Nature丨两性霉素B可改善囊性纤维化患者的宿主防御能力
囊性纤维化跨膜传导调节因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, CFTR)是一种cAMP激活的ATP门控性ABC（ATP-binding cassette, ABC）转运蛋白类离子通道蛋白，表达于气道，消化道和生殖道上皮细胞的顶部质膜中。CFTR的功能丧失导致囊性纤维化(cystic fibrosis, CF)，患者上皮HCO3-和Cl-的分泌受损，降低气道表面液体(airway surface liquid, ASL)pH，并损害呼吸道宿主防御【1-3】。通过具有特定突变的CFTR通道增加阴离子分泌可改善CF患者的气道宿主防御和肺功能【1,4】。但并非所有CFTR突变都适合这种方法，独立于CFTR起作用以促进阴离子分泌的小分子离子通道则可以规避这些限制【5】。多项研究表明，肽或小分子离子通道、转运蛋白和载体等可以促进CFTR缺陷细胞中的Cl-转运和/或CFTR缺陷上皮细胞中电流电位的变化【6】。然而，目前尚不清楚这种方法是否可以改善宿主的气道防御。
两性霉素B（AmB）是一种天然小分子抗真菌剂，其与甾醇（真菌细胞膜的组分）结合形成一价离子通道，导致真菌细胞一价离子（K +，Na +，H +和Cl-等）快速泄漏随后死亡。当AmB与甾醇的摩尔比大于1时AmB会对人类产生毒性【7,8】，这些证据允许研究人员将AmB的通道活性与其细胞毒性合理地分离，使用低浓度的AmB形成离子通道，从而在CF患者的临床实验中有所运用。
两性霉素（AmB）结构，图片来源Wikipedia
近日，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员在 Nature 上发表题为Small molecule ion channels increase host defences in cystic fibrosis airway epithelia 的文章，报道了添加低浓度AmB可恢复CF患者气道上皮细胞中ASL的pH，粘度和抗菌活性。实验证明，AmB形成的非选择性小分子离子通道可以通过独立于CFTR的机制恢复CF患者气道上皮细胞的宿主防御。
研究人员经实验证明，低浓度的AmB不仅增加了由不同突变导致的CF患者气道上皮细胞中ASL的pH并促进HCO3-分泌，同样也增加了不携带CFTR突变的气道上皮细胞ASL的pH和HCO3-分泌，尽管AmB缺乏离子选择性，但AmB通道在功能上与驱动阴离子分泌的内源性外侧蛋白质相互作用。随后，研究人员测试了AmB对人气道上皮细胞分化的原代培养物中宿主气道的防御能力，结果发现CF气道上皮培养物ASL粘度增加，抗菌活性降低，AmB的添加使CF上皮细胞中ASL对细菌杀伤力增强。
在进一步的实验中，研究人员发现CF患者上皮细胞中ASL的pH随着AmB浓度的增加而增加但随后会下降。于是研究人员选用了AmBisome(一种经FDA批准的脂质体制剂，含有1：2.5比例的AmB和胆固醇【9】)，发现AmBisome在脂质体中引起HCO3-外排，添加AmBisome后使得CuFi-1上皮细胞(CFTR杂合突变株：G551D/ΔF508)中ASL的pH和HCO3-分泌增加，并且大范围的AmBisome浓度增加依然增加ASL的pH。在CF猪模型的运用实例中【10】，通过添加AmBisome增加了CFTR-/-猪ASL的pH。
综上，AmB通道独立于CFTR，转运一价阴离子和阳离子，其能增加CF气道上皮细胞HCO3-的分泌、增加ASL的pH并改善抗菌活性。此文及其前期一系列报道，揭示了AmB可作为一种非CFTR依赖的方法来治疗CF患者，由于这种机制与CFTR活性无关，因此CFTR调节剂也有可能产生累加效应【4,11】。此外，AmB已经是临床上批准的药物，AmBisome制剂可以安全地输送到肺部治疗肺部真菌感染，而不会产生明显的全身暴露【12,13】，这些结果可能对CF患者有益。
参考文献
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