NRG1：極具潛力疾病治療靶點，NRG1融合更為罕見致癌基因
日期：2021-02-18 11:18:31
2021年1月7日，美國FDA授予Zenocutuzumab（MCLA-128）快速通道稱號，可作為一種潛在治療選擇，用于治療NRG1基因融合的轉移性實體瘤患者。國際學術期刊《Journal of Thoracic Oncology》曾報道NRG1融合基因的治療后，腫瘤明顯縮小的案例 [1-3]。隨后，這一腫瘤新靶點逐漸走向大眾視野。NRG1融合是一種比較罕見的致癌基因，在多種實體瘤中均被發現，但最近，也有研究顯示NRG1在腫瘤中的正向調節作用。無論是損害或保護機制，NRG1都將為腫瘤治療提供新的方向。那么，什么是NRG1？NRG1融合的作用是怎樣的？NRG1在腫瘤中的研究進展如何？今天，我們一起來了解一下。
1. NRG1的結構和功能
NRG1（神經調節蛋白1，又稱為ARIA、HRG、GGF、NDF），是表皮生長因子（epidermal growth factor, EGF）家族成員之一，分子量為44 kD [4, 5]。NRG1蛋白質結構主要包括：胞內區結構、跨膜區、近膜序列、胞外的EGF樣結構域、免疫球蛋白樣結構域和氨基酸序列（圖1）。NRG1基因通過選擇性啟動子的使用和剪接，會形成4個亞型：I型NRG1~VI型NRG1，其中最主要的是I型~III型3種不同的NRG1亞型。所有類型的NRG1都含有α、β兩種EGF樣結構域。EGF樣受體結合域是ERBB受體酪氨酸激酶活化的必要條件，位于胞外結構域的近膜區 [6]。
圖1. NRG1蛋白結構示意圖
*本圖來源于Prolactin 出版物[6]。
NRG1主要表達于膠質細胞和神經元以及乳腺、心肌、肺、腎、肝等器官，在神經系統、心肌、乳腺發育中起重要作用 [4, 5]。有研究發現，NRG1β在神經系統、心肌細胞內表達較NRG1α高，而NRG1α在乳腺中的表達較NRG1β高 [7, 8]。此外，越來越多的研究表明NRG1融合與多種腫瘤的發生發展密切相關 [4, 5]。
2. NRG1蛋白的受體
NRG1是EGF配體家族的一員，與ERBB家族受體酪氨酸激酶結合參與細胞的生物學進程 [9]。ERBB受體共有四種：ERBB1、ERBB2、ERBB3和ERBB4。NRG1介導的信號主要經由ERBB2、ERBB3和ERBB4 （圖2）[6]。事實上，ERBB受體之間往往形成同二聚體或異二聚體形式，再與配體NRG1發生反應。其中，ERBB2自身無法形成同源二聚體，需要ERBB3或ERBB4的參與形成異源性二聚體，才能與NRG1結合。NRG1作為ERBB的激動劑或配體，與ERBBs結合后，形成二聚體復合物NRG1/ERBBs，激活信號通路 [6, 9, 10]。
圖2. 不同亞型NRG1與受體結合
*本圖來源于Prolactin 出版物[6]。
此外，如圖3所示，NRG1能與很多其他不同的基因位點融合，比如CD74，SLC3A2，SDC4等，形成新的融合基因后在細胞膜上表達對應的融合蛋白，NRG1基因融合可激活并保留NRG1蛋白的EFG樣結構域，使NRG1融合可持續與ERBB受體（ERBB2和ERBB4）成員結合。由此，NRG1融合會導致相關信號通路持續活化，引起細胞增殖失控，導致腫瘤發生 [11]。
圖2. NRG1融合保留NRG1的EGF樣結構域
*本圖來源于Clinical Cancer Research 出版物[11]。
3. NRG1介導的信號通路
NRG1通過NRG1/ERBBs信號系統，啟動了復雜的細胞內信號級聯反應，激活細胞外信號調節激酶（ERK）、磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（AKT）、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）、蛋白激酶C（PKC）和Janus激酶和信號轉導轉錄激活因子（JAK-STAT）。NRG1參與這些信號轉導途徑的活化，引起細胞的增殖、分化和抗凋亡變化，進而發揮其生物學功能 [12]。
如圖4所示，在雪旺細胞中，NRG1結合ERBB3/ERBB2異源二聚體，進一步介導細胞內信號轉導，激活了多種信號級聯，其中包括Ras、細胞外信號調節激酶1/2（Erk1/2）、磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）/Akt通路、Ca2+的動員、Ca2+依賴性蛋白激酶C（PKC）和NFAT活性。NRG1信號轉導途徑的活化影響了雪旺細胞的存活、增殖、遷移、分化等活動 [13]。
圖2. NRG1結合ERBB3/ERBB2激活下游通路
*本圖來源于Academic Press 出版物[13]。
4. NRG1在疾病中的作用
4.1 NRG1和神經相關疾病
NRG1作為一種神經調節蛋白，它可促進神經系統發育，抑制神經元凋亡，還能誘導細胞因子的表達，如果NRG1或NRG1/ERBB發生異常，可能造成神經系統相關疾病，如阿爾茨海默癥（AD）、肌萎縮性側索硬化癥（ALS）等 [14]。
NRG1在突觸可塑性方面起重要作用，NRG1/ERBB4介導的信號與神經紊亂有關 [15]。此外，NRG1是精神分裂癥的易感基因，研究發現，NRG1高表達者發生精神分裂癥的幾率要高于未表達者 [16]。在周圍神經系統的雪旺細胞中，NRG1分泌多種神經因子和生物活性物質為神經軸突再生提供支持和引導。高表達的NRG1使雪旺細胞在神經損傷的再生和修復過程中發揮更大效能 [13]。
4.2 NRG1和心臟相關疾病
除了神經系統，NRG1對于心臟正常發育也必不可少，在心臟的發育及功能維持方面發揮著重要的作用。有研究顯示，間歇運動可通過激活心肌NRG1及其受體表達，上調PI3K/Akt蛋白表達，抑制心肌細胞凋亡，改善心臟功能 [17]。
4.3 NRG1和癌癥相關疾病
越來越多的研究也表明，NRG1能調控腫瘤細胞的生物學功能，NRG1/ERBBs參與到復雜的調控機制，有時NRG1表達促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移，但有時NRG1表達的細胞會發生癌細胞凋亡，起到抑制癌細胞生長的作用 [18, 19]。
在正常乳腺細胞中，NRG1表達正常，但在乳腺癌細胞中，NRG1表達極少，研究發現，下調NRG1表達會增加巢狀的細胞增殖，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會誘導乳腺癌的發生發展 [20]。
最近研究發現，在非小細胞肺癌中，靶向抑制NRG1的表達，能促進NSCLC的增殖、侵襲和遷移，提示NRG1對非小細胞肺癌影響存在正向調節作用 [21]。然而在結直腸癌中，研究者發現亞型NRG1 Ⅲ 在結直腸癌中表達上調，可能共同參與了結直腸癌的進展，提示NRG1可作為結直腸癌早期診斷和靶向治療新的候選靶基因 [22]。
近幾年，最引人關注的是，NRG1融合異常導致的腫瘤。有數據表明，NRG1融合發生比例最高的是非小細胞肺癌，同時它還常見于腎癌、甲狀腺癌、膽囊癌、膀胱癌、卵巢癌、胰腺癌、乳腺癌、結直腸癌以及肉瘤和神經內分泌癌等癌癥中 [23]。這將為更多腫瘤患者提供靶向治療的機會。
5、NRG1的研發藥物及臨床前景
NRG1在神經、心臟等器官中起到重要作用。越來越多的證據表明，NRG1的異常表達和NRG1的融合往往會引發神經和心臟功能問題。最新數據顯示，美國Salubris研發的NRG1融合抗體藥物JK07，適應癥為慢性心衰，目前已處于臨床I期。這也提示，隨著人們對疾病了解的不斷加深、抗體技術的不斷進化，抗體藥在心血管、神經系統疾病、痛風、感染和神經系統疾病等并非傳統的抗體藥適應癥領域也慢慢滲透。
同樣值得關注的是，大量研究已證實，NRG1在腫瘤中扮演著兩種角色，促癌基因或抑癌基因。NRG1作為一個新星的靶點，其在腫瘤中的作用機制有待進一步探索，目前國內外尚無抗NRG1或NRG1抗體在研的臨床藥物，具有較大的開發潛力。尤其是NRG1融合的發現，作為一個罕見的致癌驅動基因，目前的研究主要集中在針對這一全新致癌靶點進行的抗體藥物開發，比如雙特異性抗體Zenocutuzumab（MCLA-128）已獲FDA快速通道資格，且在先前接受過治療的NRG1基因融合胰腺癌患者中表現出了良好的療效，有望為腫瘤患者帶來新的希望。
事實上，抗體藥物已經成為治療腫瘤的重要產品。國內各大藥企也將抗體藥物作為研發重點，也是藥企開拓市場的明星產品。2020年我國抗體藥物產業總體市場規模約548億元，預計2022年擴大至890億元。隨著對NRG1在神經、心臟、腫瘤等機制方面的深入研究，NRG1抗體或抗NRG1抗體或將掀起市場的巨大需求，前景非常廣闊。
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.
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