近日，成都生物研究所王飛團(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Advanced Science（影響因子14.3，一區(qū)TOP期刊）上發(fā)表題為“Synthetic Lethality of SHP2 and XIAP Suppresses Proliferation and Metastasis in?KRAS‐mutant Nonsmall Cell Lung Cancer”的研究論文，首次報(bào)道了來源于藥用植物白花酸藤果中的天然化合物蒽貝素（Embelin）同時(shí)靶向SHP2和XIAP發(fā)揮合成致死效應(yīng)抑制KRAS突變型非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）的增殖和轉(zhuǎn)移，為KRAS突變型肺癌的靶向治療提供了全新的治療策略和臨床前證據(jù)。
大鼠肉瘤病毒癌基因同源物（rat sarcoma viral oncogene homolog，RAS）超家族是一個(gè)小 GTP 酶蛋白質(zhì)超家族，由HRAS、NRAS和KRAS組成，被確定為癌癥中最重要的癌基因家族之一。在所有RAS基因中，KRAS是突變最為頻繁的，約占所有RAS突變的80%。KRAS突變具有顯著的組織特異性，在結(jié)直腸癌（43%）、胰腺導(dǎo)管腺癌（85%）和非小細(xì)胞肺癌（NSCLC，31%）中尤為常見。作為一種分子開關(guān)，RAS 通過其非活性狀態(tài)（GDP-RAS）和活性狀態(tài)（GTP-RAS）之間的雙向轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)許多信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)和生物進(jìn)程。然而，RAS 突變可導(dǎo)致三磷酸鳥苷水解酶（Guanosine triphosphate hydrolase，GTPase）活性受損，促進(jìn)活性 GTP-RAS 的生成和下游信號(hào)通路的持續(xù)激活，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞快速增殖，惡性程度增加。因此，抑制 KRAS 蛋白及其上下游通路可能是治療癌癥的有效策略。盡管KRAS長(zhǎng)期被認(rèn)為是“不可靶向”的癌基因，但隨著共價(jià)抑制劑如sotorasib和adagrasib的問世，KRAS靶向治療取得突破，然而快速出現(xiàn)的耐藥性和療效持續(xù)性差等問題仍嚴(yán)重限制了其臨床應(yīng)用。此外，由于毒性限制，聯(lián)合免疫檢查點(diǎn)抑制劑或其他靶向藥物的治療策略受到制約，阻礙了更具前景的“組合療法”策略的開展。因此，迫切需要尋找新的策略治療 KRAS 突變的相關(guān)疾病。
SHP2（Src homology domain 2 containing tyrosine phosphatase 2）作為受體酪氨酸激酶（RTK）下游信號(hào)復(fù)合體的關(guān)鍵成員，在多個(gè)RTK誘導(dǎo)的RAS激活通路中居中樞地位，其抑制可較廣泛地克服KRAS抑制后產(chǎn)生的適應(yīng)性耐藥，同時(shí)增強(qiáng)KRAS-G12C抑制劑的療效。除細(xì)胞內(nèi)信號(hào)抑制外，SHP2阻斷還能調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境，如耗竭促腫瘤M2型巨噬細(xì)胞、促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞極化，進(jìn)一步發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。SHP2一度被認(rèn)為是不可成藥靶點(diǎn)，直到2016年，諾華公布了首個(gè)針對(duì)SHP2非活性構(gòu)象界面口袋（N-SH2、C-SH2與PTP結(jié)構(gòu)域之間的縫隙）變構(gòu)抑制劑的研發(fā)進(jìn)展，將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向SHP2的變構(gòu)模式，SHP2抑制劑研發(fā)迎來突破。目前全球共有35款SHP2抑制劑在研發(fā)，其中已有17款SHP2變構(gòu)抑制劑處于臨床試驗(yàn)，絕大多數(shù)尚處早期的一期臨床試驗(yàn)。加科思自主研發(fā)的JAB-3312是全球研發(fā)進(jìn)展最快、也是唯一進(jìn)入三期臨床試驗(yàn)的SHP2抑制劑，與KRAS G12C抑制劑聯(lián)合用藥治療NSCLC。然而，這些SHP2變構(gòu)抑制劑的作用位點(diǎn)高度同質(zhì)化，均靶向SHP2非活性構(gòu)象界面口袋，且存在難以實(shí)現(xiàn)特異性抑制、細(xì)胞膜通透性差、生物利用度低等藥代動(dòng)力學(xué)障礙，同時(shí)不同腫瘤亞型對(duì)其敏感性存在異質(zhì)性，耐藥機(jī)制亦尚不明確，嚴(yán)重制約了其臨床轉(zhuǎn)化和廣泛應(yīng)用。合成致死（Synthetic Lethality）是指當(dāng)兩個(gè)基因同時(shí)失活時(shí)細(xì)胞死亡，而單獨(dú)失活其中一個(gè)基因細(xì)胞仍可存活的現(xiàn)象。例如，PARP（聚ADP-核糖聚合酶）參與DNA單鏈損傷修復(fù)，而BRCA1/2基因突變會(huì)削弱同源重組修復(fù)（HR）能力。抑制PARP會(huì)導(dǎo)致BRCA突變癌細(xì)胞因DNA修復(fù)通路雙重缺陷而死亡，而正常細(xì)胞因保留HR功能不受影響，該策略已在卵巢癌、乳腺癌等治療中取得顯著成功。因此，發(fā)現(xiàn)新的SHP2合成致死伴侶將為增強(qiáng)SHP2變構(gòu)抑制劑的臨床療效，靶向如KRAS這類傳統(tǒng)難以成藥的癌基因提供了新的治療思路。
圖. 蛋白酪氨酸磷酸酶（SHP2）參與多項(xiàng)信號(hào)通路
王飛研究員團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)與目前廣泛靶向SHP2非活性構(gòu)象界面口袋的變構(gòu)抑制劑如SHP099不同，蒽貝素能夠與SHP2的PTP催化結(jié)構(gòu)域中的關(guān)鍵殘基Lys325特異性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)SHP2的特異性抑制，而對(duì)SHP1、PTP1B等磷酸酶活性沒有影響。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認(rèn)為SHP2的磷酸酶結(jié)構(gòu)域缺乏變構(gòu)位點(diǎn)的觀點(diǎn)，為開發(fā)具更高選擇性、降低副作用的SHP2抑制劑提供了全新思路。進(jìn)一步研究表明，SHP2和抗凋亡蛋白XIAP是潛在的合成致死伙伴，蒽貝素通過同時(shí)靶向SHP2和XIAP，顯著抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖與遷移，誘導(dǎo)細(xì)胞衰老和內(nèi)源性凋亡，并有效抑制MAPK、PI3K/AKT、JAK/STAT等多條致癌信號(hào)通路的激活。同時(shí)，蒽貝素破壞在RAS信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的SHP2/SOS1/Grb2信號(hào)復(fù)合體的形成，調(diào)節(jié)MIG-6和SPRY2克服MAPK信號(hào)通路的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，從而發(fā)揮對(duì)KRAS突變型NSCLC的治療作用。這些研究結(jié)果首次揭示了SHP2和XIAP是潛在的合成致死伴侶。與目前臨床開發(fā)的靶向SHP2非活性構(gòu)象界面口袋的變構(gòu)抑制劑相比，蒽貝素具備更強(qiáng)的抑癌活性和更有效的負(fù)反饋抑制，為開發(fā)新型SHP2/XIAP雙靶點(diǎn)抑制劑提供了骨架，也為克服KRAS突變型NSCLC中的凋亡耐受性和適應(yīng)性耐藥問題提供了新的治療策略。
圖.?蒽貝素作用機(jī)制示意圖
王飛研究員為本論文的通訊作者；成都生物所博士生付乃潔、特別研究助理盛鈺雯為本文并列第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略生物資源計(jì)劃和中國科學(xué)院成都生物研究所前沿交叉項(xiàng)目等的支持。