患者来源肠道类器官与支气管上皮细胞系揭示 CFTR 调节剂的治疗潜力

囊性纤维化(CF)由 CFTR 基因变异引发，现有 CFTR 调节剂仅覆盖 p.Phe508del 等常见变异体，约 10% 患者因携带罕见 CFTR 变异体缺乏临床数据被排除治疗。传统细胞系 “治疗分型” 无法反映个体遗传背景，而患者来源肠道类器官(PDIOs)的福司柯林诱导肿胀实验(FIS)可模拟体内生理环境且与临床疗效相关。本研究通过 PDIOs 的 FIS 实验与 CFBE 支气管上皮细胞系，评估 8 个罕见 CFTR 变异体(p.Pro5Leu、p.Pro205Ser、p.Leu206Trp、p.Arg347Pro、p.Ile507del、p.Ser945Leu、p.Met1137Arg、p.Asp1152His)对现有 CFTR 调节剂的反应，为罕见变异体患者个性化治疗提供证据。

来自葡萄牙里斯本大学 BioISI 生物系统与整合科学研究所、捷克查尔斯大学医院的团队在《Molecular Diagnosis & Therapy》上发表题为Personalized Medicine in Cystic Fibrosis: Characterization of Eight Rare CFTR Variants in Intestinal Organoids and Cellular Models的研究。

核心内容如下：

1.PDIOs 培养与 FIS 实验：样本取自 10 例 CF 患者直肠活检组织(携带目标罕见变异体与另一 CF 致病变异体的复合杂合基因型)，经伦理委员会批准(DIRCLN-16JUL 2014-211);类器官用 0.02-5μM 福司柯林(fsk)单独或联合 CFTR 调节剂(iva 3.33μM、teza 5μM、elexa 3μM)处理，计算肿胀面积曲线下面积(AUC)，以 p.Phe508del/p.Phe508del 类器官经 elexa/teza/iva 处理为阳性对照，AUC>1500 定义为 “高临床获益”，750

2.CFBE 细胞系功能验证：慢病毒转导建立稳定表达单个罕见 CFTR 变异体的 CFBE41o⁻细胞系，以野生型(wt)和 p.Phe508del-CFTR 细胞为对照;Western blot(WB)分析 CFTR 成熟度(Band C/Band B 比值)，Ussing chamber 检测跨上皮氯离子分泌功能(短期电流 Isc-eq)。

3.临床数据收集与相关性分析：收集 6 例接受 CFTR 调节剂治疗患者的基线与治疗后数据(1 秒用力呼气容积 FEV1%、汗液氯化物 SC 水平)，采用 Pearson 相关性分析 FIS 实验 AUC 值与 FEV1 变化的关联，统计显著性设定为 p<0.05。

关键结果

图 1：p.Pro5Leu 变异体的调节剂反应

p.Pro5Leu/p.Phe508del 类器官在 0.128μM fsk 下无自发肿胀，teza/iva 处理后 AUC 达 “高临床获益” 阈值，iva 单独无效果;CFBE 细胞 WB 显示，DMSO 组仅见未成熟 Band B，teza 处理后 Band C 占比达 wt 的 20%，elexa/teza 联合提升至 38%;Ussing chamber 显示 elexa/teza/gen 处理后氯离子分泌达 wt 的 56%，证实加工缺陷可被调节剂纠正。

图 2：p.Pro205Ser 变异体的双胞胎类器官差异

双胞胎 p.Pro205Ser/p.Tyr1092Ter 类器官中，1 例 teza/iva 即达 “高获益”，另 1 例需 elexa/teza/iva 才显著肿胀(推测与表观或环境因素相关);CFBE 细胞 WB 显示 teza 可将 Band C 提升至 wt 的 29%，elexa 无额外增益;Ussing chamber 显示 teza/iva 可恢复 43% 的氯离子分泌，与类器官中 1 例的反应一致。

图 3：p.Leu206Trp 变异体的功能恢复

p.Leu206Trp/p.Phe508del 类器官在 0.128μM fsk 下，iva 单独达 “中等获益”，teza/iva 达 “高获益”;CFBE 细胞 WB 显示 teza 处理后 Band C 占比达 wt 的 26%，elexa 无额外效果;Ussing chamber 显示 teza/iva 可恢复 16% 的氯离子分泌，与类器官肿胀趋势一致，证实加工缺陷是主要致病机制。

图 4：p.Arg347Pro 变异体的有限反应

p.Arg347Pro/p.Phe508del 类器官在 0.128μM fsk 下 teza/iva 无显著肿胀，仅高浓度 fsk(0.8μM)有轻微反应(未测试 elexa/teza/iva);CFBE 细胞 WB 显示 teza 可提升 Band C 至 wt 的 51%，但 Ussing chamber 显示通道活性仅恢复 6%，提示同时存在加工缺陷与功能缺陷。

图 5：p.Ile507del 变异体的不可拯救性

p.Ile507del/p.Gln890Ter 类器官在所有条件下均无肿胀，AUC 接近基线;CFBE 细胞 WB 显示无论是否添加调节剂，均仅见未成熟 Band B，无成熟 Band C，证实该变异体无法通过现有调节剂恢复加工。

图 6：p.Ser945Leu 变异体的 teza/iva 拯救效果

p.Ser945Leu/p.Phe508del 类器官经 teza/iva 处理后 AUC 达 “高获益” 阈值;CFBE 细胞 WB 显示 teza 可将 Band C 提升至 wt 的 57%，elexa 轻微提升但不显著;Ussing chamber 显示 teza/gen 可恢复 14% 的氯离子分泌，elexa 联合可提升至 29%。

图 7：p.Met1137Arg 变异体的调节剂反应

p.Met1137Arg/c.2657+5G>A 类器官经 teza/iva 处理后 AUC 达 “高获益” 阈值(类器官中 c.2657+5G>A 有残留功能，可能协同作用);CFBE 细胞 WB 显示 teza 可将 Band C 提升至 wt 的 19%，elexa 无额外效果;Ussing chamber 显示 teza/iva 可恢复 2.5% 的氯离子分泌。

图 8：p.Asp1152His 变异体的 iva 特异性拯救

p.Asp1152His/p.Asn1303Lys(或 p.Phe508del)类器官经 iva 单独处理即达 “高获益”，teza 无额外效果;CFBE 细胞 WB 显示成熟 Band C 占比达 wt 的 64%(加工正常);Ussing chamber 显示通道活性仅为 wt 的 6%，iva 可恢复至 8%，证实核心缺陷是门控 / 传导异常。

图 9：CFTR 变异体的位置与调节剂反应总结

CFTR 蛋白含 2 个跨膜域(TMD1/2)、2 个核苷酸结合域(NBD1/2)及调节域(RD);粉色球体代表对 elexa/teza/iva 响应的变异体(p.Pro5Leu/TMD1、p.Arg347Pro/NBD1 等)，黄色球体代表对 teza/iva 响应的变异体(p.Asp1152His/TMD2)，黑色球体代表无响应的变异体(p.Ile507del/NBD1)，直观显示 TMD 区域变异体更易被调节剂拯救。

图 10：FIS 实验与临床数据的相关性

治疗后患者 FEV1 显著升高(平均增加 8%-35%，p=0.0209)、SC 显著降低(平均减少 2.5-81 mmol/L，p=0.0550);SC 降低与 FEV1 升高呈强负相关(r²=0.9212)，FIS 实验 AUC 值与 FEV1 变化呈强正相关(r²=0.9932)，证实 FIS 可预测临床疗效。

全文总结

本研究通过 PDIOs-FIS 实验与 CFBE 细胞验证，发现 8 个罕见 CFTR 变异体中 7 个可被现有调节剂拯救(p.Asp1152His 需 iva，其余多需 teza/iva)，仅 p.Ile507del 不可;证实 TMD 区域变异体更易被纠正，FIS-AUC 与临床 FEV1 强相关，为罕见变异体 CF 患者个性化治疗提供依据。