淺談藥理伴護小分子
(Pharmacological Chaperone)
施如亮1、廖晉霆2
1天主教永和耕莘醫院教學研究部、2台灣大學生命科學系碩士班
摘要
隨著分子生物學及分子醫學的發展，有越來越多的遺傳性疾病被發現是與基因突變產生摺疊異常的蛋白質有關。藥理伴護小分子是一個不同於傳統藥理類別的新興藥物，它可以當作分子鷹架來矯正或穩定這些異常的蛋白質，並協助將它們運送到原本應該發揮作用的部位。未來對某些遺傳性疾病，如屬於溶小體儲積症
(lysosomal storage disorders) 的龐貝氏症 (Pompe
disease)、高雪氏症 (Gaucher disease)、黏多醣症 (Mucopolysaccharidosis)
等，口服使用藥理伴護分子療法 (pharmacological chaperone
therapy)，相較於以注射方式使用的酵素替代療法 (enzyme replacement
therapy)，可以預期將發揮更大的效益。本文將介紹兩種在台灣已經上市的藥理伴護小分子藥物，即主成分分別為migalastat及tafamidis的Galafold錠劑及Vyndamax膠囊。
關鍵字： 藥理伴護小分子、法布瑞氏症、pharmacological
chaperone、migalastat、tafamidis
壹、 前言
在分子生物學是專門探討基因、蛋白質與細胞的基礎科學，而分子醫學就是分子生物學在臨床醫學上的應用。分子醫學開啟個人化醫療的時代，因此，在臨床上有許多具有分子選擇性或標靶性的藥物，近年來已然成為許多癌症、自體免疫疾病或罕見疾病的「救命神器」。這些新藥的作用機轉，對於僅學習傳統化學製劑的資深藥師來說，顯然是需要迎頭趕上的新課題。
眾所周知，細胞內從mRNA轉譯出的新生多肽 (nascent p
olypeptide)，都是以未摺疊 (unfolded) 或無規則捲曲的形式存在，多肽必須自我摺疊 (self-folding) 成特定三級結構的原生態 (native) 蛋白質後，才能發揮其正常生理功能。未摺疊的多肽對細胞來說是有毒性的，因為它很容易集結成大型而不易被分解的集結物 (aggregates) 。蛋白質於摺疊過程中，亦可能會因為溫度變化、pH值，造成蛋白質的錯誤摺疊。此外，摺疊錯誤的 (misfolded) 蛋白質，也可能源自於基因的突變，導致涉及與酶、離子通道或細胞膜上的受體 (receptor) 相關功能喪失的遺傳性疾病。有愈來愈多的證據顯示，摺疊錯誤的蛋白質一再堆積，可能導致阿茲海默氏症 (Alzheimer's disease) 或帕金森氏症 (Parkinson's disease) 等疾病的發生1。
然而，並非所有新生多肽都能自發性地摺疊成其原生態蛋白質，很多蛋白質的摺疊、或者是在高溫失活或稱為熱休克
(heat shock) 後，會需要「分子伴護蛋白 (molecular chaperone
)」的協助，完成或恢復到其原生態。分子伴護蛋白是一類大分子 (macromolecular)
蛋白質複合體，由二、三十個蛋白質聚集成一個像桶子的容器，存在於內質網 (endoplasmic
reticulum) ，而沒有特定的受質
(substrate)。新生且需要協助摺疊的多肽，可送到桶子內摺疊成正確的原生蛋白質後，才釋放出來
(圖一)。它的作用主要是能在正確的時間及地點，促進新生的多肽正確摺疊成原生態的蛋白質，同時也能防止它們發生降解及集結，有時還能幫助折疊錯誤的蛋白質有機會重新摺疊成正確的結構。一旦蛋白質摺疊好，分子伴護蛋白就會與蛋白質分離，再參與另一個新生多肽的摺疊1。
圖一 新生多肽的多元走向
藥理伴護小分子 (pharmacological chaperones或簡稱為pharmacoperones)，可以選擇性地結合或穩定摺疊錯誤的、或摺疊良好但不穩定的蛋白質結構，以防止其降解，並協助運送該蛋白質正確地到達其應發揮原有功能的地點。這個令人聽來倍感親切的名詞，在大約20年前出現，或被稱為「藥理助疊小分子」，利用藥理伴護小分子來治療相關疾病稱為「藥理伴護分子療法
(Pharmacological Chaperone Therapy,
簡稱PCT)」。目前在台灣已經核准上市的兩種作為藥理伴護小分子的藥物，分別是治療「已確診為法布瑞氏症且於體外試驗確定為可符合性基因突變
(amenable mutation) 的16歲 (含) 以上病人」的migalastat
(商品名為Galafold)，以及治療「成人野生型或遺傳性的轉甲狀腺素蛋白類澱粉沉著症造成之心肌病變
(transthyretin-mediated amyloid cardiomyopathy)」的tafamidis
(商品名為Vyndamax soft capsules 61 mg)。
貳、法布瑞氏症 (Fabry disease) 與migalastat
法布瑞氏症屬於一種性聯遺傳疾病，病人因為位於X染色體上負責製造溶小體酵素(lysosomal
enzyme)α-半乳糖苷酶 (α-galactosidase A, 簡稱α-Gal A)
的基因發生錯義突變 (missense mutation)註，使α-Gal
A產生缺陷。由於缺乏正常的α-Gal A，使得一些醣神經鞘脂質 (glycosphingolipid)，主要是globotriaosylceramide
(GL-3或 Gb-3) 及globotriaosylsphingosine (lyso
Gb-3) 這兩種受質，無法正常地在溶小體被代謝成lactosylceramide，因而堆積在全身許多細胞，包括內皮細胞、周細胞、血管平滑肌細胞、腎臟的表皮細胞、心肌細胞及背根神經節
(dorsal root ganglion)
細胞的細胞質及溶小體內，繼而造成腎臟、心臟與腦血管病變，或造成周邊神經病變，臨床上會造成四肢的疼痛。
多年來，治療法布瑞氏症都是使用「酵素替代療法 (Enzyme Replacement
Therapy; 簡稱ERT)」，藥物是人類細胞株及基因工程產製的重組型α-Gal A，包括agalsidase
alfa及agalsidase
beta，病人終生必須以每兩週靜脈注射一次的方式用藥。以藥理伴護分子療法來治療法布瑞氏症的口服小分子藥物migalastat
(圖二)，於2018年8月通過美國FDA核准上市，在台灣則於2020年2月取得罕見疾病用藥之藥品許可證。Migalastat可以在到達內質網後與具有特定變異
(即對migalastat有反應；migalastat-amenable) 的α-Gal
A結合，使該α-Gal
A的結構穩定化，並幫助其運輸到溶小體，在溶小體內的酸性環境下，migalastat與α-Gal
A分離，也快速地被從細胞移除；α-Gal A也回復其催化代謝GL-3及lyso Gb-3的活性2
(圖三)。
圖二 Migalastat結構式
圖三 以migalastat治療法布瑞氏症的作用機轉示意圖2
叁、轉甲狀腺素類澱粉蛋白沉積症 (transthyretin-mediated
amyloidosis ) 與tafamidis
類澱粉蛋白 (或稱蛋白類澱粉) 沉積症 (amyloidosis) 是一種因不溶性類澱粉蛋白 (amyloid)
在不同的器官與組織中，如血管、心臟、腸胃系統或神經系統沉積後，造成正常功能受損的疾病。與轉甲狀腺素類澱粉蛋白沉積症相關的蛋白質，就是轉甲狀腺素蛋白
(transthyretin，簡稱TTR)，它是一個由肝臟所製造，在血液中運輸甲狀腺素
(thyroxin) 及與視黃醇結合的載體蛋白 (retinol-binding
protein) 的蛋白質，為4個多肽鏈單體 (monomer) 組成的四聚體
(tetramer) 3。
TTR有兩種類型，一種是野生型
(wild-type)，也是較常見的類型，它形成的類澱粉蛋白不是遺傳性的，而是與老化相關，主要影響心臟；另一種是突變型
(mutant-type)，為體染色體的顯性遺傳 (autosomal dominant
inheritance) 所造成，此種類澱粉蛋白的沉積，有些會造成多發性神經病變 (polyneuropathy)，有些則造成心肌病變
(cardiomyopathy)，後者簡稱為TTR-CM 3。
老化或製造TTR的基因發生突變，會製造出不穩定的TTR，解離成單體後，再錯誤組合成寡聚體 (oligomer)、前絲狀構造、絲狀構造及不可溶的類澱粉蛋白纖維
(amyloid fibrils)，類澱粉蛋白纖維便開始堆積在身體的各個器官4
(圖四)。TTR的基因突變，有超過100種突變，其中以V30M為廣泛普遍。目前國內病患的TTR基因突變型，則多為A97S型5。
圖四 不穩定轉甲狀腺素蛋白與其類澱粉蛋白的堆積5
2019年5月美國FDA核准了用來治療轉甲狀腺素類澱粉蛋白沉積症的tafamidis (圖五)
及tafamidis meglumine (商品名為Vyndamax及Vyndaqel)。Tafamidis是TTR的選擇性穩定劑，它會結合至TTR的甲狀腺素結合位置，穩定TTR四聚體並減緩其解離成單體6
(圖六)，此解離步驟為類澱粉生成過程的速率限制步驟。在台灣僅上市Vyndamax膠囊，於2020年7月取得藥物許可證。
圖五 Tafamidis的結構式
圖六 Tafamidis穩定TTR四聚體並減緩其解離成單體6
肆、結論
人工的藥理伴護小分子藥物與正常細胞內的分子伴護蛋白，雖然分子結構不同，但是它們的機轉在幫助蛋白質正確摺疊的作用上是類似的。雖然migalastat作用於細胞內，而tafamidis作用於細胞外，但兩者的功能都是在穩定與幫助蛋白質摺疊，使相關的酶及蛋白質可以執行原來應有的生理功能，即使無法完全回復與正常人相同的功能，至少不是全數降解或集結、堆積，而使疾病迅速惡化。分子生物學及分子醫學的演進，一步一步解開許多疾病的致病之謎，藥理伴護小分子藥物是其中一種治療工具，相信在藥品市場上會有更大的發展潛力，嘉惠更多病人。然而，此類藥物並沒有改變病人的基因，只是處理摺疊異常的酶或蛋白質，所以疾病還是會伴隨病人的一生，
並具有遺傳的風險。它們只是緩解，而不是根絕疾病。因此基因療法 (gene therapy)
可能還是醫學上想根治疾病時會選擇的發展方案。
註：錯義突變 (missense mutation)
是指基因上某個鹼基對的改變，使構成蛋白質的眾多胺基酸中有一個胺基酸發生變化，結果造成蛋白質發生缺陷，而不能發揮正常的功能。
A Brief Discussion on Pharmacological Chaperone
Ru-Liang Shih1, Chin-Ting Liao2
1Education and Research Department, Yonghe
Cardinal Tien Hospital
2Department of Life Science, National Taiwan
University
Abstract
With the development of molecular biology and
molecular medicine, more and more genetic
diseases have been found to be related to
abnormal folding of proteins caused by gene
mutations. The pharmacological chaperon can
serve as molecular scaffold to correct or
stabilize these abnormal proteins and facilitate
their transport to the sites of action. In the
future, for certain genetic diseases which
belong to lysosomal storage disorders, such as
Pompe disease, Gaucher disease, and
Mucopolysaccharidosis, pharmacological chaperone
therapy by orally taking the pharmacological
chaperone will exert greater benefits compared
to the enzyme replacement therapy by injections
of enzyme. This article introduces two
domestically available drugs which contain
pharmacological chaperone as their active
ingredient, i.e. migalastat and tafamidis,
respectively.
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beginning of the end? European Heart Journal
2019; 0: 1-4. doi:10.1093/eurheartj/ehy697
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