【佳學(xué)基因檢測】囊性纖維化基因檢測及其靶向藥物治療

囊性纖維化基因檢測如何指導(dǎo)靶向藥物治療

囊性纖維化的精準(zhǔn)治療基因解碼指出病因治療旨在修復(fù)囊性纖維化 (CF) 的根本原因，即由于 CFTR 基因突變導(dǎo)致的囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)器 (CFTR) 蛋白的功能缺陷。其中，F(xiàn)508del CFTR 突變占全球囊性纖維化(CF)病例的三分之二以上。兩種有些矛盾的思想流派以不同的方式構(gòu)想 CFTR 修復(fù)。根據(jù)一種觀點(diǎn)，藥物應(yīng)直接針對突變的 CFTR 蛋白，以增加其質(zhì)膜表達(dá)（校正劑）或改善其離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能（增效劑）。另一種策略是調(diào)節(jié)細(xì)胞環(huán)境和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，突變的 CFTR 蛋白在其中合成、運(yùn)輸?shù)狡渥罱K目的地質(zhì)膜并翻轉(zhuǎn)?；驒z測指導(dǎo)遺傳產(chǎn)現(xiàn)治療從科學(xué)和臨床角度分析這些策略的獨(dú)特優(yōu)勢和缺點(diǎn)，并提出基于調(diào)和方法的囊性纖維化(CF)研究和開發(fā)的全球戰(zhàn)略。此外，我們將討論可能指導(dǎo)個(gè)性化、針對患者的囊性纖維化(CF)治療實(shí)施的臨床前生物標(biāo)志物的實(shí)用性。

囊性纖維化基因檢測的基本情況介紹

旨在規(guī)避 CFTR 蛋白缺陷的突變特異性療法需要針對不同類別的 CFTR 變體采用不同的方法。

隨著 FDA 和 EMA 批準(zhǔn) CFTR 增效劑 Ivacaftor 用于攜帶至少一份 G551D 或其他 III 類突變的患者，突變特異性療法時(shí)代真正開始了。

CFTR 校正劑 Lumacaftor 與增效劑 Ivacaftor 的組合已獲批用于治療最常見的 F508del-CFTR 純合突變患者，盡管臨床益處不大。因此，新的 CFTR 校正劑正在與 Ivacaftor 或新的 CFTR 增效劑組合進(jìn)行測試。

最近的證據(jù)表明，CFTR 在特定情境的相互作用蛋白動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)（即“CFTR 功能景觀”）中運(yùn)作，該網(wǎng)絡(luò)整合了蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)和“社交”CFTR 網(wǎng)絡(luò)。蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)劑已成為規(guī)避 CFTR 缺陷的替代方法，通過改善缺陷的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)，從而避免不必要的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用并恢復(fù)錯(cuò)誤折疊的 CFTR 變體所需的相互作用。

基因解碼基因擬解決的問題

Ivacaftor 的臨床應(yīng)用僅限于約 10% 的囊性纖維化(CF)患者，這意味著囊性纖維化(CF)患者中最大的一部分仍在等待病因治愈。

目前，對于攜帶 F508del-CFTR 突變且同時(shí)伴有另一種嚴(yán)重 CFTR 突變的患者，尚無治療方法。

越來越多的證據(jù)清楚地表明，針對細(xì)胞蛋白穩(wěn)態(tài)的主要系統(tǒng)，可以改善 F508del-CFTR 的流量和 PM 穩(wěn)定性。CFTR 調(diào)節(jié)劑（以 CFTR 為中心的方法）和蛋白穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)劑的可變組合是否可以配置出能夠適應(yīng)每個(gè)患者需求的真正的病因性囊性纖維化(CF)療法？

治療反應(yīng)率的異質(zhì)性是囊性纖維化(CF)的特征，并且使臨床試驗(yàn)的解釋變得困難。攜帶完全相同CFTR基因型的囊性纖維化(CF)患者對實(shí)驗(yàn)性治療的臨床反應(yīng)可能有所不同?，F(xiàn)在是時(shí)候?qū)δ倚岳w維化(CF)療法進(jìn)行個(gè)性化治療了嗎？

測試個(gè)體對候選藥物的反應(yīng)需要客觀且可衡量的藥物療效指標(biāo)，這些指標(biāo)能夠預(yù)測或早期監(jiān)測藥物療效。是否有可靠、可行、可重復(fù)且具有臨床/生物學(xué)相關(guān)性的臨床療效生物標(biāo)志物？

囊性纖維化 (CF) (OMIM 219700) 是一種常染色體隱性遺傳病。根據(jù)囊性纖維的基因檢測的大數(shù)據(jù)分析，大約每 3500 個(gè)活產(chǎn)嬰兒中就有 1 個(gè)患有此病，在幾乎所有其他族群中也有發(fā)病，但發(fā)病率較低。CF 是由編碼囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)器 (CFTR) 的基因的功能喪失突變引起的，CFTR 是一種由 1480 個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)，在上皮細(xì)胞和其他類型的細(xì)胞的質(zhì)膜 (PM) 上充當(dāng) cAMP 調(diào)節(jié)的陰離子通道。CFTR缺陷會(huì)導(dǎo)致上皮氯離子轉(zhuǎn)運(yùn)和碳酸氫鹽分泌減少，并伴有廣泛的臨床表現(xiàn)，且疾病表現(xiàn)高異質(zhì)性。 CF表型包括胰腺外分泌功能障礙、胃腸道疾病、肝膽功能衰竭、男性不育，以及汗液中電解質(zhì)增多（作為診斷標(biāo)記）。然而，最常見的囊性纖維化(CF)表現(xiàn)是一種慢性進(jìn)行性肺病，由粘稠黏液積聚、慢性炎癥和持續(xù)性細(xì)菌感染引起，主要由銅綠假單胞菌(PA)、金黃色葡萄球菌和伯克霍爾德菌(BC) 引起。最終導(dǎo)致呼吸功能不全和過早死亡。

盡管囊性纖維化(CF)被認(rèn)為是一種單基因疾病原型，但疾病的基因序列變化基礎(chǔ)卻非常復(fù)雜，需要通過較復(fù)雜的致病基因鑒定基因解碼以增加檢出率，降低患者多次檢測診斷所需要的時(shí)間和花費(fèi)。因?yàn)橛谐^ 2000 種不同的基因變異會(huì)影響CFTR，從而產(chǎn)生不同的表型。此外，即使是具有相同基因型的患者也會(huì)表現(xiàn)出臨床異質(zhì)性，這可能是由環(huán)境因素和修飾基因引起的。不斷完善的基因分型方法加上廣泛的數(shù)據(jù)庫可用性，提高了囊性纖維化(CF)基因檢測診斷能力，并有助于識別新的基于基因型的治療工具（治療分型）。盡管如此，目前僅部分糾正了原發(fā)性 CFTR 缺陷，因此還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能取代已經(jīng)將囊性纖維化(CF)患者的平均預(yù)期壽命延長至 40 歲以上的對癥療法3（表1）。

新興對癥療法

CF 的對癥治療包括反復(fù)使用全身和局部抗生素、黏液溶解劑（例如，多諾霍米松-α）、氣道補(bǔ)水劑（例如，高滲鹽水、甘露醇）、抗炎藥、機(jī)械氣道清除技術(shù)、胰腺替代酶和補(bǔ)充親脂性維生素。最近，半胱胺是一種可以口服或吸入給藥的再利用藥物，已被證明具有針對銅綠假單胞菌和伯克霍爾德菌形成的生物膜的黏液活性、抗生物膜和抗菌特性。

口服、靜脈或吸入抗生素用于控制急性發(fā)作和慢性感染以及預(yù)防復(fù)發(fā)性細(xì)菌性肺部感染。一項(xiàng) II 期多中心隨機(jī)對照研究正在評估靜脈注射鎵（具有抗銅綠假單胞菌活性）對囊性纖維化(CF)成人患者的療效和即將進(jìn)行的 CFFT 批準(zhǔn)臨床試驗(yàn)。新型霧化抗生素和更快的干粉抗生素制劑已在多項(xiàng)臨床試驗(yàn)中進(jìn)行了測試。脂質(zhì)體阿米卡星、吸入喹諾酮類藥物和磷霉素/妥布霉素組合等新型抗生素正在臨床試驗(yàn)中進(jìn)行評估。從頭設(shè)計(jì)的陽離子抗菌肽旨在防止慢性感染中銅綠假單胞菌形成生物膜。

由于 CFTR 陰離子通道活性缺陷會(huì)導(dǎo)致氣道表面液體 (ASL) 異常，因此使用氣霧化粘液溶解劑和滲透劑治療CF 肺部疾病。此外，減少上皮鈉通道 (ENaC，介導(dǎo) Na +吸收)過度活躍的化合物，從而糾正異常 ASL 并減少粘液厚度正在開發(fā)中。一種新的化學(xué) ENaC 抑制劑 (P-1037) 正處于第 2 階段(表1)。同樣，一種封裝在脂質(zhì)納米顆粒中的 ENaC 靶向寡核苷酸 (GSK2225745) 正在開發(fā)中。124為了恢復(fù)囊性纖維化(CF)氣道中的水和電解質(zhì)平衡，鈣激活氯離子通道 (CaCC) anoctamin 1 (ANO-1，也稱為 TMEM16A) 和外向整流氯離子通道 ANO-6 (TMEM16F) 的基本成分也正在成為靶向藥物。另一種治療選擇是通過霧化碳酸氫鹽或其他緩沖劑（如氨丁三醇）糾正囊性纖維化(CF)氣道中的酸性 pH。最近，氨丁三醇單獨(dú)使用或與高滲鹽水 (7% NaCl) 聯(lián)合使用已被證明可以增強(qiáng)囊性纖維化(CF)痰中的細(xì)菌殺滅效果。

其他對癥治療包括飲食建議、補(bǔ)充親脂性維生素和抵消脂質(zhì)吸收不良的酶。

CFTR 缺陷的基因檢測結(jié)果

CFTR 是 ATP 結(jié)合盒 (ABC) 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族的獨(dú)特成員，可充當(dāng) ATP 門控低電導(dǎo)氯離子選擇性通道。CFTR蛋白由兩個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域 (MSD 1 和 2) 組成，包含 6 個(gè)跨膜α螺旋 (M1 至 M6) 和兩個(gè)胞質(zhì)環(huán) (ICLI)、兩個(gè)核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域 (NBD1 和 NBD2) 和一個(gè)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域 (RD)。RD包含多個(gè)磷酸化位點(diǎn)，這些位點(diǎn)通過 ATP 結(jié)合和水解循環(huán)調(diào)節(jié) NBD 處的低電導(dǎo) Cl −選擇性通道門控。 ATP 與NBD結(jié)合會(huì)啟動(dòng)一系列構(gòu)象變化，從而導(dǎo)致 NBD 二聚化和通道開放。由于僅分離的 NBD1 和 NBD2 可提供晶體結(jié)構(gòu)，而全長 CFTR 尚無晶體結(jié)構(gòu)，因此已經(jīng)設(shè)計(jì)了同源模型。兩種 NBD 在二聚體界面處均具有兩個(gè) ATP 結(jié)合位點(diǎn)。第一個(gè)位點(diǎn)（稱為位點(diǎn) 1）與 ATP 緊密結(jié)合，在 NBD1 中以 Walker A 和 B 基序?yàn)樘卣?，?NBD2 中以 LSGGQ 基序（LSHGH）為特征，而另一個(gè)位點(diǎn)（位點(diǎn) 2）可水解 ATP，在 NBD2 中以 Walker A 和 B 基序?yàn)樘卣?，?NBD1 中以 LSGGQ 基序?yàn)樘卣?。分子模型預(yù)測通過 MSD、ICL 和 NBD 會(huì)發(fā)生域間相互作用，特別是 ICL2/NBD2 和 ICL4/NBD1。此外，CFTR 中的第 4 個(gè)胞外環(huán) (ECL) 在完全成熟和折疊的蛋白質(zhì)中被糖基化。總之，CFTR 的穩(wěn)定性和功能似乎涉及蛋白質(zhì)的多個(gè)結(jié)構(gòu)域，從而解釋了為什么影響蛋白質(zhì)不同結(jié)構(gòu)域的許多突變可能導(dǎo)致CF。