成功治療疑難自身炎癥性疾病，浙大周青/俞曉敏團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)靶向新藥物

▎藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)編輯

自身炎癥性疾病（autoinflammatory disease）是由先天性免疫介導(dǎo)的一類罕見(jiàn)疾病，臨床特征有異常增高的炎癥反應(yīng)、復(fù)發(fā)性的系統(tǒng)炎癥。

(資料圖片僅供參考)

目前已知，遺傳因素在自身炎癥性疾病的發(fā)生中起著重要作用。過(guò)去20多年，隨著人類基因組學(xué)和免疫學(xué)知識(shí)的不斷完善，以及新一代測(cè)序技術(shù)手段的支撐，自身炎癥性疾病的研究飛速發(fā)展?？茖W(xué)家們能夠鑒定出導(dǎo)致不同自身炎癥性疾病的遺傳變異，為臨床治療和基因檢測(cè)提供寶貴的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

日前，浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院周青課題組、浙江大學(xué)良渚實(shí)驗(yàn)室俞曉敏課題組聯(lián)合溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院兒童風(fēng)濕科鄭雯潔主任，在學(xué)術(shù)期刊Immunity上發(fā)表論文，首次報(bào)道了一種導(dǎo)致自身炎癥性疾病的新遺傳變異，并基于所揭示的發(fā)病機(jī)制指導(dǎo)治療方案，取得了極佳的治療效果。不僅如此，研究團(tuán)隊(duì)還根據(jù)新發(fā)現(xiàn)的這一突變，設(shè)計(jì)出一種可加速抑制炎癥的靶向新藥，有望用于多種炎癥性疾病的治療。

周青課題組長(zhǎng)期收集未能明確診斷的自身炎癥性疾病病例，通過(guò)全外顯子測(cè)序和生物信息學(xué)分析鑒定致病突變。本次研究中，他們?cè)\斷的一名患兒自出生起反復(fù)關(guān)節(jié)腫痛10余年，綜合各項(xiàng)臨床表征和實(shí)驗(yàn)室生化檢測(cè)，患兒前期被診斷為慢性復(fù)發(fā)性多灶性骨髓炎（CRMO），但始終未找到有效的治療方案。

而根據(jù)患兒及其家系的全外顯子測(cè)序結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，患者編碼I型白細(xì)胞介素1受體（IL-1R1）的基因攜帶一個(gè)過(guò)去未知的錯(cuò)義突變p.Lys131Glu（K131E），導(dǎo)致一個(gè)位點(diǎn)上賴氨酸變?yōu)楣劝彼帷＿M(jìn)一步Sanger測(cè)序驗(yàn)證，患兒為IL1R1雜合突變。

▲IL-1R1 K131E突變患者的臨床和實(shí)驗(yàn)室表型（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

白細(xì)胞介素1（IL-1）信號(hào)通路是機(jī)體調(diào)控炎癥和免疫反應(yīng)最關(guān)鍵的通路之一，它的異常激活會(huì)導(dǎo)致一系列炎癥性疾病。而IL-1R1是細(xì)胞膜上傳遞IL-1信號(hào)的中樞受體，其胞外段識(shí)別結(jié)合促炎因子IL-1α或IL-1β后，將信號(hào)傳遞進(jìn)胞內(nèi)，驅(qū)動(dòng)下游信號(hào)通路的激活。

研究人員從患者全血中分別分離出血清和外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMCs）進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)血清中促炎細(xì)胞因子（如IL-1β、IL-6、IL-8等）顯著升高，PBMCs中顯示出強(qiáng)烈的炎癥，特別是單核細(xì)胞。相比于健康對(duì)照，患者的PBMCs中有一群異常擴(kuò)增的細(xì)胞簇，經(jīng)分析后標(biāo)注為低密度粒細(xì)胞（low density of granulocytes，LDGs)，是IL1R1突變患者炎癥發(fā)生的重要效應(yīng)細(xì)胞，這也提示該群細(xì)胞極有可能成為日后治療該疾病的靶細(xì)胞。

為了進(jìn)一步弄清楚IL1R1突變導(dǎo)致炎癥發(fā)生的分子機(jī)制，作者通過(guò)蛋白結(jié)構(gòu)模擬、分子動(dòng)力學(xué)分析和一系列體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，由于錯(cuò)義突變影響了一個(gè)帶正電荷的關(guān)鍵氨基酸，IL-1R1與其拮抗劑配體IL-1Ra的結(jié)合被破壞，導(dǎo)致IL-1信號(hào)通路持續(xù)不受控地激活，引起自身炎癥反應(yīng)。

▲結(jié)構(gòu)模擬、Fold-X預(yù)測(cè)和一系列生化實(shí)驗(yàn)證明，只有當(dāng)K131位點(diǎn)發(fā)生電荷翻轉(zhuǎn)時(shí)（突變成谷氨酸E或天冬氨酸D），IL-1R1與IL-1Ra的結(jié)合受到抑制（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，基于同源突變構(gòu)建的小鼠表現(xiàn)出與患者類似的高炎癥，且對(duì)膠原抗體誘導(dǎo)的類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎比野生型更為敏感，表型更嚴(yán)重，伴隨著病理性的破骨細(xì)胞異常分化。

依據(jù)這一系列的實(shí)驗(yàn)，研究作者將新發(fā)現(xiàn)的IL-1R1 K131E突變確認(rèn)為患者致病的原因，并將這種自身炎癥性疾病命名為L(zhǎng)oss of IL-1R1 Sensitivity to IL-1Ra ，簡(jiǎn)稱LIRSA。

與此同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)這一突變只破壞IL-1R1與IL-1Ra的結(jié)合，而不影響其與IL-1α/β結(jié)合。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明靶向IL-1β或靶向IL-1R1的單抗能抑制患者的PBMCs的炎癥水平。

為此，研究人員提出了靶向IL-1β的卡那奴單抗（canakinumab）的治療方案。令人欣喜的是，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的治療，患者體內(nèi)炎癥得到有效控制，骨髓炎表型得到明顯緩解，患者行動(dòng)能力和生活質(zhì)量顯著提高。

基于K131E突變的機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步設(shè)計(jì)出一種新的IL-1抑制劑rilabnacept，巧妙地結(jié)合新發(fā)現(xiàn)的K131E突變?cè)O(shè)計(jì)融合蛋白，既能特異性結(jié)合IL-1α和IL-1β，同時(shí)與IL-1Ra的親和力低，可保持其在體內(nèi)抑制IL-1的功能，因此能夠更有效治療IL-1驅(qū)動(dòng)的疾病。

▲研究示意圖（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

周青實(shí)驗(yàn)室的王宇沙博士、王俊博士，溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院兒童風(fēng)濕科的鄭雯潔主任為論文的共同第一作者，浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院周青教授和浙江大學(xué)良渚實(shí)驗(yàn)室俞曉敏研究員為共同通訊作者。該研究主要受國(guó)家自然科學(xué)基金，浙江大學(xué)百人計(jì)劃，浙江大學(xué)創(chuàng)新2030計(jì)劃，博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃，中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

周青實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)在自身炎癥性疾病的研究中取得了一系列學(xué)術(shù)成果（Nature 2020; Annals of the Rheumatic Diseases 2022；Immunity 2023）。實(shí)驗(yàn)室目前有多個(gè)方向的課題正在展開(kāi)，誠(chéng)招相關(guān)專業(yè)博士后。

詳細(xì)招聘信息見(jiàn)：

https://person.zju.edu.cn/zhouqing#944033

題圖來(lái)源：123RF

參考資料：

[1] Wang et al., Identification of an IL-1 receptor mutation driving autoinflammation directs IL-1-targeted drug design, Immunity (2023), https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.05.014

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