藥物和基因治療角化異常遺傳性皮膚病的進(jìn)展

張建忠綜述 柏冰雪審校

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綜 述

藥物和基因治療角化異常遺傳性皮膚病的進(jìn)展

張建忠綜述 柏冰雪審校

角化異常；遺傳性皮膚??；臨床治療

角蛋白纖維是角質(zhì)功形成細(xì)胞主要結(jié)構(gòu)蛋白之一,維持細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)和功能。這些角蛋白纖維極易發(fā)生致病性突變導(dǎo)致遺傳性皮膚疾病。自1990年，第1例角蛋白基因[角蛋白5和14(keratin，K5和K14)]突變引起遺傳性皮膚疾病被發(fā)現(xiàn)，全世界的研究人員共同致力于疾病分子發(fā)病機(jī)制研究，促進(jìn)新療法不斷出現(xiàn)[1]。 尤其是小RNA干擾技術(shù)，剪接體反式剪接核酶、基因沉默等技術(shù)及動物模型、動物模型和體外實驗研究進(jìn)一步發(fā)展，幫助人們從臨床表現(xiàn)、超微結(jié)構(gòu)和分子遺傳學(xué)方面進(jìn)一步認(rèn)識疾病，為新的基因和藥物療法應(yīng)用和推廣奠定了基礎(chǔ)[2]?；蛑委熀退幬锇邢蛑委熁谶@些單基因遺傳疾病的發(fā)病機(jī)制，修復(fù)受損的細(xì)胞骨架，恢復(fù)皮膚功能，是治療角化異常遺傳性皮膚病比較有前景的治療策略。本綜述將總結(jié)和討論藥物、基因療法現(xiàn)狀和最新進(jìn)展，為臨床治療提供新的方法和途徑。

1 藥物療法

動物模型和體外實驗研究進(jìn)一步證實了角蛋白在疾病過程中發(fā)病機(jī)制[3]。通過研究發(fā)現(xiàn)角化異常遺傳性皮膚病分子機(jī)制為：(1)炎性反應(yīng)；(2)突變的角蛋白功能性缺陷；(3)分子伴侶蛋白、泛素和MAP激酶系統(tǒng)非正常調(diào)控，因此藥物開發(fā)從這方面入手,更容易取得理想效果。

1.1 調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)途徑 在角化異常遺傳性皮膚病中，角蛋白基因突變不僅會引起組織細(xì)胞脆弱,還會導(dǎo)致炎性細(xì)胞和免疫細(xì)胞的聚集，引起強(qiáng)烈炎性反應(yīng)。如K5基因敲除小鼠皮膚促炎細(xì)胞因子高表達(dá)。實驗還發(fā)現(xiàn)K5基因敲除小鼠給予生理濃度的多西環(huán)素不僅明顯減少炎性細(xì)胞因子IL-1b水平，控制炎性反應(yīng)，還會增加小鼠存活率。此外,多西環(huán)素還可以下調(diào)金屬蛋白酶13活性，阻止腫瘤壞死因子-α釋放[4]。因此多西環(huán)素類藥物可以作為治療角化異常遺傳性皮膚病一種方法。

1.2 誘導(dǎo)功能相似的角蛋白產(chǎn)生 異硫氰酸酯萊菔硫烷(SF)是一種出現(xiàn)于西蘭花和其他十字花科蔬菜小分子，可以提高抗癌治療效果，促進(jìn)Nrf2轉(zhuǎn)錄。在大皰性表皮松解(K14突變)動物模型實驗中發(fā)現(xiàn)，SF可以介導(dǎo)K16和K17高表達(dá)，彌補(bǔ)k14引起的功能性缺陷，有效控制起皰癥狀，恢復(fù)皮膚功能。研究還發(fā)現(xiàn)K16依賴于Nrf2轉(zhuǎn)錄因子的激活[5]，而K17可以提高谷胱甘肽水平,它們與MAP激酶作用聯(lián)系密切。目前具有生物活性SF已進(jìn)入I期臨床試驗，并未發(fā)現(xiàn)不良反應(yīng)。

K6a是先天性厚甲最常見的突變基因，研究表明如果藥物使K6a表達(dá)下調(diào)，就會起到治療作用。降膽固醇的他汀類藥物可以通過異戊二烯通路，抑制HMG-coA活性，降低K6a表達(dá)，增強(qiáng)其他角蛋白表達(dá)[6]。大環(huán)內(nèi)酯類或西羅莫司、雷帕霉素和他汀類藥物可以選擇性地下調(diào)K6a表達(dá)，促進(jìn)代償?shù)鞍赘弑磉_(dá)，修復(fù)受損細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)。藥物開發(fā)基于角蛋白這種生物活性，扭轉(zhuǎn)角蛋白缺陷引起角質(zhì)形成細(xì)胞凋亡增強(qiáng)的現(xiàn)象，同樣可以達(dá)到治療的目的。

1.3 調(diào)控分子伴侶蛋白、泛素和MAP激酶系統(tǒng) 研究表明三甲胺氧化物(TMAO)和4-丁酸苯(4-PBA)可以治療神經(jīng)遞質(zhì)變性引起的疾病，還可以減弱異常角蛋白聚集[7]，恢復(fù)皮膚功能。通過角化異常遺傳性皮膚病模型研究發(fā)現(xiàn)，TMAO可以誘導(dǎo)熱休克蛋70(HSP70)高表達(dá)，激活和調(diào)節(jié)MAP激酶信號途徑[8]，促進(jìn)突變的角蛋白的降解。而4-PBA調(diào)節(jié)熱休克蛋白，特別是熱休克蛋白70家族成員和MAP激酶，降低突變的角蛋白通過泛素-MAP激酶聚集[9]。TMAO、4-PBA是早已批準(zhǔn)在臨床上使用的藥物，如今通過新的途徑發(fā)現(xiàn)其新的作用機(jī)制，作為治療角化異常遺傳性皮膚病可選擇藥物。

1.4 A型肉毒素 肉毒素(BTX)是肉毒桿菌產(chǎn)生一種神經(jīng)性毒素，通過麻痹肌肉神經(jīng)，達(dá)到停止肌肉痙攣的目的，用于治療面部肌肉痙攣和其他肌肉運動紊亂癥，后來被廣泛用于醫(yī)學(xué)美容。角化異常遺傳性皮膚病往往出現(xiàn)足底多汗、活動疼痛癥狀。皮內(nèi)注射BTX有效控制局部多汗的癥狀，因為它可以阻斷突觸釋放乙酰膽堿和節(jié)后交感神經(jīng)纖維,減少汗液的排放，緩解患者疼痛癥狀。先天性厚甲患者皮內(nèi)注射肉毒素，可以緩解多汗和行走時疼痛癥狀[10]，大皰性表皮松解患者局部應(yīng)用BTX以后，也取得理想的效果。一項有關(guān)大皰性表皮松解和先天性厚甲患者應(yīng)用BTX回顧性研究，也未發(fā)現(xiàn)明顯的不良反應(yīng)。A型肉毒素治療角化異常的遺傳性皮膚病仍需進(jìn)一步的研究，但為治療角化異常的遺傳性皮膚病提供了一條頗有希望的治療途徑。

1.5 維A酸類似物 維A酸類似物具有監(jiān)管細(xì)胞角化生物學(xué)特性[11]，局部和系統(tǒng)應(yīng)用維A酸類似物可以有效地控制和改善病情。維A酸類似物還可以下調(diào)突變基因的表達(dá)，控制疾病的活動[12]。事實上,外源性維A酸類似物可以與皮膚中特定角蛋白共價結(jié)合，參與維甲酸介導(dǎo)的細(xì)胞骨架穩(wěn)定性。由于維A酸類似物抑制表皮分化程序致使皮膚干燥、脆性增強(qiáng)，大多數(shù)患者不能堅持維A酸類似物長期治療。這需要更新、更有針對性的藥物來替代，盡量減少其不良反應(yīng)或致畸性。維甲酸代謝阻斷劑(RAMBAs)是一組新的維甲酸類藥物,阻止內(nèi)源性RA降解,其作用機(jī)制主要是通過抑制CYP26酶活性。這種酶可以促進(jìn)RA降解。通過動物模型發(fā)現(xiàn)，RAMBAs使細(xì)胞內(nèi)全反式RA濃度上升，達(dá)到治療目的。而過量的全反式維甲酸則有細(xì)胞色素羥化酶代謝，減少了它對機(jī)體的不良反應(yīng)。因此，RAMBA是治療角化異常遺傳性皮膚病一種新療法，全身不良反應(yīng)少，致畸性低[13]。如立阿唑可抑制羥基化全反式維甲酸降解，已經(jīng)被授權(quán)治療先天性魚鱗癬，有可能為患者帶來新的希望。

2 基因療法

2.1 糾正基因法 大多數(shù)角化異常遺傳性皮膚病，常規(guī)的基因治療是無效的。突變等位基因選擇性抑制技術(shù)，可以為我們提供新的治療途徑。小RNA干擾(siRNAs)[14]與剪接體介導(dǎo)的RNA反式剪接(SMART)[15]是最有前途的方法，這種方法可以抑制該突變體等位基因的表達(dá)，而不影響野生型基因的表達(dá)[16]。

siRNAs技術(shù)又稱轉(zhuǎn)錄后基因沉默技術(shù)，是將特異性同源雙鏈RNA導(dǎo)入到細(xì)胞內(nèi)，使目的基因不表達(dá)或表達(dá)水平下降。實驗發(fā)現(xiàn)siRNAs技術(shù)可以有效降低K6A和K14突變基因在大皰性表皮松解和先天性厚甲中的表達(dá)。siRNAs還可以誘導(dǎo)正常的角蛋白形成。開發(fā)特定突變的siRNA和優(yōu)化治療方法已進(jìn)入臨床試驗階段，是一種值得期待的新療法[17]。

剪接體介導(dǎo)的RNA反式剪接(SMART)是另一種基因沉默技術(shù)，使用內(nèi)源性剪接酶有效切除突變基因，淘汰突變蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的表達(dá)，以達(dá)到治療目的。目前該方法已處于試驗階段，相信很快就可以進(jìn)入臨床試驗階段[18]。

2.2 細(xì)胞質(zhì)中蛋白質(zhì)補(bǔ)充法 K5和K14突變的角質(zhì)形成細(xì)胞，用肌蛋白轉(zhuǎn)染，可以恢復(fù)角質(zhì)形成細(xì)胞對壓力應(yīng)激能力。在轉(zhuǎn)基因小鼠表皮中植入肌蛋白，可以形成于類似于正常角蛋白纖維網(wǎng)，彌補(bǔ)突變基因突變給機(jī)體帶來的功能性缺陷。

此外，大皰性表皮松解小鼠模型表明，補(bǔ)充蛋白質(zhì)后，不僅突變等位基因表達(dá)減少50%，皮膚起皰癥狀明顯得到控制，皮膚功能也得到恢復(fù)。最近證實角蛋白基因突變動物模型中，角質(zhì)形成細(xì)胞注入相應(yīng)角蛋白，不僅癥狀明顯緩解，與角蛋白失調(diào)有關(guān)的應(yīng)激反應(yīng)同時得到改善[19]。盡管這種方法存在不少風(fēng)險，但抑制突變型等位基因表達(dá)的發(fā)現(xiàn)，仍然為我們探索新療法提供了方向。

2.3 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞) 隨著再生醫(yī)療技術(shù)革新，細(xì)胞已被誘導(dǎo)為多功能干細(xì)胞，然后在體內(nèi)分化為任何細(xì)胞類型，這種技術(shù)打開治療方法新途徑，可能成為遺傳性皮膚病的有效補(bǔ)救措施之一，它主要依靠轉(zhuǎn)錄因子異位表達(dá)，其可重復(fù)編程的體細(xì)胞就是干細(xì)胞[20]?，F(xiàn)已證明正常和角化異常遺傳性皮膚病患者干細(xì)胞可直接分化為功能正常角質(zhì)形成細(xì)胞，根據(jù)細(xì)胞表面特定標(biāo)志物將這些源自干細(xì)胞的角質(zhì)形成細(xì)胞純化、增殖，取代功能異常的角質(zhì)形成細(xì)胞，達(dá)到控制疾病的目的。因此，對于角化異常遺傳性皮膚病，多功能干細(xì)胞有著巨大希望。

2.4 納米技術(shù)治療 納米技術(shù)是一種相對較新，發(fā)展快速的領(lǐng)域，未來用于治療角化異常遺傳性皮膚病，不僅提高輸送效率，生物利用度，還可以限制其他藥物不必要的毒性。該技術(shù)主要是利用納米顆粒體系的結(jié)構(gòu)和可調(diào)諧表面功能將藥物封裝，使它們成為各種藥物的理想載體[21]，在癌癥治療領(lǐng)域已取得驚人的效果。治療角化異常遺傳性皮膚病，納米技術(shù)也可被作為用于遞送siRNA和小分子的傳送載體。大多數(shù)藥物或基因修正藥物穿透角質(zhì)形成細(xì)胞膜的能力較差，因為這些藥物溶劑，生物利用度低。納米載體的使用允許低水溶性藥物的固體或液體制劑的制備，達(dá)到治療角化異常遺傳性皮膚病的目的。到目前為止，siRNA基因修正藥物結(jié)合納米技術(shù)的新藥開始著手研發(fā)。納米技術(shù)的發(fā)展和實施將大大提升和推進(jìn)角化異常遺傳性皮膚病的治療。

在皮膚方面，納米粒子遞送風(fēng)險小，因為它們大多是可降解的顆粒，而且納米顆粒穩(wěn)定性和低毒性已被廣泛應(yīng)用，但它們的不良反應(yīng)仍不明確[22，23]。現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，納米顆粒可以繞過保護(hù)屏障，在一些器官中分布和積累，造成皮膚以外一些器官損害[24]，表明納米技術(shù)在治療角化異常遺傳性皮膚病仍面臨著挑戰(zhàn)，但作為治療疾病治療新方案，值得期待。

3 展 望

經(jīng)過世界范圍內(nèi)努力研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)遺傳性皮膚病中角蛋白病理生理學(xué)作用，但仍有許多治療問題未解決。新的策略包括基因治療、蛋白質(zhì)更換、iPS細(xì)胞和藥物療法，其中一些已經(jīng)進(jìn)入臨床皮膚科領(lǐng)域[25]，其有效性和安全性仍需要進(jìn)一步研究觀察。總之，角化異常引起的遺傳性皮膚病發(fā)病機(jī)制仍需要我們不斷研究，從根本解決患者痛苦。

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