最近的一項研究表明，一種名為Fevipiprant的藥物有望降低哮喘發作和住院的風險。這是首次報道一種降低氣道平滑肌質量的藥物，平滑肌質量是疾病嚴重程度的一個關鍵臨床指標，其質量增加會增加哮喘發作頻率甚至死亡的可能性。
研究人員與英國皇家工程學院研究員Rod Smallwood一起開發了計算機模型，使得他們能夠模擬二期臨床試驗的結果——預測患者的治療結果。而最初的試驗由萊斯特大學呼吸醫學臨床教授、歐洲肺組織AirPROM主要協調員Christopher Brightling領導。
哮喘越來越常見
根據《2018年全球哮喘報告》，全世界約有3.39億人患有哮喘，每天有多達1000人死於哮喘。哮喘的流行率正在上升，低收入和中等收入國家受害最嚴重，部分原因是缺乏基本藥物、負擔不起藥物或藥物質量不可靠。哮喘是由患者的基因、細胞和環境之間複雜的相互作用引起，這些相互作用會導致氣道平滑肌質量增加:這一過程被稱為“重塑”。
我們的氣道由幾種不同類型的細胞組成，它們共同處於一種高度有序的狀態。氣道腔內排列著上皮細胞，再往裡是間充質。後者包含在哮喘期間增加質量的肌肉細胞。氣道的另一個重要特徵是炎症細胞，當遇到外來刺激(如過敏原或病毒)時，炎症細胞就會被激活。
在健康的狀態下，這三種細胞協調一致，以確保有效的氣流和對外部挑戰的適當反應。在哮喘中，這些和諧的相互作用被破壞，導致肌肉質量增加。制定合理的哮喘治療策略需要對導致該病出現的因素有準確的理解。我們不能僅通過實驗來實現這一目標，因為造成這種疾病的因素有很多。利用數學模型，我們可以使用假設來幫助降低系統的複雜性。
創造“虛擬病人”
在臨床試驗中，研究人員觀察到Fevipiprant可以減少炎症細胞數量和肌肉質量。為了理解這個過程，研究人員建立了一個結合了上皮細胞、間充質細胞和炎症因子的數學模型，以此理解是什麼因素導致了哮喘期間氣道的重塑。研究人員使用了一種稱為“基於代理的建模”的方法——一種依賴於規則集來控制不同模型元素之間交互的數學方法。
他們開發了一個患有嚴重哮喘的“虛擬病人”，並給他們虛擬藥物，首先使用虛擬Mepolizumab殺死呼吸道的炎症細胞，以確保模型與臨床狀況相符，結果虛擬患者的表現與臨床結果一致。隨後研究人員給虛擬病人注射了抗病毒藥Fevipiprant，雖然它顯示出與臨床試驗相同的炎症細胞減少，但它未能顯示出與臨床觀察到的相同的肌肉質量的減少。
研究人員由此得出結論，Fevipiprant的作用不僅僅是減少炎症，還直接影響肌肉質量。萊斯特大學(University of Leicester)的Ruth Saunders用取自患者的肌肉細胞進行的實驗表明，Fevipiprant減少了肌成纖維細胞的招募，後者會在重塑過程中增加肌肉質量。當這一次要特徵被添加到模型中時，研究人員觀察到的虛擬患者肌肉質量的減少與臨床數據一致。
減少對類固醇的依賴
Fevipiprant可能是一種改善哮喘氣道重塑的潛在療法。使用這種藥物可以減少患者對高劑量類固醇的依賴，高劑量類固醇的副作用包括體重增加、糖尿病和高血壓。其次，“虛擬病人”可以在藥物設計和優化中發揮作用，潛在地降低藥物開發成本。雖然這確實需要用其他療法進行更多的測試，但它是針對特定患者模型的一個里程碑，有望開創呼吸醫學精準度的新時代。
資訊來源 生物谷
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