Neuregulin-1/ErbBs信号通路在慢性心力衰竭中的研究进展

2017-01-16赵齐飞李红蓉

中国药理学通报 2017年11期

赵齐飞，魏聪，李红蓉，任红

[1. 河北医科大学研究生学院，河北石家庄 050017；2.国家中医药管理局重点研究室(心脑血管络病)， 3.国家中医药管理局中医络病学重点学科，4. 络病研究与创新中药国家重点实验室，5.河北省络病重点实验室，河北石家庄 050035]

◇讲座与综述◇

Neuregulin-1/ErbBs信号通路在慢性心力衰竭中的研究进展

赵齐飞1,2，魏聪2,3，李红蓉1,4，任红1,5

神经调节蛋白-1(neuregulin-1，NRG-1)与酪氨酸激酶ErbBs受体在心血管系统中广泛表达，具有稳定心肌细胞结构和功能、促进细胞增殖和存活、抑制细胞凋亡、抑制心肌纤维化、改善心肌能量代谢、促进血管新生等多种功能，在慢性心力衰竭 (chronic heart failure, CHF)发生、发展及治疗方面发挥重要作用。该文主要就NRG-1/ErbBs信号通路在心脏正常功能的维持和慢性心衰中的研究进展进行综述和展望。

神经调节蛋白-1；酪氨酸激酶受体；心肌细胞凋亡；心肌纤维化；心室重构；慢性心力衰竭

慢性心力衰竭(简称慢性心衰)是大多数心血管疾病的最终归宿，其患病率高、预后差、猝死率高。2015年中国心血管病报告显示：慢性心衰患病人数450万，患病率0.9%， 30 d标化死亡率10.8%，5年死亡率50%；急性心肌梗死患病率0.5%，人数250万，20%患者在5年内进展为慢性心衰[1]。现今慢性心衰已成为危害人类健康的重大疾病，探讨慢性心衰的防治具有重要的临床与社会意义。

神经调节蛋白-1(neuregulin-1，NRG-1)是表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)家族成员之一，在心血管系统中广泛表达，并通过近分泌或旁分泌途径与酪氨酸激酶ErbBs受体结合，激活多重下游信号通路，在维持心脏正常功能、抑制慢性心衰心室重构、治疗慢性心衰中发挥重要作用。

1 NRG-1和ErbBs受体的生物学特性

1.1NRG-1的生物学特性NRG-1是NRGs蛋白家族一员，是由8号染色体P12位点上1个1 400 kb基因编码而成，根据氨基端序列(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ亚型)、EGF样结构域可变剪切力(α 和 β亚型)、合成位点不同而分为不同亚型。其中Ⅰ型NRG-1是跨膜型，含有免疫球蛋白样结构域，需要通过3种跨膜蛋白酶(解链蛋白酶、膜天冬氨酸蛋白酶、肿瘤坏死因子α转化酶)水解后激活并分泌[2]。该型NRG-1在心血管系统中广泛表达，且特异性表达于心脏微血管内皮和心内膜[2-3]。Ⅱ型、Ⅲ型NRG-1在心脏中表达量少，相关研究主要集中于精神疾病与神经系统领域。这三型NRG-1蛋白都包含1个 EGF 样结构域，选择性剪切该区域可产生α和β型变体，研究显示NRG-1β型生物学活性是NRG-1α型的10～100倍，是心血管领域研究较广泛的1种亚型。NRG-1通过近分泌或旁分泌方式与心肌细胞上ErbBs受体结合，在心脏的发育和正常功能的维持中发挥重要作用[3]。

1.2ErbBs受体的生物学特性酪氨酸激酶ErbBs受体可以传递EGF家族信号，其结构包含1个胞内酪氨酸激酶结构域、细胞外配体结合域、跨膜结构域和C-末端结构域4部分。ErbBs受体分为ErbB1/表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)、ErbB2/人类表皮生长因子受体2(human epithelial growth factor receptor 2，HER2)、ErbB3/ HER3和ErbB4/ HER4 4种亚型。其中ErbB2和ErbB4 受体分布于心房肌和心室肌细胞，ErbB3受体表达于心内膜垫及心脏球间质细胞。上述亚型中，ErbB2无已知的胞外配体，不能与NRG-1直接结合；ErbB3与ErbB4可与NRG-1配体直接结合，引起二者构象发生改变，然后可与ErbB2或经配体激活的ErbB3与ErbB4发生受体异源或同源二聚化，引起受体在胞内的酪氨酸磷酸化，从而激活多重下游信号转导通路[4]。

2 NRG-1/ErbBs介导的下游信号通路

NRG-1/ErbBs介导的下游信号通路主要包括磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)、细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinases, ERK)/ 促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)、原癌基因酪氨酸受体激酶(proto-oncogene tyrosine-protein kinase, Src)/黏着斑激酶(focal adhesion kinase, FAK)通路等。PI3K/Akt通路在抑制细胞凋亡、维持细胞生存、促进细胞生长增殖过程中发挥重要作用，其可通过介导糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3 beta,GSK3β)因子或反馈性激活ERK1/2，防止心肌肥厚的发生，在调控心肌细胞结构、功能、增殖和存活，抑制心肌纤维化等方面发挥重要作用[5-6]。D’Uva等[5]研究表明，NRG-1/ErbBs下游信号蛋白ERK、Akt、GSK3β分别介导了心肌细胞增殖、细胞去分化和细胞肥大。Fang等[7]研究显示，给予心肌缺血/再灌注损伤大鼠NRG-1后，激活ErbBs/PI3K/Akt通路，能降低内质网氧化应激损伤和心梗面积，保护心肌缺血/再灌注损伤的心肌。另有研究显示[8]，帕瑞昔布可通过激活PI3K/Akt信号通路改善心肌梗死大鼠血流动力学指标，降低左室肥厚指数，下调心钠肽(atrial natriuretic peptide, ANP)mRNA、脑钠肽(brain natriuretic peptide, ANP)mRNA及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3蛋白表达水平，从而延缓心肌梗死大鼠心室重构进程，改善心脏功能。

Src/FAK通路亦是NRG-1/ErbBs下游信号通路之一。FAK为非受体酪氨酸激酶，是Src的底物，对心脏的形成及发育具有重要作用，能促进黏着斑复合物的形成、细胞伸展，保持细胞活力和存活，维持肌小结结构。FAK在胚胎期心脏形成过程中发挥重要作用，在胚胎形成早期敲除小鼠FAK基因使胚胎期心脏心肌层、心内膜层发育障碍，甚至致胚胎死亡。在心脏发育进程中，FAK促进神经嵴细胞分化为平滑肌细胞，参与主动脉弓的形成。Kuramochi等[9]研究表明，给予成年大鼠心肌细胞NRG-1β后，激活ErbB2/Src/FAK通路，促进黏着斑复合物形成，加强了肌细胞定向伸展和肌小结结构，密切了心肌细胞间联系。NRG-1/ErbBs 信号通路及其介导的下游信号通路在心脏的生长、发育、抑制心脏疾病进程中发挥多重保护作用。

3 NRG-1/ErbBs 信号通路对维持心脏正常功能的作用

研究表明，NRG-1/ErbBs通路在保护心肌细胞结构和功能、促进细胞增殖和存活、抑制细胞凋亡、抑制心肌纤维化、抑制氧化应激、增强心肌细胞对葡萄糖摄取能力、促进血管新生等方面具有重要作用。NRG-1/ErbBs 信号通路通过激活Src/FAK、ERK1/2增强肌节组织，使肌球蛋白轻链活化，促进了细胞存活和肌间盘细胞间连接形成[10]。Kirabo等[11]研究表明，激活NRG-1/ErbBs通路在正常人心室成纤维细胞(normal human cardiac ventricular fibroblasts，NHCVF)增殖、存活、炎症修复和血管新生中发挥重要作用。NHCVF给予NRG-1β处理后，诱导ErbB2、ErbB3磷酸化，激活了PI3K/Akt通路，促进了其增殖且增强了细胞活性；而给予ErbB2、ErbB3、PI3K抑制剂后则阻断了该作用；另外，给予NHCVF NRG-1β后，较对照组白介素1α(interleukin-1α,IL-1α)、干扰素γ(interferon-γ, IFN-γ)分泌增多，促进了炎症损伤修复；血管生成素2(angiogenin 2, Ang2)、脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)分泌增多，在血管新生、激活干细胞过程中发挥重要作用。Pentassuqlia等[12]研究表明，给予NRG-1β后，使ErbBs、PI3K、Akt磷酸化，并增强了新生大鼠心室肌细胞摄取葡萄糖的能力，而敲除ErbBs受体后，抑制了Akt磷酸化，并阻断了对葡糖糖的摄取，说明NRG-1β通过激活ErbBs/PI3K/Akt通路增强大鼠心肌细胞对葡萄糖的摄取能力。另有研究显示，NRG-1/ErbBs信号通路通过上调电压门控通道的表达，改善线粒体功能，上调脂肪酸转运体表达,从而对成年大鼠心肌细胞发挥保护作用。

微血管内皮细胞和心肌细胞关系密切，对心脏功能的维持具有重要作用。NRG-1蛋白特异性表达于心脏微血管内皮和心内膜，ErbBs受体则主要表达于心肌细胞，因此，NRG-1蛋白通过近分泌或旁分泌方式作用于ErbBs受体，发挥微血管内皮细胞对心肌细胞的保护作用。研究表明，阻断微血管内皮细胞分泌的NRG-1后，导致微血管功能障碍，上调低氧诱导转录因子表达，降低了心功能[13]。Xu等[14]研究发现，NRG-1调控内质网氧化应激，抑制过氧化氢(hydrogen peroxide, H2O2)诱导的心肌细胞凋亡。分离新生鼠心肌微血管内皮细胞，给予H2O2制备内质网氧化应激损伤模型，给予不同浓度NRG-1后，结果显示NRG-1增强了内质网氧化应激,损伤了新生鼠心肌细胞活性，抑制了细胞凋亡，降低乳酸脱氢酶和丙二醛水平，上调了超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)表达水平，提示NRG-1缓解了心肌细胞内质网氧化应激损伤，对心肌细胞发挥保护作用。

4 NRG-1/ErbBs 信号通路缺陷诱导慢性心衰的发生

NRG-1/ErbBs信号通路缺陷将增加心衰发生的敏感性和危险性。多种恶性肿瘤进程中，ErbB2受体过表达是其重要病理特征之一，而以阻断ErbB2受体为作用靶点的抗肿瘤药具有明显的心脏副作用，可能导致心功能不全、慢性心衰的发生。Mercurio等[15]研究显示，抗肿瘤药如曲妥单抗、索拉非尼和舒尼替尼通过阻断NRG-1/ErbBs通路，抑制血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)/VEGF受体、血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor, PDGF)/PDGF受体，发挥抗肿瘤效应。在此过程中，阻断NRG-1/ErbBs通路改变了心肌旁分泌途径，导致心脏副作用，致慢性心衰发生。另有研究分别给予NRG-1基因敲除小鼠与野生型小鼠腹腔注射阿霉素，15 d后NRG-1基因敲除小鼠较对照组生存率、心功能明显降低，加重了阿霉素诱导的心衰[16]。由此可见，NRG-1/ErbBs 信号通路的心脏保护作用可预防慢性心衰的发生，该通路缺陷可能增加慢性心衰的发病率。

5 NRG-1/ErbBs 信号通路在慢性心衰进程中的作用

5.1NRG-1/ErbBs信号通路防治慢性心衰的作用机制心室重构是慢性心衰发生、发展的主要病理生理基础，是影响其发病率和死亡率的重要因素，延缓和逆转心室重构已成为防治慢性心衰的有效举措。慢性心衰心室重构主要由心肌损伤、负荷变化、神经体液因子变化等所致心肌细胞结构和表型、细胞外基质、冠脉微血管系统发生变化，主要特点表现为心肌细胞肥大、心肌细胞坏死和凋亡、心肌细胞增生、心肌纤维化和冠脉微血管系统结构和功能异常。NRG-1/ErbBs 信号通路可通过稳定心肌细胞结构和功能、促进细胞增殖和存活、抑制细胞凋亡、抑制心肌纤维化、抑制氧化应激、增强心肌细胞对葡萄糖摄取能力、促进血管新生等多种途径逆转心室重构，延缓慢性心衰进程，提高心功能。

Li等[17]对糖尿病心肌病大鼠心脏微血管内皮细胞给予人NRG-1转染后，促进了心肌细胞增殖，抑制了细胞凋亡；同时在体实验发现，给予NRG-1提高了糖尿病心肌病大鼠心功能，上调了Bcl-2，下调了Bax，抑制了心肌纤维化和Ⅰ、Ⅲ型胶原沉积，上调了Akt、内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)磷酸化水平，提示NRG-1可通过抑制细胞凋亡，降低心肌间质纤维化，促进微血管新生而延缓心室重构。Guo等[18]研究显示，NRG-1/ErbBs信号通路通过改善心肌线粒体功能，降低氧化应激，抑制细胞色素C的释放，保护了心梗后心衰大鼠心功能。Meng等[19]制备大鼠心梗模型后，给予运动训练4周，上调了NRG-1、 ErbBs、 PI3K、Akt蛋白表达量，促进了心肌细胞增殖，抑制细胞凋亡和心肌纤维化，从而抑制心室重构，提高了心功能。以上研究表明，NRG-1/ErbBs 信号通路可通过多种途径抑制心室重构，从而延缓慢性心衰发生及发展，提高心功能。

5.2NRG-1/ErbBs信号通路在慢性心衰进程中的变化NRG-1/ErbBs信号系统在慢性心衰发展进程中可随着病情的加重逐渐变化。一项纳入899例收缩性心衰病人的临床试验显示，病人心衰严重程度与血浆NRG-1水平相关，表明循环血NRG-1水平可能作为评估心衰的生物标记物[20]。然而，亦有研究显示，增加心衰病人循环血NRG-1水平出现ErbBs受体表达降低，其原因可能与心室腔压力负荷增加、泵血能力降低有关。同时有研究表明，随着病情进展，该信号通路表达受到抑制可能是心力衰竭过程中增加对肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)代偿反应的适应性结果。这些研究提示长期给予NRG-1治疗不一定提高心功能，因此，进一步探讨NRG-1在慢性心衰进程中的潜在机制，对明确NRG-1的治疗作用至关重要。

6 以NRG-1/ErbBs 信号通路为靶点治疗慢性心衰的研究

6.1NRG-1/ErbBs信号通路在慢性心衰治疗中的基础研究多项基础实验研究表明，NRG-1/ErbBs 信号通路可以作为治疗慢性心衰的新靶点。Matsukawa等[21]采用腹主动脉缩窄法制备压力超负荷慢性心衰大鼠模型，结果显示慢性心衰大鼠给予NRG-1后，较对照组脑干中ErbB2和ErbB4蛋白表达含量明显增高，中枢性NRG-1/ErbBs信号通路激活后较假手术组延缓了左室肥厚，提高了心功能，降低了尿中去甲肾上腺素含量。提示激活中枢性NRG-1/ErbBs信号通路可通过交感抑制效应，调控压力超负荷慢性心衰大鼠心功能，抑制心室重构。Guo等[18]研究发现，给予慢性心衰大鼠重组人NRG-1(rhNRG-1)治疗后，较对照组延缓了心室重构，改善了心功能；提高了线粒体呼吸控制率、ATP水平，上调了SOD mRNA表达；降低了心肌线粒体活性氧含量、细胞色素C水平，抑制线粒体凋亡。该研究揭示了NRG-1可能通过改善线粒体功能不良和氧化应激、抑制细胞凋亡，从而抑制心梗后心衰大鼠心室重构，提高心功能。亦有研究给予心梗后心衰动物NRG-1β后，通过抑制心肌纤维化延缓了心室重构，提高了心衰大鼠心功能。

6.2NRG-1/ErbBs信号通路在慢性心衰治疗中的临床研究目前，NRG-1在慢性心衰的临床治疗中日益受到人们关注。1项II期多中心、随机、双盲临床试验纳入44例射血分数(ejection fraction, EF)降低型(EF<40%)慢性心衰病人，静脉注射rhNRG-1 10 d，并随访90 d，分别于给药后30、90 d检测相关指标。与安慰剂组相比，治疗组EF值明显升高，收缩末容积、舒张末容积持续降低，提示短期给予rhNRG-1治疗后能较长时间(90 d)延缓慢性心衰病人心室重构，提高心功能[22]。另外一项单中心、非盲、前瞻性临床试验显示，给予15例EF值降低型心衰病人每天静脉滴注rhNRG-1 6 h，连续给药11 d后，通过右心导管介入检测病人血流动力学效应，结果显示，短时间(<8 h)患者心功能明显改善，心输出量增加，肺动脉楔压和外周循环阻力降低，血浆肾素、醛固酮水平降低，N末端B型利尿钠肽(N-terminal pro brain natriuretic peptide,NT-proBNP)水平增高，且该效应能维持12周[23]。现有的临床研究结果为NRG-1用于慢性心衰临床治疗提供了一定依据，但仍需更多的临床试验来进一步验证NRG-1的临床效应。

7 结语及展望

现今慢性心衰已成为危害人类健康的重大疾病，探讨慢性心衰的防治具有重要的临床与社会意义。越来越多研究表明NRG-1/ErbBs信号通路及其介导的下游信号通路在心脏正常功能的维持、慢性心衰发生、发展及治疗方面发挥多重保护作用，具有稳定心肌细胞结构和功能、促进细胞增殖和存活、抑制细胞凋亡、抑制心肌纤维化、促进血管新生等多种功能。 NRG-1/ErbBs信号通路在慢性心衰中的研究日益成为相关领域关注热点，但广大医务及科研工作者仍需对该通路进行更深入的研究，以进一步明确其作用及机制，为与该通路相关的药物应用于慢性心衰的临床治疗提供充分的基础与临床研究证据。在基础研究方面，仍需对该通路在慢性心衰发生、发展进程中的具体作用及机制进行更深入的探讨，为其临床应用提供更充分的实验依据；在临床研究方面，仍需进行更多的大规模临床试验予以证实rhNRG-1对慢性心衰病人的心脏保护作用及治疗效应，最终为慢性心衰的临床治疗提供新靶点。

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Theresearchprogressofneuregulin-1/ErbBssignalinginchronicheartfailure

ZHAO Qi-fei1，2, WEI Cong2,3, LI Hong-rong1,4, REN Hong1,5

[1.GraduateSchoolofHebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050017,China; 2.KeyLabofStateAdministrationofTCM(Cardio-CerebralVesselCollateralDisease), 3.KeyDisciplinesofStateAdministrationofTCMforCollateralDisease, 4.NationalKeyLabofCollateralDiseaseResearchandInnovativeChineseMedicine, 5.KeyLabofHebeiProvinceforCollateralDiseases,Shijiazhuang050035,China]

Neuregulin-1(NRG-1) and the ErbBs family of receptor tyrosine kinases are widely expressed in the cardiovascular system. NRG-1/ErbBs signaling plays an essential role in physiology and pathophysiology of the heart, including stabilization of cardiac myocyte structure and function, promotion of cardiac myocyte proliferation and survival, inhibition of cardiac myocyte apoptosis, reduction of myocardial interstitial fibrosis, regulation of energy utilization, and enhancement of angiogenesis and so on. Therefore, NRG-1/ ErbBs signaling is involved in the development and treatment of chronic heart failure(CHF). In this review, we bring the growing literature on NRG-1/ErbBs signaling and its significance in cardiovascular development and heart failure.

neuregulin-1; receptor tyrosine kinases; cardiac myocyte apoptosis; myocardial fibrosis; ventricular remodeling; chronic heart failure

1001-1978(2017)11-1481-04

R-05；R322.11；R329.25；R392.11；R541.610.22；R977.6

时间：2017-10-10 10:05 网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20171010.1005.002.html

10.3969/j.issn.1001-1978.2017.11.001

2017-06-19，

2017-07-17

国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(No 2012CB518606)

赵齐飞(1986-)，女，博士生，研究方向：中西医结合防治心脑血管病，通讯作者，E-mail：zhaoqifei1212@163.com