作者：陈俏灵 周王继 王亚齐 潘思琪 何苗 郑海霞 刘雅萍 徐凯峰 田欣伦
第一作者单位：中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 呼吸与危重症医学科
通信作者：田欣伦，中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 呼吸与危重症医学科
引用本文: 陈俏灵, 周王继, 王亚齐, 等. 囊性纤维化靶向治疗应用现状 [J] . 中华结核和呼吸杂志, 2024, 47(6) : 589-597. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20240220-00091.
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摘要
囊性纤维化（cystic fibrosis，CF）是西方人常见的常染色体隐性遗传病，大陆患者罕见，于2018年列入大陆首批罕见病目录。一直以来大陆CF的治疗主要为气道廓清等对症治疗，而缺乏特异性治疗。目前国际上已经研究出多种小分子调节剂，主要分为五类，增强剂（potentiators）、校正剂（correctors）、放大剂（amplifiers）、稳定剂（stabilisers）和通读剂（read-through agents），可靶向作用于囊性纤维化跨膜传导调节因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）蛋白，能改善患者的肺功能、增加体重、改善生活质量等。然而由于中国CF患者基因型与欧美人群差异较大等原因，目前尚缺乏针对中国患者的药物有效性验证，此类药物未能在国内展开使用。基于此现状，本文将对CFTR分子调节剂的临床应用现状、治疗进展等进行综述，并就大陆患者的用药进行展望，以提高临床医生对本病的治疗认知。
囊性纤维化（cystic fibrosis，CF）是西方人常见的常染色体隐性遗传病，其致病基因CFTR位于染色体7q31.2［1］，CFTR基因功能丧失变异导致囊性纤维化跨膜传导调节因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）蛋白减少或功能缺陷，导致上皮细胞离子转运异常，造成黏液积聚和黏膜纤毛清除障碍，此为引起CF的原因［2, 3］。传统的CF治疗主要为对症治疗，现已开发出一类可以靶向修复CFTR蛋白的新型小分子调节剂，本文总结已批准上市或在研发的靶向药物及其临床应用现状和最新研究进展，为中国CF患者提供潜在的靶向治疗策略。
一、CFTR蛋白质的病理生理学
CFTR蛋白主要分布在上下呼吸道和汗腺等多个组织器官的上皮细胞膜（plasma membrane，PM）顶端，主要的功能为转运氯离子（Cl-）和碳酸氢盐（HCO3-），在调节气道表面液体（airway surface liquid）中发挥核心作用。CFTR变异会导致离子转运缺陷，减少气道表面液体，出现异常的黏液积聚和黏膜纤毛清除障碍，引发反复感染和炎症，并导致肺损伤，这是CF患者发病和死亡的主要原因［4］。
二、CFTR变异分类
CFTR基因变异可能损害mRNA和蛋白质的表达、功能和稳定性，根据损害类型分为七类（Ⅰ~Ⅶ，图1）［5］。Ⅰ类变异包括无义变异、移码变异和经典剪接变异，导致出现过早终止密码子（premature termination codons，PTC）和严重的CFTR蛋白合成缺陷。Ⅱ类变异为CFTR蛋白的错误折叠和过早降解。Ⅲ类变异为CFTR通道门控缺陷，通道开放率（open probability，Po）显著降低。Ⅳ类变异导致Cl-和HCO3-流量显著降低。Ⅴ类变异包括启动子异常或非经典剪接变异，产生异常的mRNA，致正常的CFTR蛋白丰度降低。Ⅵ类变异为CFTR蛋白构象稳定性降低。Ⅶ类变异为外显子抑制子导致外显子跳跃，CFTR mRNA的转录减少［5, 6］。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ类变异仅产生很少或几乎不产生CFTR蛋白，被定义为最小功能（minimal function，MF）活性变异，常导致严重的多器官疾病表型。Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ类变异为残余功能（residual function，RF）活性变异，导致的临床表型相对较轻。基于CFTR变异的上述分类，现已开发出多种小分子调节剂（表1）。
图1 CFTR变异机制分类
三、CFTR调节剂
CFTR调节剂可分为五类，分别为增强剂（potentiators）、校正剂（correctors）、放大剂（amplifiers）、稳定剂（stabilisers）和通读剂（read-through agents），这些药物主要改善CFTR蛋白的翻译、加工、转运和增强其功能，目前仅增强剂及校正剂有获批上市的药物（表2）。Ⅰ类变异可采用通读剂治疗，Ⅱ类变异主要通过校正剂或联合增强剂治疗，Ⅲ类和Ⅳ类变异可通过增强剂治疗，Ⅴ类变异可采用放大剂治疗，Ⅵ类变异可使用稳定剂治疗。但上述调节剂对Ⅶ类变异均无效，因此提出可以靶向替代的非CFTR阴离子通道、基因疗法等进行治疗，这些方法对其他变异也同样适用［5，7］。
1. CFTR增强剂：在引起CF的变异中，约5%会导致以CFTR通道门控或电导缺陷为主的异常，即Ⅲ类及Ⅳ类变异。增强剂是一类可以增加PM上功能缺陷CFTR蛋白Po和离子转运能力的调节剂［8, 9］。目前已上市的增强剂有依伐卡托（ivacaftor，VX-770，IVA），它可以为携带Ⅲ类及Ⅳ类变异的患者带来多种疗效，包括改善肺功能、降低肺部急性加重发生风险、改善体重指数和生活质量等［10, 11］，还能降低 p.Gly551Asp（简称G551D）变异患者的黏液堵塞程度，改善支气管周围增厚等结构异常［12］，减少对包括铜绿假单胞菌在内的病原体感染和气道炎症［13］及抗生素的使用［14］。氘化形式的依伐卡托——杜替卡托（deuticaftor，VX-561，DEU）具有更强的稳定性［15］，目前作为三联疗法的成分进行临床试验。部分CFTR门控缺陷不能由单个增强剂恢复，因此尝试将不同作用机制的增强剂联合使用或许可以增强疗效［16, 17］。2. CFTR校正剂：国际报道约90%的CF患者至少存在1个p.Phe508del（简称F508del）变异，该变异位点是西方治疗药物研发的焦点，属Ⅱ类变异。可使用校正剂芦马卡托（lumacaftor，VX-809，LUM）改善CFTR蛋白的折叠、加工和运输［18］。然而F508del纯合患者单独使用芦玛卡托疗效甚微［19］，因为即使蛋白质折叠被纠正，转运至PM的CFTR蛋白仍存在门控缺陷等，需要联合增强剂进一步帮助通道开放，故目前并无上市的校正剂单药疗法，主要采用联合疗法，如2015年获批上市的芦马卡托-依伐卡托二联制剂（简称LUM/IVA），该药适用于F508del纯合（简称F/F）患者［20］。由于依伐卡托对芦马卡托校正的F508del-CFTR蛋白会产生不良影响［21］，还可能带来支气管痉挛和呼吸困难等不良反应［22］，后开发出了药代动力学更佳、副作用较少的替扎卡托（tezacaftor，VX-661，TEZ）。将替扎卡托-依伐卡托的联用于F/F或第二个等位基因为G551D的F508del复合杂合患者，可以改善肺功能，并降低汗液Cl-浓度［23］，故该药（简称TEZ/IVA）于2018年获得FDA和EMA批准。依莱卡托（elexacaftor，VX-445，ELE）是第二代校正剂，作用机制与第一代校正剂不同，组合使用具有相加效应，现主要用作依莱卡托-替扎卡托-依伐卡托三联制剂（简称ELE/TEZ/IVA）。SION-638、SION-791、SION-451为Sionna公司开发的首类针对CFTR蛋白第一个核苷酸结合结构域（NBD1）的新型校正剂；SION-109为靶向CFTR蛋白细胞内环4（ICL4）的新型校正剂。临床前数据表明，将结合不同结构域的互补调节剂结合使用，或可将CFTR蛋白的成熟、运输和功能恢复至正常人水平。3. CFTR稳定剂：CFTR稳定剂可以将CFTR锚定在PM上，通过干扰质膜蛋白质量控制系统，减少CFTR蛋白被溶酶体降解，从而提高其稳定性，可用于治疗Ⅵ类变异，但目前尚无临床获批的药物。卡伏索司他（Cavosonstat，N91115）由于未能改善肺功能，其临床开发已经终止。此外，肝细胞生长因子、血管活性肠肽、钙蛋白酶1的化学抑制剂、神经节苷脂GM1、角蛋白19、PGD97［10］、E3泛素连接酶RFFL的配体αTOS［24］等均可作为潜在的CFTR稳定剂先导化合物，进行结构改造和修饰后可作为药物使用。4. CFTR放大剂：放大剂是一种可以增加CFTR mRNA和蛋白质翻译的化合物，不仅对导致蛋白质产生减少的Ⅴ类变异有益，也可以作为其他CFTR变异类别的治疗佐剂（Ⅶ类变异除外），增加改善的CFTR蛋白丰度。PTI-428（nesolicaftor）是第一款进行临床试验的放大剂，在一项针对F508del纯合患者的Ⅱ期临床试验中，治疗组耐受性良好且肺功能改善［25］，但该药的临床开发已暂停。5. 通读剂：据估计，引起CF变异中约10%属于Ⅰ类变异，但已被批准的调节剂对这类变异患者无效。Ⅰ类变异会造成无义介导的mRNA衰变和CFTR蛋白合成缺陷，可以通过诱导PTC通读以增加无义变异的全长蛋白含量，药物可分为氨基糖苷类和非氨基糖苷类［26］。庆大霉素可诱导CFTR蛋白质的功能性表达，临床试验表明庆大霉素具有一定疗效，然而由于传统氨基糖苷类药物具有耳毒性和肾毒性等，全身长期给药并不可行。Exaluren（ELX-02）是一种新合成的氨基糖苷类衍生物，其抗菌活性和毒性均显著降低［27］，疗效显著，且可以通过添加增强剂、校正剂或NMD抑制剂进一步增强CFTR活性［28, 29］。最近开展了两项ELX-02用于治疗CF的Ⅱ期临床试验（NCT04126473，NCT04135495），结果尚未公布。非氨基糖苷类通读剂阿他鲁仑（Ataluren，PTC124）在临床试验中（NCT02139306）未能达到主要及次要终点而终止开发［30］。七叶皂苷、氨己酮、核苷化合物2，6-二氨基尿（DAP）被认为是潜在通读剂，可以恢复CFTR的表达和功能［31, 32］。由于使用通读剂后氨基酸的随机掺入仍可能导致CFTR蛋白折叠错误及功能障碍，故可以尝试将通读剂与不同机制的其他调节剂联合给药以提高疗效［33］。
四、CFTR分子调节剂治疗策略的分类
某种CFTR基因变异通常可以表现出多类CFTR变异的特征，例如，F508del被归类为Ⅱ类变异，但也表出Ⅲ类和Ⅳ类缺陷的特征，多种调节剂的联合疗法应运而生，目前临床治疗策略主要为单药疗法、二联疗法和三联疗法。1. 单药疗法。如上文所述，增强剂依伐卡托是首个被FDA批准用于治疗1个月及以上的CF患者的靶向药物，患者需至少携带一个临床和（或）体外数据确定有治疗反应的CFTR基因变异，主要包括Ⅲ类及Ⅳ类变异，可能对97种特定变异有效（附录表1），其中包括中国人最常见的G970D变异［34］。该增强剂除上文提及的益处之外，还可以延缓甚至逆转G551D变异的儿童及青少年的胰腺功能不全［35, 36］。
2. 二联疗法。（1）LUM/IVA：LUM为校正剂，IVA为增强剂，目前其适用于1岁及以上的F508del纯合患者。临床试验表明，长期使用LUM/IVA可以给患者带来持续的益处，包括改善肺功能、增加BMI、降低肺部急性加重和住院发生率，及减少肺功能恶化等［37］，还可以降低患者对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的易感性［38］。2~5岁的患儿用药后支气管扩张及管壁增厚、黏液堵塞等气道异常减少，胰腺功能亦获得改善［39］。但一项真实世界研究表明，其实际临床获益有限［40］。（2）TEZ/IVA：TEZ为校正剂，IVA为增强剂，TEZ/IVA除了用于6岁及以上的F508del纯合患者，还可用于携带154个特定变异中一个的患者（附录表2），其中包括中国患者常见的G970D变异。本药对于不同基因型的疗效存在显著差异，其不能为F/MF基因型患者带来有意义的临床益处（NCT02516410）［41］，但可改善F/F或F/RF基因型患者的肺功能，降低肺恶化率和汗液Cl-浓度，提高生活质量及BMI［42, 43, 44］。对于F/门控变异基因型的患者，虽有疗效，但临床获益并不明显优于单独使用IVA（NCT02412111）［45］。
3. 三联疗法。（1）ELE/TEZ/IVA：对于F508del杂合和携带MF变异的CF患者，二联疗法均不能带来临床获益［41］，于是ELE/TEZ/IVA三联疗法应运而生，其能为F/F、F/MF、门控或RF/F患者带来显著的临床益处，且效果优于TEZ/IVA，表明单个F508del等位基因足以对本药作出良好的反应［46, 47, 48］。目前已批准用于2岁及以上的CF患者，这些患者至少有一个F508del或其他177个特定变异（附录表3），其中包括中国人常见的G970D变异。ELE/TEZ/IVA治疗总体安全且耐受性良好，短期获益主要包括肺功能改善、汗液Cl-浓度下降、BMI及生活质量改善和肺部恶化率下降［49, 50］。长期治疗可改善黏液堵塞及支气管壁增厚/扩张等结构异常等［51, 52, 53］，以及降低病原体感染率、全因住院率、肺移植率（降低85%）及死亡的风险（降低72%）［54］；（2）万扎卡托-替扎卡托-杜替卡托三联疗法（vanzacaftor-tezacaftor-deutivacaftor）：万扎卡托（vanzacaftor，VX-121，VAN）为新型校正剂，万扎卡托-替扎卡托-杜替卡托三联制剂（简称VAN/TEZ/DEU）是福泰制药（Vertex Pharmaceuticals）正在推进上市的药物组合。两项Ⅱ期临床研究数据表明本药对具有F/MF或F/F基因型的CF患者有效，可提高患者的肺功能并改善生活质量，同时安全性和耐受性良好［55, 56］。
五、展望
CFTR调节剂已经深刻改变了CF的治疗模式，临床试验结果证实其能为患者带来诸多益处，然而由于药物成本高昂及基因型罕见等问题，仍然有相当数量的患者无法从中获益。目前，患者的调节剂治疗决策思路可以分为确定变异类型、参考治疗分型，进行个体化治疗学探索三个层次。若患者变异类型在各类药物适应证范围内，可直接尝试用药。对于罕见变异，由于难以获得临床试验数据，可以参考治疗分型（theratype），即通过不同体外模型中对CFTR调节剂的反应来表征变异［57］，将变异分类，并将已批准药物的适用范围拓展至罕见的CF变异。由于治疗反应不仅取决于患者基因型，还取决于许多修饰基因和表观遗传因子等，因此提出可以通过对个体来源的标本进行分析，称治疗学（theranostics）［58］，其中人类原代气道上皮细胞被认为是评价的金标准模型，原代鼻黏膜上皮细胞亦具参考价值。对于中国CF患者而言，由于基因变异类型与欧美人群存在较大差异，且大多为罕见变异，故缺乏临床试验数据，更多需要依据治疗分型进行决策。如G970D变异在中国人中最为常见，而在高加索人中却罕有报道［34］，依据治疗分型，G970D经体外实验证实会导致Ⅲ类变异，因此单独或联合使用不同作用机制的增强剂或许能为患者带来更大的临床益处。同时体外实验显示，这一变异可对增强剂IVA、二联制剂TEZ/IVA及三联制剂ELE/TEZ/IVA产生治疗反应，然而目前尚缺乏药物有效性证据，进而采用个体样本衍生模型进行治疗学探索或许可以成为一种尝试方向。除调节剂外，基因治疗也非常具有潜力（表3），其适用于所有变异类型，主要为编辑或替换DNA或RNA。DNA治疗可通过病毒或非病毒载体递送实现，大多数尚处于早期研究，4D-710是一种腺相关病毒载体，旨在将健康的CFTR基因特异性地递送至患者肺部的细胞，目前正处于二期临床试验阶段（NCT05248230）。mRNA药物ARCT-023于2023年11月获FDA孤儿药资格认定，旨利用脂质颗粒将CFTRmRNA递送至肺部，以恢复CF患者肺部CFTR蛋白质功能，临床前实验证实，单次服用ARCT-032后可提高黏膜纤毛清除率，且效果优于IVA，可以成功提高F508del-CFTR蛋白表达和恢复Cl-运输，Ⅰ期临床试验结果将在2024年上半年公布（NCT05712538）。对于中国患者而言，由于基因变异类型较为罕见，因此需建立特异性的实验模型和基因功能评价试验体系，对基因疗法展开进一步的探索和研究。
参考文献（略）
问答题（单选题）
1.囊性纤维化的发病机制为CFTR基因变异，其可能损害CFTR蛋白的表达、功能和稳定性，现主要分为七类（Ⅰ~Ⅶ），其中Ⅱ类变异的主要发生机制为？
A.出现过早终止密码子导致严重的CFTR蛋白合成缺陷
B.CFTR蛋白的错误折叠和过早降解
C.CFTR蛋白通道的门控缺陷
D.外显子跳跃，CFTR mRNA的转录减少
2.目前针对囊性纤维化已开发出多种可以靶向修复CFTR蛋白的新型小分子调节剂，其中Ⅲ类和Ⅳ类变异主要可通过哪种类型的小分子调节剂治疗？
A.通读剂
B.校正剂
C.增强剂
D.稳定剂
3.使用小分子调节剂治疗囊性纤维化的临床治疗策略主要为单药疗法、二联疗法和三联疗法，国外已上市多种调节剂的单药或联合复方制剂，其中单药制剂依伐卡托（ivacaftor）为何种类型的小分子调节剂？
A.通读剂
B.校正剂
C.增强剂
D.稳定剂
4.2015年获批上市的芦马卡托-依伐卡托二联复方制剂（lumacaftor/ivacaftor），主要适用于F508del纯合患者，该药分别为哪两种类型小分子调节剂的组合？
A.校正剂+增强剂
B.校正剂+校正剂
C.增强剂+稳定剂
D.校正剂+放大剂
5.除调节剂外，针对囊性纤维化的基因治疗也非常具有潜力，其适用于何种变异类型？
A.只适用于Ⅱ类变异
B.只适用于Ⅲ类及Ⅳ类变异
C.只适用于Ⅴ类变异
D.适用于所有变异类型