《npj Drug Discovery》：Preferential HER4 stimulation preserves neuregulin-induced improvement of myocardial function
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神经调节蛋白-1(NRG-1)是治疗心力衰竭(HF)的潜在药物，但HER3受体激活带来的癌症风险与毒性限制了其应用。本研究设计了一种新型抗体融合蛋白JK07，它能选择性阻断HER3信号的同时激活HER4，在啮齿类及非人灵长类动物HF模型中证实，JK07可在保留心脏功能改善疗效的同时降低HER3相关的潜在风险，为HF治疗提供了新策略。
心力衰竭仍然是全球范围内主要的健康威胁之一。尽管已有多种指南指导的药物治疗方案，但许多患者的预后仍不理想，迫切需要能更直接作用于疾病病理生理学的新机制疗法。在这个背景下，神经调节蛋白-1(Neuregulin-1, NRG-1)进入了研究者的视野。作为表皮生长因子(EGF)家族的成员，NRG-1是维持心肌发育、稳态和修复的关键生长因子。它通过与受体HER3和HER4结合，形成二聚体，进而激活下游信号通路，对心脏功能至关重要。有意思的是，临床上使用抗HER2药物曲妥珠单抗治疗癌症时，有时会引起左心室功能障碍，这被证实与NRG-1介导的HER4信号通路受阻有关。这一观察结果反向证明了激活NRG-1通路可能具有治疗心力衰竭的潜力。
然而，将重组神经调节蛋白(recombinant Neuregulin, rNRG)转化为治疗药物的道路充满了坎坷。主要的障碍来自两方面：一是剂量限制性的胃肠道毒性和肝毒性；二是激活HER3受体可能带来的癌症风险，因为HER3是明确的癌症驱动因子。这就产生了一个核心的科学问题：在NRG-1改善心肌功能的作用中，HER3和HER4各自扮演了怎样的角色？如果NRG-1的疗效主要是由HER4介导，那么设计一种能够选择性激活HER4，同时阻断或减弱HER3信号的新型分子，就可能实现疗效与安全性的“鱼与熊掌兼得”。这不仅有望为心力衰竭患者带来全新的治疗选择，还能显著降低潜在的安全风险。本研究正是为了回答这个关键问题而展开的。
在这篇发表于《npj Drug Discovery》的研究中，研究人员设计并验证了一种名为JK07的创新型抗体融合蛋白。JK07巧妙地将一个拮抗HER3的抗体与NRG-1的EGF结合结构域融合在一起，形成了一个“双功能”分子。其设计理念是：利用抗体部分“锁住”HER3，阻止NRG-1与之结合激活，而NRG-1部分则“专注”激活HER4，从而实现“偏好性HER4刺激”。通过一系列严谨的临床前研究，该研究首次证实，在减弱HER3激活的情况下，保留NRG-1对HER4的刺激，足以实现其在心力衰竭治疗中的全部疗效。这一发现不仅深化了对NRG-1信号通路的理解，也为开发更安全有效的心力衰竭疗法指明了新方向。
为开展此项研究，作者运用了多项关键技术方法。在分子构建与表征方面，他们通过基因工程构建了JK07融合蛋白，并利用表面等离子共振(SPR)技术验证了其对HER3的结合以及NRG-1结构域的完整性。在体外功能验证中，使用了U2OS HER2/HER3及HER2/HER4二聚化报告细胞系评估受体激活特异性，并在人诱导多能干细胞来源的心肌细胞及原代大鼠心肌细胞中，通过ELISA和蛋白质印迹法检测下游AKT磷酸化水平。在体内疗效与安全性评估部分，研究建立了多种动物模型：包括大鼠左前降支(LAD)结扎诱导的慢性心力衰竭模型，用于评估对心脏功能、重构、运动耐力及组织病理学的影响；FaDu肿瘤异种移植小鼠模型，用于评估JK07对HER3驱动肿瘤的抑制作用；以及自发性心力衰竭食蟹猴模型，该模型的动物来源于具有长期代谢性疾病史的数据队列，用于在更接近人类的生理系统中评估JK07对射血分数降低型(HFrEF)和射血分数保留型(HFpEF)心力衰竭的治疗效果。
研究结果
JK07的结构与结合特性
研究人员首先设计了JK07，其结构包括一个源自帕曲珠单抗(patritumab)的抗HER3全人源单克隆抗体，通过一个G4S连接子，在其重链C末端以同源二聚体形式融合了人NRG-1的EGF样结构域。表面等离子共振实验证实，JK07能有效结合HER3，并且其融合的NRG-1结构域保持了完好的构象，能够被NRG-1特异性抗体识别。
JK07在体外和体内减弱HER3依赖性活性
在功能上，JK07显著抑制了NRG-1诱导的HER2/HER3二聚化。在体外增殖实验中，与NRG-1或对照融合蛋白相比，JK07对多种HER3信号驱动的癌细胞系（如NCI-N87、MCF-7等）的促增殖作用更弱。更重要的是，在FaDu头颈鳞癌细胞异种移植小鼠模型中，JK07表现出剂量依赖性的肿瘤生长抑制效果，证明了其抗HER3抗体部分在体内同样具有功能活性。
JK07保留NRG-1介导的HER2/HER4二聚化与信号激活
同时，JK07完美保留了激活HER4通路的能力。在报告细胞系中，它能有效诱导HER2/HER4二聚化，其效力与重组NRG-1相当。在人诱导多能干细胞来源的心肌细胞和大鼠心肌细胞中，JK07与NRG-1一样，能剂量依赖性地激活下游的PI3K/AKT通路，导致AKT磷酸化水平显著升高，而单纯的抗HER3抗体则无此作用。这证实了JK07能够实现“抑制HER3，激活HER4”的设计目标。
JK07在慢性心力衰竭大鼠模型中恢复心脏功能
在大鼠LAD结扎诱导的慢性心力衰竭模型中，JK07治疗能剂量依赖性地显著改善左心室射血分数(LVEF)，减少左心室舒张末期内径(LVIDd)和收缩末期内径(LVIDs)，表明其能有效逆转心脏重构。在1 mg/kg剂量下，JK07还能显著提高动物的运动耐力。组织病理学分析显示，JK07治疗减少了心肌梗死边缘区的心肌细胞坏死、间质水肿，并改善了心肌纤维排列。此外，JK07还能下调心肌中I型胶原的表达，降低I/III型胶原比例，表现出抗纤维化作用。值得注意的是，JK07在10 mg/kg剂量下达到的心脏功能改善效果，与同等剂量的、不阻断HER3的对照融合蛋白(gp120/NRG-1)效果相当。
JK07改善自发性心力衰竭食蟹猴的心脏功能
在自发性心力衰竭食蟹猴模型中，研究结果更具临床转化意义。在HFrEF猴子中，JK07治疗与临床常用药沙库巴曲缬沙坦(sacubitril/valsartan)类似，能使大部分动物（10只中的7只）的左心室射血分数出现有临床意义的绝对提升（≥5%），最大改善达19.6%。在HFpEF猴子中，JK07的表现更为突出：它能改善60%（10只中的6只）动物的舒张功能障碍分级，而沙库巴曲缬沙坦仅对10%的动物（10只中的1只）有效。这提示JK07对目前缺乏有效治疗药物的HFpEF可能具有独特潜力。
研究结论与意义
本研究系统地表征了JK07这一偏好性激活HER4信号的新型NRG-1衍生分子。其核心结论在于，首次通过直接对比实验证明，在减弱HER3刺激的情况下，保留NRG-1对HER4的激活，就足以实现其在多种临床前心力衰竭模型（包括啮齿类手术模型和灵长类自发性疾病模型）中改善心肌功能、促进心脏正向重构和抗纤维化的全部治疗作用。这意味着HER4是NRG-1产生心脏获益的主要（如果不是唯一）介质。
这一发现具有多重重要意义。首先，它从机制上厘清了HER3和HER4在NRG-1心脏保护作用中的不同角色，解决了该领域长期存在的关键不确定性。其次，它验证了“偏好性HER4激活”策略的可行性，为将NRG-1转化为更安全的治疗药物开辟了新路径。JK07的设计有望同时规避传统rNRG疗法相关的癌症风险（通过阻断HER3）和胃肠道毒性（推测与HER3信号在胃肠道富集有关）。再者，本研究首次在高级别的自发性灵长类心力衰竭模型中展示了NRG-1相关疗法对HFpEF的显著疗效，为这一治疗需求迫切的疾病领域带来了新希望。
综上所述，JK07代表了一种极具前景的心力衰竭治疗新策略，它巧妙地将心脏保护与潜在风险解耦。目前，JK07已进入二期临床试验阶段，正在招募HFrEF和HFpEF患者。这项研究不仅推进了基础科学认知，更直接推动了新型治疗候选药物的临床转化，标志着心力衰竭药物研发领域的一个重要进展。
