人源表皮生長因子受體（HER或ERBB）家族屬于酪氨酸激酶受體家族，該家族包括 EGFR（HER1）、HER2、HER3和HER4 四個成員。HER家族成員在結構上具有較高的相似性，均包含配體結合的胞外域、單次跨膜域、近膜域、激酶結構域和柔性的C末端。HER家族有11種配體，配體從胞外選擇性地與受體結合後，可誘導受體形成同源或者異源二聚體，進而激活胞内激酶結構域，開啟下遊信号通路，如RAS-MAPK和PI3K-AKT等。HER家族蛋白在調控細胞增殖、分化、個體發育和組織動态平衡等生物學過程中發揮重要作用。該家族成員的過表達或異常激活與多種癌症的發生高度相關，如肺癌、乳腺癌和膠質瘤等。目前，針對該家族蛋白成員開發的抗體以及小分子激酶抑制劑已經被廣泛應用于多種癌症的臨床治療，是迄今為止最成功的腫瘤靶向藥物之一。

HER2在該家族中非常特殊，是唯一的“孤兒”受體，自身無法形成配體依賴性的二聚體激活下遊信号，需要與其它HER家族蛋白形成異源二聚體、或者在過表達條件下自組裝成配體非依賴型的同源二聚體而發揮功能。HER2參與形成的異二聚體中，以EGFR/HER2和HER2/HER3複合物的生理功能最為重要、與腫瘤發生最為相關。盡管此前HER家族成員的單體和同源二聚體結構紛紛被報道，但是，HER2參與形成的異源二聚體結構始終未得到解析，這嚴重限制了人們對該家族蛋白功能和緻病機制的深入理解。直至2021年底，随着HER2/HER3複合物結構在Nature雜志上發表，才揭開了HER家族蛋白異源二聚體的面紗。

2023年2月13日，beat365官方网站張哲課題組和中國科學院遺傳與發育生物學研究所何康敏課題組在Cell Discovery雜志上共同發表了題為“Structure and dynamics of the EGFR/HER2 heterodimer”的研究論文，進一步揭示了EGFR/HER2異源二聚體胞外結構域的高分辨率冷凍電鏡結構。更重要的是，本研究還利用活細胞單分子熒光成像技術，在兩種人乳腺癌細胞系（SUM159和SK-BR-3）中對内源EGFR/HER2複合物的動力學特點進行了細緻分析（圖1）。這項工作完善并加深了人們對HER2參與形成的異源二聚體結構和病理特性的認知，并有望為相關腫瘤的治療提供新思路。

EGFR與HER2相互作用弱是影響複合物穩定性和結構解析的關鍵因素。作者巧妙地在EGFR和HER2蛋白的胞内區域添加了兩段電性相反的coiled-coil肽段，利用二者的靜電相互作用穩定了EGFR/HER2複合物。本文報道了EGFR分别與兩種配體（高親和力的EGF和低親和力的EREG）結合時與HER2形成的複合物結構，分辨率分别為3.3 Å和4.5 Å，二者結構非常相似，均為不對稱的二聚體（圖1a）。生化和細胞實驗表明，不同于EGFR同源二聚體中兩個單體的二聚臂（DA）均對複合物的形成不可或缺，在EGFR/HER2異源二聚體中，隻有HER2的DA對複合物的形成及下遊磷酸化信号的傳導重要。利用CRISPR/Cas9基因組編輯和單分子成像技術，本文進一步探索了内源性EGFR和HER2在兩種人乳腺癌細胞系細胞膜上的擴散動力學和相互作用。EGF激活細胞後，EGFR形成寡聚體後運動變慢，随後被内吞；然而HER2的運動不受影響，也不發生内吞。而且，當HER2與EGFR形成複合物後還能夠延長配體結合後EGFR在細胞膜上的停留時間，抵抗EGFR活化後的快速内吞和降解（圖1b）。HER2的這種獨特屬性可能是其過表達時能夠增強或延長下遊信号、促進細胞生長和增殖，并導緻腫瘤的原因。

圖1. EGFR/HER2複合物的結構和在細胞膜上的動力學特性。

（a）EGFR/HER2異源二聚體和EGFR同源二聚體的冷凍電鏡結構。（b）EGFR和HER2在細胞膜上的動力學特性模式圖。

beat365官方网站張哲研究員和中國科學院遺傳與發育生物學研究所何康敏研究員為該論文的共同通訊作者。beat365官方网站2019級博士生白雪、中國科學院遺傳與發育生物學研究所博士生孫鵬宇和汪星昊、張哲課題組前技術員龍昌坤、北京大學前沿交叉學科研究院2020級CLS博士生廖述筠為該文章的共同第一作者。本研究得到國家重點研發計劃重點專項、國家自然科學基金、膜生物學國家重點實驗室、分子發育生物學國家重點實驗室、生命科學聯合中心、beat365官方网站啟東産業創新基金以及李革-趙甯生命科學青年研究基金的資助；并依托北京大學冷凍電鏡平台和beat365公共儀器中心鳳凰工程蛋白質平台的技術支持。

原文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41421-023-00523-5