ETI治疗后痰中性粒细胞弹性蛋白酶仍高表达的囊性纤维化患者肺功能更差且气道呈促炎微环境

《Scientific Reports》：People with cystic fibrosis with high sputum neutrophil elastase on elexacaftor-tezacaftor-ivacaftor exhibit worse pulmonary function and pro-inflammatory airway milieu

本研究针对高效CFTR调节剂ETI治疗后炎症控制的不确定性，通过对接受ETI治疗与未治疗CF患者痰液的多组学分析，发现ETI治疗组存在痰中性粒细胞弹性蛋白酶活性的双峰分布。高NE活性亚组表现出更低的肺功能、更高的促炎因子水平及与中性粒细胞活化相关的代谢紊乱，提示靶向中性粒细胞的辅助疗法可能提升ETI疗效。

　　

囊性纤维化（Cystic Fibrosis, CF）是一种由CFTR基因突变引起的遗传性疾病，其特征之一便是气道内持续的 neutrophilic inflammation（中性粒细胞炎症）。随着高效CFTR调节剂 elexacaftor-tezacaftor-ivacaftor（ETI，商品名 Trikafta/Kaftrio）的应用，大多数CF患者的肺功能得到了显著改善。然而，ETI在控制气道炎症方面的效果仍不完全清楚。一些研究表明，ETI能降低痰液中 neutrophil elastase（NE，中性粒细胞弹性蛋白酶）和某些炎症因子水平，但患者对治疗的反应存在明显的异质性。这种异质性可能源于患者疾病状态的差异，尤其是那些即使接受ETI治疗后仍保持高NE活性的患者，其炎症负担和肺功能改善程度可能受限。因此，识别ETI治疗后的不同反应亚群，并探究其潜在的分子机制，对于实现个体化治疗、最大化ETI疗效具有重要意义。

为深入探究这一问题，由 Alexandre Cammarata-Mouchtouris 和 Diego Moncada Giraldo 作为共同第一作者，Rabindra Tirouvanziam 和 Joshua D. Chandler 作为共同资深作者领导的研究团队，在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究。他们通过对临床稳定的CF患者痰液样本进行 cross-sectional（横断面）分析，比较了接受ETI治疗与未接受高效调节剂治疗（NoHEMT）的患者，并重点关注了ETI治疗组内基于痰NE活性的亚组差异。

本研究的关键技术方法包括：收集41名临床稳定CF成人患者的自发咳痰样本，进行痰液上清液分离；使用FRET探针NEmo-1检测游离NE活性，Amplex Red法检测MPO活性；利用Meso Scale Diagnostics的U-PLEX多重免疫分析和ELISA定量20种免疫介质；采用基于液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）的非靶向代谢组学分析痰液上清液中的小分子代谢物；并从电子病历中回顾性提取和分析患者肺功能（ppFEV₁）数据。

研究结果

ETI治疗组与未治疗组炎症谱差异有限，但ETI组内NE活性呈双峰分布

研究人员首先比较了ETI治疗组（n=30）和未接受任何高效调节剂治疗组（NoHEMT, n=9）的痰液炎症指标。除了在ETI治疗组痰液中预期检测到ETI的成分 ivacaftor 和 tezacaftor（未检测到 elexacaftor）外，多重比较校正后，两组在18种免疫介质和380种可注释代谢物水平上均未发现显著差异。然而，痰NE活性在ETI治疗组中显著低于NoHEMT组，但这种差异主要由ETI治疗组内部明显的双峰分布所驱动：约43%（13/30）的ETI治疗者痰NE活性较低（NELo，中位数83.2 ng/mL），而其余57%则保持较高水平（NEHi，中位数1415.3 ng/mL）。MPO活性在两组间无显著差异。

NEHi亚组表现出更强的髓过氧化物酶活性、促炎细胞因子谱和独特的代谢特征

基于NE活性的双峰分布，研究人员将ETI治疗者进一步分为NEHi和NELo两个亚组进行深入比较。结果显示，NEHi亚组的MPO活性显著高于NELo亚组。在免疫介质方面，NEHi亚组表现出广泛的促炎状态，其中7种介质（G-CSF, IFN-γ, IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10, M-CSF, TNF-α, VEGF-A）水平显著升高，而3种CXC家族趋化因子（CXCL5, CXCL10, CXCL11）水平显著降低，提示炎症反应的重编程。代谢组学分析进一步揭示了NEHi亚组的显著特征：在107种存在显著差异的代谢物中，所有代谢物在NEHi亚组均呈上调趋势。通路分析显示，这些代谢物显著富集于嘌呤代谢、支链氨基酸/精氨酸/苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成以及烟酸盐和烟酰胺代谢等通路。特别值得注意的是，NEHi亚组痰液中出现了与中性粒细胞活动密切相关的代谢变化，包括嘌呤降解产物增多、蛋白水解相关分子（如必需氨基酸、N-乙酰化氨基酸、二肽glycylleucine）水平升高，以及甲硫氨酸氧化产物（如methionine sulfoxide）的增加，这些都强烈提示NEHi亚组存在更严重的中性粒细胞驱动的蛋白水解和氧化应激。

NEHi亚组的肺功能较差且在ETI治疗前后持续存在

对患者 demographics（人口统计学）和临床特征的分析发现，NEHi亚组中女性比例显著高于NELo亚组。此外，NEHi亚组在痰液培养中显示出更高的 Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）检出趋势，而NELo亚组则更常见 Staphylococcus aureus（金黄色葡萄球菌）。最为关键的是，回顾性肺功能分析显示，NEHi亚组的 percent predicted forced expiratory volume in one second（ppFEV₁，一秒用力呼气容积占预计值百分比）在ETI治疗开始前数年就已显著低于NELo亚组。尽管ETI治疗后两组患者的肺功能均有改善，但NEHi亚组的ppFEV₁在整个三年随访期内始终低于NELo亚组，尽管到第三年时差距有所缩小。两组在ETI治疗后的年肺功能改善幅度相对一致。

研究结论与意义

本研究通过精细的多组学分析揭示，在接受ETI治疗的CF成人患者中，存在一个以痰NE活性持续升高为特征的亚群（NEHi）。该亚群不仅表现出更严重的局部气道炎症（反映在更高的MPO活性、促炎细胞因子水平以及中性粒细胞相关的代谢紊乱），而且其较差的肺功能状态在ETI治疗前就已存在，并在治疗后长期持续。这表明，尽管ETI疗法能普遍改善肺功能，但对于治疗前即存在高炎症负担的患者，其疗效可能受到一定限制。NEHi亚组中女性占比较高，这与既往观察到的CF女性患者预后较差的临床现象相吻合，提示性别可能是影响治疗反应的重要因素。

该研究的发现具有重要的临床意义。首先，它强调了在ETI时代对CF患者进行炎症表型分层的重要性。痰NE活性等生物标志物有助于识别那些可能从ETI中获得最大收益但仍受持续炎症困扰的患者。其次，研究结果强烈支持针对NEHi患者开发和应用辅助疗法的必要性，例如靶向中性粒细胞本身或其效应机制（如NE或MPO活性）的抗炎策略，或更积极地管理铜绿假单胞菌等特定病原体感染，以期最终使所有符合条件的CF患者都能从ETI治疗中获得均等且最大化的益处。这项研究为未来开展个体化、精准化的CF治疗提供了重要的理论依据和潜在的干预靶点。