蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2对结直肠癌恶性表型的抑制作用及机制

It has been reported that SHP2 plays an oncogenic role in leukemia and several types of solid tumors. However, we recently found that SHP2 might serve as a tumor suppressor in colorectal cancer (CRC). Although SHP2 has been reported to be a tumor suppressor in liver cancer, its subcelluar localizations are different in CRC and liver cancer, suggesting there may be contex-dependent molecular mechanisms in these two types of cancers. In this proposal, we first plan to identify the protein partners that closely regulate nuclear SHP2 using phage display peptide library screening and Immunoprecipitation. Then, we will elucidate the mechanisms underlying the role of SHP2 and its key protein partners in the regulation of the development of mitotic catastrophe using relevant analysis methods including siRNA silencing, mRNA profiling microarry and Western blotting, and then construct an immunohistochemical signature using downstream genes of SHP2 and/or its protein partners to predict the prognosis of patients with CRC. Finally, we will evaluate the tumor suppression function of SHP2, its protein partners, Cisplatin, and PARP inhibitors, using alone or in combination, with CRC cell lines and mouse models. Our proposed studies will establish a new mechanistic framework for understanding the biological functions and molecular mechanisms of SHP2 in CRC progression and provide prognosis biomarkers and new therapeutic targets of CRC.

已报道酪氨酸磷酸酶SHP2在多种肿瘤中为癌基因，但我们发现SHP2在结直肠癌中可能为肿瘤抑制基因。尽管SHP2在肝癌中的肿瘤抑制机制已被报道，但其在结直肠癌和肝癌中的细胞定位不同，提示其机制存在组织、器官特异性。本研究拟在前期工作基础上围绕结直肠癌SHP2展开如下研究：①用噬菌体展示肽和免疫沉淀等方法，确定对胞核SHP2有紧密调节作用的蛋白；②用基因芯片和Western blotting等方法，揭示SHP2及其关键调节蛋白在细胞DNA损伤后参与有丝分裂灾难形成的信号通路，并用组织芯片技术评价这些信号蛋白对患者预后预测的价值；③基于肿瘤细胞及其小鼠接种模型，评价SHP2、其调节蛋白、顺铂、PARP抑制剂等单独或组合使用对结直肠癌肿瘤的体外、体内抑制作用。本课题完成后，不仅能明确SHP2在结直肠癌进展中的生物功能和分子机制，而且为结直肠癌的预后预测和个体化治疗提供新思路。

SHP2是许多关键信号的调控分子及这些信号间相互反馈的关键节点，其突变在多种疾病中有驱动作用，其口服、高效、特异的抑制剂也已被发现。然而，由于KRAS、BRAF和PIK3CA等基因在结直肠癌（CRC）组织中高频率突变，SHP2对其下游信号的调控被阻断，许多重要功能被掩盖。最近发现SHP2在相关信号干预阻断后的负反馈调节中发挥重要作用，其胞核或线粒体定位也报道具有新功能。可见，SHP2参与CRC发生发展的过程十分复杂，其分子功能及相关抑制剂在CRC中的具体作用及价值需深入研究。在本项目中，我们发现：（1） SHP2相互作用蛋白178个，其富集的生物学功能涉及JAK-STAT、RAS-ERK和AKT-mTOR等10多个信号；定位于CRC胞核的蛋白24个，其中CDC73、CTR9、HNRNPU、PAF1、PRPF19、RTF1、WDR61等分子可能是CRC驱动基因。（2）联合药物筛选试验发现SHP2抑制剂SHP099与AKT、mTOR、EGFR、BRAF等靶向抑制剂在CRC细胞中均具有不同程度的协同致死效应，提示SHP2在上述抑制剂的反馈性耐药网络中扮演了关键角色；在上述协同效应中，SHP099与MK2206的联合最强，动物模型也证明该致死效应。（3）SHP2敲减对奥沙利铂具有显著的体内外增敏作用，核定位SHP2指示CRC化疗患者的不良预后，其机制和二者协同激活TXNIP和STAT1磷酸化相关；（4）SHP099抑制可诱导WDR54表达，两者共同抑制对CRC细胞有协同致死效应；WDR54和泛素化连接酶UBR5在CRC中表达升高，其高表达指示患者不良预后，实验证明二者均能促进CRC的体外生长、侵袭、迁移和体内成瘤作用；（4）在SHP2相关基因中，联合SHP2、GRB2、ITGB1和POSTN形成免疫组化标志群，该标志能在训练系列（N=682）和验证系列（N=362）有效预测早期CRC患者及CRC化疗患者的不良预后。总之，本研究分析了SHP2相互作用蛋白及关键承接分子，为揭示其在CRC组织中的分子机制和功能奠定了基础；证明SHP2为许多通路抑制剂负反馈耐药机制的核心分子之一，为SHP099联合用药方案在CRC领域打开了思路；评价WDR54和UBR5 的对CRC细胞体内外功能的影响，建立了以SHP2等分子为核心的预后模型，为CRC的预后预测和靶向治疗提供新思路。