VX-445通过直接抑制KCa3.1通道抑制支气管上皮细胞氯离子分泌的机制研究及其在囊性纤维化治疗中的意义

本研究揭示了CFTR(囊性纤维化跨膜传导调节因子)校正剂VX-445(elexacaftor)通过直接抑制钙激活钾通道KCa3.1(KCNN4)而抑制支气管上皮细胞氯离子分泌的新机制。研究人员发现VX-445可显著抑制野生型和F508del突变CFTR表达的人支气管上皮细胞(HBEs)中forskolin和DCEBIO刺激的跨上皮氯离子分泌，这一发现为理解CFTR校正剂治疗的副作用提供了新见解，对优化囊性纤维化(CF)治疗方案具有重要意义。

　　

囊性纤维化(CF)是一种危及生命的遗传性疾病，全球约10万人受累。该病主要由CFTR基因突变引起，导致上皮细胞氯离子、碳酸氢根离子和钠离子转运异常，最显著的表现是肺部病变。虽然近年来CFTR调节剂疗法如Trikafta?(包含elexacaftor/VX-445、tezacaftor和ivacaftor)显著改善了患者预后，但部分患者仍出现疗效差异和不良反应，其机制尚不清楚。

美国匹兹堡大学细胞生物学系Daniel C. Devor团队联合AbbVie公司研究人员在《PNAS Nexus》发表的研究揭示了VX-445抑制氯离子分泌的新机制。令人意外的是，研究发现这种CFTR校正剂会直接抑制钙激活钾通道KCa3.1，从而降低氯离子分泌的驱动力。这一发现为理解CFTR调节剂的复杂作用机制和不良反应提供了重要线索。

研究主要采用Ussing室短路电流测量和膜片钳电生理技术。使用来自13名野生型和5名F508del突变CFTR患者的人支气管上皮细胞(HBEs)作为研究模型，通过全细胞和内膜向外膜片钳记录分析离子通道活性。HEK细胞异源表达系统用于研究特定钾通道亚型。

研究结果部分，"Effect of VX-445 on forskolin- and DCEBIO-induced I_eq in WT CFTR and F508del CFTR HBEs"显示，VX-445(10μM)可显著抑制forskolin刺激的野生型HBEs氯离子分泌(47±2%)和DCEBIO刺激的电流(54±2%)。在经VX-445/VX-661校正的F508del CFTR HBEs中也观察到类似抑制(64±2%)。

"Effect of K⁺ channel inhibitors following VX-445 inhibition of I_sc in WT CFTR HBEs"部分证实，VX-445的抑制作用并非通过激活顶端BK_Ca通道，而是与KCa3.1抑制相关。TRAM-34(选择性KCa3.1抑制剂)在VX-445处理后不再引起额外电流抑制，表明VX-445和TRAM-34作用于同一靶点。

"Inhibition of endogenous and heterologous KCa3.1 currents by VX-445"通过电生理实验直接证明VX-445抑制KCa3.1。全细胞记录显示VX-445抑制87±4%的内源性KCa3.1电流。内膜向外记录测得VX-445对KCa3.1的抑制常数K_i为8.0±2.0μM。研究还发现其他C2校正剂VX-121和VX-659也抑制KCa3.1，而C1校正剂VX-661和VX-809无此作用。

"Effects of C2 Correctors on HEK cells heterologously expressing KCa2.X(SK) Channels"显示VX-659对KCa2.3(K_i=1.1μM)和KCa2.2(K_i=1.9μM)也有较强抑制作用，而VX-445对这些通道抑制较弱，表明C2校正剂对钙激活钾通道家族成员具有不同选择性。

研究讨论指出，VX-445在患者血浆和鼻上皮细胞中达到的浓度(6-15μM)与其对KCa3.1的抑制浓度相当，这可能部分解释了临床观察到的疗效差异。KCa3.1在血管内皮中表达并参与血压调节，其抑制可能导致报道的高血压副作用。同时，KCa2.x通道在中枢神经系统功能中起重要作用，其抑制可能与精神症状相关。

这项研究首次揭示CFTR校正剂对钙激活钾通道家族的广泛作用，为理解CFTR调节剂治疗的复杂机制提供了新视角。研究建议未来开发选择性更高的CFTR校正剂，避免对KCa通道的脱靶效应，从而进一步优化囊性纤维化治疗效果并减少不良反应。这些发现不仅对囊性纤维化治疗有重要意义，也为理解其他离子通道调节药物的作用机制提供了参考。