哮喘藥物新靶點，基因組學重新定位治療

       哮喘是一種與氣道重塑相關(guān)的異質(zhì)性炎癥性氣道疾病，患者由于氣道阻塞和氣道高反應(yīng)性而出現(xiàn)氣短、氣喘等癥狀。預(yù)計到2025年，哮喘將影響全球4億人。目前，哮喘治療主要基于吸入皮質(zhì)類固醇和支氣管擴張劑，抑制癥狀而不是改變疾病的自然病史，不足以控制5%-10%的患者的癥狀。哮喘被認為一種真正的多因素疾病，由多種環(huán)境因素和個體遺傳組成結(jié)合所致的相互作用，但同時也意味著了解哮喘的遺傳基礎(chǔ)有可能解開致病機制的問題。

       在過去30年里，人們對了解哮喘的遺傳危險因素的興趣增加。這些風險因素主要是單堿基對變異，即單核苷酸多態(tài)性（SNP），這是一種等位基因頻率在人群中超過1%的遺傳變異。之后引入陣列技術(shù)，并使全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWASs）成為可能，分析患有和不患有哮喘的大量人群。在過去3年里，大樣本的合作研究以前所未有的速度加速對哮喘遺傳基礎(chǔ)的理解，使哮喘相關(guān)的獨立基因座數(shù)目增加到128個。

       近日，《柳葉刀呼吸醫(yī)學》雜志發(fā)布了哮喘遺傳學的最新進展，提供了來自GWASs的最新基因發(fā)現(xiàn)；利用表達數(shù)量性狀位點（eQTL）定位和編碼變異，將哮喘相關(guān)的SNP與可能的藥物靶點聯(lián)系起來，提出了新的藥物靶點；并考慮了基于基因組學的藥物重新定位治療哮喘的可能性。

       哮喘的GWAS與基因網(wǎng)絡(luò)

       第一份哮喘GWAS結(jié)果于2007年發(fā)布，指出了染色體17q12-21的遺傳變異與兒童哮喘有關(guān)。該位點的哮喘相關(guān)SNP與淋巴母細胞系中ORMDL3的mRNA表達水平相關(guān)。隨后的研究還將該位點的SNPs與全血細胞和肺組織中GSDMA、GSDMB、CRKRS、zpbb2和IKZF2的表達聯(lián)系起來。2017年研究發(fā)現(xiàn)，在一個特定的位點上密切相關(guān)的SNP可能都與哮喘有關(guān)，但只反映一個獨立的信號。在分析SNP的獨立性的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了31個頂級SNP。截至2019年4月，已發(fā)表論文確定了128個獨立哮喘相關(guān)SNPs。

       值得注意的是，17q12-21位點與兒童期哮喘有關(guān)，但與成人期哮喘無關(guān)。這一關(guān)聯(lián)表明，遺傳危險因素對哮喘患者的亞群可能特別重要。

       此外，GWAS可用于識別復雜疾病背后的生物網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)哮喘靶基因不是孤立地起作用，而是可能聚集在與疾病發(fā)展有生物學相關(guān)性的網(wǎng)絡(luò)中。對這些網(wǎng)絡(luò)的識別可能為下游干預(yù)提供新的機會。

       這種通路阻斷的方法通常用于癌癥治療，因為一種癌癥可能是由于不同患者的不同基因突變引起，但也可以通過阻斷一個共同的下游通路來治療。GWASs在哮喘中涉及的途徑或基因網(wǎng)絡(luò)如導致嗜酸性粒細胞增多的IL-33–IL-1RL1受體途徑（導致嗜酸性粒細胞增多），或T輔助型2（Th2）細胞因子IL-5和IL-4RA受體（導致2型炎癥或病毒反應(yīng)）。

       研究將161個哮喘靶基因通過多途徑分析，共發(fā)現(xiàn)了47條基因富集途徑，每條途徑中均有3-8個基因。同時，研究觀察到免疫通路的優(yōu)勢，尤其是受到MHC II和細胞因子及其受體（IL-33、IL-1RL1、IL-6R、IL-2）驅(qū)動的通路，如IL-2和IL-4信號通路、Th2途徑、T細胞與B細胞相互作用途徑以及腺苷A1受體信號途徑。

       但與此同時，161個哮喘靶基因中有71個（44%）沒有被注釋到任何途徑，如GSDMB、WDR36、ADAMTS4和PEX14，這表明目前對哮喘靶基因的生物學解釋由于缺乏功能證據(jù)而受到限制。

       基于哮喘遺傳學的靶點發(fā)現(xiàn)與藥物重新定位

       為了使藥物有效，它需要靶向與疾病因果途徑有關(guān)的蛋白質(zhì)或這種因果途徑的生理抑制劑。在藥物靶點驗證之后，藥物開發(fā)仍然是一個耗時耗資的過程，包括毒理學研究、確定藥物的理化性質(zhì)、優(yōu)化制造工藝和藥物配方，然后進行三個階段的臨床試驗。因此，與疾病高度相關(guān)但不是致病機制的一部分的生物標志物不是合適的藥物靶點。

       GWASs可以識別與疾病相關(guān)的基因，從而為驗證現(xiàn)有靶點和揭示新的藥物靶點提供了一種強有力的技術(shù)。許多疾病的遺傳學研究已經(jīng)確定了編碼蛋白質(zhì)的基因，這些蛋白質(zhì)已經(jīng)被市場上的藥物所靶向。例如，一項血脂異常的GWAS鑒定出HMGCR基因，該基因編碼HMG-CoA還原酶蛋白。HMGCR的靶向是他汀類藥物，他汀類藥物被開發(fā)用于降低血液中膽固醇的濃度。這一發(fā)現(xiàn)具有高度相關(guān)性，因為它已經(jīng)表明，以基因研究為靶點的藥物上市成功率（從第一階段到批準）大約是為沒有遺傳證據(jù)的靶點開發(fā)的藥物的兩倍。雖然呼吸疾病領(lǐng)域沒有基于基因組學的靶點發(fā)現(xiàn)的例子，但脂質(zhì)領(lǐng)域的例子可能說明了它的潛力。

       遺傳學也可以用來幫助預(yù)測靶點的“副作用”，比如那些有所謂保護性基因變異的個體。例如，那些在IL33中有一個罕見的遺傳變異（rs146597587-C）的人，哮喘發(fā)生的風險較低，循環(huán)血嗜酸性粒細胞也較低。這表明降低IL-33濃度或部分阻斷IL-33功能是安全的。

       最新研究將現(xiàn)有的142個蛋白質(zhì)編碼基因（即潛在的哮喘藥物新靶點）分為了兩類：一，針對藥物靶點發(fā)現(xiàn)，選擇藥物處于臨床開發(fā)1期或更早的靶點；二，對于藥物重新定位，選擇了在2期臨床試驗或更高階段臨床開發(fā)藥物的目標。

       根據(jù)以上步驟及多次篩選，最終產(chǎn)生了22個藥物靶點。這22個靶點分為7類，包括酶、細胞表面受體、載體、離子通道、結(jié)構(gòu)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子等）。細胞表面受體可產(chǎn)生有趣的候選藥物，因為它們很容易被激動劑激活，或被競爭性拮抗劑及配體導向、受體導向抗體所拮抗。研究強調(diào)了以下編碼受體的靶基因：IL7R、CCR7、IL2RB、ITGB8和GPR183。

       藥品重新定位的概念是指對某一特定條件下上市或開發(fā)中的藥品進行鑒定，目的是將其用于另一種疾病。因為已經(jīng)建立了藥物安全性，這種方法提高了藥物開發(fā)效率，降低了成本和時間。分析表1中22個靶基因的在研藥物發(fā)現(xiàn)，有些是目前可用的，有些是在2期或更高階段的臨床研究中。其中10個是針對哮喘的新靶點。

       在這10個新靶點中，3個靶點的藥物已經(jīng)上市，分別為靶向HDAC3的tucidinostat和vorinostat，靶向IL6R的sarilumab和tocilizumab，以及靶向SLC22A5的諾氟沙星；1個靶點（APOA2）的藥物處于3期臨床試驗；5個靶點處于2期臨床試驗，分別靶向ERBB3、NOD2、TLR6、LTA、PSMB9；1個靶點（EP300）的藥物處于1/2期臨床試驗。其中有兩個突出的靶點需要強調(diào)，即IL6R和NOD2。

       未來發(fā)展方向

       在靶向治療的發(fā)展中，使用基因研究方法可能會為精確醫(yī)學在以下三種不同情況下鋪平道路。

       第一，基因測試可以識別那些風險基因型與市場上的藥物靶點有關(guān)的基因型。有遺傳風險的個體可能比沒有風險基因型的人對這種藥物的反應(yīng)更好。如果相當大比例的疾病是由這種風險等位基因引起的，針對該基因的療法將可能是成功的。雖然已知哮喘基因變異在人群水平上能夠解釋哮喘的比例很小，但尚不清楚這些變異及其相互作用在個體水平上的重要性；需要進行干預(yù)研究來解決這個問題。

       第二，哮喘風險等位基因也可能與生物標記物（如細胞因子或可溶性受體）相連，這些生物標記物可作為選擇潛在應(yīng)答者的標記物。例如，編碼IL-33受體IL1RL1的基因中的哮喘風險變體與肺和血清中較低濃度的可溶性受體蛋白IL1RL1-a有關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)可能表明，低濃度IL1RL1-a的個體對抗IL-33–IL1RL1治療有反應(yīng)，這有待進一步研究。

       第三，對哮喘患者亞組的基因研究可能揭示出對該亞組很重要的基因變異，如兒童哮喘、嗜酸性哮喘或中重度哮喘患者。在這種表型驅(qū)動的方法中，針對這些表型特異基因的藥物可能對這些患者亞群有效。

       除了遺傳學，許多因素可能最終決定治療反應(yīng)。個體間和個體內(nèi)治療反應(yīng)的這種差異可能是由于不同的因素造成的，如時間特異性和組織特異性表觀遺傳效應(yīng)、主要的免疫炎癥途徑、重塑組織的貢獻以及靶點藥物的局部效應(yīng)和濃度。此外，環(huán)境因素如吸煙、過敏原暴露、營養(yǎng)或微生物因素可能與遺傳因素相互作用，從而影響哮喘的臨床特征、病程和治療反應(yīng)。

       盡管在過去的幾年里已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多新的哮喘靶基因，但一個重要的問題仍然存在：醫(yī)學和科學領(lǐng)域如何利用這些見解來開發(fā)新的藥物或重新利用現(xiàn)有治療哮喘的藥物？最近在哮喘基因變異鑒定方面的進展指出了許多有趣的藥物靶點，包括經(jīng)典的表面受體。此外，利用基于基因組學的藥物重新定位，如現(xiàn)有的藥物olamkicept和inarigivir soproxil，可能會被用于哮喘患者的臨床研究。

       研究指出，目前的回顧和分析受到在歐洲血統(tǒng)人群研究中占主導地位的限制，迫切需要對其他種族的人群進行更多的研究。更重要的是，對于許多哮喘基因來說，相關(guān)的途徑研究是缺失的，因為功能證據(jù)的出現(xiàn)滯后于基因發(fā)現(xiàn)。整合基因發(fā)現(xiàn)、功能證據(jù)和治療干預(yù)的多學科研究可能為開發(fā)急需的哮喘治療方法提供一條前進的道路。

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