HER3 在肿瘤发生与耐药中的作用：机制及靶向治疗策略

本文来源于微信公众：生物屋作者：屋中人

Summary

HER3是EGFR家族中的一种假激酶成员，在肿瘤进展和药物耐药中发挥作用。尽管HER3在30多年前被发现，但至今尚无针对其的治疗干预获得临床批准。随着HER3重要性的证据不断积累，针对HER3的临床前和临床试验逐渐增多。本文综述了HER3在肿瘤发生和药物耐药中的最新生物学机制，并概述了当前和新兴的HER3靶向策略。

引言

人类表皮生长因子受体(HER)蛋白是一类受体酪氨酸激酶家族，在正常和肿瘤细胞生物学中发挥作用。该家族包括四个高度同源的成员：表皮生长因子受体(EGFR [ERBB1/HER1])、HER2(ERBB2)、HER3(ERBB3)和HER4(ERBB4)，它们均由配体结合的胞外域、跨膜域、胞内激酶域和C端尾部组成。家族成员(除HER2外)通常通过胞外配体结合激活，诱导构象变化，随后在家族成员之间形成同源或异源二聚体，最终激活胞内信号级联。细胞反应包括增强细胞存活和增殖，这解释了异常的EGFR家族信号与致癌事件的紧密关联。

当处于非活性状态时，EGFR受体以单体束缚构象存在，但配体结合后，受体转变为伸展构象，暴露出二聚化臂。与另一个开放构象受体接触后，形成受体二聚体，进一步诱导受体复合物胞内域的构象变化。这种构象变化导致转磷酸化事件，供体受体在受体受体的C端尾部引入多个磷酸化位点，从而激活下游信号级联。关于EGFR家族受体仅在配体结合前以单体形式存在的范式受到挑战，有研究表明EGFR可能在配体刺激前以非活性二聚体形式存在。信号失活通过去磷酸化、受体内化和蛋白水解或受体回收实现。

EGFR至少与七种配体结合，包括EGF、转化生长因子-α、肝素结合EGF样生长因子、β细胞素、双调蛋白、表皮调节素和表观素。神经调节蛋白(NRG)1-4是HER3和HER4的配体。与其他三个EGFR家族成员不同，HER2没有已知配体，且以组成型开放构象存在，暴露出二聚化环，需要配体结合的异源二聚化伴侣才能传递信号，配体和二聚化伴侣的多样性为下游信号响应提供了多样性。

HER3：EGFR家族中的异类

HER3是EGFR家族中一个独特的成员，几乎没有胞内酪氨酸激酶活性。与其他EGFR家族成员相比，HER3在激酶域的关键残基上存在差异，使其锁定在非活性构象中。尽管有报道称HER3具有一定的激酶活性，但其活性比完全激活的EGFR弱1000倍。由于HER3无法形成同源二聚体，其激活依赖于与其他受体形成异源二聚体，从而诱导下游C端磷酸化事件。

HER3基因位于12号染色体长臂(12q13.2)，编码一个180 kDa的蛋白。HER3的胞外域分为四个子域(I–IV)：子域I和III是富含亮氨酸的β螺旋区域，负责配体结合，而子域II和IV是富含半胱氨酸的区域。子域II还包含一个二聚化臂，用于与其他受体相互作用。跨膜域后是一个胞内域，包含一个灵活的膜旁区域、激酶域和C端尾部。在没有配体的情况下，子域II和IV之间的结合使HER3保持非活性状态。配体结合后，二聚化伴侣的激酶域将HER3 C端尾部的酪氨酸残基转磷酸化。

HER3的首选二聚化伴侣是EGFR和HER2，其次是与HER4的较低亲和力(图1)。HER3还与一些非EGFR家族受体形成二聚体，包括间质上皮转化因子(MET)受体和成纤维细胞生长因子受体2(FGFR2)。HER3的11个酪氨酸磷酸化位点中有6个是磷酸肌醇3-激酶(PI3K)的直接招募位点，这使得HER3成为PI3K/蛋白激酶B(AKT)信号通路的强效激活剂，对癌细胞存活至关重要。HER3还激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号，刺激细胞增殖。其他研究表明，HER3的效应分子还包括Janus激酶(JAKs)、信号转导和转录激活因子以及原癌基因酪氨酸蛋白激酶Src信号通路，这些通路参与信号转导和细胞增殖。

图1. HER3二聚化与信号通路。

配体结合后，HER3优先与EGFR或HER2二聚，诱导受体对的构象变化。这种构象变化导致细胞内激酶尾部的转磷酸化事件，其中HER3的C端尾部作为多个磷酸化的受体。这诱导信号级联的激活，促进细胞存活和增殖。EGFR：表皮生长因子受体，EGF：表皮生长因子，HER2：人表皮生长因子受体2，HER3：人表皮生长因子受体3，NRG：神经调节蛋白，p85：磷酸肌肽3激酶85kDa调节亚基，p110：磷酸肌肽3激酶110kDa催化亚基，AKT：蛋白激酶B，SHC: SHC转化蛋白1，GRB2：生长因子受体结合蛋白2，SOS: Son of sevenless, RAS: RAS GTPase，RAF: RAF激酶，MAPK：丝裂原活化蛋白激酶。

HER3信号在癌症发生和进展中的作用

3.1 HER3在癌症中的过表达

与其他EGFR家族成员不同，HER3单独过表达时不具有致癌性。然而，多种癌症中均检测到HER3的普遍表达，包括乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、胃癌、肺癌、皮肤癌和胰腺癌，高HER3表达还与多种癌症类型的疾病进展和/或不良预后相关。

尽管HER3本身不会导致肿瘤发生，但HER2:HER3异源二聚体在所有可能的EGFR家族二聚体中具有最强的转化能力，这对二聚体的卓越致癌能力使得HER3在多种肿瘤类型的HER2介导的肿瘤发生中至关重要。HER3过表达是一个常见事件，尤其是在HER2阳性乳腺癌中，表达neu(啮齿动物HER2)转基因的小鼠也表现出HER3表达升高。在乳腺癌细胞系中，HER3被证明对维持细胞活力至关重要，而EGFR则是可有可无的。此外，抑制HER3可逆转HER2依赖的转基因乳腺肿瘤模型的肿瘤发生，HER3还与具有EGFR突变的非小细胞肺癌(NSCLC)的发病机制有关。

卵巢癌通常表达高水平的HER3，且HER3表达与不良生存率相关。HER3被证明是卵巢癌细胞体外和体内增殖的关键，其激活由NRG1自分泌信号介导。在83%的卵巢癌中检测到NRG mRNA，外源性NRG1可刺激多种卵巢癌细胞系的生长。此外，NRG驱动的HER3激活或NRG激活融合已在多种其他肿瘤类型中报道，包括胰腺癌、头颈癌、结直肠癌、肺癌和前列腺癌。NRG还可由癌症相关成纤维细胞(CAFs)分泌到肿瘤微环境中。此外，在胰腺癌的临床前模型中，NRG抑制可抑制肿瘤生长，这证明了NRG作为HER3激活致癌因子的重要性。

罕见的致癌性HER3突变也有报道，复发性体细胞HER3突变在11%的结肠癌和胃癌中发现，并与恶性转化相关。尽管这些突变以配体非依赖性方式转化细胞，但其致癌活性依赖于与HER2的共表达。shRNA介导的HER3敲低延迟了HER3突变肿瘤的生长。在乳腺癌中，几种HER3突变(F94L、G284R、D297Y、T355I和E1261A)也被证明具有功能增益特性，HER3突变导致HER2:HER3异源二聚化增加，并使细胞对HER2靶向药物拉帕替尼产生耐药性。总体而言，这些突变的预后价值及其在肿瘤发生或进展中的作用尚不完全清楚。

3.2 HER3在癌症进展中的作用

HER3表达与多种癌症类型的疾病进展和转移事件相关。在乳腺癌中，HER3表达与增加的血管内渗和转移相关，且与原发性肿瘤样本相比，转移性乳腺癌(mBC)样本中HER3表达更高。另一项乳腺癌研究表明，30%的原发性肿瘤表达HER3，而在匹配的转移样本中这一比例为60%，表明HER3表达与转移事件相关。一项针对多种恶性肿瘤的Meta分析证实，HER3表达导致总生存期更差，死亡风险比HER3阴性患者高1.6倍。

在NSCLC中，HER3信使RNA(mRNA)表达与转移率增加和生存率降低相关，最近一项研究分析了原发性肿瘤、脑转移和循环肿瘤细胞(CTCs)中的EGFR和HER3蛋白水平。超过50%的原发性肿瘤表达EGFR，约80%表达HER3；脑转移中这两个数字分别为60%和90%，再次凸显了HER3在疾病进展中的重要性。在67%的患者血液中，CTCs中可同时检测到EGFR/HER3。

在结直肠癌肝转移患者中评估了HER2和HER3蛋白水平，高HER2水平仅在8%的原发性肝肿瘤中发现，而高HER3水平在75%的转移样本中发现，再次表明HER3在转移过程和癌症进展中的作用。HER3还与胰腺癌的不良预后相关。此外，HER3在皮肤肿瘤中高表达，并被报道为黑色素瘤不良预后的指标。与其他肿瘤类型不同，高HER3表达与膀胱癌的更好生存率相关，研究人员认为，这可能是因为膀胱癌中可溶性HER3(sHER3)的表达增加。sHER3是一种85 kDa的截短和分泌形式的HER3，据报道是HER2、HER3和HER4的负调节因子。

尽管HER3通常从膜上传递信号，但偶尔也有全长HER3核定位的报道，且核HER3表达与葡萄膜黑色素瘤的更好总生存率相关。从功能上看，核HER3增加了细胞周期蛋白D1的mRNA水平，表明其可能作为转录激活因子发挥作用。然而，核HER3在癌症中的机制和作用仍有待进一步研究。

HER3作为药物耐药的驱动因素

4.1 HER3作为靶向治疗耐药的介质

HER3表达是多种靶向治疗的旁路机制，高HER3信号传导导致对多种治疗药物的耐药性。由于HER3与EGFR以外的受体(包括HER2和MET受体)形成二聚体，HER3可以通过与EGFR以外的伴侣二聚化来赋予对EGFR靶向治疗的耐药性。早期研究表明，HER2:HER3介导的信号传导与头颈癌和乳腺癌中对EGFR酪氨酸激酶抑制剂(TKI)吉非替尼的耐药性相关。后来发现，HER3配体NRG1以及随后的HER2:HER3二聚化增加导致结直肠癌中对EGFR定向抗体西妥昔单抗的耐药性。类似地，在大多数西妥昔单抗/帕尼单抗耐药的乳腺癌患者的残留癌负荷(RCB)中发现了EGFR:HER3二聚化的增加，其他抗HER TKIs如奥希替尼也可能通过上调HER3作为耐药机制的一部分。这种NRG1驱动的EGFR抑制剂耐药性可以通过HER3选择性抗体帕妥珠单抗逆转。有趣的是，循环NRG1水平比HER3 mRNA表达更能预测帕妥珠单抗的疗效。另一项研究发现，MET扩增通过增加HER3/PI3K信号传导导致吉非替尼耐药，且在22%的对吉非替尼或厄洛替尼耐药的肺癌患者中检测到MET扩增。

与EGFR抑制剂类似，HER3已知会导致对HER2靶向治疗的耐药性。曲妥珠单抗(赫赛汀)是一种单克隆HER2定向中和抗体，主要用于HER2阳性乳腺癌。尽管存在多种曲妥珠单抗耐药机制，但PI3K/AKT和SRC的旁路激活是治疗逃逸的主要分子机制，而旁路信号传导可由HER3驱动。研究表明，HER2、HER3和胰岛素样生长因子受体1(IGF1R)之间的异源三聚体形成是乳腺癌细胞中AKT和SRC驱动的曲妥珠单抗耐药的主要诱导因素。在同一研究中，敲低HER3降低了AKT和SRC信号的磷酸化活性，并重新使细胞对曲妥珠单抗敏感，这表明需要同时阻断HER2和HER3以防止存活信号传导。此外，NRG1刺激在HER2过表达的乳腺癌细胞中诱导了对曲妥珠单抗的耐药性。

拉帕替尼是一种EGFR和HER2的双重TKI，用于治疗HER2阳性mBC。研究表明，拉帕替尼治疗可诱导乳腺癌细胞系中mRNA和蛋白水平的反馈上调，而HER3敲低可恢复拉帕替尼耐药细胞的药物敏感性。另一项研究表明，拉帕替尼耐药的乳腺癌细胞不依赖于HER2:HER3信号传导，而是依赖于NRG1驱动的HER3:EGFR二聚化。事实上，拉帕替尼可以诱导对称的HER2:HER3二聚体，这可能对肿瘤细胞增殖产生意想不到的影响。

由于HER3是PI3K/AKT存活信号的重要激活剂，它也会导致对其他靶向治疗的耐药性。PI3K/AKT抑制剂已知通过解除AKT/FoxO对HER3的抑制，导致HER3的反馈上调，从而降低PI3K/AKT抑制剂的疗效。NRG1诱导对ALK抑制剂和BRAF-V600E抑制剂威罗菲尼的耐药性。此外，转录性HER3激活与黑色素瘤和甲状腺癌中对MAPK和RAF激酶抑制剂的耐药性相关，最近HER3扩增被描述为NSCLC中MET抑制剂的临床旁路机制。

4.2 HER3在激素治疗、化疗和放疗耐药中的作用

HER3表达还与激素治疗耐药相关。HER3在乳腺癌细胞中HER2的磷酸化中起关键作用，下调HER3可逆转抗雌激素受体(ER)他莫昔芬在乳腺癌细胞系中的耐药性。此外，同时表达HER2和HER3的乳腺癌患者更容易发生他莫昔芬耐药，表现为无病生存期缩短。EGFR、HER2和HER3活性的增加也与ER激动剂氟维司群的耐药性相关。氟维司群治疗以NRG1依赖性方式增强了乳腺癌细胞中HER3的表达和磷酸化，这被认为是乳腺癌中氟维司群的耐药机制。在三阴性乳腺癌(TNBC)患者中，高HER3/EGFR蛋白表达(而非单独的HER3或EGFR)与化疗后10年生存率较差相关。有趣的是，与未接受辅助化疗的患者相比，高HER3/EGFR与辅助化疗后更差的生存率相关。

在去势抵抗性前列腺癌(CRPC)中，EGFR:HER3二聚体通过增加PI3K/AKT信号导致雄激素受体治疗抵抗。用小干扰RNA阻断HER3可消除这些细胞的生长，这表明HER3是PI3K/AKT表达增加的原因。最近也有研究表明，基质细胞分泌的NRG1可促进CRPC的抗雄激素抗性。通过NRG1 qPCR和HER3磷酸化状态检测的自分泌NRG1/HER3信号传导可诱导前列腺癌小鼠模型的治疗耐药，单克隆抗体阻断NRG1/ HER3在体内和体外均可使肿瘤对激素剥夺再敏感。通过免疫组织化学和蛋白质分析，雄激素剥夺疗法(ADT)也显示出增加前列腺癌患者NRG1阳性癌症相关成纤维细胞的数量。这些针对乳腺癌和CRPC的研究表明，HER3和NRG1蛋白水平可能是癌症激素治疗使用和退出的有用生物标志物。

HER2/HER3共表达和PI3K/AKT信号传导与乳腺癌细胞对5-氟尿嘧啶、紫杉醇、喜树碱和etopo苷等多种化疗药物的耐药性增加有关。HER3表达也被报道通过增强AKT和survivin的表达在HER2阳性乳腺癌细胞中引起紫杉醇耐药，另一种DNA损伤剂阿霉素在卵巢癌细胞中诱导NRG上调和HER3介导的AKT信号传导，阿霉素与HER3抑制的双重使用增加了化疗耐药细胞的凋亡。

其他研究将HER3与放射治疗的耐药性联系起来。在体外和体内小鼠模型中，电离辐射(IR)增加了EGFR、HER2、HER3和HER4的磷酸化，HER3的沉默降低了IR治疗后的癌细胞活力。

HER3靶向治疗与临床试验

图2. 靶向HER3的治疗策略。

最流行的靶向HER3的策略是单克隆和双特异性抗体，以及泛HER策略。针对HER3的新策略包括抗体药物偶联物、靶向HER3的疫苗，以及在mRNA或蛋白质水平上影响HER3降解的不同方法。表观遗传抑制剂可能对抑制HER3基因表达有潜在的作用，尽管这些策略的机制和可行性需要进一步验证。EGFR：表皮生长因子受体，HER2：人表皮生长因子受体2，HER3：人表皮生长因子受体3，NRG：神经调节蛋白，单克隆抗体，IGFR：胰岛素样生长因子受体。DXd: DX-8951衍生物。

5.1从单克隆抗体到抗体药物偶联物

由于HER3仅具有微弱的激酶活性，目前针对HER3的策略主要集中在抗体药物上。多种靶向HER3的单克隆抗体(mAbs)正处于临床前和临床开发阶段(表1)，大多数药物已在实体瘤中进行了安全性、耐受性和初步疗效的I期研究。其中，Seribantumab、Lumretuzumab和Patritumab在临床试验中表现最为突出，已进入II期和III期研究。

尽管临床前小鼠研究显示HER3在心血管发育中具有重要作用，但抗HER3抗体作为单药或与厄洛替尼、曲妥珠单抗联用时，未观察到显著的心血管副作用。在Patritumab的I期试验中，未出现剂量限制性毒性，也未达到最大耐受剂量。最常见的治疗相关毒性为轻度疲劳、腹泻和恶心。尽管大多数单抗的毒性谱良好，但单药活性有限，许多HER3抗体的临床开发已终止。

然而，双特异性抗体(靶向EGFR/HER3、HER3/IGF1R、HER2/HER3)和抗体药物偶联物(ADCs)的进展为HER3靶向治疗带来了新希望。双特异性抗体通常通过阻断配体结合位点抑制激酶活性，ADCs是通过合成连接子将单抗与细胞毒性药物结合，可诱导受体内化、降解及癌细胞死亡。

5.2泛HER策略

由于肿瘤常表达多个EGFR家族成员，且这些成员可能介导单靶点治疗的耐药性，泛HER疗法应运而生。泛HER疗法包括抗体混合物、多靶点双特异性抗体或多靶点TKIs。尽管多数泛HER策略聚焦于同时靶向EGFR和HER2，但近年来也出现了靶向HER3的策略。

5.3 新兴治疗方法

除直接靶向HER3外，一些间接抑制HER3的方法也正在探索中。例如，蛋白酶体降解技术(如PROTAC抑制剂)通过将药物靶标导向细胞降解发挥作用。此外，HER3 mRNA降解可通过反义寡核苷酸或microRNA实现，但这一概念尚未进入临床试验。

近期，一种靶向HER3的疫苗(Ad-HER3-FL)在小鼠模型中成功诱导了HER3特异性T细胞和抗体产生，表明HER3可能是抗肿瘤疫苗的理想靶点，该疫苗与抗PD1联用显示出协同效应。另一项研究则利用免疫反应性HER3肽段(HER-3872-868)在肺癌和头颈癌临床前模型中激发抗肿瘤免疫反应。尽管这些新方法前景广阔，但仍需进一步临床验证。

结论

HER3是EGFR家族中一个独特的成员，虽不能单独致癌，但可与其他受体协同促进肿瘤发生、转移和耐药。尽管HER3是一个极具潜力的治疗靶点，但目前尚无靶向HER3的药物获批。与EGFR和HER2不同，针对HER3的策略主要依赖单抗或双特异性抗体，通过阻断配体结合或异源二聚化发挥作用。

临床试验中，这些抗体的安全性良好，但疗效有限，失败原因可能包括抗体表位选择不当、药代动力学问题或缺乏生物标志物。回顾性研究表明，NRG表达或可作为预测HER3单抗疗效的标志物。此外，不竞争NRG结合位点的HER3抗体可能对高NRG1表达的肿瘤更有效。

新型策略如HER3靶向ADCs正在多种癌症中评估，ADCs的优势在于无需肿瘤完全依赖HER3即可诱导细胞死亡，其他方法如蛋白酶体降解、反义寡核苷酸和HER3疫苗也在临床前模型中显示出潜力。尽管尚未确定最佳策略，但HER3作为“不可成药”靶点的时代已经开启。

HER3的30年——从基础生物学到治疗干预