NRG1：极具潜力疾病治疗靶点，NRG1融合更为罕见致癌基因
日期：2021-02-18 11:18:31
2021年1月7日，美国FDA授予Zenocutuzumab（MCLA-128）快速通道称号，可作为一种潜在治疗选择，用于治疗NRG1基因融合的转移性实体瘤患者。国际学术期刊《Journal of Thoracic Oncology》曾报道NRG1融合基因的治疗后，肿瘤明显缩小的案例 [1-3]。随后，这一肿瘤新靶点逐渐走向大众视野。NRG1融合是一种比较罕见的致癌基因，在多种实体瘤中均被发现，但最近，也有研究显示NRG1在肿瘤中的正向调节作用。无论是损害或保护机制，NRG1都将为肿瘤治疗提供新的方向。那么，什么是NRG1？NRG1融合的作用是怎样的？NRG1在肿瘤中的研究进展如何？今天，我们一起来了解一下。
1. NRG1的结构和功能
NRG1（神经调节蛋白1，又称为ARIA、HRG、GGF、NDF），是表皮生长因子（epidermal growth factor, EGF）家族成员之一，分子量为44 kD [4, 5]。NRG1蛋白质结构主要包括：胞内区结构、跨膜区、近膜序列、胞外的EGF样结构域、免疫球蛋白样结构域和氨基酸序列（图1）。NRG1基因通过选择性启动子的使用和剪接，会形成4个亚型：I型NRG1~VI型NRG1，其中最主要的是I型~III型3种不同的NRG1亚型。所有类型的NRG1都含有α、β两种EGF样结构域。EGF样受体结合域是ERBB受体酪氨酸激酶活化的必要条件，位于胞外结构域的近膜区 [6]。
图1. NRG1蛋白结构示意图
*本图来源于Prolactin 出版物[6]。
NRG1主要表达于胶质细胞和神经元以及乳腺、心肌、肺、肾、肝等器官，在神经系统、心肌、乳腺发育中起重要作用 [4, 5]。有研究发现，NRG1β在神经系统、心肌细胞内表达较NRG1α高，而NRG1α在乳腺中的表达较NRG1β高 [7, 8]。此外，越来越多的研究表明NRG1融合与多种肿瘤的发生发展密切相关 [4, 5]。
2. NRG1蛋白的受体
NRG1是EGF配体家族的一员，与ERBB家族受体酪氨酸激酶结合参与细胞的生物学进程 [9]。ERBB受体共有四种：ERBB1、ERBB2、ERBB3和ERBB4。NRG1介导的信号主要经由ERBB2、ERBB3和ERBB4 （图2）[6]。事实上，ERBB受体之间往往形成同二聚体或异二聚体形式，再与配体NRG1发生反应。其中，ERBB2自身无法形成同源二聚体，需要ERBB3或ERBB4的参与形成异源性二聚体，才能与NRG1结合。NRG1作为ERBB的激动剂或配体，与ERBBs结合后，形成二聚体复合物NRG1/ERBBs，激活信号通路 [6, 9, 10]。
图2. 不同亚型NRG1与受体结合
*本图来源于Prolactin 出版物[6]。
此外，如图3所示，NRG1能与很多其他不同的基因位点融合，比如CD74，SLC3A2，SDC4等，形成新的融合基因后在细胞膜上表达对应的融合蛋白，NRG1基因融合可激活并保留NRG1蛋白的EFG样结构域，使NRG1融合可持续与ERBB受体（ERBB2和ERBB4）成员结合。由此，NRG1融合会导致相关信号通路持续活化，引起细胞增殖失控，导致肿瘤发生 [11]。
图2. NRG1融合保留NRG1的EGF样结构域
*本图来源于Clinical Cancer Research 出版物[11]。
3. NRG1介导的信号通路
NRG1通过NRG1/ERBBs信号系统，启动了复杂的细胞内信号级联反应，激活细胞外信号调节激酶（ERK）、磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（AKT）、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）、蛋白激酶C（PKC）和Janus激酶和信号转导转录激活因子（JAK-STAT）。NRG1参与这些信号转导途径的活化，引起细胞的增殖、分化和抗凋亡变化，进而发挥其生物学功能 [12]。
如图4所示，在雪旺细胞中，NRG1结合ERBB3/ERBB2异源二聚体，进一步介导细胞内信号转导，激活了多种信号级联，其中包括Ras、细胞外信号调节激酶1/2（Erk1/2）、磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）/Akt通路、Ca2+的动员、Ca2+依赖性蛋白激酶C（PKC）和NFAT活性。NRG1信号转导途径的活化影响了雪旺细胞的存活、增殖、迁移、分化等活动 [13]。
图2. NRG1结合ERBB3/ERBB2激活下游通路
*本图来源于Academic Press 出版物[13]。
4. NRG1在疾病中的作用
4.1 NRG1和神经相关疾病
NRG1作为一种神经调节蛋白，它可促进神经系统发育，抑制神经元凋亡，还能诱导细胞因子的表达，如果NRG1或NRG1/ERBB发生异常，可能造成神经系统相关疾病，如阿尔茨海默症（AD）、肌萎缩性侧索硬化症（ALS）等 [14]。
NRG1在突触可塑性方面起重要作用，NRG1/ERBB4介导的信号与神经紊乱有关 [15]。此外，NRG1是精神分裂症的易感基因，研究发现，NRG1高表达者发生精神分裂症的几率要高于未表达者 [16]。在周围神经系统的雪旺细胞中，NRG1分泌多种神经因子和生物活性物质为神经轴突再生提供支持和引导。高表达的NRG1使雪旺细胞在神经损伤的再生和修复过程中发挥更大效能 [13]。
4.2 NRG1和心脏相关疾病
除了神经系统，NRG1对于心脏正常发育也必不可少，在心脏的发育及功能维持方面发挥着重要的作用。有研究显示，间歇运动可通过激活心肌NRG1及其受体表达，上调PI3K/Akt蛋白表达，抑制心肌细胞凋亡，改善心脏功能 [17]。
4.3 NRG1和癌症相关疾病
越来越多的研究也表明，NRG1能调控肿瘤细胞的生物学功能，NRG1/ERBBs参与到复杂的调控机制，有时NRG1表达促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移，但有时NRG1表达的细胞会发生癌细胞凋亡，起到抑制癌细胞生长的作用 [18, 19]。
在正常乳腺细胞中，NRG1表达正常，但在乳腺癌细胞中，NRG1表达极少，研究发现，下调NRG1表达会增加巢状的细胞增殖，提示NRG1在乳腺癌中可能是抑癌基因，NRG1的失活或者缺失可能会诱导乳腺癌的发生发展 [20]。
最近研究发现，在非小细胞肺癌中，靶向抑制NRG1的表达，能促进NSCLC的增殖、侵袭和迁移，提示NRG1对非小细胞肺癌影响存在正向调节作用 [21]。然而在结直肠癌中，研究者发现亚型NRG1 Ⅲ 在结直肠癌中表达上调，可能共同参与了结直肠癌的进展，提示NRG1可作为结直肠癌早期诊断和靶向治疗新的候选靶基因 [22]。
近几年，最引人关注的是，NRG1融合异常导致的肿瘤。有数据表明，NRG1融合发生比例最高的是非小细胞肺癌，同时它还常见于肾癌、甲状腺癌、胆囊癌、膀胱癌、卵巢癌、胰腺癌、乳腺癌、结直肠癌以及肉瘤和神经内分泌癌等癌症中 [23]。这将为更多肿瘤患者提供靶向治疗的机会。
5、NRG1的研发药物及临床前景
NRG1在神经、心脏等器官中起到重要作用。越来越多的证据表明，NRG1的异常表达和NRG1的融合往往会引发神经和心脏功能问题。最新数据显示，美国Salubris研发的NRG1融合抗体药物JK07，适应症为慢性心衰，目前已处于临床I期。这也提示，随着人们对疾病了解的不断加深、抗体技术的不断进化，抗体药在心血管、神经系统疾病、痛风、感染和神经系统疾病等并非传统的抗体药适应症领域也慢慢渗透。
同样值得关注的是，大量研究已证实，NRG1在肿瘤中扮演着两种角色，促癌基因或抑癌基因。NRG1作为一个新星的靶点，其在肿瘤中的作用机制有待进一步探索，目前国内外尚无抗NRG1或NRG1抗体在研的临床药物，具有较大的开发潜力。尤其是NRG1融合的发现，作为一个罕见的致癌驱动基因，目前的研究主要集中在针对这一全新致癌靶点进行的抗体药物开发，比如双特异性抗体Zenocutuzumab（MCLA-128）已获FDA快速通道资格，且在先前接受过治疗的NRG1基因融合胰腺癌患者中表现出了良好的疗效，有望为肿瘤患者带来新的希望。
事实上，抗体药物已经成为治疗肿瘤的重要产品。国内各大药企也将抗体药物作为研发重点，也是药企开拓市场的明星产品。2020年我国抗体药物产业总体市场规模约548亿元，预计2022年扩大至890亿元。随着对NRG1在神经、心脏、肿瘤等机制方面的深入研究，NRG1抗体或抗NRG1抗体或将掀起市场的巨大需求，前景非常广阔。
NRG1蛋白
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(Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
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Immobilized NRG1 at 2 μg/ml can bind human ERBB3(CSB-MP007765HU), the EC50 is 18.24-23.66 ng/ml.
参考文献：
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