【佳學(xué)基因檢測(cè)】囊性纖維化基因檢測(cè)及其靶向藥物治療

囊性纖維化基因檢測(cè)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(duì)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)。基因檢測(cè)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(shì)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(duì)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(cè)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(duì)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(cè)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(duì)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(wú)治療方法。

越來(lái)越多的證據(jù)清楚地表明，針對(duì)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(duì)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(cè)試個(gè)體對(duì)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(cè)或早期監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)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(kù)可用性，提高了囊性纖維化(CF)基因檢測(cè)診斷能力，并有助于識(shí)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(zhǎng)至 40 歲以上的對(duì)癥療法3（表1）。

新興對(duì)癥療法

CF 的對(duì)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(duì)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(duì)照研究正在評(píng)估靜脈注射鎵（具有抗銅綠假單胞菌活性）對(duì)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(cè)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(píng)估。從頭設(shè)計(jì)的陽(yáng)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(duì)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(cè)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(zhǎng) CFTR 尚無(wú)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)樘卣鳎?NBD1 中以 LSGGQ 基序?yàn)樘卣?。分子模型預(yù)測(cè)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?？傊?，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。