蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2與疾病關系的研究進展

朱學燦 路永剛 馬倩 馬相書 譚鶴 帖彥清

(1河北北方學院，河北 張家口 075000；2河北省人民醫院檢驗科)

細胞進行各項代謝活動都離不開細胞內外的信號轉導，這些信號轉導的過程大多是通過各種介質間的相互作用實現的。磷酸化和去磷酸化是蛋白質常見的化學修飾之一。蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)非受體(PTPN)11型基因編碼的Src同源酪氨酸磷酸酶(SHP)-2包含N末端的兩個Src結構域和C末端的1個PTP結構域，在靜息條件下SH2催化結構域被自我抑制。SHP-2可在所有哺乳動物細胞中發現，它與造血細胞特異性SHP-1磷酸酶具有相似的結構和高度同源性，作用于多種生長因子、細胞因子和酪氨酸激酶的下游，在細胞的遷移、分化、存活和代謝活動中起著不可或缺的作用。

1 SHP-2在介導炎癥信號中的作用

髓系細胞是腎臟損傷的主要浸潤細胞類型，其中活化的巨噬細胞可分泌多種促炎細胞因子和生長因子，最終導致腎纖維化。在活性氧(ROS)和核因子(NF)-κB產生的過程中，巨噬細胞在腎間質中聚集，活化的巨噬細胞產生腫瘤壞死因子(TNF)-α和轉化生長因子(TGF)-β，它們是腎纖維化的重要介質。有研究表明，髓系特異性敲除SHP-2可以抑制單側輸尿管結扎誘導的促炎癥細胞因子TNF-α、TGF-β、白細胞介素(IL)-1β和IL-6的產生，減輕腎臟的纖維化，提示SHP-2在單側輸尿管結扎導致的腎纖維化的炎癥過程中起促炎作用〔1〕。Li等〔2〕研究顯示SHP-2可通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑促進急性香煙煙霧介導的肺部炎癥和產生IL-8，而肺上皮中的SHP-2條件性敲除則降低了香煙煙霧導致的IL-8分泌和肺部炎癥。Chong等〔3〕研究發現，SHP-2可正向調節IL-1α或TNF-α誘導的IL-6產生，其機制是以不依賴 MAPK的方式調節NF-κB通路。然而一些研究顯示，SHP-2具有負向調節炎癥反應的作用。Coulombe等〔4〕發現，腸上皮細胞中特異性敲除SHP-2的小鼠(SHP-2IEC-KO)腸道內幾種上皮趨化因子和細胞因子水平明顯升高，炎癥轉錄因子信號傳導及轉錄激活因子(STAT)3和NF-κB在結腸上皮細胞早期高度激活，病理表現為結腸免疫細胞浸潤、隱窩膿腫、中性粒細胞積聚和杯狀細胞數量減少，并迅速發展為嚴重結腸炎，結構發生明顯改變。緊密連接蛋白(Claudins)是構成緊密連接復合物的主要成分，維持細胞間離子和溶質的選擇性滲透，Claudins的調節主要通過蛋白激酶途徑實現，該研究發現腸通透性增強與SHP-2IEC-KO小鼠小腸組織中Claudins表達降低有關。也有研究稱SHP-2抑制由Toll樣受體(TLR)3和TLR4介導的干擾素(IFN)-β的產生，而TLR3和TLR4信號通路與接頭蛋白TRIF激活Ⅰ型TNF和促炎癥細胞因子的表達有關。這些結果表明，SHP-2可以負性調控TRIF接頭蛋白誘導的Ⅰ型IFN和細胞因子的產生〔5〕。另外，一項關于肝癌的研究指出SHP-2的敲除可使脂多糖(LPS)所致的肝臟炎癥及全身炎癥反應增強，肝內炎癥因子IL-6、TNF-α、血清淀粉樣蛋白(SA)P顯著增加，STAT3信號通路增強，肝細胞凋亡增加〔6〕。

2 SHP-2在細胞遷徙和增殖中的作用

SHP-2可促進細胞遷移和侵襲能力〔7〕。有實驗表明SHP-2介導了細胞外信號調節激酶(ERK)對幾種生長因子和炎癥的反應，ERK可正向調節內皮細胞的增殖〔8，9〕。研究表明，SHP-2與類風濕關節炎有積極的關系，類風濕關節炎患者成纖維細胞樣滑膜細胞(FLS)中SHP-2表達上調，使用細胞通透性反義寡核苷酸抑制SHP-2，可降低類風濕關節炎患者中FLS的侵襲、遷移、黏附、擴散和存活。小鼠SHP-2敲除后FLS對生長因子和炎癥因子的反應降低，其侵襲、遷移、黏附和擴散的能力受抑制〔10〕。所以SHP-2可能促進了類風濕關節炎患者FLS的存活和侵襲性。Teng等〔1〕發現髓系細胞敲除SHP-2后，巨噬細胞向炎癥部位的遷移減少。然而有研究發現，SHP2可通過增強脾酪氨酸激酶(Syk)和p38MAPK的磷酸化水平，促進血小板衍生生長因子(PDGF)-BB誘導的血管平滑肌遷移和新生內膜的形成〔2〕。SHP-2可能是Janus激酶(JAK)2與血管緊張素受體AT1結合必要的一種接頭蛋白，從而促進血管緊張素(Ang)Ⅱ誘導JAK2磷酸化和激活，所以SHP-2與 AngⅡ通路呈正相關，這是參與平滑肌細胞(SMCs)增殖的重要途徑〔11〕。細胞外刺激如胎牛血清(FBS)、PDGF或胰島素樣生長因子(IGF)-1可促進SMCs中SHP-2水平升高和SMCs對5-溴-2′-脫氧尿苷(BrdU)的攝取，SMCs中的SHP-2可能通過促進細胞生長而促進動脈粥樣硬化(AS)進程，這些結果均提示SHP-2可能促進血管平滑肌增殖。

3 SHP-2在細胞凋亡中的作用

SHP-2在許多組織中正向調節細胞的死亡信號，可促進凋亡〔12，13〕。研究證明核仁素與抗Bcl-xl的mRNA富含腺嘌呤、尿嘧啶(AU)區的結合可穩定mRNA，防止降解，Ang Ⅱ則可以抑制這種結合，誘導抗凋亡家族Bcl-xl mRNA的降解，啟動固有凋亡。當SHP-2被抑制后由Ang Ⅱ誘導的Bcl-xl mRNA降解會減少，所以SHP-2在原代肺上皮細胞中可以介導細胞凋亡〔12〕。有研究指出SHP-2可介導成纖維細胞生長因子(FGF)和IL-6的表達，促進細胞的存活，FGF4又可通過SHP-2誘發Src/RAS/ERK通路的激活，最終導致促凋亡蛋白Bim的磷酸化和失穩〔14〕。另有研究誘導型SHP-2的敲除導致造血干細胞和祖細胞凋亡的增加，造血細胞嚴重缺陷，除血小板外周血細胞嚴重減少。相反，SHP-2過度激活會造成造血祖細胞對粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子、IL-3更加敏感，過度增殖〔15〕。視網膜中SHP-2的減少會損害ERK信號通路，所有視網膜細胞凋亡增加，光感受器中STAT3激活增加，構成性激活的Kras可逆轉上述損害〔16〕。有研究提出SHP-2在細胞生長、轉化和干細胞存活中的積極作用，其過表達與淋巴結轉移、激素受體核蓄積及較高的腫瘤分級呈正相關，提示SHP-2有促進細胞存活的作用〔17〕。

4 SHP-2在腫瘤的發生和發展中的作用

近50%的努南(Noonan)綜合征患者中有PTPN11常染色體的顯性突變，這些患者發生幼年粒細胞白血病的概率要比正常人高許多，在其他類型的白血病患者中也發現了組成性激活的SHP-2體細胞突變。在白血病、乳腺癌患者和乳腺癌細胞株中均發現有SHP-2的過度表達，約72%的浸潤性導管癌細胞中有SHP-2的過度表達，這可能與人表皮生長因子受體(HER)2的過度表達有關〔17〕。抑制SHP-2后可以抑制二甲基苯并蒽(DMBA)誘導的大鼠乳腺癌的發生和小鼠乳腺癌腫瘤病毒-多瘤病毒中間T抗原(MMTV)-pyvt轉基因小鼠的腫瘤形成。雌二醇可以使SHP-2蛋白表達升高，磷酸化增加，從而結合雌激素受體α和胰島素樣生長因子-1R，促使乳腺癌細胞中ERK、蛋白激酶B(AKT)的磷酸化，從而傳遞雌激素信號，有利于乳腺癌的發生〔18〕。PTPN11一度被認為是原癌基因，但有研究發現人肝癌組織中SHP-2的表達量減少約11.5%，肝臟中特異性敲除SHP-2后，促進STAT3介導的炎癥發生，導致肝臟炎癥和壞死，最終導致老年性小鼠肝臟再生性增生和自發性腫瘤的發生。同樣的，敲除SHP-2后也能促進DEN誘導的肝癌的發生和發展，但是同時敲除SHP-2和STAT3要比單獨缺失SHP-2所引起的肝癌減輕，所以敲除SHP-2后引起肝癌的發生或加重與STAT3信號通路有關〔6〕，Wu等〔19〕同樣發現SHP-2可以負調控JAK-STAT通路，因此SHP-2在肝臟中可能具有抑制癌癥發生的作用。

5 SHP-2在肺支氣管形成及肺泡表面活性物質穩定中的作用

SHP-2在胚胎時期的肺內皮中高表達，參與FGF誘導的肺支氣管的形成，純合子SHP-2突變小鼠由于對FGF無反應，在胚胎時期即產生致死性的肺功能不全。在炎性介質的刺激下，持續活化的單核細胞會持續產生基質金屬蛋白酶(MMPs)，破壞肺泡壁最終導致肺氣腫，Xu等〔20〕研究顯示與正常小鼠相比敲除小鼠單核細胞中SHP-2后，小鼠會產生與年齡相關的自發性、進行性的肺氣腫，其病理顯示出肺泡形態大量被破壞，胞外基質被降解，MMPs尤其是MMP12升高 。吸煙可以使肺泡灌洗液中的白細胞尤其是單核細胞顯著上升，與正常鼠相比，SHP-2fl/fl∶LysMCre/+小鼠肺泡灌洗液中單核細胞和炎癥因子(IL-6、TNF-α等)并無明顯增高，這提示SHP-2fl/fl∶LysMCre/+小鼠肺泡中MMPs升高并不是單核細胞增多所致。進一步研究表明，TGF-β1信號轉導異常是肺氣腫時MMPs升高的決定性因素，使用SHP-2的特異性抑制劑PHPS1 處理RAW264.7巨噬細胞后發現TGF-β1對MMP-12的抑制減弱〔20〕。TGF-β1的活化可使細胞質中的SMAD2/3磷酸化并進入細胞核，入核的SMAD3可以結合在MMP-12的啟動子上，對MMP-12的表達具有抑制作用，SHP-2的缺失可能導致SMAD2/3活化減少，最終使TGF-β1對MMP-12的抑制減少，MMP-12的增多降解了更多的肺泡間質，最終導致肺氣腫的發生〔6〕。特發性肺纖維化是一種常見的致死性呼吸道疾病，有研究表明SHP-2在FGF介導的肺泡表面活性物質代謝和生長因子受體結合蛋白(GAB)/MAPK/ERK信號通路介導的內皮損傷修復中起關鍵作用〔21～23〕。Zhang等〔24〕發現肺泡上皮中SHP-2失活后導致肺泡表面活性蛋白等物質減少，板層小體紊亂，肺泡上皮凋亡增加，肺間質纖維化產生及伴有少量炎癥。Ⅱ型肺泡上皮細胞分泌的表面活性物質結合蛋白(SP)對維持肺的容量和正常形態必不可少。ATP結合盒轉運體(ABC)A3主要表達于Ⅱ型肺泡上皮細胞板層小體的界膜處，在SPs的形成中起關鍵作用，SPs或ABCA3的缺失或減少在不同程度上可出現板層小體紊亂，呼吸缺陷甚至致命的呼吸窘迫〔25〕。研究表明，SHP-2是FGF/GAB/ERK介導的上皮修復的關鍵因子，FGF介導GABs與SHP-2迅速地相互作用，隨后被FGF的受體所識別并募集，引起上皮細胞產生SP-A、B、C，這對于維持肺泡表面物質的穩態及上皮細胞損傷后的修復是必不可少的，SHP-2敲除導致甲狀腺轉錄因子(TTF)1介導的SPs(SP-A、B、C)及ABCA3的減少，肺泡表面活性物質的動態平衡失調，上皮損傷后修復延遲，以致自發性的肺纖維化〔24〕。

6 SHP-2在AS中的作用

AS是一種慢性炎癥性疾病，晚期不穩定斑塊是導致缺血性心腦血管疾病的重要病因。大量基礎與臨床研究表明，在促AS危險因素刺激下，髓系單核細胞進入斑塊并分化成熟為巨噬細胞。巨噬細胞具有極強的可塑性，可以根據斑塊內的微環境分化出特定的表型從而行使特異性的功能，決定斑塊的走向，如M1、M2、M4、Mox、HAmac、M(Hb)、Mhem等，目前研究最多的表型為經典活化型(M1 型)和替代活化型(M2 型)〔26〕。M2型巨噬細胞具有炎癥調節作用，對阻止AS 進展和防控心腦血管疾病具有積極意義。有研究發現，骨髓細胞特異性敲除SHP-2 后，可使肺部炎癥誘導的巨噬細胞向M2轉型〔20〕。有研究表明〔27〕，在對易患AS的小鼠腹腔注射SHP-2的特異性抑制劑PHPSI后，其血管AS斑塊有減少的趨勢，與對照組相比，SHP-2被抑制后，斑塊內巨噬細胞減少，平滑肌細胞及膠原成分減少。對小鼠降主動脈的巨噬細胞標志物進行分析表明〔27〕，巨噬細胞向M2分化的趨勢更強。斑塊內平滑肌成分是合成膠原的重要細胞，膠原成分是斑塊的剛性成分也是組成纖維帽的最主要成分。M2 型巨噬細胞還可以直接分泌膠原成分，并促進斑塊內平滑肌細胞遷移、增殖、分化。這提示抑制SHP-2 可能是通過促進巨噬細胞轉型為抑炎性M2 型巨噬細胞來促進斑塊膠原合成或斑塊的纖維化，從而達到增加斑塊剛性成分進而穩定斑塊的作用，PHPS1 抑制SHP-2 后造成的血清促炎因子降低和抑炎因子升高，也可能是通過改變巨噬細胞表型來實現的〔27〕。

SHP-2參與了細胞生命活動中的諸多作用，傳統的全身SHP-2敲除的動物模型不能繁殖成功，目前基于Cre/LoxP、CRISPR等技術，能夠制作組織特異性SHP-2敲除或誘導型SHP-2敲除的動物模型，加快人類對于SHP-2等蛋白或基因的研究。但是生物體是一個極其復雜和精密的綜合體，目前對細胞信號轉導的研究和理解還只是停留在表面。SHP-2在信號轉導中的作用是連續的、動態的，人類對于SHP-2的每一項研究都僅僅是生命科學的一小步，應整體看待細胞的生命活動。