实验药物可帮助患有哮喘、COPD、CF及癌症相关肺病的患者

诸平

据美国德克萨斯大学MD 安德森癌症中心（University of Texas MD Anderson Cancer Center）2022年3月23日提供的消息，实验药物可以帮助患有哮喘（Asthma）、慢性阻塞性肺病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease简称COPD）、囊性纤维化（Cystic Fibrosis简称CF）及癌症相关肺病的人（Experimental Drug Could Help People With Asthma, COPD, Cystic Fibrosis and Cancer-Related Lung Disease）。

实验性药物可减少加剧常见肺部疾病的气道粘液（airway mucus）。

由德克萨斯大学 MD 安德森癌症中心共同领导的一个多中心研究小组，开发了第一种治疗呼吸道粘蛋白类（mucins）不受控制的分泌的药物，这种药物会导致数百万患有哮喘、慢性阻塞性肺病（COPD)、囊性纤维化 (CF) 以及由癌症和癌症治疗引起的肺部疾病的美国人出现潜在的危及生命的症状。该研究于2022年3月23日）在《自然》（Nature）杂志网站发表——Ying Lai, Giorgio Fois, Jose R. Flores, Michael J. Tuvim, Qiangjun Zhou, Kailu Yang, Jeremy Leitz, John Peters, Yunxiang Zhang, Richard A. Pfuetzner, Luis Esquivies, Philip Jones, Manfred Frick, Burton F. Dickey, Axel T. Brunger. Inhibition of calcium-triggered secretion by hydrocarbon-stapled peptides. Nature, Published: 23 March 2022. DOI: 10.1038/s41586-022-04543-1. https://www.nature.com/articles/s41586-022-04543-1

肺内科教授、该研究的共同通讯作者医学博士伯顿·迪基（Burton Dickey）说：“粘液是肺部医学中的一个重要问题，因为在患有这些常见肺部疾病的人中，粘稠的粘液会阻塞气道并导致从轻度咳嗽到非常严重的肺功能下降等症状。大多数治疗这些疾病的药物都可以减轻炎症或扩张气道以帮助人们更好地呼吸，但粘液是最严重的问题。我们的研究创造了第一种可以阻止粘蛋白类（mucins）分泌的药物。”

黏液阻塞性肺病（Muco-obstructive lung diseases）影响着全世界数亿人。在美国，大约有2500 万人患有哮喘，1600万成年人被诊断患有慢性阻塞性肺病，而 CF 是最常见的威胁生命的遗传疾病。许多癌症患者最终患上肺病，因为他们的癌症治疗或癌症本身使他们免疫功能低下。

通常，粘蛋白类会逐渐释放到气道中，在那里它们吸收水分并形成一层薄薄的保护性粘液，可以捕获病原体并很容易被纤毛清除。在粘液阻塞性肺病中，大量粘蛋白类会突然释放出来，无法吸收足够的水分，导致粘稠的粘液堵塞气道并损害肺功能。

伯顿·迪基的实验室在20年前就开始研究粘蛋白分泌，之前确定了相关的关键基因和蛋白质，展示了与神经元中发现的相似的突触结合蛋白（synaptotagmin）和 SNARE 复合物如何促成Ca²⁺触发的膜融合的关键过程。

伯顿·迪基说：“我们建立了分泌机制的样子，我们了解所有主要参与者。一旦我们了解了所有部分如何协同工作，我们就确定突触结合蛋白-2（synaptotagmin-2简称Syt2) 是阻断粘蛋白分泌的最佳蛋白质，因为它只有在高水平的刺激下才会被激活。因此，阻断Syt2的活性应该可以防止突然大量粘蛋白释放，而不会损害气道健康所需的缓慢、稳定的基线粘蛋白分泌。”

在这项由 MD安德森（MD Anderson）、斯坦福医学（Stanford Medicine）和德国乌尔姆大学（Ulm University）合作开展的研究中，研究人员在几种类型的临床前模型中验证了Syt2是一种可行的治疗靶蛋白。治疗发现（Therapeutics Discovery）副总裁兼应用癌症科学研究所（Institute for Applied Cancer Science）所长菲利普·琼斯博士（Philip Jones, Ph.D.）根据斯坦福大学合作者开发的结构，设计了一种碳氢钉合肽（hydrocarbon-stapled peptide）SP9来阻断Syt2，其中包括资深共同通讯作者、分子和细胞生理学教授（professor of Molecular and Cellular Physiology.）阿克塞尔·布朗格博士（Axel Brunger, Ph.D.）。

钉合肽类（Stapled peptides）是一种最近的治疗发展，涉及到修饰的氨基酸，这些氨基酸形成碳氢化合物交叉桥以保持其结构刚性，因此它们可以与蛋白质靶标结合并显示出增强的稳定性。钉合肽类已用于治疗其它疾病，包括癌症，但SP9将代表第一个用作吸入治疗剂的钉合肽。

在阿克塞尔·布朗格斯坦福实验室（Brunger’s Stanford laboratory）的重组系统模型中，赖英（Ying Lai音译）博士使用SP9成功破坏了Ca²⁺触发的膜融合。曼弗雷德·弗里克（Manfred Frick）博士的乌尔姆大学实验室，在培养的上皮细胞中使用与细胞穿透肽（cell penetrating peptide）偶联的SP9来抑制快速粘蛋白分泌。然后，伯顿·迪基实验室在小鼠模型中使用了雾化制剂，以确认该药物减少了粘蛋白分泌和粘液阻塞气道。重要的是，SP9不影响正常粘蛋白分泌的缓释途径。

伯顿·迪基说：“像这样的吸入药物可以通过阻止粘蛋白的快速分泌，进而避免产生浓稠的粘液，从而在气道疾病急性发作期间帮助某人。你无法让空气通过堵塞的气道。在哮喘、COPD和CF患者中，已经证明持续性栓塞会导致最严重的疾病。现在我们有一种药物，如果它在临床试验中被证明有效，它可能是非常重要。”

钉合肽SP9将在进入人体研究之前进一步完善，这对于目前开发阶段的治疗而言是典型的，并可能在几年内进入临床试验。伯顿·迪基及其他合作者是与SP9相关的专利申请的发明者。该研究得到了美国国立卫生研究院（National Institutes of Health, R01 HL129795, R21 AI137319）和囊性纤维化基金会(Cystic Fibrosis Foundation)的支持。

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Abstract

Membrane fusion triggered by Ca²⁺ is orchestrated by a conserved set of proteins to mediate synaptic neurotransmitter release, mucin secretion and other regulated exocytic processes^1,2,3,4. For neurotransmitter release, the Ca²⁺ sensitivity is introduced by interactions between the Ca²⁺ sensor synaptotagmin and the SNARE complex⁵, and sequence conservation and functional studies suggest that this mechanism is also conserved for mucin secretion⁶. Disruption of Ca²⁺-triggered membrane fusion by a pharmacological agent would have therapeutic value for mucus hypersecretion as it is the major cause of airway obstruction in the pathophysiology of respiratory viral infection, asthma, chronic obstructive pulmonary disease and cystic fibrosis^7,8,9,10,11. Here we designed a hydrocarbon-stapled peptide that specifically disrupts Ca²⁺-triggered membrane fusion by interfering with the so-called primary interface between the neuronal SNARE complex and the Ca²⁺-binding C2B domain of synaptotagmin-1. In reconstituted systems with these neuronal synaptic proteins or with their airway homologues syntaxin-3, SNAP-23, VAMP8, synaptotagmin-2, along with Munc13-2 and Munc18-2, the stapled peptide strongly suppressed Ca²⁺-triggered fusion at physiological Ca²⁺ concentrations. Conjugation of cell-penetrating peptides to the stapled peptide resulted in efficient delivery into cultured human airway epithelial cells and mouse airway epithelium, where it markedly and specifically reduced stimulated mucin secretion in both systems, and substantially attenuated mucus occlusion of mouse airways. Taken together, peptides that disrupt Ca²⁺-triggered membrane fusion may enable the therapeutic modulation of mucin secretory pathways.