囊性纤维化的治疗新进展

宋亚亚，高宝安

(三峡大学第一临床学医学院 宜昌市中心人民医院呼吸内科，湖北 宜昌 443003)

囊性纤维化的治疗新进展

宋亚亚，高宝安

(三峡大学第一临床学医学院 宜昌市中心人民医院呼吸内科，湖北 宜昌 443003)

囊性纤维化(CF)是由编码囊性纤维化跨膜传导调节蛋白(CFTR)的基因突变引起的遗传性疾病。CF在我国发病率低，但是具有死亡率极高、中位生存期短的特点。本文介绍了CFRP在CF中的发病机制，并主要对CF治疗的最新进展做一综述。

囊性纤维化；发病机制；囊性纤维化跨膜传导调节蛋白；治疗

囊性纤维化(Cystic fibrosis，CF)是一种常见的致死性常染色体遗传性疾病，在高加索人种中最常见。CF在欧洲新生儿的发病率为1/(2 000～3 000)，美国为1/(2 000～3 000)，我国极为罕见[1]。CF是由编码囊性纤维化跨膜传导调节蛋白(Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)的基因突变引起编码功能缺陷的CFTR蛋白，从而导致外分泌腺功能紊乱，累及肺脏、胰腺、肝脏及生殖系统等多脏器，而以呼吸系统损害最为突出[2]。本病主要发生在儿童，死亡率高，中位生存期短。近年来，对于CF的治疗取得了很大的进展，特别是针对功能缺陷的CFTR蛋白进行靶向治疗[3]。本文总结归纳了CFTR在CF中的发病机制及临床表现，并对CF 治疗的最新进展做一综述。

1 CF简介

1.1 CF发病机制 CF的发病机制可以从遗传学和病理生理学两方面来阐述。CF是因为人类7号常染色体q31.2的长臂上的CFTR基因突变引起的遗传性疾病。CF患者都是纯合子，接受了来自双亲的两条有缺陷的CFTR基因的染色体。据统计，美国带有隐性基因的杂合子占出生新生儿的4%，2 000～3 000个婴儿中有一个患病，这一数据在欧洲更高[4]。功能缺陷的CFTR蛋白通道导致CF患者的外分泌腺功能障碍，水、碳酸氢盐等离子在CFTR通道跨膜转运受到影响，从而产生黏稠的分泌物。这些分泌物在不同的器官中堆积、堵塞形成不同的CF症状[5]。

1.2 CF临床表现 外分泌腺功能障碍导致不同的器官及组织中产生黏稠的分泌物是CF的基本病理生理基础。汗液中的氯含量增高是本病的特征。汗液实验规定汗内氯含量高于60 mmol/L即具有重要诊断意义[6]；在胰腺，分泌物可将其腺管完全阻塞，消化酶分泌不足引起消化不良、脂肪泄、慢性胰腺炎等。此外，离子转运障碍可增加肝胆结石疾病的风险。胰腺功能异常也能引起CF相关的糖尿病[7]；在肺部，黏稠的分泌物堵塞支气管，引起反复支气管感染和气道阻塞症状。黏膜上皮纤毛活动受抑制，黏液引流不畅逐渐引起支气管扩张和呼吸衰竭[8]。99%的男性CF患者伴有先天性双侧输精管缺失造成不育，而女性患者由于宫颈分泌物黏稠导致生育能力下降[9]。

2 CFTR概述

2.1 CFTR的结构及功能 CFTR基因位于人类第7号常染色体q31.2的长臂上，主要编码含有1 480个氨基酸的CFTR蛋白。CFTR蛋白属于腺苷三磷酸结合蛋白家族，并且是唯一的环磷腺苷依赖的离子通道蛋白成员。由2个跨膜结构域(TMD1TMD2)、2个核苷酸结构域(NBD1NBD2)和1个调控域组成。CFTR在外分泌腺导管上皮细胞的顶膜上表达，主要决定跨上皮膜氯离子、碳酸氢根等的转运[10]。

2.2 CFTR的突变分类 随着CFTR突变基因对离子通道蛋白影响分子机制的深入研究。目前有超过1 900种CF相关的CFTR基因突变被报道，只有20多种突变的发病率大于0.1%。为了进一步理解基因型和表型的关系，根据分子机制将大部分的CFTR突变基因分为以下六类[11]。I类突变是由于移码突变或错义突变出现新的终止密码子，产生功能缺陷的CFTR蛋白。Ⅱ类突变包含了最常见的F508del突变类型，由于折叠或成熟的缺陷导致过早地降解。Ⅲ类和Ⅳ类突变的典型特征是通道异常而不是数量下降。Ⅲ类突变是腺苷三磷酸与CFTR蛋白的无效结合从而影响通道的激活，例如G551D。Ⅳ类突变通道能够正常打开和关闭，但是由于电传导缺陷氯离子和碳酸氢根不能自由进出。Ⅴ类突变能产生正常的CFTR蛋白，由于转录调控的限制导致蛋白数量下降。Ⅵ类突变CFTR通道细胞膜表面蛋白稳定性差，与缺乏N-末尾有关[12-13]。

3 靶向CFTR缺陷的治疗

近年来，靶向CFTR缺陷的药物治疗已经取得了突破性的进展，也是治疗CF的重要策略之一。虽然只有Ivacaftor是经美国食品药品管理局批准用于治疗CF的药物，目前临床上一批靶向CFTR突变基因治疗新药正在研发中，给CF患者带来了新的希望。

3.1 Ivacaftor(VX-770) Ivacaftor是Vertex公司研发的一种CFTR蛋白增强剂，使CFTR离子通道在细胞表面打开的时间更长，以提高氯离子在细胞膜的跨膜运输。适用于6岁及以上的G551D突变类患者，约占CF患者的4%[12]。Accurso等[14]的一项研究主要终点是评价Ivacaftor的安全性和有效性，实验组在汗液氯化物浓度、NPD(Nasal potential difference)、FEV1等方面均有统计学意义的改善，但是与对照组相比不明显。在Ⅲ期实验中，Ivacaftor组与安慰剂组比较，FEV1提高了12.6%(P＜0.01)，汗液中氯化物浓度降至正常水平(P＜0.01)，CF患者的体重指数和CF相关生活质量评分都有了显著的提高[15]。另一项Ⅲ期实验也取得了类似的研究结果[16]。有研究表明Ivacaftor对于肺功能较差的CF患者也有显著疗效[17]。大量的研究结果已明确Ivacaftor在G551D突变类患者中改善肺功能、降低汗液中氯化物浓度、增加体重、减少急性加重、改善患者生活质量等方面的作用，但是关于Ivacaftor在其他类型的突变和年龄小于6岁的患者中的疗效还值得进一步探讨。

3.2 Lumacaftor(VX-809)和VX-661 Lumacaftor是Vertex公司在研究的一种CFTR蛋白较正器，适用于Ⅱ类突变中的双拷贝F508del突变类型。F508del类突变患者约占CF患者的90%[13]。Lumacaftor通过保护F508del突变携带者的CFTR蛋白，使其免遭降解来发挥作用。Vertex公司开展一项关于LumacaftorⅡa临床研究[18]结果表明，Lumacaftor组汗液中氯化物浓度降低，并且这一作用有剂量依赖性。然而，在肺功能和生活质量方面并无明显变化。药物组的不良反应与安慰剂组相似。VX-661是Vertex公司在研究的与Lumacaftor相似的较正器。Vertex公司开展的Ⅱ期研究[19]，旨在观察VX-661单独给药以及与Ivacaftor联合给药对于F508del类突变患者的疗效。VX-661单一疗法组和联合用药组较安慰剂组汗液氯化钠浓度有所下降，其中100 mg VX-661联合组、150 mg VX-661联合组在改善患者肺功能方面较其他组显著。给药组不良反应与对照组相似。

3.3 Ivacaftor+Lumacaftor Lumacaftor和Ivacaftor联合用药的机理 Lumacaftor保护F508del突变携带者的CFTR蛋白使其顺利到达上皮细胞表面，Ivacaftor增加通道开放时间促进氯离子的运输。Vertex公司研发的这种复合药物是针对双拷贝F508del突变类型患者根本病因为靶点的药物。目前已经完成了Ⅱ期安慰剂临床对照实验。Ⅱ期研究的第一部分[20]结果显示：200 mg Lumacaftor+250 mg Ivacaftor组在降低汗液氯化浓度、改善肺功能方面较200 mg Lumacaftor+ 150 mg Ivacaftor组明显，无明显不良反应发生。该Ⅱ期研究的第2部分的研究对象包括单拷贝和双拷贝F508del突变类型患者。接受600 mg Lumacaftor+ 250 mg Ivacaftor治疗的双拷贝F508del突变组在改善肺功能、降低汗液氯化物浓度方面最显著，而单拷贝组改善效果不显著。TRAFFIC和TRANSPORT两项Ⅲ期实验的研究对象为12岁及以上的双拷贝F508del突变患者，旨在比较联合用药600 mg Lumacaftor+250 mg Ivacaftor组和400 mg Lumacaftor+250 mg Ivacaftor组的疗效[21]。

3.4 PCT124(Ataluren)PCT124在结构上与氨基糖苷类抗生素相似，但并没有该类抗生素的化学性质。PCT124阻止新出现的终止密码子信号而不影响正常终止密码子，因此CFTR基因能够编码功能正常的蛋白，主要适用于I类突变患者[21]。目前已经完成了Ⅱ期和Ⅲ期临床实验。共有30例无义突变的CF患者参与了为期28 d的Ⅱa期研究[22]，结果表明给药组的NPD较安慰剂组在改善肺功能方面明显。Ⅱb期研究[23]结果显示，PCT124组较安慰剂组在改善肺功能、鼻电位差(NPD)等方面效果明显，并且在CF相关的咳嗽方面也有所改善。一项238例6岁及以上的I类突变CF患者参与的Ⅲ期临床实验[24]，旨在评价PCT124长期使用改善患者肺功能、生活质量、CF相关的肺部感染。研究结果显示：给药组在肺部恶化情况方面较安慰剂组低，但是效果并不明显。研究者认为这一结果可能受到患者使用吸入性妥布霉素的干扰。

4 清理气道

CFTR蛋白通道功能障碍时肺上皮细胞表面覆盖的呼吸道表面液体(Airway surface liquid，ASL)含水量减少并产生黏稠的分泌物。黏液纤毛系统不能有效地清除堵塞气道的黏液，导致肺部慢性炎症及感染、气道损害，最终发展为呼吸衰竭和早期死亡[8]。

人重组DNA酶能够溶解CF患者黏液中大量的DNA，从而使肺部黏液的粘稠度降低有利于黏液的清除。2013年指南强烈推荐长期吸入阿法链道酶用于6岁及以上CF患者来改善肺功能、提高生活质量及降低急性加重发病率[25]。

使用甘露醇吸入干粉可以建立阶梯浓度，从而有利于水分进入气道，增加黏液水合作用和黏液纤毛清除率。目前已经完成了甘露醇吸入干粉对于CF患者疗效的Ⅱ期和Ⅲ期临床实验。研究结果表明：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恶化率。此外，甘露醇吸入干粉的安全性和耐受性都非常好[26]。甘露醇吸入干粉作为一种有助于水化囊性纤维化分泌物的渗透剂在治疗CF患者展现了良好的前景。

5 控制肺部感染

CF患者肺部内黏稠的分泌物堵塞气道，纤毛清除系统受损，致使反复或持续的支气管感染。铜绿假单胞菌是气道内最常见的定植菌，同时铜绿假单胞菌感染症状也是最严重的，一般经验性选用针对该病原菌的抗生素[8]。

2013年更新的指南中，对于6岁及以上肺部功能较差且持续铜绿假单胞菌感染的CF患者，继续强烈推荐长期吸入的妥布霉素来改善肺功能、提高生活质量及降低急性加重发生率。吸入氨曲南是指南中新增的一种治疗感染铜绿假单胞菌CF患者的治疗手段[25]。抗生素的耐药性这一问题受到越来越多的关注，一些新型抗铜绿假单胞菌抗生素处于研发阶段。Geller等[27]研究了雾化吸入左氧弗沙星对于感染铜绿假单胞菌CF患者的疗效，研究结果表明：与安慰剂组相比，给药组痰液细菌浓度有所下降，肺功能改善呈剂量相关性，需要合用其他针对铜绿假单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错。抗生素阿米卡星脂质体制剂是另一个在研的针对铜绿假单胞菌感染的抗生素，一项Ⅱ期临床实验证明该药能减少痰液中铜绿假单胞菌密度、改善肺功能和提高生活质量[28]。

6 展望

CF在我国发病率虽低，但是其死亡率极高、中位生存期短。随着对CF发病机制进一步深入理解，针对CFTR基因突变选择个性化药物治疗这一治疗手段越来越重要。Ivacaftor已经纳入最新指南一级推荐用药；Lumacaftor和Ivacaftor组成的复方药物在临床实验中显示了积极结果，对于双拷贝F508del突变CF患者的治疗极具前景；VX-661作用与Lumacaftor相似，和Ivacaftor联合用药的疗效还需进一步临床实验证明；PCT124能否用于I类突变患者，有待进一步临床实验证实有效性。关于气道黏液清除治疗，人重组DNA酶已纳入指南中；甘露醇吸入干粉治疗获益明显，应用会越来越广泛；而其他的化痰措施，如吸入或口服的N-已酰半胱氨酸、吸入的谷胱甘肽适用CF患者的疗效并不明确，指南不作推荐。肺部感染治疗中雾化吸入左氧弗沙星和抗生素阿米卡星脂质体制剂在临床实验中已被证实安全性和有效性。针对CFTR基因突变及主要临床症状治疗的一批新药已经取得了一定成果，仍然需要更多、更大的临床证据来指导实践。

[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)

高宝安。E-mail：626883646@qq.com