《Nature Communications》：A hotspot phosphorylation site on SHP2 drives oncoprotein activation and drug resistance
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SHP2是RTK-RAS/MAPK信号通路的关键调节蛋白，但其抑制剂临床效果不佳。本研究为探究其原发耐药机制，聚焦于SHP2酪氨酸62位点（Y62）的磷酸化。研究发现Y62是一个蛋白组范围内的磷酸化热点，被SRC激酶磷酸化，能锁定SHP2于开放的活性构象，导致MAPK通路持续激活，从而对变构SHP2抑制剂产生原发耐药。这揭示了肿瘤治疗的新靶点和耐药新机制。
在癌症的复杂信号网络中，有一个名为SHP2（含Src同源2结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶2）的关键蛋白，它像一个忙碌的交通枢纽，负责传导来自细胞表面的生长信号。当细胞膜上的受体酪氨酸激酶（RTK）接收到外界刺激，就会激活SHP2，进而启动下游的RAS/MAPK信号通路，这条通路调控着细胞的生长、增殖和存活，在许多癌症中异常活跃。因此，科学家们将SHP2视为一个极具潜力的抗癌靶点，并开发了多种SHP2抑制剂，希望通过“堵住”这个枢纽来切断癌细胞的“生命线”。然而，现实却给研究者们泼了一盆冷水：尽管在实验室阶段的数据充满希望，但这些抑制剂在临床试验中的效果却微乎其微。一个根本性的谜团横亘在眼前——肿瘤细胞为什么能对SHP2抑制剂产生所谓的“原发耐药”，即一开始就无效？背后的分子机制是什么？这个问题不解决，针对SHP2的抗癌策略就难以取得突破。
为了揭开这个谜团，来自多个研究机构的研究人员联合展开了一项深入探索。他们的目光聚焦在SHP2蛋白本身一个微小的化学修饰上——磷酸化。磷酸化是细胞内最普遍的蛋白质翻译后修饰之一，如同一个分子开关，能瞬间改变蛋白的功能和活性。研究人员怀疑，SHP2上可能存在着关键的磷酸化位点，正是它们导致了SHP2的异常激活和药物失效。这项题为“A hotspot phosphorylation site on SHP2 drives oncoprotein activation and drug resistance”的研究最终在《Nature Communications》上发表，不仅找到了这个关键的“开关”，更揭示了其驱动肿瘤生长和耐药的全新机制。
为了开展这项研究，研究人员综合运用了多种关键技术方法。首先，他们通过对大规模临床肿瘤样本的磷酸化蛋白质组学（phosphoproteomics）数据进行深度挖掘，以全景式地寻找SHP2上在肿瘤中高频出现的磷酸化位点。其次，他们利用体外生化实验和细胞模型，通过点突变、激酶抑制和磷酸化特异性抗体等技术，验证了特定激酶对SHP2的磷酸化作用及其功能影响。再者，研究采用了生物物理分析方法，如氢氘交换质谱（HDX-MS），来解析磷酸化如何从原子水平改变SHP2的蛋白构象。最后，研究人员构建了模拟持续磷酸化的SHP2突变体（SHP2Y62D），并在细胞和小鼠肿瘤模型中验证了其对MAPK信号的激活能力以及对SHP2抑制剂的抵抗作用。样本队列信息来源于公共数据库（如CPTAC）中多种癌症类型的患者肿瘤组织数据。
SHP2酪氨酸62位点是肿瘤中的磷酸化热点
研究人员首先在包含多种癌症类型的大规模肿瘤磷酸化蛋白质组数据中进行了系统性搜索。他们发现，SHP2蛋白上第62位的酪氨酸（Y62）是一个异常突出的磷酸化位点。在包括乳腺癌、肺癌、结直肠癌在内的多种受体酪氨酸激酶（RTK）驱动型肿瘤中，都能高频检测到SHP2在Y62位点被磷酸化（pY62）。这一发现表明，SHP2 pY62并非偶然事件，而是一个普遍存在的、与癌症相关的“磷酸化热点”。
SRC家族激酶是磷酸化SHP2Y62的直接执行者
那么，是谁“按下”了这个开关？通过一系列生化实验，研究团队锁定了执行者。他们发现，SRC家族激酶（SFKs）能够直接在体外和体内磷酸化SHP2的Y62位点。有趣的是，尽管上游的RTK信号能促进这一过程，但RTK本身并不直接磷酸化Y62，而是通过激活下游的SRC激酶来实现的。这明确了SHP2Y62磷酸化的上游信号通路：RTK-SRC-SHP2Y62。
pY62锁定SHP2于开放构象，导致其持续激活
磷酸化的功能意义是什么？SHP2的活性受其自身构象严格调控。通常情况下，SHP2处于一种自抑制的“闭合”状态。当上游信号到来时，它才会打开，暴露出催化活性中心。研究人员通过氢氘交换质谱等生物物理手段发现，模拟持续磷酸化的SHP2Y62D突变体，其构象发生了显著变化，表现出与“开放”活性状态高度一致的特征。这从结构上证明，Y62的磷酸化（或模拟磷酸化的突变）像一把钥匙，强行打开了SHP2的自抑制锁，使其稳定在活跃的“开放”构象。
SHP2Y62D组成性激活MAPK信号并导致对SHP2抑制剂的耐药
构象的改变直接转化为功能的颠覆。在细胞实验中，表达SHP2Y62D的细胞，其下游的RAS/MAPK信号通路被持续、强烈地激活，即使在没有生长因子刺激的情况下也是如此。更重要的是，当用目前处于临床研究阶段的变构SHP2抑制剂（allosteric SHP2 inhibitors）处理这些细胞时，药物完全无法抑制由SHP2Y62D驱动的MAPK信号激活和细胞增殖。这直接证明，Y62的磷酸化模拟了致癌突变的效果，是导致肿瘤对SHP2变构抑制剂产生原发耐药的一条全新机制。
靶向pY62-SHP2复合物可抑制肿瘤生长
最后，研究探索了靶向这一机制的治疗潜力。既然pY62-SHP2是导致耐药的元凶，那么直接攻击它呢？研究人员发现，一种能破坏由pY62介导的蛋白质相互作用的肽段，可以有效抑制由SHP2Y62D驱动的肿瘤细胞生长。这为未来开发特异性靶向pY62-SHP2复合物，而非野生型SHP2的新型抗癌药物提供了原理验证和希望。
本研究得出了一系列具有重要意义的结论。首先，它首次将SHP2酪氨酸62位点（Y62）的磷酸化确立为人类癌症蛋白质组中的一个广泛存在的“热点”修饰。其次，研究阐明了该磷酸化的上游调控机制，即由SRC家族激酶直接催化，并位于RTK信号下游。第三，也是最具突破性的发现是，pY62通过从结构上强制锁定SHP2于开放的活性构象，使其获得组成性磷酸酶活性，这完美模拟了SHP2致癌突变的功能。第四，这一机制直接导致了肿瘤细胞对当前所有变构SHP2抑制剂的临床原发耐药，回答了该领域长期悬而未决的关键问题。最后，研究将pY62-SHP2本身定义为一个全新的、有别于野生型SHP2的癌症药物靶标。
在讨论中，研究强调了其双重意义。在基础科学层面，它揭示了一种蛋白质通过“获得性”翻译后修饰（磷酸化）来模拟“遗传性”驱动突变（如SHP2的E76K等）功能的精确分子机制，即“磷酸化模拟突变”现象，拓展了对癌蛋白激活机制的理解。在转化医学和临床层面，这项工作为SHP2抑制剂的临床失败提供了明确的机制解释，并为预测和克服耐药指明了方向。它提示未来需要开发能够抑制pY62-SHP2活性的新型抑制剂，或者将现有SHP2抑制剂与SRC抑制剂等联合使用，以克服由该机制介导的耐药。总之，这项研究不仅解开了SHP2抑制剂原发耐药的一个关键谜题，更为针对这一重要靶点的下一代抗癌疗法开发铺平了道路。
