Shp2-急性粒细胞白血病抗癌靶点及其调控肿瘤干细胞的机制研究

Acute myeloid leukemia (AML) is the most common hematological malignancy. With the routine induction treatment of anthracycline and cytarabine, 50% of patients will enter relapse stage. The outcome of older patients after chemotherapy is more unfavorable. Identification of molecular targets and eradication of tumor stem cells will be the key to the cure of AML. Previous research and our recent preliminary data showed that in vitro knock down of Shp2 significantly decreases the growth of AML cell line, in vivo knock out of PTPN11/Shp2 gene leads to suppression of PTEN-deficiency induced AML. Moreover, Kit-Shp2-Gata2-Kit signal axis is important in the survival and quiescence maintenance of hematopoietic stem cell. Based on all those data, we proposed this study to examine the possibility of Shp2 as a target in AML treatment by using animal models and clinic patient samples. Meanwhile, we will investigate the function of Shp2 in leukemia stem cell maintenance and drug sensitivity to chemotherapy. Further study of Shp2 binding proteins and potential substrates will provide clues for future research of downstream signaling pathways and other candidate targets for AML treatment.

急性粒细胞白血病是最多见的血液恶性肿瘤。在目前最常用的蒽环类抗生素与阿糖胞苷联合诱导的治疗方案下，半数以上的患者仍会复发，而且老年患者化疗效果更不理想。能否找到靶向治疗的靶点，并彻底杀死肿瘤干细胞将成为治愈急性粒细胞白血病的关键。前期研究及我们的最新预实验显示干扰Shp2表达或体内敲除Shp2基因能有效地抑制由PTEN缺失诱发的急性粒细胞白血病的发生发展；Kit-Shp2-Gata2-Kit的正反馈通路维持了造血干细胞的存活及其静息状态的保持。本项目将在小鼠模型与临床标本上，研究Shp2作为急性粒细胞白血病靶点的可行性。同时对Shp2对肿瘤干细胞的维持及化疗药物敏感性的影响作相关研究，并深入寻找Shp2的结合蛋白、底物分子，探讨Shp2和信号通路分子的关系。以Shp2及Shp2的结合蛋白、底物分子为靶点，或能为急性粒细胞白血病治疗、预后或提高化疗敏感性提供新的理论和实践方向。

目前在我国恶性肿瘤致死率中，白血病在儿童及35岁以下人群中居第一位。白血病的复发和对现有治疗手段的耐受是目前治疗失败的主要原因。在多种白血病中，那些既表达干细胞标志物，能够自我更新，又具有分化产生肿瘤细胞的能力，并且往往具有抗药特性的肿瘤干细胞已经被确认为是肿瘤起始、复发和药物耐受的元凶。Shp2/PTPN11 基因的突变常见于幼年型粒单核细胞白血病、儿童急性粒细胞白血病，骨髓增生异常综合征和在急性淋巴细胞白血病。项目负责人前期发现即Shp2在正常造血干细胞中不可或缺，在本课题中申请人对Shp2在白血病干细胞中的功能和分子机制展开研究。我们发现，Shp2介导的信号通路的异常激活在PTEN缺失的引发的髓系白血病中对干细胞的增殖中起关键的作用。在小鼠模型中, Shp2敲除抑制了PTEN敲除引起的AKT和ERK信号的高度激活。更进一步的, 我们与美国印第安纳大学的药物化学专家Zhang Zhong-Yin教授合作筛选和研发了新型特异靶向Shp2的小分子抑制剂11a-1用于体外和小鼠体内实验室，我们发现靶向Shp2的小分子抑制剂11a-1能够有效遏制PTEN缺失的髓系白血病干细胞的数量和髓系白血病的进展。 与此同时, 我们发现Shp2和Pten双敲除的小鼠发生了由祖细胞的异常分化和红细胞寿命缩短所共同导致的致死性的贫血。这一表型提示Shp2和Pten虽然在髓系发生中起拮抗作用,但在红细胞生成过程中的协同作用。与此一致的是，向Pten缺陷的小鼠中加入Shp2或美国FDA新批准进入临床使用的MEK的抑制剂后，抑制了髓性细胞的增生，却同样导致了贫血。这些结果提示针对Shp2或MEK为靶点的靶向药物开发,需基于PTEN基因突变或缺失状态对患者进行筛选。我们的研究结果对于精准医学领域中设计与生产治疗白血病以及其他类型肿瘤的药物具有指导性的意义。课题相关研究成果申请人作为第一作者和共同通讯作者于2015年发表于美国科学院院刊PNAS上。此外, 我们受Experimental Hematology 杂志邀请，撰写针对该发现的评论性文章。