在癌症的发展进程中，由激酶和磷酸酶决定的蛋白磷酸化状态调控着大多数致癌机制。目前，致癌磷酸化位点已被作为激酶抑制剂的作用靶点，然而，只有很少的激酶抑制剂对癌症的治疗提供了持久的反应。从治疗角度考虑，激酶抑制只能抑制未磷酸化氨基酸的从头磷酸化，而药物驱动的磷酸酶活性的增加则有望使已磷酸化位点去磷酸化。另一方面，对激酶抑制剂敏感的氨基酸被预测对磷酸酶抑制不敏感。总之，这些例子提示了药理学上的磷酸酶调节可能与激酶抑制不重叠，以及药物靶向磷酸酶或许可以增加癌症治疗中磷酸化调节的可能性。目前可作为癌症治疗靶点的磷酸酶包括：SHP2、PP2A、PTP1B、PRL3、DUSP1、DUSP6、PTEN等，其中关于SHP2和PP2A的研究较多。
图1：肿瘤细胞中激酶与磷酸酶的合作
可作为癌症治疗靶点的磷酸酶：SHP2和PP2A
SHP2
SHP2是一种非受体蛋白酪氨酸磷酸酶，包含两个N端Src同源2（SH2）结构域、一个PTP结构域和一个具有两个酪氨酸磷酸化位点的C端结构域。SHP2的激活突变，如D61V和E76K，发生在N端SH2结构域和PTP结构域的连接处，常与白血病相关。这些突变削弱了SHP2自抑制的四级结构，使其磷酸酶活性维持。
SHP2可以促进RAS活性向下游信号发展，从而调节ERKs。除了RAS调控功能外，SHP2还被报道为PI3K、JAK、STAT信号通路的关键调控因子之一。
PP2A
PP2A是一种丝氨酸/苏氨酸磷酸酶全酶，由支架亚基（PP2A-A）、催化亚基（PP2A-C）和调节亚基（PP2A-B）组成。人类基因组编码四个B亚基家族：B55、B56、B72和STRN，每个均包含多个亚型。这些亚基通过组合可形成多达60种不同的PP2A全酶。含有B55和B56这两个B亚基的PP2A全酶（分别为PP2A/B55和PP2A/B56）可作为人肿瘤抑制因子。最有代表性的抑制PP2A/B55和PP2A/B56复合物的原癌治疗靶点为AKT和MYC，但最近的磷酸化蛋白质组学分析揭示了抑制PP2A复合物的一些其它的癌症相关靶点，如SET、PME1、CIP2A和ARP19。在目前的研究基础上，SET和CIP2A可以选择性抑制PP2A/B56复合物，而ARPP19抑制PP2A/B55复合物。相反，与肿瘤抑制的B55和B56亚基不同，最近的研究确定STRN3和STRN4是致癌的B亚基，它们促进肿瘤抑制子MST1/2和MAP4K4去磷酸化，导致致癌蛋白YAP1的过度活化。这些结果表明，对于PP2A在癌症中的作用，肿瘤抑制复合物PP2A/B55/B56和致癌复合物PP2A/STRN之间的平衡非常重要的。
图2：可作为癌症治疗靶点的磷酸酶家族
靶向SHP2和PP2A的癌症治疗药物
SHP2小分子抑制剂
由于SHP2广泛参与多种癌症类型和多种致癌途径，因此它是癌症治疗的一个有吸引力的靶点。首先研究发现的是活性位点抑制剂，例如隐丹参酮和II-B08，可以抑制SHP2相关白血病细胞的生长。但大多数活性位点化合物由于药物性能差、药效弱，以及选择性差而在临床中失败。
SHP2抑制剂的一个重大突破是发现了变构抑制剂SHP。SHP对其它的21种磷酸酶和66种激酶，尤其是SHP1（与SHP2最接近的同源物）均无抑制活性。SHP也能将SHP2E76K突变体还原为闭合构象，尽管需要更高浓度的SHP。另外，造血细胞和结直肠癌细胞系的筛选显示RTK依赖与SHP的敏感性密切相关。相比之下，来自两个细胞系的RAS突变和BRAF突变肿瘤细胞对SHP的抗性均增加了5-10倍。然而，最近的一份报告显示，当将KRAS突变的肿瘤细胞系进行三维多细胞球状体培养时，SHP的治疗活性显著提高。在用SHP治疗的KRAS突变异种移植小鼠中也观察到有效的肿瘤抑制。另外，SHP能穿透血脑屏障，并被证明能提高颅内携带表达PDGFRα的胶质母细胞瘤细胞的小鼠的存活率。
此外，SHP2在肿瘤免疫学中也发挥重要作用。肿瘤表面的PD-L1与T细胞表面的PD-1结合抑制抗肿瘤免疫反应。值得注意的是，当PD-1结合并激活PD-L1时，SHP2与PD-1结合，并激活导致免疫反应抑制的下游信号通路。因此，SHP2抑制协同PD1的阻断可触发抗肿瘤免疫，从而使SHP2抑制剂成为潜在的癌症免疫治疗候选药物。
另外一个SHP2变构抑制剂为SHP，它结合于不同于SHP的SHP2的另一个变构位点。虽然SHP单独使用时为一种弱抑制剂，但研究表明，当其与SHP联合时占据两个不同的变构位点，增强了对ERK通路的抑制。此外，利用PROTAC技术，SHP2抑制剂SHP2-D26被发展，同时在体外的两种癌症细胞中表明SHP2-D26在抑制ERK磷酸化和细胞增殖方面的是SHP的30倍。第二代SHP2变构抑制剂包括TNO和RMC-，抑制原理与SHP对SHP2的抑制类似，目前正处于治疗复发性实体肿瘤包括非小细胞肺癌、结直肠癌、头颈部癌、食管癌的1期临床试验中。
SHP2抑制剂不仅单独治疗有效，而且与其他抗癌药物联合使用也有效。在体外和异种移植小鼠模型中，MEK抑制剂与SHP联合对野生型和KRAS扩增型胃癌均有效，并且与SHP联合可阻止MEK抑制剂的适应性耐药、减少MEK抑制剂曲美替尼的剂量和防止与曲美替尼相关的副作用。靶向其他信号通路并抑制SHP2也被报道是有效的，如：SHP与PI3K抑制剂的组合在胰腺癌细胞系中显示出了良好的结果。
PP2A靶向药物-直接的小分子PP2A激动剂
激活PP2A的肿瘤抑制活性来治疗癌症的概念大约在15年前就被提出了。根据最近公布的数据，DT和iHAP1为两个有代表性的PP2A小分子激动剂。DT已在几种人类肿瘤类型的异种移植小鼠模型中被证明具有强大的体内抗肿瘤活性，且没有明显的*性。此外，它可以穿透血脑屏障，并作为单一疗法有效地治疗临床前胶质母细胞瘤小鼠体内模型。iHAP1已在急性淋巴细胞白血病（ALL）移植小鼠模型中被证明可降低肿瘤生长，且即使在高剂量下也没有表现出任何*性。尽管iHAP1已被证明通过MYBL1介导其对ALL的治疗效果，但是其对PP2A复合物的作用具有细胞类型特异性，所以在不同癌症类型中确定介导其治疗效果的直接磷蛋白靶点尤为重要。
此外，PP2A复合物参与调节各种已知的肿瘤耐药机制。在最近的一项高通量筛选分析中，研究发现，PP2A的活性可以影响癌细胞对多种癌症治疗药物的反应，包括激酶抑制剂和表观遗传药物。一般来说，PP2A活性的增加会导致药物敏感，因此建立药理学PP2A活化可能是未来治疗癌症耐药性的一种策略。
PP2A靶向药物-通过SET抑制剂反激活PP2A
FTY是一种鞘氨醇类似物，已被批准用于治疗多发性硬化症，其经鞘氨醇激酶（p-FTY）磷酸化后，与鞘氨醇-1-磷酸受体相互作用，介导其大部分抗炎作用。然而，FTY的非磷酸化部分，是药物在体内的主要形式，可直接与SET结合并阻止SET介导的PP2A抑制。通过PP2A的激活促进FTY的抗肿瘤活性已在血液系统恶性肿瘤和肺癌的临床前小鼠模型中被证明。CC11和CM-为FTY的非磷酸化类似物。在慢性淋巴细胞白血病细胞中，CC11可通过破坏PP2A-SET复合物恢复PP2A活性，并通过BAD和FOXO3A去磷酸化触发线粒体介导的凋亡。CM-，与FTY不同，不会引起心脏*性，并且在斑马鱼异种移植模型中已被证明在降低急性髓系白血病细胞侵袭和转移潜能方面比FTY更有效。
PP2A靶向药物-丝氨酸/苏氨酸（S/T）磷酸酶抑制剂LB
尽管重新激活PP2A的肿瘤抑制活性是开发PP2A靶向治疗的主要焦点，但直接抑制其催化亚基PP2A-C也被用于癌症治疗药物的开发。虽然抑制PP2A-C的催化活性会影响正常细胞，但PP2A-C抑制剂与其它疗法联用通过诱导合成致死治疗癌症也是特别有益的。斑蝥素衍生物LB是研究最多的PP2A-C抑制剂之一。LB与替莫唑胺或阿霉素联合对胶质母细胞瘤、胰腺癌和肝细胞癌治疗均有效。LB治疗还克服了卵巢癌和成神经管细胞瘤对顺铂的耐药性。此外，LB与免疫检查点抑制剂联合使用，增强了CT26结肠癌小鼠和B16黑色素瘤小鼠免疫介导的抗肿瘤反应。
值得注意的是斑蝥素及其衍生物抑制几种S/T磷酸酶的催化活性。然而，几乎所有研究都将LB的治疗作用指定为专门靶向PP2A-C。最近的一项研究就发现LB不仅抑制PP2A-C，而且抑制致癌的PP5C磷酸酶（其催化袋与PP2A-C的催化袋是同源的）。由于其它S/T磷酸酶PP4和PP6的催化亚基也与PP2A-C和PP5C的催化亚基高度相似，所以需要进一步探究LB对肿瘤抑制或致癌的S/T磷酸酶的选择性。
LB目前正处于星形细胞瘤、胶质母细胞瘤和骨髓增生异常综合征的Ⅱ期临床试验中。LB联合多西他赛治疗晚期实体瘤的Ⅰ期临床试验最近也完成，且达到了安全性和有效性的终点。
图3：SHP2和PP2A靶向药物的作用方式
表1：靶向SHP2和PP2A的癌症治疗药物在临床中的进展
在癌症治疗药物开发中，识别肿瘤抑制或致癌的磷酸酶的作用机制，可能为癌症的治疗开辟新途径。尽管磷酸酶靶向药物在各种临床前小鼠肿瘤模型中具有很好的单药治疗效果，但是我们认为与其他抗癌药物一样，磷酸酶靶向单药的耐药性将成为一个问题。因此，磷酸酶靶向药物还需要与其他癌症疗法结合以获得最大的治疗效果。磷酸酶靶向药物至少可以通过几种替代机制来对抗肿瘤耐药性。首先，激酶抑制与磷酸酶激活相结合可以延长对共同靶标磷酸化位点的有效抑制。另一方面，由于它们对磷酸化位点的独特影响，磷酸酶靶向可能影响与激酶抑制剂靶向机制非冗余的机制。评估磷酸酶靶向药物组合治疗癌症的潜力，看看它是否克服了激酶抑制剂观察到的耐药性将是一件有趣的事情。过去几十年对磷酸酶的鉴定和探讨它们在癌症中的反常机制，为开发更有效的癌症疗法开辟了有希望的新途径，而未来对磷酸酶研究的投资也可能进一步扩大。
编者：Sun
生物评价中心
参考文献：
JuliaP.Vainonen,MajidMomeny,JukkaWestermarck.Druggablecancerphosphatases[J].Sci.Transl.Med().
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