【佳学基因检测】囊性纤维化基因检测及其靶向药物治疗

囊性纤维化基因检测如何指导靶向药物治疗

囊性纤维化的精准治疗基因解码指出病因治疗旨在修复囊性纤维化 (CF) 的根本原因，即由于 CFTR 基因突变导致的囊性纤维化跨膜传导调节器 (CFTR) 蛋白的功能缺陷。其中，F508del CFTR 突变占全球囊性纤维化(CF)病例的三分之二以上。两种有些矛盾的思想流派以不同的方式构想 CFTR 修复。根据一种观点，药物应直接针对突变的 CFTR 蛋白，以增加其质膜表达（校正剂）或改善其离子转运功能（增效剂）。另一种策略是调节细胞环境和蛋白质稳态网络，突变的 CFTR 蛋白在其中合成、运输到其最终目的地质膜并翻转。基因检测指导遗传产现治疗从科学和临床角度分析这些策略的独特优势和缺点，并提出基于调和方法的囊性纤维化(CF)研究和开发的全球战略。此外，我们将讨论可能指导个性化、针对患者的囊性纤维化(CF)治疗实施的临床前生物标志物的实用性。

囊性纤维化基因检测的基本情况介绍

旨在规避 CFTR 蛋白缺陷的突变特异性疗法需要针对不同类别的 CFTR 变体采用不同的方法。

随着 FDA 和 EMA 批准 CFTR 增效剂 Ivacaftor 用于携带至少一份 G551D 或其他 III 类突变的患者，突变特异性疗法时代真正开始了。

CFTR 校正剂 Lumacaftor 与增效剂 Ivacaftor 的组合已获批用于治疗最常见的 F508del-CFTR 纯合突变患者，尽管临床益处不大。因此，新的 CFTR 校正剂正在与 Ivacaftor 或新的 CFTR 增效剂组合进行测试。

最近的证据表明，CFTR 在特定情境的相互作用蛋白动态网络（即“CFTR 功能景观”）中运作，该网络整合了蛋白质稳态和“社交”CFTR 网络。蛋白质稳态调节剂已成为规避 CFTR 缺陷的替代方法，通过改善缺陷的蛋白质稳态，从而避免不必要的蛋白质-蛋白质相互作用并恢复错误折叠的 CFTR 变体所需的相互作用。

基因解码基因拟解决的问题

Ivacaftor 的临床应用仅限于约 10% 的囊性纤维化(CF)患者，这意味着囊性纤维化(CF)患者中最大的一部分仍在等待病因治愈。

目前，对于携带 F508del-CFTR 突变且同时伴有另一种严重 CFTR 突变的患者，尚无治疗方法。

越来越多的证据清楚地表明，针对细胞蛋白稳态的主要系统，可以改善 F508del-CFTR 的流量和 PM 稳定性。CFTR 调节剂（以 CFTR 为中心的方法）和蛋白稳态调节剂的可变组合是否可以配置出能够适应每个患者需求的真正的病因性囊性纤维化(CF)疗法？

治疗反应率的异质性是囊性纤维化(CF)的特征，并且使临床试验的解释变得困难。携带完全相同CFTR基因型的囊性纤维化(CF)患者对实验性治疗的临床反应可能有所不同。现在是时候对囊性纤维化(CF)疗法进行个性化治疗了吗？

测试个体对候选药物的反应需要客观且可衡量的药物疗效指标，这些指标能够预测或早期监测药物疗效。是否有可靠、可行、可重复且具有临床/生物学相关性的临床疗效生物标志物？

囊性纤维化 (CF) (OMIM 219700) 是一种常染色体隐性遗传病。根据囊性纤维的基因检测的大数据分析，大约每 3500 个活产婴儿中就有 1 个患有此病，在几乎所有其他族群中也有发病，但发病率较低。CF 是由编码囊性纤维化跨膜传导调节器 (CFTR) 的基因的功能丧失突变引起的，CFTR 是一种由 1480 个氨基酸组成的蛋白质，在上皮细胞和其他类型的细胞的质膜 (PM) 上充当 cAMP 调节的阴离子通道。CFTR缺陷会导致上皮氯离子转运和碳酸氢盐分泌减少，并伴有广泛的临床表现，且疾病表现高异质性。 CF表型包括胰腺外分泌功能障碍、胃肠道疾病、肝胆功能衰竭、男性不育，以及汗液中电解质增多（作为诊断标记）。然而，最常见的囊性纤维化(CF)表现是一种慢性进行性肺病，由粘稠黏液积聚、慢性炎症和持续性细菌感染引起，主要由铜绿假单胞菌(PA)、金黄色葡萄球菌和伯克霍尔德菌(BC) 引起。最终导致呼吸功能不全和过早死亡。

尽管囊性纤维化(CF)被认为是一种单基因疾病原型，但疾病的基因序列变化基础却非常复杂，需要通过较复杂的致病基因鉴定基因解码以增加检出率，降低患者多次检测诊断所需要的时间和花费。因为有超过 2000 种不同的基因变异会影响CFTR，从而产生不同的表型。此外，即使是具有相同基因型的患者也会表现出临床异质性，这可能是由环境因素和修饰基因引起的。不断完善的基因分型方法加上广泛的数据库可用性，提高了囊性纤维化(CF)基因检测诊断能力，并有助于识别新的基于基因型的治疗工具（治疗分型）。尽管如此，目前仅部分纠正了原发性 CFTR 缺陷，因此还远远不能取代已经将囊性纤维化(CF)患者的平均预期寿命延长至 40 岁以上的对症疗法3（表1）。

新兴对症疗法

CF 的对症治疗包括反复使用全身和局部抗生素、黏液溶解剂（例如，多诺霍米松-α）、气道补水剂（例如，高渗盐水、甘露醇）、抗炎药、机械气道清除技术、胰腺替代酶和补充亲脂性维生素。最近，半胱胺是一种可以口服或吸入给药的再利用药物，已被证明具有针对铜绿假单胞菌和伯克霍尔德菌形成的生物膜的黏液活性、抗生物膜和抗菌特性。

口服、静脉或吸入抗生素用于控制急性发作和慢性感染以及预防复发性细菌性肺部感染。一项 II 期多中心随机对照研究正在评估静脉注射镓（具有抗铜绿假单胞菌活性）对囊性纤维化(CF)成人患者的疗效和即将进行的 CFFT 批准临床试验。新型雾化抗生素和更快的干粉抗生素制剂已在多项临床试验中进行了测试。脂质体阿米卡星、吸入喹诺酮类药物和磷霉素/妥布霉素组合等新型抗生素正在临床试验中进行评估。从头设计的阳离子抗菌肽旨在防止慢性感染中铜绿假单胞菌形成生物膜。

由于 CFTR 阴离子通道活性缺陷会导致气道表面液体 (ASL) 异常，因此使用气雾化粘液溶解剂和渗透剂治疗CF 肺部疾病。此外，减少上皮钠通道 (ENaC，介导 Na +吸收)过度活跃的化合物，从而纠正异常 ASL 并减少粘液厚度正在开发中。一种新的化学 ENaC 抑制剂 (P-1037) 正处于第 2 阶段(表1)。同样，一种封装在脂质纳米颗粒中的 ENaC 靶向寡核苷酸 (GSK2225745) 正在开发中。124为了恢复囊性纤维化(CF)气道中的水和电解质平衡，钙激活氯离子通道 (CaCC) anoctamin 1 (ANO-1，也称为 TMEM16A) 和外向整流氯离子通道 ANO-6 (TMEM16F) 的基本成分也正在成为靶向药物。另一种治疗选择是通过雾化碳酸氢盐或其他缓冲剂（如氨丁三醇）纠正囊性纤维化(CF)气道中的酸性 pH。最近，氨丁三醇单独使用或与高渗盐水 (7% NaCl) 联合使用已被证明可以增强囊性纤维化(CF)痰中的细菌杀灭效果。

其他对症治疗包括饮食建议、补充亲脂性维生素和抵消脂质吸收不良的酶。

CFTR 缺陷的基因检测结果

CFTR 是 ATP 结合盒 (ABC) 转运蛋白家族的独特成员，可充当 ATP 门控低电导氯离子选择性通道。CFTR蛋白由两个跨膜结构域 (MSD 1 和 2) 组成，包含 6 个跨膜α螺旋 (M1 至 M6) 和两个胞质环 (ICLI)、两个核苷酸结合结构域 (NBD1 和 NBD2) 和一个调节结构域 (RD)。RD包含多个磷酸化位点，这些位点通过 ATP 结合和水解循环调节 NBD 处的低电导 Cl −选择性通道门控。 ATP 与NBD结合会启动一系列构象变化，从而导致 NBD 二聚化和通道开放。由于仅分离的 NBD1 和 NBD2 可提供晶体结构，而全长 CFTR 尚无晶体结构，因此已经设计了同源模型。两种 NBD 在二聚体界面处均具有两个 ATP 结合位点。第一个位点（称为位点 1）与 ATP 紧密结合，在 NBD1 中以 Walker A 和 B 基序为特征，在 NBD2 中以 LSGGQ 基序（LSHGH）为特征，而另一个位点（位点 2）可水解 ATP，在 NBD2 中以 Walker A 和 B 基序为特征，在 NBD1 中以 LSGGQ 基序为特征。分子模型预测通过 MSD、ICL 和 NBD 会发生域间相互作用，特别是 ICL2/NBD2 和 ICL4/NBD1。此外，CFTR 中的第 4 个胞外环 (ECL) 在完全成熟和折叠的蛋白质中被糖基化。总之，CFTR 的稳定性和功能似乎涉及蛋白质的多个结构域，从而解释了为什么影响蛋白质不同结构域的许多突变可能导致CF。