Nature︱「小分子膠水」SHP099牢牢「粘」住SHP2或可成為治療RTK依賴性腫瘤的一種新策略
惡性腫瘤是對人類生命健康威脅最大的疾病之一，人們一直在尋找各種各樣的治療方案。腫瘤細胞內經常會異常表達某些蛋白質，進而調控其生存生長。合理設計小分子藥物特異性地與這些功能性關鍵靶標蛋白結合併調控其活性，已成為新葯發現的一種有效策略。
蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2由PTPN11基因編碼，是第一個被報道的含有SH2 domain的磷酸酶。SHP2構象存在兩種狀態（見下圖），失活或自抑制狀態（SH2 domain結合在PTP domain上，閉口構象，左側）和激活狀態（SH2 domain與PTP domain解離，暴露PTP domain上的活性位點，開口構象，右側）。
圖片來源：J. Med. Chem.
SHP2不同於其同家族的SHP1，廣泛表達於各種組織與細胞，參與調控細胞內多條重要信號通路如RAS-ERK，PI3K-AKT，JAK-STAT，NF-κB等，因此在細胞的分化、存活、增殖、遷移等活動中扮演著重要的作用。其中，SHP2在受體酪氨酸激酶（RTK）下游的信號轉導中起著重要調節作用，活化的SHP2作為接頭蛋白，募集GRB2和SOS形成複合物（如下圖所示），促進RAS GDP向RAS GTP轉化，進一步增強RAS-ERK信號通路的激活，促進細胞的存活和增殖，有利於腫瘤的生長。此外，SHP2還能作為免疫抑制受體PD-1的胞內信號傳遞分子（如下圖所示），抑制TCR信號通路，從而阻止T細胞激活，使得抗腫瘤免疫處於抑制狀態，導致腫瘤細胞逃避免疫監視而存活。
鑒於SHP2的這種癌基因樣作用，已有眾多學者針對SHP2開口構象時的活性位點研發了多個酶活抑製劑（原理如下圖C所示）來實現腫瘤的抑制，但一直未獲成功。最大的問題在於，他們所用的抑制SHP2極性活性位點的帶負電荷的化合物，口服用藥時很難有效地跨越細胞膜或進入血液循環，因此這些SHP2抑製劑的療效都不好，甚至沒有一例能夠進入臨床試驗階段。
這一僵局最近被諾華的研究人員打破。
他們使用了一種變構抑制的策略巧妙地避開了從PTP domain活性位點入手抑制SHP2酶活的傳統方法，篩選得到一種名為SHP099的小分子，可結合於SHP2的三個結構域（N-SH2 domain, C-SH2 domain, PTP domain）的交界處，使得SHP2保持閉口構象，維持自抑制狀態，從而抑制SHP2的活性（原理如上圖D所示）。
小分子SHP099的這種作用，類似於「膠水」，將SHP2的三個結構域牢牢地「粘」在一起，不讓其打開，起到抑制其活性的目的。
文獻研究思路解讀：
在人類的癌症細胞系中有30%的RTK發生突變，並且在一個或多個RTK有突變的細胞中SHP2的降低讓癌細胞幾乎「殘廢」，也就是說RTK依賴性癌細胞的生存依賴於SHP2。在本研究中，研究人員發現了一種非常有效的（IC50=0.071 μM）具有選擇性並且可以口服的小分子SHP2變構抑製劑——SHP099，可以將SHP2穩定在自抑制的構象狀態，降低其活性從而抑制腫瘤的生長。
階段一：RTK突變引起的癌症與SHP2之間的關係
諾華的研究人員以250個人類癌症細胞係為對象，使用shRNA對7500個基因（幾乎是三分之一的人類基因組）進行研究，發現了一個有意思的現象：一個或多個RTK有突變的癌細胞對SHP2的降低非常敏感，而不依賴於RTK的癌細胞則不敏感，細胞集落形成的實驗結果也一致，也就是說RTK依賴性癌細胞的生存依賴於SHP2。
階段二：篩選新型SHP2抑製劑的方法
既然已經找到了RTK依賴性腫瘤中的關鍵蛋白SHP2，下一步就是尋找SHP2的抑製劑進行干預。之前的研究者一直努力以SHP2開口構象時的活性位點為靶標開發SHP2抑製劑，但一直由於葯代動力學以及療效不佳而未獲成功。
諾華的研究人員通過大量篩選實驗得到SHP836，它對只有PTP domain的SHP2沒有抑制作用，而對0.5 μM 2P-IRS-1激活的SHP2有中等強度的抑制作用，能降低高濃度2P-IRS-1激活的SHP2的活性。SHP836被進一步優化為SHP099，IC50達到0.071 μM。SHP099對21種磷酸酶和66種激酶幾乎沒有抑制作用，預示不良反應低，而且對同家族成員SHP1也沒有明顯抑制作用，體現出一定的選擇性。
階段三：SHP099抑制SHP2活性的機制
SHP099是如何抑制SHP2活性的呢？諾華的研究人員十分幸運地得到了SHP099與SHP2複合物的晶體結構，結果顯示SHP099佔據了SHP2關閉構象的一個隧道狀結合位點，這是一個極其重要的位置，位於SHP2三個區域的交界處，SHP099在這裡就像是一種「膠水」，通過變構調節（allosteric regulation）把三個區域「粘」在一起，防止它們從閉口構象變成促進腫瘤生長的開口構象。
階段四：動物實驗驗證SHP099治療癌症的效果
動物實驗中，通過口服給葯的方式，SHP099能夠殺死移植腫瘤小鼠體內的癌細胞。在移植KYSE520癌細胞的裸鼠中，口服SHP099（每天100 mg/kg）的效果與口服厄洛替尼（erlotinib，每天80 mg/kg）的效果相當。口服SHP099（每天75 mg/kg）對急性髓性白血病（AML）模型小鼠也一樣有效。
同行評價：
德國Max Delbruck分子醫學中心的Walter Birchmeier研究員認為，SHP099結合的這個位點，以前沒有人報道過，這是個革命性的新思路。他還猜測SHP099有可能會結合心臟或大腦功能中其它關鍵作用的蛋白質，繼而產生毒副作用。但諾華的研究人員發現SHP099的特異性非常好，對與SHP2極為相似的同家族成員SHP1基本無抑制作用。
柏林自由大學的Jorg Rademann教授認為，雖然SHP099的臨床效果怎樣還未知，但其優越的細胞滲透性是其巨大的優勢，而且前期還表明它確實能很好地殺死癌細胞。
X-MOL知識平台的氘氘齋評：這個新策略的核心是用小分子結合靶標蛋白三個區域的交界位點，使其不能變成可促進腫瘤生長的構象。小分子SHP099就像一把「大鎖」，將靶標蛋白SHP2的大門「鎖」起來，保持自抑制的「無害」狀態。看來藥物研發中，策略的選擇往往比多合成幾個化合物重要啊！
南京醫科大學王守宇教授評：開始鎖住讓口張不開，比後來口張開了用東西堵更有效，很有智慧的藥物設計！
讀後感：
1. 本研究首先運用大規模篩選找到RTK依賴性腫瘤中出現頻率高的蛋白SHP2，然後對症下藥，尋找SHP2抑製劑，這為我們類似的研究提供了借鑒。
2. 在研究SHP2抑製劑時，作者不囿於傳統方法，通過新的篩選方式，最終找到了新型SHP2變構抑製劑。這為其他研究人員提供了新思路，在研究之前許多難以成為靶點的分子時，我們或許可以換個思考方式，也許就會「柳暗花明又一村」。
作者：單新妮，孫洋
校對：郭文潔
審核：沈燕
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