Муковисцидоз (МВ) - одно из самых распространенных генетических заболеваний. Этим заболеванием во всем мире страдают около 70 000 человек.
МВ вызывается мутациями в гене трансмембранного регулятора муковисцидоза человека (CFTR). У пациентов с МВ было выявлено более 2000 мутаций. Мутации CFTR вызывают физиологические изменения, которые приводят к хроническим легочным инфекциям, основным виновником которых является необычный фенотип Pseudomonas aeruginosa, называемый "мукоидным".
На протяжении десятилетий хроническая легочная инфекция прямо или косвенно была причиной 70% преждевременных смертей при муковисцидозе. Однако эпохальное открытие гена CFTR в 1989 году привело к разработке малых молекул, которые могут модулировать активность CFTR. Одобрение в 2019 году препарата Трикафта на основе малых молекул дало надежду на увеличение продолжительности жизни пациентам с муковисцидозом . Этот пероральный препарат изменяет активность аберрантных белков CFTR у 90% больных муковисцидозом. Он назначается дважды в день либо в виде гранул для детей 2-6 лет, либо в виде таблеток для детей старше 6 лет. Он хорошо переносится, но может иметь токсичность в отношении печени и широкий спектр лекарственных взаимодействий.
Патофизиология заболевания легких при МВ
Эпителий дыхательных путей служит жизненно важным барьером между организмом и внешним миром, защищая от вдыхаемых частиц, химических веществ, аллергенов и патогенов. Вдыхаемые вещества задерживаются в секретируемой слизи и удаляются из дыхательных путей посредством процесса, известного как мукоцилиарный клиренс (МЦК), при котором подвижные реснички координированно движутся, перемещая частицы вверх и наружу из дыхательных путей. Правильное увлажнение эпителия дыхательных путей и вышележащего слоя слизи является ключом к продуктивному МЦК.
Ген CFTR кодирует эпителиальный ионный канал, который проводит хлорид (Cl-) и бикарбонат (HCO3) из эпителиальных клеток в просвет дыхательных путей. Вода следует за этими молекулами, увлажняя поверхностный слой дыхательных путей (ПСД) и слой слизи, покрывающий эпителий дыхательных путей. При МВ отсутствие или дисфункция CFTR приводит к обезвоживанию ПСД и накоплению густой, липкой слизи, которая не может быть перемещена МЦК. Патогены задерживаются в этих аномальных легочных выделениях, что приводит к хронической инфекции и постоянному воспалению.
Основным возбудителем хронической легочной инфекции у пациентов с МВ является мукоидная Pseudomonas aeruginosa (PA), которая разрастается в виде "микроколоний" в дыхательных путях при МВ. Эти микроколонии состоят из грамотрицательных бацилл, заключенных в полисахарид альгинат и объединенных в биопленки. Альгинат придает колониям мукоидный вид.
Мукоидные PA рефрактерны к МЦК, фагоцитозу и антимикробной терапии, что позволяет развиться хронической инфекции, часто приводящей к хроническому воспалению. Эта комбинация вызывает прогрессирующее повреждение легочной архитектуры, что приводит к постоянному ухудшению функции легких. В течение нескольких лет это в конечном итоге приводит либо к трансплантации легких, либо к смерти.
Другие важные патогены, встречающиеся при хронических инфекциях легких при МВ, включают Staphylococcus aureus (особенно метициллин-устойчивые штаммы), бактерии комплекса Burkholderia cepacia, бактерии комплекса Mycobacterium abscessus и грибок Aspergillus fumigatus. Пациенты с муковисцидозом также подвержены острым инфекциям респираторными вирусами, такими как респираторно-синцитиальный вирус и грипп, хотя влияние вирусов на хронические бактериальные инфекции менее очевидно. Интересно, что COVID-19 не был значительной причиной заболеваемости и смертности при муковисцидозе, при этом легкая форма заболевания является нормой.
Лечение заболевания легких при МВ
Низкомолекулярные модуляторы CFTR
Ландшафт лечения МВ резко изменился с разработкой молекулярных модуляторов CFTR, которые устраняют основную причину заболевания путем коррекции сворачивания белка, его транспортировки, функции или стабильности. Это приводит к улучшению МЦК, ограничению хронической инфекции, особенно из-за мукоидных PA. Первый модулятор CFTR, Kalydeco, был одобрен в 2012 году для лечения пациентов с муковисцидозом, несущих по крайней мере 1 копию варианта G551D. Kalydeco обладает высокой эффективностью, спасая около 11% легочной функции, измеряемой как форсированный объем выдоха за 1 секунду, или FEV1. Тем не менее, только ~4% больных МВ имели возможность такой терапии, исходя из критериев генотипа, которые были установлены изначально.
Следующий большой прорыв произошел в 2015 году, когда препарат Orkambi был одобрен для пациентов с муковисцидозом, имеющих 2 копии варианта F508del. F508del - наиболее распространенный вариант CFTR, поэтому он охватывает около 50% популяции больных МВ. Однако Orkambi оказался менее эффективным, чем Kalydeco, спасая только ~3% легочной функции в клинических испытаниях в 2017 году. Благодаря исследованиям функции CFTR in vitro, право на применение Kalydeco было расширено за счет включения 23 относительно редких вариантов CFTR, что позволило распространить лечение модулятором еще на 6% пациентов.
Затем в 2018 году был одобрен препарат Symdeco, показавший незначительные улучшения по сравнению с Orkambi. И наконец, в 2019 году был одобрен препарат-блокбастер Трикафта для пациентов, несущих хотя бы 1 копию F508del, наиболее часто встречающегося варианта, охватывающего ~80% популяции больных МВ. Более того, Трикафта является самым эффективным модулятором CFTR, разработанным на сегодняшний день, корректируя ~14% легочной функции в ходе испытаний.
В целом модуляторы CFTR оказались чрезвычайно успешными в увеличении продолжительности и улучшении качества жизни 90% больных муковицидозом, но разработка терапии для оставшихся 10% оказалась сложной задачей. В этой группе имеется широкий спектр исключительно редких вариантов CFTR. Фактически, более 1200 вариантов CFTR встречаются у 5% или менее пациентов во всем мире. Для этих пациентов клинические испытания с хорошей эффективностью никогда не будут возможны. В эту группу также входят варианты CFTR, вызывающие преждевременную терминацию кодонов, которые практически не производят белок CFTR и, следовательно, не являются мишенью для лекарственных препаратов. По мере того, как наука переключает свое внимание на длинный список редких, не поддающихся лечению вариантов CFTR, становится ясно, что для распространения лечения, меняющего жизнь, на всех пациентов с муковисцидозе потребуется новый подход к проектированию и разработке лекарств.
Мобилизация секрета дыхательных путей
До появления модуляторов CFTR лечение пациентов с МВ было направлено на мобилизацию секрета дыхательных путей, уничтожение бактериальных патогенов и лечение легочных обострений. Поскольку густые слизистые выделения в дыхательных путях при МВ являются идеальной средой обитания для некоторых бактерий, таких как P. aeruginosa и S. aureus, мобилизация и очищение секретов дыхательных путей является важным методом лечения муковисцидозе.
В течение многих лет стандартным методом лечения было перкуссия спины и груди больного муковисцидозе членом семьи для мобилизации густых, липких слизистых выделений. Более современный подход к этому лечению требует, чтобы пациент носил осциллирующий жилет, который мобилизует выделения. После физиотерапии грудной клетки пациент обычно использует небулайзер для введения препаратов, включая ДНКзу и гипертонический солевой раствор, что делает слизь менее липкой, более водянистой и облегчает отхаркивание.
Антимикробное уничтожение Pseudomonas aeruginosa
Для предотвращения развития хронической инфекции PA эрадикационная терапия с использованием аэрозольных антимикробных препаратов стала стандартом лечения пациентов с МВ, при этом наиболее часто используемым антимикробным препаратом является тобрамицин. Однако термин "эрадикация" в некоторой степени неверен, поскольку основная цель этой стратегии - отсрочить начало хронической инфекции. Снижение распространенности P. aeruginosa при муковисцидозе предполагает, что этот подход, наряду с генетическими модификаторами, отсрочил развитие инфекции.
Терапия легочных обострений
Продолжительность и качество жизни при муковисцидозе зависят от частоты легочных обострений. Это острое проявление хронических легочных инфекций, характеризующееся лихорадкой, усилением кашля, выделения мокроты и частоты дыхания, потерей веса и снижением дыхательной функции, измеряемой с помощью спирометрии. Больные с частыми обострениями, как правило, чаще госпитализируются, имеют более низкое качество жизни и меньшую продолжительность жизни.
Обострения обычно лечат 2-3 внутривенными антимикробными препаратами в течение 14 дней. Эта терапия не "лечит" инфекцию. Скорее, оно уменьшает клинические симптомы и может частично восстановить функцию легких. Однако после развития хронической инфекции повреждение архитектуры легких становится неотвратимым, что в конечном итоге приводит к пересадке легких или смерти в течение нескольких лет или десятилетий.
Когда будет найдено лекарство от заболевания легких при МВ?
Обнаружение гена CFTR в 1989 году породило надежду на то, что генная терапия сможет успешно обратить вспять генетический дефект в этом гене. Проведенное в 1995 году клиническое испытание по переносу нормального гена CFTR в клетки носового эпителия с помощью аденовирусного вектора оказалось безуспешным. После этого были проведены многочисленные испытания, но ни одно из них не принесло значительного успеха.
Двойная трансплантация легких является доказанным "лекарством" от болезни легких при МВ. Впервые широко применявшаяся в 1990-х годах, средняя продолжительность жизни реципиентов трансплантатов МВ неуклонно росла и к 2018 году достигла 9,5 лет. Однако, по данным реестра пациентов с МВ в США за 2021 год, осложнения после трансплантации легких уступают в качестве причины смерти только хронической легочной инфекции. С широкой доступностью тройных модуляторов CFTR количество трансплантаций легких при МВ резко сократилось. Очевидно, что модуляторы CFTR являются лучшим вариантом, чем трансплантация легких при МВ, в лечении большинства пациентов с муковисцидозе.
Успех высокоэффективных модуляторов CFTR подчеркивает важность устранения основной причины МВ. Хотя модуляторы действуют на белковом уровне, для долгосрочного излечения потребуется искать генетический дефект на уровне ДНК. Теоретически, это может быть достигнуто одним из трех подходов:
- Редактирование мутантной последовательности CFTR in vivo (т.е. редактирование генов).
- Доставка и интеграция нормальной последовательности CFTR (т.е. генная терапия).
- Доставка и интеграция клеток, несущих нормальную последовательность CFTR (т.е. клеточная терапия).
Самым большим препятствием, с которым сталкивается каждый из трех подходов, является доставка. Эпителий дыхательных путей выполняет жизненно важную защитную роль, не допуская попадания инородных частиц в организм человека. К сожалению, эти механизмы не могут отличить вредные вдыхаемые частицы от тех, которые доставляются с терапевтической целью. Таким образом, слизь дыхательных путей и МЦК представляют собой серьезный барьер для эффективной доставки векторов редактирования генов, генной терапии или клеточной терапии. Для успешной коррекции или замены генов необходимо разработать методы безопасного и длительного преодоления эпителиального барьера дыхательных путей.
