囊性纖維化的治療新進展

宋亞亞，高寶安

(三峽大學第一臨床學醫學院 宜昌市中心人民醫院呼吸內科，湖北 宜昌 443003)

囊性纖維化的治療新進展

宋亞亞，高寶安

(三峽大學第一臨床學醫學院 宜昌市中心人民醫院呼吸內科，湖北 宜昌 443003)

囊性纖維化(CF)是由編碼囊性纖維化跨膜傳導調節蛋白(CFTR)的基因突變引起的遺傳性疾病。CF在我國發病率低，但是具有死亡率極高、中位生存期短的特點。本文介紹了CFRP在CF中的發病機制，并主要對CF治療的最新進展做一綜述。

囊性纖維化；發病機制；囊性纖維化跨膜傳導調節蛋白；治療

囊性纖維化(Cystic fibrosis，CF)是一種常見的致死性常染色體遺傳性疾病，在高加索人種中最常見。CF在歐洲新生兒的發病率為1/(2 000～3 000)，美國為1/(2 000～3 000)，我國極為罕見[1]。CF是由編碼囊性纖維化跨膜傳導調節蛋白(Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)的基因突變引起編碼功能缺陷的CFTR蛋白，從而導致外分泌腺功能紊亂，累及肺臟、胰腺、肝臟及生殖系統等多臟器，而以呼吸系統損害最為突出[2]。本病主要發生在兒童，死亡率高，中位生存期短。近年來，對于CF的治療取得了很大的進展，特別是針對功能缺陷的CFTR蛋白進行靶向治療[3]。本文總結歸納了CFTR在CF中的發病機制及臨床表現，并對CF 治療的最新進展做一綜述。

1 CF簡介

1.1 CF發病機制 CF的發病機制可以從遺傳學和病理生理學兩方面來闡述。CF是因為人類7號常染色體q31.2的長臂上的CFTR基因突變引起的遺傳性疾病。CF患者都是純合子，接受了來自雙親的兩條有缺陷的CFTR基因的染色體。據統計，美國帶有隱性基因的雜合子占出生新生兒的4%，2 000～3 000個嬰兒中有一個患病，這一數據在歐洲更高[4]。功能缺陷的CFTR蛋白通道導致CF患者的外分泌腺功能障礙，水、碳酸氫鹽等離子在CFTR通道跨膜轉運受到影響，從而產生黏稠的分泌物。這些分泌物在不同的器官中堆積、堵塞形成不同的CF癥狀[5]。

1.2 CF臨床表現 外分泌腺功能障礙導致不同的器官及組織中產生黏稠的分泌物是CF的基本病理生理基礎。汗液中的氯含量增高是本病的特征。汗液實驗規定汗內氯含量高于60 mmol/L即具有重要診斷意義[6]；在胰腺，分泌物可將其腺管完全阻塞，消化酶分泌不足引起消化不良、脂肪泄、慢性胰腺炎等。此外，離子轉運障礙可增加肝膽結石疾病的風險。胰腺功能異常也能引起CF相關的糖尿病[7]；在肺部，黏稠的分泌物堵塞支氣管，引起反復支氣管感染和氣道阻塞癥狀。黏膜上皮纖毛活動受抑制，黏液引流不暢逐漸引起支氣管擴張和呼吸衰竭[8]。99%的男性CF患者伴有先天性雙側輸精管缺失造成不育，而女性患者由于宮頸分泌物黏稠導致生育能力下降[9]。

2 CFTR概述

2.1 CFTR的結構及功能 CFTR基因位于人類第7號常染色體q31.2的長臂上，主要編碼含有1 480個氨基酸的CFTR蛋白。CFTR蛋白屬于腺苷三磷酸結合蛋白家族，并且是唯一的環磷腺苷依賴的離子通道蛋白成員。由2個跨膜結構域(TMD1TMD2)、2個核苷酸結構域(NBD1NBD2)和1個調控域組成。CFTR在外分泌腺導管上皮細胞的頂膜上表達，主要決定跨上皮膜氯離子、碳酸氫根等的轉運[10]。

2.2 CFTR的突變分類 隨著CFTR突變基因對離子通道蛋白影響分子機制的深入研究。目前有超過1 900種CF相關的CFTR基因突變被報道，只有20多種突變的發病率大于0.1%。為了進一步理解基因型和表型的關系，根據分子機制將大部分的CFTR突變基因分為以下六類[11]。I類突變是由于移碼突變或錯義突變出現新的終止密碼子，產生功能缺陷的CFTR蛋白。Ⅱ類突變包含了最常見的F508del突變類型，由于折疊或成熟的缺陷導致過早地降解。Ⅲ類和Ⅳ類突變的典型特征是通道異常而不是數量下降。Ⅲ類突變是腺苷三磷酸與CFTR蛋白的無效結合從而影響通道的激活，例如G551D。Ⅳ類突變通道能夠正常打開和關閉，但是由于電傳導缺陷氯離子和碳酸氫根不能自由進出。Ⅴ類突變能產生正常的CFTR蛋白，由于轉錄調控的限制導致蛋白數量下降。Ⅵ類突變CFTR通道細胞膜表面蛋白穩定性差，與缺乏N-末尾有關[12-13]。

3 靶向CFTR缺陷的治療

近年來，靶向CFTR缺陷的藥物治療已經取得了突破性的進展，也是治療CF的重要策略之一。雖然只有Ivacaftor是經美國食品藥品管理局批準用于治療CF的藥物，目前臨床上一批靶向CFTR突變基因治療新藥正在研發中，給CF患者帶來了新的希望。

3.1 Ivacaftor(VX-770) Ivacaftor是Vertex公司研發的一種CFTR蛋白增強劑，使CFTR離子通道在細胞表面打開的時間更長，以提高氯離子在細胞膜的跨膜運輸。適用于6歲及以上的G551D突變類患者，約占CF患者的4%[12]。Accurso等[14]的一項研究主要終點是評價Ivacaftor的安全性和有效性，實驗組在汗液氯化物濃度、NPD(Nasal potential difference)、FEV1等方面均有統計學意義的改善，但是與對照組相比不明顯。在Ⅲ期實驗中，Ivacaftor組與安慰劑組比較，FEV1提高了12.6%(P＜0.01)，汗液中氯化物濃度降至正常水平(P＜0.01)，CF患者的體重指數和CF相關生活質量評分都有了顯著的提高[15]。另一項Ⅲ期實驗也取得了類似的研究結果[16]。有研究表明Ivacaftor對于肺功能較差的CF患者也有顯著療效[17]。大量的研究結果已明確Ivacaftor在G551D突變類患者中改善肺功能、降低汗液中氯化物濃度、增加體重、減少急性加重、改善患者生活質量等方面的作用，但是關于Ivacaftor在其他類型的突變和年齡小于6歲的患者中的療效還值得進一步探討。

3.2 Lumacaftor(VX-809)和VX-661 Lumacaftor是Vertex公司在研究的一種CFTR蛋白較正器，適用于Ⅱ類突變中的雙拷貝F508del突變類型。F508del類突變患者約占CF患者的90%[13]。Lumacaftor通過保護F508del突變攜帶者的CFTR蛋白，使其免遭降解來發揮作用。Vertex公司開展一項關于LumacaftorⅡa臨床研究[18]結果表明，Lumacaftor組汗液中氯化物濃度降低，并且這一作用有劑量依賴性。然而，在肺功能和生活質量方面并無明顯變化。藥物組的不良反應與安慰劑組相似。VX-661是Vertex公司在研究的與Lumacaftor相似的較正器。Vertex公司開展的Ⅱ期研究[19]，旨在觀察VX-661單獨給藥以及與Ivacaftor聯合給藥對于F508del類突變患者的療效。VX-661單一療法組和聯合用藥組較安慰劑組汗液氯化鈉濃度有所下降，其中100 mg VX-661聯合組、150 mg VX-661聯合組在改善患者肺功能方面較其他組顯著。給藥組不良反應與對照組相似。

3.3 Ivacaftor+Lumacaftor Lumacaftor和Ivacaftor聯合用藥的機理 Lumacaftor保護F508del突變攜帶者的CFTR蛋白使其順利到達上皮細胞表面，Ivacaftor增加通道開放時間促進氯離子的運輸。Vertex公司研發的這種復合藥物是針對雙拷貝F508del突變類型患者根本病因為靶點的藥物。目前已經完成了Ⅱ期安慰劑臨床對照實驗。Ⅱ期研究的第一部分[20]結果顯示：200 mg Lumacaftor+250 mg Ivacaftor組在降低汗液氯化濃度、改善肺功能方面較200 mg Lumacaftor+ 150 mg Ivacaftor組明顯，無明顯不良反應發生。該Ⅱ期研究的第2部分的研究對象包括單拷貝和雙拷貝F508del突變類型患者。接受600 mg Lumacaftor+ 250 mg Ivacaftor治療的雙拷貝F508del突變組在改善肺功能、降低汗液氯化物濃度方面最顯著，而單拷貝組改善效果不顯著。TRAFFIC和TRANSPORT兩項Ⅲ期實驗的研究對象為12歲及以上的雙拷貝F508del突變患者，旨在比較聯合用藥600 mg Lumacaftor+250 mg Ivacaftor組和400 mg Lumacaftor+250 mg Ivacaftor組的療效[21]。

3.4 PCT124(Ataluren)PCT124在結構上與氨基糖苷類抗生素相似，但并沒有該類抗生素的化學性質。PCT124阻止新出現的終止密碼子信號而不影響正常終止密碼子，因此CFTR基因能夠編碼功能正常的蛋白，主要適用于I類突變患者[21]。目前已經完成了Ⅱ期和Ⅲ期臨床實驗。共有30例無義突變的CF患者參與了為期28 d的Ⅱa期研究[22]，結果表明給藥組的NPD較安慰劑組在改善肺功能方面明顯。Ⅱb期研究[23]結果顯示，PCT124組較安慰劑組在改善肺功能、鼻電位差(NPD)等方面效果明顯，并且在CF相關的咳嗽方面也有所改善。一項238例6歲及以上的I類突變CF患者參與的Ⅲ期臨床實驗[24]，旨在評價PCT124長期使用改善患者肺功能、生活質量、CF相關的肺部感染。研究結果顯示：給藥組在肺部惡化情況方面較安慰劑組低，但是效果并不明顯。研究者認為這一結果可能受到患者使用吸入性妥布霉素的干擾。

4 清理氣道

CFTR蛋白通道功能障礙時肺上皮細胞表面覆蓋的呼吸道表面液體(Airway surface liquid，ASL)含水量減少并產生黏稠的分泌物。黏液纖毛系統不能有效地清除堵塞氣道的黏液，導致肺部慢性炎癥及感染、氣道損害，最終發展為呼吸衰竭和早期死亡[8]。

人重組DNA酶能夠溶解CF患者黏液中大量的DNA，從而使肺部黏液的粘稠度降低有利于黏液的清除。2013年指南強烈推薦長期吸入阿法鏈道酶用于6歲及以上CF患者來改善肺功能、提高生活質量及降低急性加重發病率[25]。

使用甘露醇吸入干粉可以建立階梯濃度，從而有利于水分進入氣道，增加黏液水合作用和黏液纖毛清除率。目前已經完成了甘露醇吸入干粉對于CF患者療效的Ⅱ期和Ⅲ期臨床實驗。研究結果表明：甘露醇吸入干粉可以有效地提高CF患者肺功能及降低急性加重惡化率。此外，甘露醇吸入干粉的安全性和耐受性都非常好[26]。甘露醇吸入干粉作為一種有助于水化囊性纖維化分泌物的滲透劑在治療CF患者展現了良好的前景。

5 控制肺部感染

CF患者肺部內黏稠的分泌物堵塞氣道，纖毛清除系統受損，致使反復或持續的支氣管感染。銅綠假單胞菌是氣道內最常見的定植菌，同時銅綠假單胞菌感染癥狀也是最嚴重的，一般經驗性選用針對該病原菌的抗生素[8]。

2013年更新的指南中，對于6歲及以上肺部功能較差且持續銅綠假單胞菌感染的CF患者，繼續強烈推薦長期吸入的妥布霉素來改善肺功能、提高生活質量及降低急性加重發生率。吸入氨曲南是指南中新增的一種治療感染銅綠假單胞菌CF患者的治療手段[25]。抗生素的耐藥性這一問題受到越來越多的關注，一些新型抗銅綠假單胞菌抗生素處于研發階段。Geller等[27]研究了霧化吸入左氧弗沙星對于感染銅綠假單胞菌CF患者的療效，研究結果表明：與安慰劑組相比，給藥組痰液細菌濃度有所下降，肺功能改善呈劑量相關性，需要合用其他針對銅綠假單胞菌感染抗生素量降低。并且左氧弗沙星的耐受性和安全性都不錯。抗生素阿米卡星脂質體制劑是另一個在研的針對銅綠假單胞菌感染的抗生素，一項Ⅱ期臨床實驗證明該藥能減少痰液中銅綠假單胞菌密度、改善肺功能和提高生活質量[28]。

6 展望

CF在我國發病率雖低，但是其死亡率極高、中位生存期短。隨著對CF發病機制進一步深入理解，針對CFTR基因突變選擇個性化藥物治療這一治療手段越來越重要。Ivacaftor已經納入最新指南一級推薦用藥；Lumacaftor和Ivacaftor組成的復方藥物在臨床實驗中顯示了積極結果，對于雙拷貝F508del突變CF患者的治療極具前景；VX-661作用與Lumacaftor相似，和Ivacaftor聯合用藥的療效還需進一步臨床實驗證明；PCT124能否用于I類突變患者，有待進一步臨床實驗證實有效性。關于氣道黏液清除治療，人重組DNA酶已納入指南中；甘露醇吸入干粉治療獲益明顯，應用會越來越廣泛；而其他的化痰措施，如吸入或口服的N-已酰半胱氨酸、吸入的谷胱甘肽適用CF患者的療效并不明確，指南不作推薦。肺部感染治療中霧化吸入左氧弗沙星和抗生素阿米卡星脂質體制劑在臨床實驗中已被證實安全性和有效性。針對CFTR基因突變及主要臨床癥狀治療的一批新藥已經取得了一定成果，仍然需要更多、更大的臨床證據來指導實踐。

[1]Derichs N.Targeting a genetic defect:cystic fibrosis transmembrane conductance regulator modulators in cystic fibrosis[J].European Respiratory Review,2013,22(127):58-65.

[2]Delatycki MB,Burke J,Christie L,et al.Human genetics society of australasia position statement:population-based carrier screening for cystic fibrosis[J].Twin Research and Human Genetics,2014,17 (6):578-583.

[3]Eldredge LC,Ramsey BW.Remarkable progress toward new treatments for cystic fibrosis[J].The Lancet Respiratory Medicine, 2014,2(12):962-964.

[4]Kumar S,Tana A,Shankar A.Cystic fibrosis—What are the prospects for a cure?[J].European Journal of Internal Medicine,2014, 25(9):803-807.

[5]Lane MA,Doe SJ.A new era in the treatment of cystic fibrosis[J]. Clinical Medicine(London,England),2014,14(1):76-78.

[6]Farrell PM,Rosenstein BJ,White TB,et al.Guidelines for diagnosis of cystic fibrosis in newborns through older adults:Cystic Fibrosis Foundation consensus report[J].J Pediatr,2008(153):S4-S14.

[7]Perano S,Rayner CK,Couper J,et al.Cystic fibrosis related diabetes-a new perspective on the optimal management of postprandial glycemia[J].J Diabetes Complications,2014,28(6):904-911.

[8]Flume PA,Van Devanter DR.State of progress in treating cystic fibrosis respiratory disease[J].BMC Medicine,2012,10:88.

[9]Chan HC,Ruan YC,He Q,et al.The cystic fibrosis transmembrane conductance regulator in reproductive health and disease[J].Physiol,2009,587(10):2187-2195.

[10]Kirk KL,Wang W.A unified view of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator(CFTR)gating:combining the allosterism of a ligand-gated channel with the enzymatic activity of an ATP-binding cassette(ABC)transporter[J].Biol Chem,2011,286(15): 12813-12819.

[11]Rogan MP,Stoltz DA,Hornick DB.Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator intracellular processing,trafficking,and opportunities for mutation-specific treatment[J].Chest,2011,139(6): 1480-1490.

[12]Derichs N.Targeting a genetic defect:cystic fibrosis transmembrane conductance regulator modulators in cystic fibrosis[J].European Respiratory Review,2013,22(127):58-65.

[13]Bell SC,De Boeck K,Amaral MD.New pharmacological approaches for cystic fibrosis:Promises,progress,pitfalls[J].Pharmacology &Therapeutics,2014,145C:19-34.

[14]Accurso FJ,Rowe SM,Clancy JP,et al.Effect of VX-770 in persons with cystic fibrosis and the G551D-CFTR mutation[J].New England Journal of Medicine,2010,363(21):1991-2003.

[15]Davies JC,Wainwright CE,Canny GJ,et al.Efficacy and safety of ivacaftor in patients aged 6 to 11 years with cystic fibrosis with G551D mutation[J].Am J Respir Crit Care Med,2013,187(11): 1219-1225.

[16]Ramsey BW,Davies J,McElvaney G,et al.A CFTR potentiator in patients with cystic fibrosis and the G551D mutation[J].N Engl Med,2011,365(18):1663-1672.

[17]Barry PJ,Plant BJ,Nair A,et al.Effects of Ivacaftor in cystic fibrosis patients carrying the G551D mutation with severe lung disease [J].Chest,2014,146(1):152-158.

[18]Clancy JP,Rowe SM,Accurso FJ,et al.Resultsof a phaseⅡa study of VX-809,an investigational CFTR corrector compound,in subjects with cystic fibrosis homozygous for the F508del-CFTR mutation[J].Thorax,2012,67(1):12-18.

[19]Donaldson S,Pilewski J,Griese M,et al.WS7.3 VX-661,an investigational CFTR corrector,in combination with ivacaftor,a CFTR potentiator,in patients with CF and homozygous for the F508Del-CFTR mutation:Interim analysis[J].Journal of Cystic Fibrosis,2013,12(1):12-15.

[20]Boyle MP,Bell SC,Konstan MW,et al.A CFTR corrector(lumacaftor)and a CFTR potentiator(ivacaftor)for treatment of patients with cystic fibrosis who have a phe508del CFTR mutation:a phase 2 randomised controlled trial[J].The Lancet Respiratory Medicine, 2014,2(7):527-538.

[21]Pettit RS,Fellner C.CFTR Modulators for the Treatment of Cystic Fibrosis[J].Pharmacy and Therapeutics,2014,39(7):500-511.

[22]Sermet-Gaudelus I,Boeck KD,Casimir GJ,et al.Ataluren(PTC124)induces cystic fibrosis transmembrane conductance regulator protein expression and activity in children with nonsense mutation cystic fibrosis[J].Am J Respir Crit Care Med,2010,182(10): 1262-1272.

[23]Wilschanski M,Miller LL,Shoseyov D,et al.Chronic ataluren (PTC124)treatment of nonsense mutation cystic fibrosis[J].European Respiratory Journal,2011,38(1):59-69.

[24]Kerem E,Konstan M W,De Boeck K,et al.Ataluren for the treatment of nonsense-mutation cystic fibrosis:a randomised,double-blind,placebo-controlled phase 3 trial[J].The Lancet Respiratory Medicine,2014,2(7):539-547.

[25]Mogayzel PJ Jr,Naureckas ET,Robinson KA,et al.Cystic fibrosis pulmonary guidelines:chronic medications for maintenance of lung health[J].Am J Respir Crit Care Med,2013,187(7):680-689.

[26]Hurt K,Bilton D.Inhaled mannitol for the treatment of cystic fibrosis[J].Expert Rev Respir Med,2012,17(6):927-932.

[27]Geller DE,Flume PA,Staab D,et al.Levofloxacin inhalation solution(MP-376)in patients with cystic fibrosis with Pseudomonas aeruginosa[J].Am J Respir Crit Care Med,2011,183(11):1510-1516.

[28]Clancy JP,Dupont L,Konstan MW,et al.PhaseⅡstudies of nebulised Arikace in CF patients withPseudomonas aeruginosainfection [J].Thorax,2013,68(9):818-825.

Progress on the treatment strategies of cystic fibrosis.

SONG Ya-ya,GAO Bao-an.Department of Respiration,the First Clinical Medical College of China Three Gorges University,Yichang 443003,Hubei,CHINA

Cystic fibrosis(CF)is autosomal-recessive genetic disease,which is caused by mutations in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator(CFTR).In China,the population of CF patients is small,but CF is life-limiting and is associated with high mortality.The present review primarily focuses on the mechanisms of CF, and makes a brief summary of new treatment strategies.

Cystic fibrosis(CF);Mechanisms;Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR);Treatment

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.17.0930

R394

A

1003—6350（2015）17—2572—04

2014-12-24)

高寶安。E-mail：626883646@qq.com