嗜酸性粒细胞型哮喘的靶向药物研究进展

wjyxyzyj

  嗜酸性粒细胞型哮喘的靶向药物研究进展

  朱予津

  天津，武警天津总队医院，300162

支气管哮喘（bronchial asthma，简称哮喘）是一种异质性疾病，通常以慢性气道炎性反应为特征，具有呼吸道症状的病史，包括喘息、气短、胸闷和咳嗽，这些症状及其严重程度可随时间变动而变化，同时具有可变性呼气性气流受限。哮喘的异质性是指患者在发病机制、基因特征、生理学、组织病理学、生物标志物、临床特征及治疗反应等多方面具有明显的差异及多样性[1]。哮喘的异质性通常包括哮喘表型（phenotypes）和内型（endotypes）。表型通常指生物体基因与环境共同作用后被观察到的特征[2]，而内型指通过特殊的可以识别的生物途径来解释表型中观察到的特性，即从发病机制层面反映哮喘的本质[3]。哮喘可以分为多种表型，根据患者诱导痰中炎症细胞的比例可将其分为嗜酸性粒细胞型哮喘( eosinophilic asthma)、中性粒细胞型哮喘、混合细胞型哮喘和寡细胞型哮喘[4]。其中，嗜酸性粒细胞型哮喘临床最常见，目前嗜酸性粒细胞型哮喘诊断标准尚未统一，使用较多的是由Simpson及Gibson提出的标准：诱导痰嗜酸性粒细胞＞3%及中性粒细胞比例≤61%[4, 5]；也有其它诊断标准：诱导痰嗜酸性粒细胞＞2%及中性粒细胞比例≤40%[6]。多数嗜酸性粒细胞型哮喘患者对糖皮质激素治疗反应良好[7]，但重症哮喘表型中嗜酸性粒细胞型哮喘患者必须使用大剂量糖皮质激素治疗才能控制症状[8]。针对参与嗜酸性粒细胞型哮喘发病机制通路中的关键基因，近年开发出一些治疗药物。现就嗜酸性粒细胞型哮喘的靶向药物进行综述。

在嗜酸性粒细胞型哮喘发病免疫机制中我们提到了很多细胞因子，如IL-4和IL-13，IL-5等，目前针对这些细胞因子诞生了很多靶向制剂，如已通过FDA认证的有IgE拮抗剂（omalizumab），IL-5拮抗剂（Mepolizumab、reslizumab），IL-5R拮抗剂（Benralizumab），IL-4R拮抗剂（Dupilumab）等，尚处于研究阶段的还有GATA-3抑制剂、前列腺素D2（PGD2）拮抗剂等，上述靶向制剂在治疗中各有特点。

1． IgE拮抗剂(omalizumab): Omalizumab是一种小鼠单克隆抗体，2003年FDA批准其用于中重度持续性哮喘，特别是血清IgE水平介于30-1500IU/ml之间的严重过敏性难治性哮喘，注射剂量根据体重和IgE水平换算，2-4周皮下注射一次。Omalizumab可以特异性与体内IgE结合，阻止其与效应细胞（肥大细胞和嗜碱性粒细胞）表面上的高亲和力（FcɛRI）和低亲和力（FcɛRII或CD23）受体的结合从而抑制炎症细胞脱颗粒和炎性因子的释放[9]。2006版GINA指南就将omalizumab列为治疗用药，过去十余年的研究证实了omalizumab的有效性和安全性，其能够显著降低哮喘急性发作频率（高达50％），改善患者生活质量评分（QOL）。患者体内嗜酸性粒细胞水平越高则omalizumab治疗效果越好，最近的两项3期实验研究数据表明，当患者外周血嗜酸性粒细胞水平≥300/ul时治疗效果更好[10]。该亚组的患者使用omalizumab治疗后急性发作下降了67%，病情恶化率下降了45%。但一项法国的STELLAIR研究认为omalizumab受益程度与疾病严重程度有关，而不单纯与外周血液嗜酸性粒细胞升高有关[11]。这个结果不难解释，嗜酸性粒细胞型哮喘患者并不都伴有IgE升高，因此omalizumab仅对部分嗜酸性粒细胞型哮喘患者适用，在治疗标志物的选择上也不应单纯考虑嗜酸粒细胞的变化。根据现有证据来看，omalizumab治疗应该在没有停用糖皮质激素的情况下持续进行，尤其是嗜酸粒细胞计数较高的患者。 XPORT和EXTRA研究表明omalizumab停药后会很快丧失治疗效果[12, 13]。如果使用omalizumab4个月后患者症状没有改善则建议停止注射。总之，omalizumab不仅能短期内改善症状，长期治疗也可以减少哮喘症状发作，对于嗜酸粒细胞增多并伴有IgE升高的哮喘患者是一个不错的选择[14]。

2.  IL-5及IL-5R拮抗剂

2.1 Mepolizumab 是一种IL-5拮抗剂，其是人源化的非糖基化IgG1抗体，通过与IL-5结合阻止IL-5与受体的结合而发挥作用。2015年FDA批准该药为第一种用于严重嗜酸性粒细胞型哮喘的生物制剂，剂型为100mg，每4周皮下注射一次。2009年首次报导哮喘患者经mepolizumab治疗后患者血及痰中嗜酸粒细胞比例降低[15]。DREAM、MENSA等研究显示Mepolizumab能够显著改善哮喘控制水平，对外周血液嗜酸性粒细胞计数> 300/ul的严重哮喘患者作用显著[16, 17]。上述两项研究后续的MUSCA研究认为基线外周血液嗜酸粒细胞计数大于150 /ul可作为mepolizumab的使用指征[18]。另一项SIRIUS研究认为 mepolizumab可以显着改善患者QOL且疗效安全持久，患者FEV1%值持续改善可达24周 [19]。对于Mepolizumab治疗嗜酸性粒细胞型哮喘也有学者曾提出疑问，虽然抗IL-5治疗可减少外周血嗜酸性粒细胞计数，但支气管内嗜酸粒细胞增多仍可能持续存在，其对肺组织嗜酸性粒细胞的阻断有待于进一步评估[20]。

2.2 reslizumab是另一种IL-5拮抗剂，其是一种对IL-5具有高亲和力的人源化IgG4k 单抗。2016年FDA批准该药用于18岁以上严重嗜酸性粒细胞型哮喘（血液嗜酸粒细胞计数> 400 /ul）的治疗，使用时按3mg/kg换算，每 4周静滴一次。2011年Castro M最先报导reslizumab可以降低患者痰嗜酸粒细胞水平并改善肺功能[21]。LugogoN等人的研究显示，reslizumab治疗未控制的嗜酸性粒细胞型哮喘和血液嗜酸性粒细胞水平> 400/ul的患者，治疗后痰嗜酸性粒细胞计数显著降低，且患者QOL、FEV1%和病情加重率均有改善[22]。另两项大型（编号为3082和3083）RCT研究认为， reslizumab治疗哮喘伴慢性鼻窦炎或鼻息肉患者（CSwNP）和血嗜酸粒细胞> 400 /ul的患者，使其年急性发病率下降83％，较对照组优势显著[23]。目前很多研究仍在开展中，IL-5单抗对于嗜酸性粒细胞型哮喘患者是一个不错的选择。

2.3 IL-5R拮抗剂。Benralizumab是IgA1 单抗，其与IL-5受体α-亚基结合从而阻碍IL-5与其受体的结合。2017年11月FDA批准该药用于12岁以上严重嗜酸性粒细胞型哮喘患者，剂型为30mg， 每8周皮下注射一次。值得一提的是该药使用了预填充注射器，每8周一次给药方式在实用性和顺应性方面都更好。Benralizumab同时也能和肥大细胞、嗜碱性粒细胞和自然杀伤细胞表面上的FcRIIIa受体结合，诱导产生抗体结合细胞毒性（antibody-mediated cell cytotoxicity，ADCC）作用，致使患者痰和组织中的嗜酸性粒细胞几乎完全耗竭（分别为90％和96％），以及骨髓和血液中的完全消耗[24-26]。在持续三期的CALIMA研究中，Benralizumab治疗严重嗜酸性粒细胞型哮喘患者（血嗜酸性粒细胞计数> 300/ul）可显著降低血液嗜酸性粒细胞计数[27, 28]。Benralizumab单抗可以显著改善患者FEV1% [29]、同时降低患者糖皮质激素的使用。来自亚洲的研究认为对于外周血液嗜酸性粒细胞计数> 300 /ul的患者，Benralizumab可显著降低哮喘恶化率、改善FEV1%和清晨PEF% [30]。来自SIRIUS[16]和SIROCCO[31]研究用Benralizumab和mepolizumab做了比较，发现Benralizumab比mepolizumab减少糖皮质激素的使用更优异。由于Benralizumab上市时间较晚，其使用安全性方面仍需警惕。

3.  IL-4R拮抗剂。IL-4和IL-13是Th2免疫机制的细胞因子，其共有受体IL-4Rα。 Dupilumab是一种新的单抗，它通过与IL-4受体α亚基的结合来抑制这两种细胞因子的作用。2018年FDA批准Dupilumab治疗中至重度嗜酸性粒细胞型哮喘，剂型为300mg，每2周皮下注射一次。Dupilumab可以显著降低哮喘急性发作率、改善哮喘症状和肺功能[32]。研究认为dupilumab治疗外周血嗜酸性粒细胞计数>300/ul的患者，与安慰剂组相比， dupilumab可使疾病恶化率降低65.8%[33]。另一项研究显示dupilumab可减少70.1%糖皮质激素的使用[34]。但是，人们对dupilumab安全问题提出了一些担忧，据报道，13%的患者使用后血液嗜酸性粒细胞计数升至> 3000 /ul，有患者出现了嗜酸性粒细胞性肺炎[35]。此外，由于Th2细胞因子可以抑制Th17免疫途径，因此该制剂可能导致Th17途径激活[36]。因此，dupilumab的长期安全性问题值得关注。

4. IL-13拮抗剂。IL-13参与Th2型免疫机制及ILC2免疫机制，IL-13可促进气道上皮细胞释放CCL11，促进嗜酸性粒细胞的募集，同时刺激B淋巴细胞释放IgE。 Lebrikizumab和tralokinumab是人源化IgG4κ抗体，与IL-13结合并抑制IL-13与IL-4Rα结合抑制其活性。Lebrikizumab可以改善未控制哮喘患者的FEV1%，特别是伴有高periostin亚组的患者更加受益[37, 38]。遗憾的是在第3阶段试验临床试验lebrikizumab没有始终如一地减少哮喘患者（periostin≥50ng/ ml或血液嗜酸性粒细胞≥300/ul）的急性加重风险，导致该制剂研究中断[38]。Tralokinumab没能改善患者哮喘急性发作频次和肺功能[39]，很遗憾Tralokinumab的研究也已停止。通过上述失败的研究结果我们推测，由于IL-4和IL-13的生物重叠作用，可能联合抑制IL-4和IL-13组合的方法更有效。

5.  GATA3抑制剂。 GATA3是GATA转录因子家族的六个成员之一，是Th2免疫机制的主要调节因子，在CD4+ T淋巴细胞由Th0 型向Th2型极化时表达显著升高，它可以促进IL-4、IL-5和IL-13的产生[40]。研究显示在T细胞模型中增加GATA3表达可以导致气道炎症增加[41]。糖皮质激素治疗哮喘的部分功效与抑制GATA3磷酸化有关系[42, 43]。最近针对GATA3设计出了其抑制剂（SB010.77），其作用机制为切割GATA3mRNA。SB010针对未控制的过敏性哮喘和嗜酸性粒细胞型哮喘开展了两期随机对照试验，结果发现SB010可以显著降低患者痰嗜酸粒细胞计数及血清IL-5水平[40]。最近一项研究显示，轻度过敏性哮喘患者使用GATA3的特异性DNA酶抑制剂后早期和晚期哮喘症状均明显减弱[44, 45]，关于该分子的进一步研究仍在进行中。

6. 前列腺素D2（PGD2）拮抗剂。 PGD2可结合血液和组织中嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和T淋巴细胞表面的PGD2受体，促进这些细胞在气道组织中的迁移、活化及 Th2型细胞因子的释放。针对PGD2目前尚无成熟药品上市。Fevipiprant（QAW039）作为PGD2的同源分子是其拮抗剂[46]，初步研究认为其安全有效性，对于气流受限严重的患者其可改善哮喘控制水平和FEV1%；其Ⅲ期研究正在进行中[47]。然而，另一个代号为BI671800的PGD2拮抗剂的研究指出该药疗效不明确。因此，该药在未来的前景尚不明确。

虽然治疗嗜酸性粒细胞型哮喘的生物靶向制剂越来越多，但因为该型哮喘的炎症和免疫机制复杂，涉及的分子通路也较多，并不是每种靶向制剂都能减少嗜酸性粒细胞计数。因此，靶向制剂疗效的评估应当选择适当的生物标志物，如血嗜酸性粒细胞计数可以用来指导抗IL-5、抗IL-5Rα的治疗，periostin可以用来指导抗IL-4R-α、抗IL-13的治疗，而IgE可以用来指导的抗IgE的治疗。未来随着对嗜酸性粒细胞型哮喘发病机制的不断深入，期望诞生更多的靶向制剂供患者选择。

参考文献：

1.             白雪 ， 胡红, 支气管哮喘的表型及内型研究进展. 疑难病杂志, 2016. 15(07): p. 763-767.

2.             Wenzel, S., Severe asthma: from characteristics tophenotypes to endotypes. Clin Exp Allergy, 2012. 42(5): p. 650-8.

3.             Skloot, G.S., Asthma phenotypes and endotypes: apersonalized approach to treatment. Curr Opin Pulm Med, 2016. 22(1): p. 3-9.

4.             Simpson, J.L.,et al., Inflammatory subtypes in asthma:assessment and identification using induced sputum. Respirology, 2006. 11(1): p. 54-61.

5.             Gibson, P.G., Inflammatory phenotypes in adult asthma:clinical applications. Clin Respir J, 2009. 3(4): p. 198-206.

6.             Moore, W.C., etal., Sputum neutrophil counts areassociated with more severe asthma phenotypes using cluster analysis. JAllergy Clin Immunol, 2014. 133(6):p. 1557-63.e5.

7.             Hargreave, F.E.,Induced sputum and response toglucocorticoids. J Allergy Clin Immunol, 1998. 102(5): p. S102-5.

8.             Haldar, P., etal., Mepolizumab and exacerbations ofrefractory eosinophilic asthma. N Engl J Med, 2009. 360(10): p. 973-84.

9.             Samitas, K., etal., Anti-IgE treatment, airwayinflammation and remodelling in severe allergic asthma: current knowledge andfuture perspectives. Eur Respir Rev, 2015. 24(138): p. 594-601.

10.          Hanania, N.A., etal., Exploring the effects of omalizumabin allergic asthma: an analysis of biomarkers in the EXTRA study. Am JRespir Crit Care Med, 2013. 187(8):p. 804-11.

11.          Casale, T.B., etal., Response to omalizumab using patientenrichment criteria from trials of novel biologics in asthma. Allergy,2018. 73(2): p. 490-497.

12.          Teach, S.J., etal., Preseasonal treatment with eitheromalizumab or an inhaled corticosteroid boost to prevent fall asthmaexacerbations. J Allergy Clin Immunol, 2015. 136(6): p. 1476-1485.

13.          Ledford, D., etal., A randomized multicenter studyevaluating Xolair persistence of response after long-term therapy. JAllergy Clin Immunol, 2017. 140(1):p. 162-169.e2.

14.          Mandel, V.D., etal., Omalizumab in Chronic SpontaneousUrticaria Refractory to Conventional Therapy: An Italian Retrospective ClinicalAnalysis with Suggestions for Long-Term Maintenance Strategies. DermatolTher (Heidelb), 2018.

15.          Nair, P., et al., Mepolizumab for prednisone-dependent asthmawith sputum eosinophilia. N Engl J Med, 2009. 360(10): p. 985-93.

16.          Pavord, I.D., etal., Mepolizumab for severe eosinophilicasthma (DREAM): a multicentre, double-blind, placebo-controlled trial.Lancet, 2012. 380(9842): p. 651-9.

17.          Ortega, H.G., etal., Mepolizumab treatment in patientswith severe eosinophilic asthma. N Engl J Med, 2014. 371(13): p. 1198-207.

18.          Chupp, G.L., etal., Efficacy of mepolizumab add-ontherapy on health-related quality of life and markers of asthma control insevere eosinophilic asthma (MUSCA): a randomised, double-blind,placebo-controlled, parallel-group, multicentre, phase 3b trial. LancetRespir Med, 2017. 5(5): p. 390-400.

19.          Bel, E.H., et al.,Oral glucocorticoid-sparing effect ofmepolizumab in eosinophilic asthma. N Engl J Med, 2014. 371(13): p. 1189-97.

20.          Papathanassiou,E., S. Loukides, and P. Bakakos, Severeasthma: anti-IgE or anti-IL-5? Eur Clin Respir J, 2016. 3: p. 31813.

21.          Castro, M., etal., Reslizumab for poorly controlled,eosinophilic asthma: a randomized, placebo-controlled study. Am J RespirCrit Care Med, 2011. 184(10): p.1125-32.

22.          Lugogo, N., etal., Long-term Efficacy and Safety ofMepolizumab in Patients With Severe Eosinophilic Asthma: A Multi-center,Open-label, Phase IIIb Study. Clin Ther, 2016. 38(9): p. 2058-2070.e1.

23.         Castro, M., et al.,Reslizumab for inadequately controlledasthma with elevated blood eosinophil counts: results from two multicentre,parallel, double-blind, randomised, placebo-controlled, phase 3 trials.Lancet Respir Med, 2015. 3(5): p.355-66.

24.          Kolbeck, R., etal., MEDI-563, a humanized anti-IL-5receptor alpha mAb with enhanced antibody-dependent cell-mediated cytotoxicityfunction. J Allergy Clin Immunol, 2010. 125(6): p. 1344-1353.e2.

25.          Laviolette, M., etal., Effects of benralizumab on airwayeosinophils in asthmatic patients with sputum eosinophilia. J Allergy ClinImmunol, 2013. 132(5): p.1086-1096.e5.

26.          Menzella, F., etal., The clinical profile of benralizumabin the management of severe eosinophilic asthma. Ther Adv Respir Dis, 2016.10(6): p. 534-548.

27.          FitzGerald, J.M.,et al., Benralizumab, ananti-interleukin-5 receptor alpha monoclonal antibody, as add-on treatment forpatients with severe, uncontrolled, eosinophilic asthma (CALIMA): a randomised,double-blind, placebo-controlled phase 3 trial. Lancet, 2016. 388(10056): p. 2128-2141.

28.          Castro, M., etal., Benralizumab, an anti-interleukin 5receptor alpha monoclonal antibody, versus placebo for uncontrolledeosinophilic asthma: a phase 2b randomised dose-ranging study. LancetRespir Med, 2014. 2(11): p. 879-890.

29.          Mukherjee, M. andP. Nair, Autoimmune Responses in SevereAsthma. Allergy Asthma Immunol Res, 2018. 10(5): p. 428-447.

30.          Park, H.S., etal., A Phase 2a Study of Benralizumab forPatients with Eosinophilic Asthma in South Korea and Japan. Int ArchAllergy Immunol, 2016. 169(3): p.135-45.

31.          Bleecker, E.R., etal., Efficacy and safety of benralizumabfor patients with severe asthma uncontrolled with high-dosage inhaledcorticosteroids and long-acting beta2-agonists (SIROCCO): a randomised,multicentre, placebo-controlled phase 3 trial. Lancet, 2016. 388(10056): p. 2115-2127.

32.          Gandhi, N.A., G.Pirozzi, and N.M.H. Graham, Commonalityof the IL-4/IL-13 pathway in atopic diseases. Expert Rev Clin Immunol,2017. 13(5): p. 425-437.

33.          Wenzel, S., etal., Dupilumab efficacy and safety inadults with uncontrolled persistent asthma despite use of medium-to-high-doseinhaled corticosteroids plus a long-acting beta2 agonist: a randomiseddouble-blind placebo-controlled pivotal phase 2b dose-ranging trial.Lancet, 2016. 388(10039): p. 31-44.

34.          Castro, M., etal., Dupilumab Efficacy and Safety inModerate-to-Severe Uncontrolled Asthma. N Engl J Med, 2018. 378(26): p. 2486-2496.

35.          Wenzel, S., etal., Dupilumab in persistent asthma withelevated eosinophil levels. N Engl J Med, 2013. 368(26): p. 2455-66.

36.          Salter, B.M. andR. Sehmi, Hematopoietic Processes inEosinophilic Asthma. Chest, 2017. 152(2):p. 410-416.

37.          Corren, J., etal., Lebrikizumab treatment in adultswith asthma. N Engl J Med, 2011. 365(12):p. 1088-98.

38.          Hanania, N.A., etal., Efficacy and safety of lebrikizumabin patients with uncontrolled asthma (LAVOLTA I and LAVOLTA II): replicate,phase 3, randomised, double-blind, placebo-controlled trials. Lancet RespirMed, 2016. 4(10): p. 781-796.

39.          Brightling, C.E.,et al., Efficacy and safety oftralokinumab in patients with severe uncontrolled asthma: a randomised,double-blind, placebo-controlled, phase 2b trial. Lancet Respir Med, 2015. 3(9): p. 692-701.

40.          Maneechotesuwan,K., et al., Regulation of Th2 cytokinegenes by p38 MAPK-mediated phosphorylation of GATA-3. J Immunol, 2007. 178(4): p. 2491-8.

41.          Zhu, J. and W.E.Paul, Peripheral CD4+ T-celldifferentiation regulated by networks of cytokines and transcription factors.Immunol Rev, 2010. 238(1): p.247-62.

42.          Maneechotesuwan,K., et al., Suppression of GATA-3 nuclearimport and phosphorylation: a novel mechanism of corticosteroid action inallergic disease. PLoS Med, 2009. 6(5):p. e1000076.

43.          KleinJan, A., etal., Enforced expression of Gata3 in Tcells and group 2 innate lymphoid cells increases susceptibility to allergicairway inflammation in mice. J Immunol, 2014. 192(4): p. 1385-94.

44.          Krug, N., et al., Allergen-induced asthmatic responsesmodified by a GATA3-specific DNAzyme. N Engl J Med, 2015. 372(21): p. 1987-95.

45.          Homburg, U., etal., Safety and tolerability of a novelinhaled GATA3 mRNA targeting DNAzyme in patients with TH2-driven asthma. JAllergy Clin Immunol, 2015. 136(3):p. 797-800.

46.          Erpenbeck, V.J.,et al., The oral CRTh2 antagonist QAW039(fevipiprant): A phase II study in uncontrolled allergic asthma. PulmPharmacol Ther, 2016. 39: p. 54-63.

47.          Chevalier, E., etal., Cutting edge: chemoattractantreceptor-homologous molecule expressed on Th2 cells plays a restricting role onIL-5 production and eosinophil recruitment. J Immunol, 2005. 175(4): p. 2056-60.