靶向蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2用於癌症治療的策略

SHP2靶點簡介：由PTPN11編碼的含有Src同源性2的蛋白酪氨酸磷酸酶2 （SHP2）是一種去磷酸化酶，屬於蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）家族。SHP2全長由兩個SH2結構域（N-SH2和C-SH2）、一個保守的PTP結構域和一個靈活的C末端尾組成，具有593個氨基酸，分子量為68 kDa。作為包括 Ras-Raf-MEK-ERK、JAK-STAT、PI3K-AKT-mTOR 和 PD-1/PD-L1通路在內的多種訊號通路的匯聚節點，SHP2可以增強或拮抗與經典細胞存活相關的和具有底物特異性的免疫調節途徑。SHP2的失調與異常的細胞增殖、分化、粘附遷移和凋亡有關，使得SHP2 成為癌症治療的有希望的治療靶點。

SHP2在不同疾病中的雙重作用使靶向SHP2的藥物開發較為複雜。在生理條件下，SHP2在閉合和開放構象之間的動態轉變受到精確調控。PTPN11的致病性突變可導致SHP2的結構重組，導致對其結合夥伴的親和力改變和磷酸酶活性改變。SHP2高度保守的催化去磷酸化和特異性分子開關變構調控機制為開發靶向SHP2的候選藥物提供了機會。鑑於SHP2的致癌作用，已開發出正構和變構抑制劑以及基於蛋白水解靶向嵌合體（PROTAC）的SHP2降解劑。已經確定了幾個可成藥的口袋，包括PTP活性位點、多域介面處的變構結合口袋和 PTP域內的神秘變構位點。靶向PTP活性位點的正構抑制劑可以直接抑制 SHP2的脫磷活性。變構位點抑制劑透過調節多域介面來鎖定SHP2的自抑制構象。迄今為止，八種SHP2變構抑制劑已進入臨床試驗階段。此外，一些PROTAC降解劑透過直接降解SHP2對適應性抗性癌症也有一定的效果。作為一種腫瘤抑制因子，SHP2啟用劑為SHP2下調疾病的治療提供了希望。此外，靶向SHP2與其結合夥伴之間的蛋白質-蛋白質相互作用也已被證明是治療SHP2相關疾病的有前景的策略。有證據表明，可以將SHP2抑制劑和靶向SHP2相關上游或下游效應器的治療劑結合起來，以克服癌症的適應性抗性。圖1。 針對SHP2進行癌症治療的策略以及各自的部分代表性化合物

針對SHP2的癌症治療策略—SHP2抑制劑

SHP2中的幾個可成藥口袋包括：（1） 保守的 PTP 活性位點，（2） C-SH2/PTP 結構域介面處的“隧道”變構位點 1，（3） N-的“鎖存”變構位點2 SH2/PTP域介面，距離隧道約20 ，（4） N-SH2/PTP域介面處的“凹槽”變構站點3，位於隧道站點的另一側，以及（5） PTP結構域中的神秘變構位點。根據抑制機制，SHP2抑制劑分為兩種型別：正構抑制劑和變構抑制劑。正構抑制劑可以直接抑制去磷酸化活性，而變構抑制劑透過穩定SHP2的自抑制構象達到抑制作用。迄今為止，包括 JAB-3068、JAB-3312、TNO155、RMC-4630、BBP-398、ERAS-601、RLY-1971 和SH3809在內的八種變構SHP2抑制劑已進入癌症治療的臨床試驗階段。

圖2。 SHP2的結構和臨床候選藥物的可成藥口袋

2.1.1 正構抑制劑

SHP2催化核心的溶劑化和正電性質有利於抑制劑與負電性親水酸基團的高親和力。正構抑制劑的親水酸基團指向催化口袋並與磷酸酪氨酸底物競爭以阻斷 SHP2的磷酸酶活性。正構抑制劑透過直接與P環中的活性位點Cys459形成氫鍵或與PTP結構域中的其他輔助環間接相互作用來干擾Cys459對磷酸酪氨酸底物的親核攻擊，從而發揮抑制作用。迄今為止，已經報道了幾種PTP抑制劑，但這些抑制劑存在一些主要缺陷，包括效力低、細胞滲透性差和PAINS樣亞結構（如酚基、不飽和羰基、二酮、腙、芳基醚等）。固有的負電特性、可能的脫靶效應和不利的PK曲線阻礙了PTP抑制劑的臨床開發。圖3。 報告的具有代表性的正構SHP2抑制劑 （A） 合成SHP 抑制劑 （B） 天然SHP2抑制劑

2.1.2 變構抑制劑

為了克服磷酸酶結構域保守層次中固有的選擇性和生物利用度問題，目前已經開發了變構SHP2抑制劑。變構SHP2抑制劑，例如靶向SHP2 WT的SHP099、SHP389、SHP394、TNO155和BBP-398 靶向 SHP2 E76A的化合物2和靶向SHP2 F285S的化合物3位於C-SH2/PTP的“隧道”變構位點1域介面。SHP244及其衍生物（SHP504和SHP844）位於N-SH2/PTP結構域介面的“閂鎖”變構位點2。結構分析表明，這些變構抑制劑作為“分子膠”將 SHP2 鎖定在催化失活的自抑制構象中。然而，尚未確定針對“凹槽”變構位點3的抑制劑。此外，SHP2的PTP催化結構域還包含一個由非保守半胱氨酸殘基 （Cys333） 構成的可靶向隱蔽變構位點，該位點遠離保守的活性位點。化合物 FlAsH和4是針對這個隱秘變構位點的SHP2抑制劑。以變構方式靶向SHP2的PTP可能代表了一種有吸引力的策略來克服正構抑制劑的缺點。然而，鑑於化合物FlAsH和4固有的非特異性和可能的脫靶效應，開發針對這個神秘變構位點的更有效和特異性的抑制劑可能代表了一條新途徑。

圖4。 SHP2 的可藥物變構袋和相應的變構抑制劑

針對SHP2的癌症治療策略—SHP2活化劑

SHP2的失活也有助於各種疾病的發展，例如肝細胞癌和糖尿病，啟用SHP2也可能是治療SHP2失活的疾病的有希望的策略。針對SHP2的經典磷酸酶依賴性或非依賴性功能為SHP2啟用劑的開發提供了方向。按繫結屬性分類，SHP2啟用劑分為直接啟用劑和間接啟用劑。SHP2啟用劑可以直接或間接激動組成型和誘導型SHP2介導的訊號通路。然而，鑑於可能的副作用，啟用SHP2可能具有潛在的治療風險，比如致癌。SHP2的過度啟用可能會增加由失調的SHP2相關訊號通路（如 Ras-Raf-MEK-ERK、JAK-STAT、PI3K-AKT-mTOR 和 PD-1/PD-L1）引發的血液系統惡性腫瘤或發育障礙的風險。因此，SHP2的啟用狀態應該被精確調節，因為它是把雙刃劍。圖5。 SHP2 啟用劑 （A） 直接啟用劑 （B） 間接啟用劑

2.2.1 直接活化劑

SHP2直接啟用劑，例如香葉基柚皮素、plasiatine、洛伐他汀和齊墩果酸，可以調節SHP2介導的訊號通路。Geranylnaringenin（也稱為CG902）是一種從Artocarpus altilis 中提取的天然產物，透過與SHP2的直接相互作用介導促進 SHP2的磷酸化。因此，香葉基柚皮素透過啟用SHP2從而抑制DU145細胞中 STAT3 的組成型和誘導型的啟用。Geranylnaringenin也被鑑定為一種新型的 STAT3 通路抑制劑。從車前草種子中分離得到的 Plasiatine透過與SHP2的催化裂隙結合，增強了SHP2的磷酸酶活性 （EC50 =0。97 μM）。進一步的研究表明，plasiatine 透過SHP2介導的細胞外訊號調節激酶 （ERK） 的磷酸化啟用促進肝細胞 HepG2 的遷移。此外，SHP2還顯示出對癌症以外疾病的治療前景。洛伐他汀是一種治療高脂血症的藥物，最近被確定為 SHP2 啟用劑 （ K d =36 μM）。透過觸發 SHP2/Parkin 介導的線粒體自噬，洛伐他汀減輕 1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）誘導的帕金森病（PD）小鼠模型（MPTP- PD）小鼠，暗示其對PD的治療潛力。齊墩果酸是一種從中草藥中分離出來的五環三萜，可以恢復正常的SHP2 催化活性，已顯示出預防和治療糖尿病的前景。

2.2.2 間接啟用劑

間接SHP2啟用劑包括鐮刀菌甙和trichomide A，間接啟用劑可以透過與 SHP2的間接相互作用增強SHP2的活性。Fusaruside是一種從可變櫟內生真菌中分離出來的腦苷脂化合物，可啟用SHP2的磷酸酶非依賴性活性，導致STAT1 在細胞質中的選擇性隔離，以防止STAT1募集磷酸化，抑制STAT1訊號，使得Th1型腸道炎症得以改善。Trichomide A是一種天然環縮肽，也被鑑定為SHP2啟用劑。透過在不直接接觸的情況下啟動 SHP2 的酪氨酸磷酸化，trichomide A 在 Con A 啟用的 T 細胞中顯示出對活化的 T 淋巴細胞介導的免疫反應的免疫抑制活性，這表明 trichomide A可能具有治療免疫相關面板病的潛力。

針對SHP2的癌症治療策略—PROTAC降解劑

PROTAC降解劑將E3連線酶募集到特定的致病蛋白中，使得帶有泛素標記的蛋白質可以被蛋白酶體降解。王少萌課題組開發了第一個SHP2 PROTAC降解劑，為治療SHP2相關癌症，特別是那些攜帶 KRAS 突變的癌症提供了有效的策略。結構分析表明，SHP099的類似物5的醯基暴露於溶劑區域，表明該位點可用於設計SHP2降解劑。透過將化合物5 （SHP2 WT IC 50 = 98。7 nM） 束縛在VHL-1配體上，王少萌團隊設計了一系列新型SHP2降解劑，其中SHP2-D26對SHP2具有出色的降解效果，在急性髓性白血病 （AML） MV4；11 和食道癌 KYSE520細胞中（圖 6一種）的DC50值分別為2。6和6。0 nM。SHP2-D26 在各種癌細胞中將 SHP2 的表達水平降低了95%以上。SHP2-D26在 KYSE520 和 MV4；11 癌細胞系中抑制 ERK 磷酸化和細胞生長的效力比SHP099強30倍以上。此外，透過將沙利度胺與 SHP099 和 TNO155 連線，設計的另外兩種有效的SHP2降解劑SP4 （SHP2 WT IC 50 = 714 nM）和ZB-S-29 （SHP2 WT DC 50 = 6。0 nM in MV4；11 cells）（圖6B）。其中，SP4顯著抑制HeLa細胞的生長（比 SHP099 強 100 倍）並誘導SHP2降解和細胞凋亡。最近，R1-5C（SHP2 F285S IC 50 = 22。5 nM） 是透過使用PEG接頭將RMC-4550與泊馬度胺偶聯而設計的PROTAC分子。R1-5C透過誘導SHP2降解抑制MAPK訊號傳導並抑制白血病細胞系的細胞生長，為治療ERK依賴性癌症提供了一種替代策略。圖 6。 報告的SHP2降解劑 （A） 第一個基於SHP2抑制劑5和VHL-1配體設計的SHP2降解劑SHP2-D26 （B） SP4、ZB-S-29和R1-5C的化學結構

針對SHP2與結合夥伴的蛋白質-蛋白質相互作用的抑制劑

針對SHP2與其結合夥伴之間的蛋白質-蛋白質相互作用介面也已成為癌症治療的潛在策略。N端的兩個SH2結構域在定義SHP2相關訊號通路中募集的支架蛋白方面發揮不同的功能。有證據表明，靶向SHP2的SH2結構域的抗體和抑制劑（例如肽和合成化合物）破壞了與銜接蛋白間的相互作用，然後抑制了 SHP2介導的訊號通路。靶向SHP2的N-SH2結構域的單體破壞了其與Grb2相關結合劑2 （GAB2） 的結合，同時消除了ERK磷酸化。最近，一種基於高親和力肽的抑制劑 CF-P9W5 （ K d = 3。3 nM） 被設計用於靶向SHP2的N-SH2。CF-P9W5對致病變異的親和力比野生型SHP2高2-20倍，並挽救了由致病突變引起的死亡率和發育缺陷，為治療SHP2突變相關疾病提供了另一種方法。作為程式性死亡1 （PD-1）的下游訊號，SHP2 透過削弱PD-1的免疫抑制作用在PD-1/PD-L1通路中發揮關鍵作用。亞甲藍（MB）是一種FDA批准的用於治療高鐵血紅蛋白血癥的藥物，它解釋了 SHP2 的N-SH2與PD-1之間的相互作用，從而有效抑制PD-1訊號軸（圖 7）。

圖7。 針對SHP2與其結合夥伴的蛋白質-蛋白質相互作用的抗體和抑制劑。綠色卡通：SHP2 N-SH2結構域；黃色卡通：PD-1 ITSM 肽；白色卡通：GAB2 肽

聯合療法

SHP2 或 SHP2 相關通路中其他成員的致癌突變體可能會降低SHP2抑制劑的治療效果。適應性抗性對治療SHP2相關疾病的藥物開發提出了挑戰。聯合治療為克服耐藥性提供了一種有前景的策略。根據SHP2的潛在機制，聯合治療可分為途徑依賴性和靶點依賴性聯合治療（圖 8）。在這裡，我們總結了這些策略以突出針對SHP2相關疾病的治療潛力。

圖8。 （A） 通路依賴性和 （B） 靶點依賴性聯合治療

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