定于自抑制構(gòu)象。它與通過與SHP2變構(gòu)口袋相互作用來穩(wěn)定或抑制酶構(gòu)象的變化，使活性中心不能與底物結(jié)合而發(fā)揮功能。相比于催化位點抑制劑，變構(gòu)抑制劑不僅具有良好的SHP2抑制活性，比如RMC-4550、IACS-13909，對SHP2磷酸酶的IC50都在10 Nmol·L-1以內(nèi)，且選擇性高。此外，變構(gòu)抑制劑具有成藥性好、可口服利用等優(yōu)點彌補(bǔ)了催化位點抑制劑的不足，開啟了SHP2抑制劑新的研究方向。

       目前，針對SHP2靶點尚無藥物獲批上市，多款SHP2抑制劑獲批臨床。其中，進(jìn)展最快的處于Ⅱ期臨床階段的藥物TNO-155，領(lǐng)跑SHP2賽道。值得注意的是，TNO155也是首 款進(jìn)入臨床階段的SHP2抑制劑。SHP2作為一個明星癌癥靶點，吸引了國內(nèi)外多家藥企布局研發(fā)。如：諾華、艾伯維、加科思、諾誠健華、蘇州勤浩醫(yī)藥等。其中，國內(nèi)進(jìn)展最快的加科思的JAB-3068。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前針對SHP2小分子抑制劑有：II期臨床藥物4個，I期臨床藥物11個。此外，多個研究機(jī)構(gòu)布局SHP2降解劑的開發(fā)，這是未來研究SHP2的方向之一。（圖5）

       圖5.SHP2抑制劑研究進(jìn)展（圖片來源：凱萊英藥聞）

       小結(jié)

       過去幾年里，基于SHP2抑制劑的研發(fā)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。早期研發(fā)的靶向催化位點的SHP2抑制劑均因選擇性差、生物利用度低等原因未能成藥。因此，SHP2變構(gòu)抑制劑的開發(fā)已成為重要的研究方向。然而，也有研究表明，目前成功開發(fā)的基于變構(gòu)位點的SHP2抑制劑存在著脫靶問題。SHP2抑制劑在聯(lián)合用藥和替代藥物的使用方面有很大的優(yōu)勢和空間。我們相信，SHP2抑制劑將會成為新一個藥物研發(fā)的掘金之地，有望產(chǎn)生重磅炸 彈級別的全新抗癌藥物，造福更多的患者。

       參考文獻(xiàn)：

       1、凱萊英藥聞.《 打破“不可成藥”魔咒，SHP2抑制劑誰將率先突圍？》

       2、A CompreheNsive review of SHP2 aNd its role iN CaNCer. doi.org/10.1007/s13402-022-00698-1.

       3、The ‘Shp’iNg News: SH2 domaiN-CoNtaiNiNg TyrosiNe phosphatases iN Cell sigNaliNg. TreNds BioChem. SCi. 28, 284–293 (2003)

       4、StruCtural aNd MeChaNistiC INsights iNto LEOPARD SyNdrome-AssoCiated SHP2 MutatioNs. J. Biol. Chem. 288, 10472–10482 (2013)

       5、What Have We LearNed from SH2 DomaiNs? Methods Mol. Biol. 1555, 37–43 (2017)