Esc 肽及其衍生物：囊性纤维化肺病治疗的新希望

时间：2025年3月19日

来源：Cellular and Molecular Life Sciences

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研究针对囊性纤维化（CF）开展 Esc 肽研究，发现其可增强 CFTR 活性并抗假单胞菌，有望用于 CF 肺病治疗。

囊性纤维化（Cystic Fibrosis，CF）是一种严重的遗传疾病，它就像隐藏在人体基因里的 “定时炸弹”，时刻威胁着患者的健康。CF 由 CF 跨膜电导调节蛋白（CFTR）基因突变引起，CFTR 是一种控制氯离子（Cl^-）和碳酸氢根离子（HCO₃^-）跨黏膜转运的通道蛋白，对维持气道正常生理功能至关重要。当 CFTR 基因发生突变，就会导致离子转运异常，气道表面液体脱水，进而形成黏稠的黏液，这不仅影响了气道的正常功能，还为细菌滋生提供了温床，使得患者极易发生肺部感染，尤其是由铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）引起的感染，严重威胁患者生命健康。

目前，虽然已有一些 CFTR 调节剂在临床上应用，能够部分恢复缺陷 CFTR 的活性，但仍有部分患者无法得到有效治疗，肺部感染问题依旧严峻。因此，寻找更有效的治疗方法迫在眉睫。

来自意大利罗马第一大学、美国匹兹堡大学等多个机构的研究人员针对这一难题展开了深入研究。他们聚焦于 Esc 肽及其衍生物，发现这些物质不仅能够增强存在门控缺陷的 CFTR 的活性，还在模拟 CF 肺部疾病的条件下展现出了抗铜绿假单胞菌的活性。这一研究成果发表在《Cellular and Molecular Life Sciences》上，为 CF 肺病的治疗带来了新的希望。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：

电生理学实验：通过测量跨上皮电导（TEEC）、跨上皮电阻（TEER）和膜电流等指标，评估 CFTR 的活性，探究 Esc 肽及其衍生物对不同突变形式 CFTR 的影响。
分子动力学模拟：从原子层面研究 Esc 肽及其衍生物与 CFTR 核苷酸结合结构域（NBDs）的相互作用，深入了解其作用机制。
细胞实验：使用表达不同突变形式 CFTR 的细胞系，如 FRT 细胞和原代支气管上皮细胞，研究 Esc 肽及其衍生物对 CFTR 功能的影响。
动物模型：利用 β -ENaC 转基因小鼠模拟 CF 肺部疾病，评估 Esc 肽及其衍生物的体内抗菌活性和对肺部细菌负荷的影响。

研究结果如下：

设计新的 Esc 肽类似物：考虑到 d - phosphoEsc 肽在拯救 F508del - CFTR 活性方面的高效性，研究人员合成了含有不同氨基酸替代的 Esc 肽类似物，如 Esc_Glu - 17 和 Esc_Aib - 8 等，并对它们进行了后续研究。
肽对表达 F508del - CFTR 的 FRT 细胞的影响：通过 TEER 实验发现，Aib 携带的类似物在浓度为 10 μM 时，能使 CFTR 介导的电导比 FSK 处理的样本提高 2 倍，而 Glu 含有的肽则无明显变化。这表明 Aib 携带的类似物能有效改善 F508del - CFTR 的离子转运能力。
肽对原发性支气管上皮细胞的影响：在原发性纯合 F508del 和杂合 F508del/G542X 支气管上皮细胞中，除 Glu 含有的肽外，其他 Esc 肽异构体均能显著增加突变 CFTR 的活性，效果比 FSK 单独处理高 2 - 3 倍，证实了这些肽在原发性支气管上皮细胞中的 CFTR 增强作用。
肽对表达不同门控突变 CFTR 的 FRT 细胞离子电流的影响：对表达 G551D - CFTR 和 G1349D - CFTR 的 FRT 细胞进行 TEER 实验，发现 Aib - 8 等含 Aib 的类似物以及 Esc 肽和 d - phosphoEsc 异构体能够显著改善这两种 CFTR 突变体的活性，效果至少是 FSK 单独处理的 3 倍，表明这些肽对严重影响通道门控机制的 CFTR 变体有效。
作用机制研究：
- 膜片钳实验：在表达 G551D 或 G1349D - CFTR 的 FRT 细胞中进行膜片钳实验，发现添加肽后能引起大的外向电流，电流强度至少增加 2 倍，且在 CFTR 抑制后电流几乎恢复到添加肽之前的水平，证明肽诱导的电流增加是由 CFTR 激活引起的。
- 细胞内钙离子影响研究：通过 Fluo - 4 荧光探针实验，发现 Esc 肽及其类似物对细胞内钙离子浓度影响可忽略不计，排除了其通过激活钙依赖性氯离子通道来增加离子电流的可能性。
- 分子动力学模拟：研究发现 Esc 肽及其类似物与 CFTR 的 NBDs 结合位点主要位于 NBD1，靠近 NBD1/NBD2 结合界面。并且，与有增强活性的肽结合时，NBD1/NBD2 界面处 Ser605 和 Leu1367 的距离会增加，这可能有助于稳定 CFTR 通道的开放构象，从而增强离子电流。
抗菌和细胞毒性活性：对具有 CFTR 增强活性的肽进行抗菌活性测试，发现 Esc_Aib - 8 对革兰氏阴性菌表现出最强的抗菌活性，且是唯一对革兰氏阳性菌（包括金黄色葡萄球菌）有活性的肽。在生物膜实验中，Esc_Aib - 8 和 Esc 肽在 20 μM 浓度下能显著降低铜绿假单胞菌的数量，且对表达 F508del - CFTR 的人支气管上皮细胞无明显细胞毒性。
体内研究：在 β - ENAC 转基因小鼠中进行实验，发现 Esc_Aib - 8 和 Esc (1 - 21) - 1c 在降低肺部细菌负荷方面比临床使用的粘菌素更有效，即使在模拟 CF 样气道黏液阻塞的情况下，它们仍能保持抗菌活性。

研究结论和讨论部分表明，Esc 肽及其衍生物具有多方面的潜在治疗价值。它们不仅能够通过一种新的分子机制增强携带不同电导缺陷的 CFTR 的功能，还能在模拟 CF 肺部环境下保持抗菌活性，对原发性支气管上皮细胞的 CFTR 增强作用不受其 F508del 突变是纯合还是杂合的影响。这为开发新型多功能抗菌药物提供了重要依据，有望为 CF 肺病的治疗带来新的突破，无论是单独使用还是与现有调节剂联合使用，都可能为 CF 患者带来更好的治疗效果，改善患者的生活质量和预后。