SHP2抑制剂研究中的药效学生物标志物-磷酸化ERK1/2蛋白检测

一、SHP2背景和其临床表现
SHP2全称是含Src同源2结构域蛋白酪氨酸磷酸酶，由基因PTPN11编码。 SHP2磷酸酶活性受其自身构象变化而调控，基态时N-SH2结构域与PTP结构域结合并直接阻断其活性位点，保持自抑制构象；当上游受体酪氨酸激酶（ReceptorTyrosineKinase ， RTK）激活会触发上游信号因子上的pTyr残基与SHP2两个SH2结构域结合，使SHP2的构象发生改变，暴露PTP结构域上的活性位点，从而将SHP2从自抑制状态释放。 SHP2会使RAS脱磷酸化，增强其与效应蛋白RAF的结合，从而激活下游的MEK/ERK信号通路。换句话说，当SHP2过表达的时候， RAS-RAF-MEK-ERK-MARP通路会因为其与SHP2的协同作用，同样地发生异常的激活。对于细胞来说，这种异常激活和KRAS突变时导致的异常激活，结果都是相似的，会导致细胞的异常增殖，最终发生癌变。除此以外， SHP2还参与PD-1/PD-L1相关的一些功能，抑制这个靶点同样可以对抗甚至破除癌细胞对T淋巴细胞的免疫抑制。因此，抑制SHP2这个靶标，对于RAS（尤其是其中的KRASG12C）、PD-L1异常的癌症，具有一定的治疗作用。由于RTK位于RAS通路的上游，因此基于相似的原理，抑制SHP2同样可以对RTK（NTRK）异常的癌症起到一定的治疗效果。
二、SHP2的磷酸化及机理
酪氨酸磷酸化在信号传导过程中具有重要的作用，而去磷酸化过程又是平衡酪氨酸磷酸化水平的重要一环。在发现磷酸化-去磷酸化可以调控激酶活性之后，人们就一直在寻找介导去磷酸化的蛋白酶。因为，如果有合适的方式可以激活这样的蛋白酶，就可以抑制那些过度活化的蛋白信号，从而起到治疗肿瘤的效果。后来研究发现，有一些磷酸酶不仅不会抑制蛋白信号的活化，反而会起到扩增激酶信号，从而促进在肿瘤的形成发展，是名副其实的原癌蛋白，而SHP2正是这样的一个原癌蛋白。而且， SHP2是多条受体酪氨酸激酶信号通路上的节点蛋白，因此它在肿瘤进化过程中产生的天然性和获得性耐药上发挥着重要的作用。
SHP2作用于多种RTK下游，介导了RTK激活引起的下游RAS/MAPK信号通路的级联激活。 SHP2参与蛋白质的去磷酸化后修饰，在多条控制癌症进程相关的信号通路中起到重要作用。细胞因子等和细胞膜表面的受体结合，诱导SHP-2复合体的形成，进一步活化RAS-RAF-MEK-ERK信号通路。另外，几乎所有受体酪氨酸激酶（RTK）以激活SHP2为主要途径、甚至是唯一途径来激活RAS ，临床前研究表明，降低SHP2表达水平或抑制其磷酸酶活性能在多种癌细胞中显著抑制MAPK信号通路活性以及细胞增殖，尤其是在RTK依赖型或携带RAS通路特定突变（如KRASG12C突变、BRAFClass3突变、NF1失活突变等）的癌症中。

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图1.SHP2信号通路和功能图（2018ScienceMission.com）
SHP2变/别构抑制剂
由于SHP2属于难成药靶点，以前开发的SHP2小分子抑制剂试图与SHP2的PTP结构域结合，阻止底物进入催化位点，从而起到抑制酶活性的作用，但由于PTP家族的催化结构域高度保守，这些抑制剂同时会影响到其他正常生理活动需要的磷酸酶的活性，这种特异性上的缺陷，加之生物利用性不好，导致传统SHP2小分子抑制剂难以投入临床使用。基于以上难点，越来越多的制药公司开发出了一种变/别构抑制剂来抑制SHP2 。
别构类药物，是指那些不直接与蛋白活性位点结合，而是与其他部位结合引起蛋白分子结构发生变化，进而产生/抑制相应活性的药物分子。与靶向蛋白质功能部位的原构药物相比，别构药物具有几个关键优势。它们是高度特异性的，因为它们不结合活性位点，而活性位点在蛋白质家族中往往是高度保守的。它们的副作用可能更低。它们允许调节蛋白质活性，而不是完全消除它。此外，别构药物通常在内源性配体结合时起作用，也就是说，它们在细胞需要蛋白质的时候才会起作用。