אוויר צח לנשימה

 

מאת סיינטיפיק אמריקן ישראל

הבנת הביולוגיה הבסיסית של סיסטיק פיברוזיס הכשירה את הקרקע לפיתוח טיפולים חדשים למחלה

ב-1989, כשגילו מדענים את הגן שגורם למחלת הסיסטיק פיברוזיס, מחלה תורשתית חמורה התוקפת בעיקר ילדים ממוצא אירופי, היה נדמה שלא יארך הזמן עד שתימצא התרופה המיוחלת. ככלות הכול, מחקרים במעבדות רבות הראו שאספקת עותקים תקינים של הגן אמורה לאפשר לחולים לייצר עותקים בריאים של החלבון שהגן מקודד. גישה זו, לוּ צלחה, הייתה משפרת באופן ניכר את בריאותם של עשרות אלפי חולים ברחבי העולם שסבלו מסיסטיק פיברוזיס ולרוב מתו בשנות ה-20 המאוחרות לחייהם. (מחצית מכל החולים כיום חיים עד שנות ה-30 המאוחרות שלהם ואף יותר מזה.) השאלה הייתה אם יצליחו חוקרים להחדיר את הגן התקין בדרך יעילה אל הרקמות הנכונות בגוף החולים ובכך ייפטרו בני אדם מן המחלה לעד.

 
אבל המשימה הייתה קשה מששיערנו. אף על פי שמדענים הצליחו לייצר בשיטות של הנדסה גנטית נגיפים שיחדירו עותקים של הגן התקין אל תאי החולים, כשלו הנגיפים במשימתם. בשלהי שנות ה-90, בשל סיבוכים בלתי צפויים נוספים הלך והתבהר הצורך בגישה אחרת כדי לפתור את בעיית הסיסטיק פיברוזיס.
 
ובינתיים, ביולוגים של התא ועמיתיהם נטלו על עצמם את המטלה הסבוכה והמאתגרת של קביעת המבנה המדויק של החלבון התקין, דרך פעולתו וכיצד הפגמים בו מובילים לתסמינים של סיסטיק פיברוזיס. המאמצים האלה כללו הבנה של הצורה התלת-ממדית של החלבון בפרטי פרטים וכן הבנה של הדרכים השונות שבהן החלבון הפגום כושל בתפקידיו התאיים. במקום לייצר חלבונים תקינים באמצעות החלפת הגן הפגום בגן תקין – מטרתו של הריפוי הגֶני – קבוצת חוקרים זו התמקדה ביעד אחר: מציאת תרופה שתאפשר לחלבון הפגום לפעול בצורה טובה יותר. אם גישה זו תישא פירות, היא עשויה להעניק לחולי סיסטיק פיברוזיס שנים רבות של חיים בריאים יותר.
 
כיום נראה כי הגישה ההדרגתית אך העקבית אכן משתלמת. כמה תרכובות חדשות מצויות בשלבים האחרונים של בדיקות לטיפול במחלה, ואחת מהן נראית מבטיחה במיוחד בשביל חולים מסוימים. אם תוכיח את עצמה, תהיה זו התרופה הראשונה המתמקדת בסיבה למחלה, ולא רק בתסמינים. אך אין זה הכול. מחקרים ראשוניים מרמזים שהטיפולים החדשים האלה עשויים להועיל גם במחלות אחרות, נפוצות יותר, כמו ברונכיטיס, סינוסיטיס כרוני ודלקת הלבלב.
 
בעיה עם מלח
 
סיפור גילוין של התרופות החדשות מתחיל במרדף עקשני להבנת הביולוגיה הבסיסית של סיסטיק פיברוזיס. זה זמן רב היה ידוע שהמחלה נובעת באופן כללי מכישלונן של רקמות מסוימות בגוף להעביר מלח (נתרן כלורי) דרך קרומי התאים. התאים ברקמות אלו מוציאים החוצה את יוני הכלור המרכיבים את המלח כדי לשמור על האיזון הנכון בין נוזל התא לנוזל החוץ-תאי. כשיוני הכלור מצטברים מחוץ לתא, מולקולות מים מתלוות אליהן, ויוצאות מן התא בתהליך של דיפוּזְיה. הוצאת יוני הכלור מתבצעת באמצעות תעלות זעירות, עשויות חלבון. החלבונים האלה מיוצרים בתוך התא, וכשייצורם מסתיים הם חודרים אל קרום התא ויוצרים מנהרה זעירה לרוחב הקרום אל הנוזל החוץ-תאי.
 
הגן שהתגלה ב-1989 כאחראי למחלת הסיסטיק פיברוזיס, מקודד את אחד החלבונים האלה, המכונה CFTR, וסת ההובלה בסיסטיק פיברוזיס. הגרסה התקינה של המולקולה עשויה מרצף מדויק של כ-1,500 חומצות אמיניות הבונות, באופן מורכב ומרשים, סדרה של לולאות ויריעות תלת-ממדיות שיוצרות תת-אזורים שונים בחלבון. מעבר מולקולות המים שמתרחש עקב תנועת יוני הכלור בתעלה מסייע להניע את הרירית המצפה את דרכי האוויר בגוף, וכן את התעלות הרבות המצויות במעיים, בלבלב ובכבד. תעלת ה-CFTR יכולה גם להעביר יונים אחרים, כמו מימן פחמתי (ביקרבונאט).
 
וכאן מתחילות הצרות. מוטציות בגן גורמות להיעדר תעלות CFTR תקינות בגוף. כתוצאה מכך, אנשים הלוקים בסיסטיק פיברוזיס מייצרים ריר דביק עבה כל כך עד שהוא מפריע לתהליכים פיזיולוגיים רבים. בריאות, הריר דמוי הג'ל מפריע לדיפוזיה של חמצן אל שקיקי האוויר והופך את פעולת הנשימה הפשוטה,"לניסיון לנשום כשמישהו מניח יד על הפנים שלך," כפי שתיאר זאת אחד החולים הצעירים שלנו. יותר מזה, הריר הצמיג נעשה למצע רבייה מושלם לזיהומים חמורים של חיידקים מזיקים, לעתים קרובות של פְּסוֹידוֹמוֹנַס אֶרוּגינוּזָה. בלבלב, ההפרשות הסמיכות מונעות מעבר של אנזימי עיכול דרך תעלות שונות אל המעי, ומפריעות בעיכול. כתוצאה מכך, חולי סיסטיק פיברוזיס סובלים לעתים תכופות מתת-משקל ומתת-תזונה. כמו כן, מיצי המרה נלכדים בכבד ועקב כך נפגע תהליך עיבוד השומנים, וחסימות במעיים גורמות לעצירות ולפעמים אפילו לקריסה מסכנת חיים של כל מערכת העיכול.
 
לפני גילוי האנטיביוטיקה לטיפול בזיהומי ריאות חוזרים ונשנים, ולפני שפיתחו טיפולים תזונתיים משופרים, רוב הילדים שלקו בסיסטיק פיברוזיס מתו בינקותם. במרוצת העשורים האחרונים, ההתקדמות שחלה ברפואה ובטיפולים תומכים האריכה במידה ניכרת את חייהם של החולים. מקצת הטיפולים יכולים להיראות אלימים למתבונן מן החוץ: הורים או מטפלים אחרים לומדים כיצד להרעיד את חזות ילדיהם או להכות עליהם כדי לסייע בהנעת ההפרשות הסמיכות בריאות וכדי לנתק פקקי כיח. פותחו כמה תרופות העוזרות בפתיחת דרכי האוויר, מונעות זיהומים או עוזרות לדלל את הפרשות דרכי האוויר. אנזימים ותוספי ויטמינים עוזרים לתהליך העיכול. בזכות האמצעים האלה ואמצעים אחרים, מחצית מכל חולי הסיסטיק פיברוזיס חיים עד גיל 37 או מעבר לו. אבל שום טיפול מן הטיפולים הרווחים אינו מתמקד בגורם המחלה: זרם מופחת של יוני כלור ויונים אחרים אל מחוץ לתאים.
 
שלושה מסלולים
 
הצעד הראשון בתהליך מציאת תרופה שעשויה לשקם, ולו באופן חלקי, את פעילות תעלות יוני הכלור הפגומות, היה להבין טוב יותר וברמה המיקרוסקופית מה בדיוק השתבש. גנטיקאים בדקו דגימות דנ"א מחולי סיסטיק פיברוזיס ברחבי העולם ועד כה גילו יותר מ-1,600 מוטציות שונות בגן CFTR הגורמות למחלה בדרגה חמורה. אפשר לחלק את ההשפעות השליליות של המוטציות על חלבון CFTR לכמה קבוצות. שלוש קטגוריות נחקרו באופן מעמיק ביותר: התעלה אינה מגיעה כלל אל קרום התא; נוצרת תעלה חלקית (וההוראות לייצורה, כלומר הרנ"א (RNA), מפורקות במהירות); מיוצרת תעלה באורך תקין אך אין היא מסוגלת להיפתח או להעביר יוני כלור ויונים אחרים. תרופה יחידה שתתקן רק אחת מן הבעיות האלה לא תועיל, ככל הנראה, לחולים שמחלתם נגרמת מן השתיים האחרות. משום כך, יש להניח שכדי לסייע לכלל אוכלוסיית חולי הסיסטיק פיברוזיס, יהיה צורך לפתח תרופות שונות, שכל אחת מהן תתבסס על הפגם הגנטי האחראי על מצבו של החולה.
 
היעדרה המוחלט של תעלת יוני כלור בקרום התא נובע מן המוטציה הגנטית הנפוצה ביותר, שבה חסרה רק אחת מ-1,500 החומצות האמיניות של התעלה. מכיוון שהחומצה האמינית החסרה היא פֶנילאַלַנין (המיוצגת על ידי האות F), ומכיוון שהיא החומצה האמינית ה-508 בשרשרת החלבון, המוטציה מכונה F508del (הסיומת del היא קיצור המילה deletion, כלומר מחיקה).
 
מוטציית F508del גורמת למחלה בצורה שהפתיעה בתחילה. על אף המוטציה, התא מסוגל לבנות את התעלה, חומצה אמינית זו אחר זו, והתוצר הסופי אפילו מסוגל להעביר יוני כלור במידה מסוימת. אבל מנגנוני בקרת האיכות של התא עצמו מונעים את פעילות התעלה. לתא יש כמה מאות חלבוני עזר ואנזימים המסיעים את מולקולות ה-CFTR שאך זה נוצרו ברחבי התא, בוחנים את האופן שבו הן מקופלות ומסייעים בהחדרת תעלות ה-CFTR אל קרום התא. הם מזהים במהירות אפילו פגמים זניחים לכאורה בקיפול, כמו החסרת החומצה האמינית F508, וגורמים לתא להרוס את החלבון הפגום. כתוצאה מכך, התעלה בעלת הפעילות החלקית אינה מצליחה כלל להגיע אל קרום התא.
 
מכיוון ש-F508del היא הסיבה הנפוצה ביותר לסיסטיק פיברוזיס, מספר רב של מעבדות ברחבי העולם (ואנחנו ביניהן) מנסות לאתר את נקודות הבקרה התאיות המדויקות שבהן מולקולות ה-CFTR בעלות מוטציה זו "נכשלות במבחן" ונשלחות אל פח המחזור. המטרה היא לעזור בזיהוי תרכובות שיסייעו לחלבון להתקפל בצורה תקינה וימנעו את השמדתו בלי להפריע לתאים לזהות ולסלק שרשרות פגומות אחרות של חומצות אמיניות. יש לקוות שפעולה זו תקל את מחלת הסיסטיק פיברוזיס.
 
אם נבין כיצד לכוונן את מערכות בקרת האיכות של התא יהיו לכך יתרונות מעבר לטיפול בסיסטיק פיברוזיס. כמה מחלות כרוניות, כמו פגמים במטבוליזם של כולסטרול ומחלות ריאות מסוימות (בהן חוסר באלפא-1-אנטיטריפסין), מתרחשות בשל קיפול לקוי של חלבונים. לפחות בכמה מן המחלות האלה מצטברות עדויות לכך שהבעיה האמיתית אינה התפקוד הלקוי של החלבון עצמו, אלא הנטייה של מנגנוני בקרת האיכות לפרק את המולקולה הפגומה או לטמון אותה בגוש סבוך של חלבונים פגומים. סביר להניח שכמה חלבונים מוטנטים שהתקפלו באופן כמעט תקין היו יכולים לשמר רמת פעילות סבירה למדי אילו מנגנון בקרת האיכות היה מניח להם לנפשם. משום כך, טיפולים שיעכבו את המנגנון הזה עשויים לספק תובנות חשובות לגבי הביולוגיה של מגוון מחלות ודרכי הטיפול בהן.
 
מוטציות היוצרות תעלת CFTR קצרה מן הרגיל אחראיות לכ-%10 ממקרי הסיסטיק פיברוזיס ברחבי העולם. פגם גנטי אחד כזה, המכונה W1282X, עומד בבסיס של כ-40% ממקרי הסיסטיק פיברוזיס בישראל. החלבון מתקצר משום שהגן מכיל הוראות פגומות הגורמות למנגנון סינתזת החלבונים להפסיק לחבר חומצות אמיניות אל מולקולות החלבון המתארכת בעמדה 1282 בשרשרת, שם אמורה להיות החומצה האמינית טְריפְּטוֹפַן (שסימונה W). הוראות גנטיות כאלה, המכונות קוֹדוֹני פֶּסֶק, חיוניות לייצור תקין של חלבונים, בתנאי שהן מצויות במקום הנכון. אבל במקרה של W1282X תהליך ייצור החלבון מסתיים טרם זמנו. כמו כן, גם המולקולות המכילות את הוראות הביניים (המכונות רנ"א שליח) שעל פיהן מתנהל ייצור החלבון, מזוהות כפגומות ונהרסות כך שאפילו אם היה אפשר בדרך כלשהי לדלג על פני קודון הפסק ולייצר חלבון תקין, כמוּת החלבון התקין לא הייתה מספקת. משום כך התרופות לטיפול ב- W1282Xאמורות לפתור שתי בעיות, לא רק אחת.
 
קבוצת המוטציות האחרונה שנדון בה כאן פוגמת ביכולתה של התעלה להיפתח, והיא אחראית לכ-%5 ממקרי הסיסטיק פיברוזיס ברחבי העולם. המוטציות האלה גורמות, למעשה, לַשער שבקרום התא להיתקע במצב סגור, כך שיכולת התעלה להעביר יוני כלור אל הסביבה החוץ-תאית פוחתת. אחת המוטציות הפועלות באופן כזה (המכונה G551D) גורמת לתסמינים חמורים במיוחד. אף שבאופן כללי כל קבוצה של פגמים גנטיים עשויה להזדקק לטיפול המיוחד לה, חוקרים הראו שתרכובות המסוגלות לפתוח את שער ה-CFTR עשויות לעזור גם לחולים שאין להם מוטציה זו. ניקח לדוגמה תרופה המאפשרת לכמות קטנה של CFTR פגום בשל המוטציה F508del להגיע אל יעדו התקין בקרום התא. תרופה שנייה המשאירה את שער התעלה פתוח תאפשר לגרסה נרפית זו של התעלה להוציא יותר יוני כלור מהתא.
 
תרופות מבטיחות
 
הצעד הבא בתהליך הארוך של פיתוח התרופות היה לחפש תרכובות המקלות את ההשפעות של מוטציות ספציפיות בגן CFTR. היה הגיוני להתחיל עם F508del בגלל שכיחותה הגבוהה אצל חולי סיסטיק פיברוזיס ומשום שלחלבון שמתקבל יש רמת פעילות כלשהי. אם יצליחו חוקרים לעזור ל- CFTR הפגום בשל המוטציה הזאת לחמוק מפירוק מוקדם, החלבון יוכל להיות פעיל, ולוּ באופן חלקי, ולשפר את תפקוד הריאות ללא כל טיפול נוסף.
 
עדיין איננו מבינים באופן מלא מהם הפגמים בקיפול של CFTR בשל המוטציהF508del וכיצד מנגנון בקרת האיכות של התא מזהה את הפגמים האלה. אבל אין זה מסובך במיוחד לקבוע אם תרכובת מסוימת יכולה למתן את השפעות הטעויות בקיפול בתאים אנושיים. באמצעות הטענת מולקולות פלואורסצנטיות אל תוך התא, חוקרים יכולים למדוד שינויים קטנים בריכוז יוני הכלור או בריכוזי יונים אחרים הנעים דרך קרום התא. כשיונים חוצים את קרום התא לאחר חשיפה לתרופה אפשרית, החוקרים יכולים להסיק שהתרופה החזירה לתעלת ה-CFTR ולוּ פעילות חלקית. אם היונים אינם מצליחים לחצות את קרום התא, ממשיכים לחפש תרכובות פעילות יותר. תהליך סריקת התרכובות הוא אוטומטי וממוחשב, כך שאפשר לבחון מיליוני תרכובות בזמן קצר באופן יחסי.
 
וֶרטֶקס, חברת ביוטכנולוגיה לפיתוח תרופות, זיהתה תרכובת אחת, המכונה VX-809, שנראתה מבטיחה בניסויים מקדמיים אך לא שיפרה במידה ניכרת את תפקוד הריאות במטופלים. חברה אחרת, PTC Therapeutics, מנהלת מבדקים קליניים של תרופה המכונה אַטַלוּרֶן ומכוונת למוטציות הפחות נפוצות, הגורמות לייצור תעלת CFTR קצרה יותר. החומר הזה גורם למנגנון ייצור החלבונים להתעלם מחלק מהוראות "העצור" השגויות, ובכך מאפשר ייצור של תעלת כלור באורך מלא. החומר גם נבחן למחלות תורשתיות אחרות שבהן יש קודוני פסק שגויים, כמו תסמונת הַרלֶר ומחלת ניוון השרירים על שם דוּשֶן.
 
התוצאות הטובות ביותר התקבלו בטיפול במוטציה G551D. לאחר שנבחנו 228,000 תרכובות אפשריות כנגד תאים בעלי תעלות כלור שאינן נפתחות בקלות, גילתה קבוצת חוקרים בוורטקס תרכובת שמפעילה באופן בררני את מתג האנרגיה של תעלת ה-CFTR הפגומה ומעלה את פעילותה לכדי %50 מן הרמות התקינות. התוצאות במעבדה היו טובות, והתרכובת, המכונה VX-770, כבר עברה בחינות מדוקדקות. במבדקים האלה, היכולת לנשום השתפרה באופן ניכר בתוך כמה שבועות אצל חולים הנושאים מוטציית G551D, וההשפעה המיטיבה נשמרה במהלך כל השנה שבה נערך המחקר. לא פחות חשוב, האנשים שטופלו התאשפזו בתדירות מופחתת והוסיפו 3-3.5 קילוגרמים למשקלם. אחד מאתנו (רואו) היה הרופא הראשון בארה"ב שנתן VX-770 לחולה. בהמשך השנה ורטקס מתכננת להגיש בקשה למנהל המזון והתרופות האמריקני (FDA) כדי לשווק את התרופה. מבדקים קליניים נוספים הבוחנים את VX-770 בשילוב תרופות אחרות גם הם נראים מבטיחים. (אוניברסיטת אלבמה בבירמינגהם היא אחד האתרים למבדקים הקליניים לתרופות שפותחו בידי PTC Therapeutics וורטקס; רואו וקלנסי ייעצו לשתי החברות לגבי תכנון המבדקים.)
 
התוצאות הקליניות האלה הן פורצות דרך, וגילוין של כמה תרופות אפשריות המתמקדות בשורש הבעיה בסיסטיק פיברוזיס נותן תוקף לעשורים של מחקר על הביולוגיה הבסיסית של המחלה ולמימון מחקרים כאלה על ידי המכונים האמריקניים לבריאות והקרן האמריקנית לסיסטיק פיברוזיס. אף שמבדקים קליניים נוספים נערכים כעת לבחינת היעילות והבטיחות של התרכובות לטווח הרחוק ובקבוצה גדולה יותר של חולים, יש מקום לקוות שיום יבוא ונוכל סוף סוף לטפל בעצם הסיבות הגורמות למחלה קשה זו.
 
סיסטיק פיברוזיס בישראל
 
בישראל מטופלים כיום כ-625 חולי סיסטיק פיברוזיס ב-6 מרכזים רפואיים. ילוד אחד מכל 5,000 לידות לוקה במחלה. השכיחות דומה ביהודים ובערבים אם כי משתנה בין עדות שונות, כך מסר לסיינטיפיק אמריקן ישראל פרופסור איתן כרם, מנהל המרכז הירושלמי לסיסטיק פיברוזיס בהדסה הר הצופים. במרכז מטפל בחולים צוות רב-תחומי הכולל כ-20 איש מתחומי מומחיות שונים. הטיפול כולל מעקב חודשי של רופא, תזונאית ופיזיותרפיסטית, בדיקת תפקודי ריאה ותרבית ליחה. בבית החולים מטופלים החולים בפיזיותרפיה יום-יומית לניקוז הליחה מדרכי הנשימה, בטיפולי שאיפה (אינהלציות) של אנטיביוטיקה, של תרופות מכייחות ושל מי מלח ובמתן אנזימי לבלב ויטמינים ותוספים תזונתיים. מרכז נעשה שימוש בתרופות הניסיוניות המוזכרות במאמר במסגרת מחקר בין-לאומי.