伊莎貝爾（Isabel）和安娜貝爾（Anabel）是一對混血雙胞胎，她們?nèi)诤狭藖碜愿改傅牡隆⑷諆蓢y(tǒng)，卻也不幸繼承了父母的隱性囊性纖維化基因，這使得她們成為了世界上為數(shù)不多的囊性纖維化患者。自出生起這對姐妹就沒有停止過與疾病的斗爭，她們曾躺在生死線上靜待下一刻的降臨，也曾試圖化解缺乏針對性藥物和壽命縮短的絕望。

幸運的是，這一切都過去了。就在前不久，全球囊性纖維化患者迎來了歷史性的一刻：具有治療90%患者潛力的創(chuàng)新療法Trikafta（elexacaftor/tezacaftor/ivacaftor和ivacaftor）獲FDA批準(zhǔn)上市。這一組合療法也和“埃博拉藥物初見成效”、“首張黑洞照片”、“神秘古人類”一同，被列為《科學(xué)》雜志2019年重磅科學(xué)新聞“年度突破”候選名單。

囊性纖維化（cystic fibrosis）是一種罕見的、縮短壽命的遺傳性疾病，影響了北美、歐洲及澳洲約7.5萬人的生命。疾病會在患者肺部等器官造成異常粘稠的粘液積聚，引起慢性肺部感染和進(jìn)行性肺損傷，并最終導(dǎo)致死亡。在新藥上市之前，由于大部分藥物并不是對癥下藥，少部分針對病因的藥物適用群體有限，囊性纖維化也曾被視為一種絕癥。

好在絕癥之下并非沒有曙光。近半個多世紀(jì)來，從不明病因到對癥下藥，囊性纖維化患者預(yù)期壽命已經(jīng)從10歲延長到了40歲以上。有人將人類與囊性纖維化的斗爭視作對抗罕見病的醫(yī)學(xué)奇跡，今天藥明康德內(nèi)容團隊就將帶您一同回顧奇跡締造之旅。

北歐傳說中的“咸吻”之謎

在囊性纖維化作為一種疾病被承認(rèn)之前，它所造成的影響常被歸咎于不同原因，包括胰腺問題、呼吸道感染、營養(yǎng)不良等等。其中最令人匪夷所思的是北歐傳說中關(guān)于嬰兒的詛咒：當(dāng)嬰兒出生時，如果輕吻它的額頭感覺很咸，那么這個嬰兒是受到詛咒的，將很快死去。在當(dāng)時，沒有人能給出科學(xué)解釋，更沒有人料到這一現(xiàn)象將成為解密疾病的關(guān)鍵。

醫(yī)學(xué)界對囊性纖維化的認(rèn)識源于上世紀(jì)30年代末。美國病理學(xué)家多蘿茜·安德森（Dorothy Andersen）在解剖營養(yǎng)不良兒童尸體的過程中觀察到，一些患兒存在胰管擴張呈囊狀和廣泛纖維化現(xiàn)象，她將此描述為“胰腺囊性纖維化”，囊性纖維化由此被發(fā)現(xiàn)并得名。對此感興趣的科學(xué)家們很快發(fā)現(xiàn)，囊性纖維化是一種常染色體隱性遺傳疾病，并不只影響胰腺，還會引起包括消化道、肺臟在內(nèi)人體多個器官病變，這也導(dǎo)致臨床上常將囊性纖維化與其他疾病混淆。

1949年，一場突如其來的熱浪給疾病研究帶來了新的火種。正在醫(yī)院照顧囊性纖維化患兒的兒科病理學(xué)家保羅·迪桑特·阿格涅斯（Paul di Sant’Agnese）觀察到，一些病人出現(xiàn)了嚴(yán)重的中暑和脫水反應(yīng)。進(jìn)一步研究后，他找到了導(dǎo)致這一反應(yīng)的根源——囊性纖維化患者汗液中的鹽分顯著高于正常人。這個意外發(fā)現(xiàn)讓阿格涅斯醫(yī)生不禁聯(lián)想到了北歐傳說中的“咸吻”，以此為靈感，他嘗試用汗液測試替代插管定量測試胰酶來診斷囊性纖維化患者。這一方式減輕了年幼患者在疾病之外的痛苦和負(fù)擔(dān)，很快在世界范圍內(nèi)普及并被不斷改良沿用至今。

受阻的離子通道

阿格涅斯醫(yī)生不僅為囊性纖維化患者帶來了更便捷安全的診斷方式，也給疾病研究提供了思路，搞清楚患者汗液含鹽量異常高的原因成為科學(xué)家們努力的新方向。保羅·昆頓（Paul Quinton）教授也是其中的一員，他甚至比大多數(shù)人更渴求真相，還不惜為此轉(zhuǎn)移了研究方向，因為他本人就是一位飽受疾病折磨的囊性纖維化患者。

在擔(dān)任加州大學(xué)實驗室研究員期間，昆頓教授從正常人和囊性纖維化患者處收集了大量的汗腺組織，通過檢測比對兩者鈉離子和氯離子穿過腺體的能力，他有了驚人的發(fā)現(xiàn)——囊性纖維化患者汗腺上皮細(xì)胞的氯離子通道存在異常。

氯離子無法穿透皮膚上皮組織，導(dǎo)致汗液中的鹽分無法重吸收，而鹽分丟失往往伴隨著更多水分的丟失，進(jìn)而使患者在高溫下更易出現(xiàn)中暑和脫水反應(yīng)。另外，離子通道異常也使得許多器官細(xì)胞中鹽和水的流入和流出不均衡，造成異常粘稠的粘液積聚堵塞管腔，容易引起呼吸道感染和營養(yǎng)不良，并最終導(dǎo)致死亡。

▲氯離子通道異常影響細(xì)胞的水、氯離子平衡，最終導(dǎo)致肺部等多種器官功能障礙（圖片來源：Vertex公司官網(wǎng)）

那是什么造成了囊性纖維化患者與生俱來的氯離子通道異常呢？上世紀(jì)80年代，一場基因?qū)用娴?ldquo;尋寶競賽”拉開了帷幕。此時，科學(xué)家對人類基因序列還知之甚少，致病基因的發(fā)現(xiàn)大多通過致病蛋白質(zhì)或染色體異常，但這并不適用于囊性纖維化的研究。走投無路的科學(xué)家們想到了反向遺傳學(xué)，即尋找基因組當(dāng)中與疾病伴隨遺傳的標(biāo)志物。到了1985年，利用反向遺傳學(xué)，世界上有好幾個科研小組發(fā)現(xiàn)囊性纖維化的致病基因位于人類第七號染色體上，但是這個染色體上有200多萬個堿基，要從中發(fā)現(xiàn)致病基因無疑大海撈針。

徐立之教授和弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）教授同為“尋寶競賽”大軍中的一員，一次遺傳學(xué)大會上的巧遇，促成了不在一個實驗室的他們在囊性纖維化基因發(fā)現(xiàn)上的強強聯(lián)手。在探索過程中，柯林斯教授的團隊負(fù)責(zé)用染色體跳移的方法確定突變基因的大致位置，徐教授的團隊負(fù)責(zé)在可疑區(qū)域內(nèi)進(jìn)行地毯式搜尋。兩年的努力之下，他們的堅持獲得了回報，《科學(xué)》雜志發(fā)表了他們的成果——異常的離子通道CFTR和造成囊性纖維化最常見的基因突變F508del終于被人類所發(fā)現(xiàn)。

一場沒有保證的賭博

1989年8月25日，一個患有囊性纖維化的女孩在得知致病的缺陷基因被發(fā)現(xiàn)后，在日記上寫下對未來的無限憧憬。但事與愿違的是，囊性纖維化的對癥下藥之路卻走得漫長。當(dāng)時，囊性纖維化的藥物主要是幫助患者緩解癥狀、損傷和痛苦，并沒有針對病因的藥物誕生，而醫(yī)藥行業(yè)又很少涉足像囊性纖維化這樣的罕見病藥物研究。為此，時任囊性纖維化基金會總裁兼首席執(zhí)行官羅伯特·貝爾（Robert Beall）博士提出了一個大膽的想法——與醫(yī)藥公司聯(lián)手開發(fā)藥物。

事實上，這并不是囊性纖維化基金會第一次在疾病研究中發(fā)揮力量。自1955年一群憂心忡忡的父母成立囊性纖維化基金會以來，這個以自己的力量拯救患病孩子的組織，就成為了科研之外的堅實后盾。無論是臨床護(hù)理中心的完善，還是疾病登記注冊制度的建立，基金會的出現(xiàn)都給無措的患者帶來了極大幫助，甚至連囊性纖維化基因的發(fā)現(xiàn)也有基金會的支持。值得一提的是，命名囊性纖維化的安德森醫(yī)生和發(fā)現(xiàn)患者汗液異常的迪桑特醫(yī)生也是囊性纖維化基金會的早期發(fā)起人。

貝爾博士聯(lián)系上了當(dāng)時專門從事高通量篩選的Aurora生物科技公司（2001年被Vertex收購），提供7500萬美元的經(jīng)費用于針對囊性纖維化病因的小分子藥物研發(fā)。隨后，Aurora公司用當(dāng)時先進(jìn)的細(xì)胞檢測平臺對23萬種藥物進(jìn)行了篩查，最終他們發(fā)現(xiàn)了一個可以針對CFTR蛋白上G551D突變位點發(fā)揮作用的藥物。如果該位點發(fā)生突變，CFTR蛋白結(jié)構(gòu)的打開速度就會變慢，而這種名為VX-770的復(fù)合物恰好可以幫助打開跨膜通道。

一項研究表明VX-770可以減少患者呼吸道感染的發(fā)作次數(shù)，并改善呼吸功能。2012年,僅僅經(jīng)歷短短3個月的評審工作，F(xiàn)DA就批準(zhǔn)了首個針對囊性纖維化病因研發(fā)的藥物Kalydeco（ivacaftor，即VX-770）上市，用于治療攜帶G551D基因突變的囊性纖維化患者。雖然只有大約4%的患者能從中獲益，但新藥的上市還是給人們帶來了信心，它不僅證明了靶向CFTR蛋白治療囊性纖維化是一條可行之路，更有意義的是，它變革了罕見病藥物的開發(fā)方式。

書寫下一個篇章

此后，在基金會和醫(yī)藥公司的通力合作下，惠及更廣泛囊性纖維化患者群體的藥物穩(wěn)步登場。2015年7月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了囊性纖維化的第一種聯(lián)合治療Orkambi（ivacaftor/lumacaftor）上市，用于治療6歲及以上擁有兩個F508del突變拷貝的囊性纖維化患者。就在前不久，F(xiàn)DA只用了不到3個月的時間就批準(zhǔn)創(chuàng)新療法Trikafta（elexacaftor/tezacaftor/ivacaftor和ivacaftor）上市，用于治療12歲以上至少攜帶一個F508del基因突變的囊性纖維化患者。

Trikafta由三種有效成分構(gòu)成，其中elexacaftor是新一代CFTR蛋白矯正劑，它用于恢復(fù)攜帶F508del突變的CFTR蛋白的功能，從而改善患者的呼吸功能。Tezacaftor可以通過增加CFTR蛋白轉(zhuǎn)運到細(xì)胞表面的水平來增強CFTR蛋白功能，而ivacaftor可以通過延長細(xì)胞表面CFTR蛋白的開放時間來提高缺陷型CFTR蛋白的功能。Vertex公司主席、總裁兼首席執(zhí)行官Jdffrey Leiden博士在采訪中這么描述它，這是一款具有治療90%囊性纖維化患者潛力的突破性療法。

在“重塑”CFTR功能的突破性療法之外，科學(xué)家也找到了囊性纖維化藥物研發(fā)的新路徑。兩性霉素B是一種由細(xì)菌產(chǎn)生的天然分子，在許多研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這種分子會在細(xì)胞上“打洞”，形成非選擇性的離子通道造成破壞。因此，它一度被認(rèn)為具有人體毒性。然而對于囊性纖維化患者來說，他們?nèi)狈Φ那∏【褪请x子通道。這就好像一間屋子的窗壞了打不開，污濁的空氣不能及時排出。之前科學(xué)家們的研究方法要么嘗試修復(fù)這扇窗，要么嘗試在墻上安一面新窗。這次找到的小分子，則是簡單粗暴地在墻上戳幾個小洞，方便空氣流通。

▲兩性霉素B治療囊性纖維化的原理圖（圖片來源：參考資料[8]）

研究發(fā)現(xiàn)，在這款分子的作用下，細(xì)胞內(nèi)的碳酸氫根離子能被順利轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外，使呼吸道表面的黏液pH值恢復(fù)到正常水平，增強其殺菌能力。體外實驗取得積極進(jìn)展后，研究人員們又轉(zhuǎn)而開展了體內(nèi)實驗。利用豬的疾病模型，研究人員們使用一款已經(jīng)獲批上市的兩性霉素B，取得了同樣的積極成果。這一發(fā)現(xiàn)也再次驗證了這一潛在療法的可行性。當(dāng)然，在使用兩性霉素B治療囊性纖維化患者之前還有很長一段路要走。但它的出現(xiàn)還是讓人們看到了一種全新療法誕生的曙光。

2019年，是囊性纖維化突變基因發(fā)現(xiàn)的30周年，自1989年來的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與藥物轉(zhuǎn)化把我們送到了與囊性纖維化對抗的關(guān)鍵時刻。與過去相比，囊性纖維化患者的生存狀況得到了空前的改善，但這場抗?fàn)庍€沒有結(jié)束，面對得不到藥物幫助的囊性纖維化患者，能做的還有很多。就像現(xiàn)任囊性纖維化基金會主席普雷斯頓•坎貝爾（Preston Campbell）先生所期待的：“讓我們永遠(yuǎn)心懷夢想，夢想我們的抗?fàn)幹方K有盡頭。直到有一天，我們可以說，我曾經(jīng)是一名囊性纖維化患者。”

參考資料：

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[7]. 速遞 |重磅！僅用3月 FDA批準(zhǔn)囊性纖維化突破性療法,Retrieved Dec 4,2019 from http://www.sohu.com/a/348611767_282570?scm=1019.e000a.v1.0&spm=smpc.csrpage.news-list.1.1575538046631kqAfDWr

[8]. 前沿 | Nature：大道至簡！這種無藥可治的疾病，意外找到了新藥？Retrieved Dec 4,2019 from http://www.sohu.com/a/301966767_282570

[9]. We Are at a Transformative Time in the History of CF, Retrieved Dec 4,2019 from https://www.cff.org/CF-Community-Blog/Posts/2019/We-Are-at-a-Transformative-Time-in-the-History-of-CF/

原標(biāo)題：入選《科學(xué)》年度突破名單，這個病的治愈指日可待？