伊莎貝爾（Isabel）和安娜貝爾（Anabel）是一對混血雙胞胎，她們融合了來自父母的德、日兩國血統(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》雜志2019年重磅科學新聞“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行性肺損傷，并最終導致死亡。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。近半個多世紀來，從不明病因到對癥下藥，囊性纖維化患者預期壽命已經(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)學奇跡，今天藥明康德內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于嬰兒的詛咒：當嬰兒出生時，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。在當時，沒有人能給出科學解釋，更沒有人料到這一現(xiàn)象將成為解密疾病的關鍵。

醫(yī)學界對囊性纖維化的認識源于上世紀30年代末。美國病理學家多蘿茜·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、肺臟在內人體多個器官病變，這也導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)了嚴重的中暑和脫水反應。進一步研究后，他找到了導致這一反應的根源——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擔，很快在世界范圍內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。

在擔任加州大學實驗室研究員期間，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，進而使患者在高溫下更易出現(xiàn)中暑和脫水反應。另外，離子通道異常也使得許多器官細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，并最終導致死亡。

▲氯離子通道異常影響細胞的水、氯離子平衡，最終導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80年代，一場基因層面的“尋寶競賽”拉開了帷幕。此時，科學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。走投無路的科學家們想到了反向遺傳學，即尋找基因組當中與疾病伴隨遺傳的標志物。到了1985年，利用反向遺傳學，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責用染色體跳移的方法確定突變基因的大致位置，徐教授的團隊負責在可疑區(qū)域內進行地毯式搜尋。兩年的努力之下，他們的堅持獲得了回報，《科學》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公司用當時先進的細胞檢測平臺對23萬種藥物進行了篩查，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蛋白結構的打開速度就會變慢，而這種名為VX-770的復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由三種有效成分構成，其中elexacaftor是新一代CFTR蛋白矯正劑，它用于恢復攜帶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蛋白轉運到細胞表面的水平來增強CFTR蛋白功能，而ivacaftor可以通過延長細胞表面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是一種由細菌產(chǎn)生的天然分子，在許多研究中，科學家們發(fā)現(xiàn)這種分子會在細胞上“打洞”，形成非選擇性的離子通道造成破壞。因此，它一度被認為具有人體毒性。然而對于囊性纖維化患者來說，他們缺乏的恰恰就是離子通道。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。之前科學家們的研究方法要么嘗試修復這扇窗，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，細胞內的碳酸氫根離子能被順利轉運到細胞外，使呼吸道表面的黏液pH值恢復到正常水平，增強其殺菌能力。體外實驗取得積極進展后，研究人員們又轉而開展了體內實驗。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年來的科學發(fā)現(xiàn)與藥物轉化把我們送到了與囊性纖維化對抗的關鍵時刻。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，但這場抗爭還沒有結束，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：“讓我們永遠心懷夢想，夢想我們的抗爭之路終有盡頭。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：

[1]. QUINTON, P. M. (1999). Physiological Basis of Cystic Fibrosis: A Historical Perspective. Physiological Reviews, 79(1), S3–S22. doi:10.1152/physrev.1999.79.1.s3

[2]. Andersen, D. H. (1939). Cystic fibrosis of the pancreas, vitamin A deficiency, and bronchiectasis. The Journal of Pediatrics, 15(6), 763–771. doi:10.1016/s0022-

[3]. ANDERSEN, D. H. (1946). CELIAC SYNDROME. American Journal of Diseases of Children, 72(1), 62. doi:10.1001/archpedi.1946.02020300069004

[4]. Pearson, H. (2009). Human genetics: One gene, twenty years. Nature, 460(7252), 164–169. doi:10.1038/460164a

[5]. Collins, F. S. (2019). Realizing the Dream of Molecularly Targeted Therapies for Cystic Fibrosis. New England Journal of Medicine. doi:10.1056/nejme1911602

[6]. Kaiser, J. (2012). New Cystic Fibrosis Drug Offers Hope, at a Price. Science, 335(6069), 645–645. doi:10.1126/science.335.6069.645

[7]. 速遞 |重磅！僅用3月 FDA批準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/

原標題：入選《科學》年度突破名單，這個病的治愈指日可待？