科学通报 | 刘颖斌、黎彦璟团队揭示ERBB2 G292R突变增强EGFR–ERBB2结合稳定性的分子机制|egfr|erbb|刘颖斌|动力学|受体|科学通报|黎彦璟

Erb-B2受体酪氨酸激酶2（Erb-B2 receptor tyrosine kinase 2，ERBB2），是多种实体肿瘤中公认的重要致癌驱动因子，其异常激活与肿瘤发生、进展及耐药密切相关。近年来，随着高通量测序技术的发展，ERBB2的功能获得性点突变逐渐受到关注，但其具体作用机制仍有待深入阐明。近日，来自上海理工大学、上海交通大学医学院附属仁济医院等单位的刘颖斌教授、黎彦璟研究员团队在《科学通报》发表了题为“ERBB2G292R突变增强EGFR–ERBB2结合稳定性的分子机制研究”的论文，该研究基于AlphaFold3结构预测与分子动力学模拟，揭示了ERBB2G292R突变可增强EGFR–ERBB2异二聚体的结合稳定性。这一结果从结构与能量层面为ERBB2G292R被界定为激活性突变提供了理论支持。

研究背景

表皮生长因子受体家族（ErbB家族）由四位成员组成：表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor , EGFR)、HER2 (ERBB2)、ERBB3和ERBB4。它们是一类在细胞增殖、分化及存活等生理过程中发挥关键调控作用的跨膜受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases, RTKs）。其中，ERBB2的结构最为独特：其胞外结构域常态化呈现开放构象，且迄今尚未发现能与其直接高亲和力结合的配体。这一特性使ERBB2成为家族中首选的异二聚化受体，能与EGFR、ERBB3、ERBB4形成异二聚体，通过受体间的跨磷酸化激活下游信号通路。

在多种恶性肿瘤中，ERBB2的异常激活往往并非仅由基因扩增引起。近年来的基因组学研究发现，ERBB2的胞外域、跨膜域和激酶域均可发生激活性点突变，其中部分突变即使在无基因扩增背景下，也能显著增强受体功能。然而，这类突变如何在分子层面改变ERBB2的构象或二聚化特性，仍缺乏系统的结构与动力学解释。

ERBB2G292R是近年在胆道肿瘤、乳腺癌等多种实体瘤中检测到的胞外域II 区激活性点突变。该突变将一个体积小、无电荷的甘氨酸替换为带正电的大侧链精氨酸，位于受体二聚化界面的关键区域。已有细胞实验提示该突变具有促胆囊癌细胞系增殖作用，但其分子机制尚不清楚。

研究内容与方法

针对这一科学问题，研究团队采用计算结构生物学与分子动力学模拟相结合的策略，系统分析ERBB2G292R突变对EGFR–ERBB2异二聚体构象与稳定性的影响。

研究首先基于AlphaFold3构建了EGF（epidermal growth factor）结合状态下的EGFR–ERBB2野生型复合物结构模型，并在此基础上引入G292R突变。随后，利用AMBER分子动力学模拟平台，在显式溶剂和生理离子强度条件下，对野生型和突变型复合物分别进行了多次100 ns的全原子分子动力学模拟。

通过对模拟轨迹的系统分析，研究人员从多个层面刻画了突变效应，包括整体构象稳定性（RMSD）、残基柔性（RMSF）、主成分分析（PCA）、界面埋藏表面积（BSA）、阳离子–π相互作用，以及基于MM/GBSA 方法的结合自由能与逐残基能量分解。

主要研究发现

研究结果表明，AlphaFold3预测的EGFR–ERBB2复合物结构与已报道的冷冻电镜结构高度一致，验证了模型的可靠性。在分子动力学模拟过程中，野生型体系和G292R突变体系均保持整体稳定，说明该突变并未破坏复合物的全局折叠。

值得注意的是，与野生型体系相比，G292R突变体系显著扩大了EGFR–ERBB2二聚界面的埋藏表面积，并提高了同时维持高界面接触构象的比例。这表明G292R突变体系更倾向于形成紧密、稳定的二聚体构象。

在分子相互作用层面， G292R 突变引入的精氨酸侧链能够与 EGFR 及 ERBB2 邻近芳香族残基形成稳定的阳离子 –π 相互作用，并通过氢键网络进一步锚定二聚界面。这类特异性相互作用在野生型 Gly292 中并不存在。

能量学分析进一步支持了上述结构观察。 MM/GBSA 计算显示， ERBB2G292R 突变使 EGFR–ERBB2 复合物的结合自由能降低约 3.77 kcal/mol ，提示结合亲和力显著增强。逐残基能量分解分析明确指出， Arg292 成为界面稳定性的关键贡献残基之一。

研究意义与展望

本研究从结构与能量层面系统揭示了ERBB2G292R突变通过影响受体复合物构象状态进而增强EGFR–ERBB2异二聚体稳定性的分子机制，为理解该突变的功能获得性特征及其潜在致癌意义提供了理论依据。

从临床角度看，ERBB2的胞外域是多种靶向治疗药物的重要作用位点。ERBB2G292R突变可能通过增强二聚界面稳定性，影响抗体阻断二聚化的效果，从而对不同ERBB2靶向药物的疗效产生差异性影响。这一发现为未来在精准医学背景下评估ERBB2突变型肿瘤的治疗策略提供了新的结构线索。

此外，本研究展示了AlphaFold3结合分子动力学模拟在解析受体突变功能机制中的强大潜力，为其他受体酪氨酸激酶突变的机制研究提供了可借鉴的研究模式。

本文第一作者为上海理工大学健康科学与工程学院博士生张文桦。上海交通大学医学院附属仁济医院主任医师刘颖斌教授和上海市肿瘤研究所黎彦璟研究员为文章的共同通讯作者。本研究得到了肿瘤系统医学全国重点实验室自主课题、国家及地方科研项目的资助。研究团队成员来自上海理工大学、上海交通大学医学院附属仁济医院、上海市肿瘤系统调控与转化重点实验室等单位，作者感谢相关课题组成员在研究设计、数据分析及论文撰写过程中给予的支持与帮助。

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