基于结构导向的新型CFTR校正剂组合策略显著提升F508del-CFTR气道上皮细胞功能

【编辑推荐】针对F508del-CFTR突变导致的囊性纤维化（CF）治疗瓶颈，研究人员通过计算机辅助设计与分子建模开发新型校正剂（a-c系列），证实7a+1b与2a+2b组合可协同作用于CFTR不同结构域（NBD1/MSD2），在CFBE细胞和原代鼻上皮细胞中实现功能恢复效果超越VX-809/VX-445，为优化CFTR三联疗法提供新思路。

　　

囊性纤维化（CF）这个被称为"最致命遗传病之一"的顽疾，其核心问题源于CFTR（囊性纤维化跨膜传导调节因子）基因突变导致的氯离子通道功能异常。在众多突变类型中，F508del（第508位苯丙氨酸缺失）堪称"头号通缉犯"——它导致CFTR蛋白错误折叠，引发加工、运输和稳定性三重缺陷。虽然现有药物组合（如VX-661+VX-445+VX-770）已取得突破，但仍有约10%患者响应不佳，这促使科学家们持续寻找更高效的校正方案。

来自意大利热那亚大学（University of Genoa）等机构的研究团队另辟蹊径，采用"结构导向+组合拳"策略，通过计算机模拟与分子对接技术，设计出靶向CFTR不同结构域的新型校正剂。这项发表在《Biochemical Pharmacology》的研究揭示：精心设计的a（II类）、b（I类）、c（双功能）三个系列化合物中，7a+1b与2a+2b组合能产生"1+1>2"的协同效应，在原代鼻上皮细胞中将F508del-CFTR功能恢复至接近野生型水平。

研究人员运用四大关键技术：1）基于CFTR晶体结构的分子对接模拟（重点分析NBD1:ICL4界面）；2）FMP（荧光膜电位）检测系统定量评估氯离子通道活性；3）F508del-CFTR稳定表达的CFBE41o-细胞模型；4）来自CF患者的原代鼻上皮细胞验证。这些方法构建了从计算机预测到临床前验证的完整研究链条。

【设计新型噻唑类CFTR调节剂】

通过分析VX-809等已知校正剂的药效团特征，团队设计出三类化合物：a系列靶向NBD2（II类），关键结合位点涉及Gln1291/Val1288；b系列作用于NBD1-MSD1/2界面（I类），与Met152/Phe191等残基相互作用；c系列创新性整合双功能（如2c）。分子动力学模拟显示，1b能稳定NBD1的α-螺旋结构，而7a通过与MSD2的氢键网络增强整体稳定性。

【体外功能验证】

在CFBE细胞中，14个化合物有8个展现校正活性，其中1a、2a、7a（II类）和1b-3b（I类）效果显著。特别值得注意的是，7a（10μM）单用即可达到VX-445（5μM）80%的活性，而1b（10μM）与VX-809（3μM）效果相当。在原代鼻上皮细胞中，7a+1b组合使F508del-CFTR功能恢复达到野生型的42%，显著优于VX-809+VX-445组合（35%）。

【机制解析】

通过温度跳跃实验和蛋白酶敏感性分析，证实7a主要稳定MSD2-NBD2界面，而1b作用于NBD1的β-亚结构域。两者联用可协同改善：1）内质网加工效率（Western blot显示成熟带C增加2.3倍）；2）质膜稳定性（表面生物素化检测显示半衰期延长至8.5小时）；3）通道开放概率（单通道记录显示Po提高至0.32±0.04）。

这项研究开创性地证明：通过精准靶向CFTR不同结构域（NBD1/MSD2）的校正剂组合，可突破现有三联疗法的效果天花板。特别值得关注的是，7a+1b组合在患者来源原代细胞中的卓越表现，为开发下一代CF治疗策略提供了黄金组合模板。研究者提出的"结构域协同靶向"理念，不仅适用于CFTR，也为其他多结构域蛋白缺陷疾病的药物开发指明新方向。正如通讯作者Olivia Livraghi强调的："我们正从‘盲目组合’迈向‘理性设计’的新纪元。"