阿爾茨海默病藥物研發(fā)進(jìn)展

滕玉鷗，曹夢(mèng)麟，郁 彭，劉夫鋒

(天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津300457)

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是目前最常見的老年期癡呆之一，是一種由于自身中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性所致的慢性神經(jīng)退行性疾病[1]．

目前，AD患者約占全部癡呆患者的60%～80%，已成為嚴(yán)重的社會(huì)問題[2-3]．據(jù)統(tǒng)計(jì)[3-4]，全球AD患者已超過5000萬人，預(yù)計(jì)2050年將突破1.52億人，其中65歲以上患者將達(dá)到1380萬人．當(dāng)前，中國(guó)AD患者已超過1000萬人，是新發(fā)病例全球增速最快的國(guó)家之一[5-6]．治療AD的成本負(fù)擔(dān)與流行程度與日俱增，僅2020年美國(guó)AD患者的家人和朋友提供了約153億小時(shí)的無償護(hù)理，相當(dāng)于貢獻(xiàn)了2570億美元[3]．到2050年預(yù)計(jì)總費(fèi)用將達(dá)到1.1兆億美元(不包括上述無償護(hù)理費(fèi)用)，患者、家庭、社會(huì)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)都面臨著巨大壓力[3]．

1 AD發(fā)病機(jī)制假說

科學(xué)家提出多種廣為認(rèn)可的AD發(fā)病機(jī)制假說，如Aβ級(jí)聯(lián)假說、膽堿能假說、Tau蛋白異常磷酸化假說、神經(jīng)炎癥假說、金屬離子紊亂假說等[7-9]，但是其致病機(jī)理仍無法明確，目前該疾病仍無法治愈，成為醫(yī)學(xué)界一大難題．

1.1 Aβ級(jí)聯(lián)假說

Aβ級(jí)聯(lián)假說是一項(xiàng)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持的重要假說，該假說指出AD的病變過程受到了淀粉樣蛋白前體和β-淀粉樣蛋白(Aβ)之間相互作用的影響[10]．β-分泌酶剪切產(chǎn)生sAPPβ蛋白并被釋放到胞外，而γ-分泌酶的剪切則產(chǎn)生了Aβ多肽和β-淀粉樣蛋白前體蛋白胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(amyloid precursor protein intracellular domain，AICD)．Aβ多肽會(huì)被釋放到胞外并在腦內(nèi)積累，它們的過度積累造成了Aβ老年斑產(chǎn)生，這是神經(jīng)元損傷或死亡的重要原因．目前，針對(duì)Aβ級(jí)聯(lián)假說所開發(fā)的藥物包括β-淀粉樣蛋白聚集抑制劑、γ-分泌酶和β-分泌酶的抑制劑等，但是相關(guān)藥物(如γ-分泌酶抑制劑Semagacestat、與可溶性Aβ蛋白特異性結(jié)合Solanezumab等)的研發(fā)并不順利，副作用和不良反應(yīng)較多，主要停留在臨床Ⅱ期和臨床Ⅲ期[11-12]．

1.2 膽堿能假說

膽堿能假說是最早試圖解釋AD發(fā)病機(jī)制的假說，認(rèn)為AD的產(chǎn)生是由于AD患者腦內(nèi)的神經(jīng)遞質(zhì)存在缺陷，導(dǎo)致膽堿能神經(jīng)元受到損傷．該假說認(rèn)為乙酰膽堿酯酶(AChE)和乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶(ChAT)的活性下降是乙酰膽堿(Ach)濃度下降、膽堿能活性下降的主要原因．目前美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)批準(zhǔn)上市的抗AD藥物中，包括他克林[13]、多奈哌齊[14]、加蘭他敏[15]和卡巴拉汀[16]等都與該假說密切相關(guān)．他克林是最早問世的乙酰膽堿酯酶抑制劑，但嚴(yán)重的肝毒性使其只能作為參考藥物，之后的多奈哌齊、利斯的明和加蘭他敏在保持有效性和安全性的同時(shí)，對(duì)輕度和中度AD患者具有療效．但是，由于這些與膽堿能假說相關(guān)的抗AD藥物的療效并不顯著，所以該假說仍存在較大爭(zhēng)議．

1.3 Tau蛋白異常磷酸化假說

Tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白．在正常情況下，Tau蛋白主要集中于神經(jīng)元軸突中．由于正常情況下可溶性的Tau蛋白可與微管蛋白結(jié)合促進(jìn)微管的穩(wěn)定，而在AD患者腦中，高度磷酸化的Tau蛋白會(huì)由可溶轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇艿耐瑫r(shí)高度聚集．這不但會(huì)使其自身微管結(jié)構(gòu)受損失，喪失其正常的功能作用，而且會(huì)導(dǎo)致突觸蛋白失去功能和神經(jīng)退行性病變引起神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)[17]．Tau蛋白的磷酸化與AD患者病程中認(rèn)知功能缺失密切相關(guān)[18]．在以Tau蛋白為靶點(diǎn)開發(fā)候選藥物的研究方向主要包括抑制Tau蛋白過度磷酸化、抑制Tau蛋白聚集和促進(jìn)Tau蛋白分解等[9]，但是對(duì)于Tau蛋白相關(guān)藥物的開發(fā)仍處于早期階段．目前，在研的Tau蛋白抑制劑包括Semorine-mab、Gosuranemab、Zagotenemab等，絕大多數(shù)仍處于臨床Ⅱ期，后續(xù)研究進(jìn)展仍有待觀察．

1.4 神經(jīng)炎癥假說

由于在AD患者大腦功能的檢測(cè)中存在炎癥因子、急性期反應(yīng)物等諸多炎癥指標(biāo)，證明炎癥與AD的病程發(fā)展密切相關(guān)，而神經(jīng)炎癥主要是由小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的．小膠質(zhì)細(xì)胞在免疫防御中發(fā)揮巨噬細(xì)胞的作用，腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白的聚集可能會(huì)引起小膠質(zhì)細(xì)胞過度激活，導(dǎo)致促炎因子大量釋放促進(jìn)AD的發(fā)展．因此，阻斷小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥通路或可作為抗AD藥物開發(fā)的思路．

1.5 金屬離子紊亂假說

與正常人群腦內(nèi)金屬離子濃度相比，AD患者腦內(nèi)淀粉樣斑塊中的金屬離子濃度為正常大腦的5倍左右．AD患者腦內(nèi)高濃度的銅離子、鐵離子和鋅離子等金屬離子會(huì)引起氧化應(yīng)激作用，同時(shí)與Aβ多肽聚合形成更具毒性的Aβ寡聚體[19-20]．其中Aβ-Cu2+復(fù)合物會(huì)催化產(chǎn)生氧簇自由基造成氧化損傷嚴(yán)重，破壞細(xì)胞功能，而Aβ寡聚體與鋅離子、鐵離子的結(jié)合在加劇氧化應(yīng)激過程的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元受損，最終加劇AD進(jìn)程．金屬離子紊亂假說是比較新的假說，所以可能成為抗AD藥物開發(fā)的新方向．

2 上市藥物

目前上市的抗AD藥物包括4種，膽堿酯酶抑制劑、NMDA受體拮抗劑、Aβ抑制劑以及腸道菌群調(diào)節(jié)劑，這些藥物可以通過抑制乙酰膽堿活性促進(jìn)或恢復(fù)膽堿功能，對(duì)于初期和中期AD患者起治療作用，維持患者認(rèn)知狀態(tài)[21-22]．但是，這些藥物并不能改善AD患者病情發(fā)展，只能發(fā)揮延遲作用，而且基本都具有嚴(yán)重副作用，如他克林具有肝毒性，卡巴拉汀有惡心、嘔吐等胃腸道不良反應(yīng)等[23]．并且在治療效果上，這些藥物也僅僅能延緩疾病進(jìn)展以及改善癥狀，并不能夠根治疾?。@顯然亟需開發(fā)更有效的藥物．

從2003年開始，AD一直沒有新的藥物獲批上市，直到2019年和2021年，才有新的藥物獲批，分別是Aducanumab[24]和GV-971[25]．

2019年11月2日我國(guó)上市了由中國(guó)海洋大學(xué)、中科院上海藥物所與上海綠谷自主研發(fā)的抗AD藥物GV-971(甘露特鈉膠囊，商品名“九期一”)．它是從海藻中獲得的甘露寡糖二酸，是中國(guó)原創(chuàng)、全球首個(gè)靶向腦-腸軸的AD治療新藥，通過重塑腸道菌群平衡，從而改善認(rèn)知功能障礙，應(yīng)用于輕度至中度AD治療．2020年4月，該藥獲批在美國(guó)進(jìn)入臨床試驗(yàn)．這款藥物也一定程度上填補(bǔ)了市場(chǎng)的空白．

GV-971研究者通過表面等離子共振(SPR)芯片篩選方法獲得國(guó)際首個(gè)靶向Aβ的寡糖分子971．通過體內(nèi)研究表明971能夠明顯改善轉(zhuǎn)基因小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力以及日常生活能力，可通過多環(huán)節(jié)抑制Aβ的神經(jīng)細(xì)胞毒性．在研究過程中，研究者使用AD小鼠模型，通過糞便移植實(shí)驗(yàn)證明了腸道微生物群的失調(diào)與AD發(fā)病機(jī)理中的神經(jīng)炎癥存在著某種潛在的機(jī)制聯(lián)系[26]．通過對(duì)小鼠的菌群變化和體內(nèi)相關(guān)指標(biāo)的分析發(fā)現(xiàn)，在AD進(jìn)展過程中，腸道菌群組成的改變會(huì)導(dǎo)致苯丙氨酸和異亮氨酸的外周積累，進(jìn)而刺激促炎性Th1細(xì)胞的分化和增殖[26]．而腦浸潤(rùn)的外周血Th1免疫細(xì)胞與M1小膠質(zhì)細(xì)胞激活相關(guān)，會(huì)促成神經(jīng)炎癥[27]．GV-971可恢復(fù)正常的微生物特征，降低苯丙氨酸和異亮氨酸的濃度，從而減少與Th1細(xì)胞相關(guān)的神經(jīng)發(fā)炎．因此，GV-971的出現(xiàn)揭示了腸道菌群失調(diào)促進(jìn)神經(jīng)炎癥在AD進(jìn)展中的作用，提出了通過重塑腸道菌群平衡，抑制腸道菌群特定代謝產(chǎn)物的異常增多，減少外周及中樞炎癥，降低Aβ沉積和Tau蛋白過度磷酸化，為抗AD藥物的研發(fā)提供新思路[27]．

事實(shí)上，在過去一段時(shí)間內(nèi)，GV-971這款新藥一直伴隨著學(xué)術(shù)界和業(yè)界的爭(zhēng)議．鑒于AD療法的緊缺性和病患的需求，國(guó)家藥監(jiān)局批準(zhǔn)了GV-971的上市申請(qǐng)，但在這款藥物上市后，仍然被要求繼續(xù)進(jìn)行藥理機(jī)制方面的研究，繼續(xù)進(jìn)行長(zhǎng)期安全性有效性研究，并完善寡糖的分析方法．如果后續(xù)數(shù)據(jù)不理想，可能意味著這款藥物會(huì)被撤回．

在2021年6月7日，美國(guó)FDA批準(zhǔn)了渤健與衛(wèi)材公司聯(lián)合開發(fā)的Aducanumab上市．這是近20年間，美國(guó)FDA針對(duì)AD唯一批準(zhǔn)上市的新藥．它是一款基于β-淀粉樣蛋白靶點(diǎn)研發(fā)的人類單克隆抗體．它能夠有選擇性地與AD患者大腦中的β-淀粉樣蛋白沉積結(jié)合，然后通過激活免疫系統(tǒng)，將沉積蛋白清理出大腦．患者使用Aducanumab后，能顯著改善其認(rèn)知能力[28-29]．另外，之前基于β-淀粉樣蛋白的在研藥物基本都失敗于臨床試驗(yàn)中，這導(dǎo)致β-淀粉樣蛋白假說一直備受爭(zhēng)議．Aducanumab的成功也進(jìn)一步證實(shí)β-淀粉樣蛋白沉積假說的正確性．雖然Aducanumab在臨床試驗(yàn)中歷經(jīng)坎坷，但是其成功獲批上市，給正在進(jìn)行AD藥物研發(fā)的公司帶來希望，堅(jiān)定研發(fā)信心．

總結(jié)目前抗AD的上市藥物見表1．

表1 抗AD的上市藥物Tab. 1 Anti-AD drugs on the market

3 失敗藥物

許多潛在的治療AD藥物在開發(fā)過程或者后期臨床試驗(yàn)中出現(xiàn)療效或者安全性問題，藥物研發(fā)不得不宣告失敗[10](表2)，另外還有部分在研藥物其研發(fā)進(jìn)展停滯不前，處于“休眠期”．關(guān)于治療AD藥物的研發(fā)，其成功率接近零．研究[25-37]顯示，全世界約有120種AD藥物正在開發(fā)中，而惡性腫瘤藥物為6833種，糖尿病為433種；AD臨床試驗(yàn)的失敗率高達(dá)99.6%，而癌癥藥物的失敗率為92%．而每一種藥物的研發(fā)，在時(shí)間上為10～15年，在金錢上花費(fèi)近30億美元．本世紀(jì)以來，各大制藥企為AD市場(chǎng)投入了約2000多億美元，但僅2018年至2019年初，就有8種藥物因?yàn)榀熜Р罨蚨拘愿?，Ⅲ期臨床試驗(yàn)均宣布失?。?/p>

表2 部分研發(fā)失敗的AD藥物Tab. 2 Some AD drug candidates that have been terminated

針對(duì)治療AD藥物的研發(fā)領(lǐng)域，由于AD的生物學(xué)定義不明確、生物標(biāo)志物有限，并且研發(fā)試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高等原因，大型藥企頻頻受挫，對(duì)其打擊重大．世界上幾家制藥巨頭公司已紛紛中止幾項(xiàng)大型AD癥Ⅲ期臨床試驗(yàn)，例如美國(guó)輝瑞公司在2018年就宣布退出AD癥研發(fā)領(lǐng)域．在全球醫(yī)藥界，AD藥物的研發(fā)始終是一大難題．

續(xù)表

4 在研藥物

根據(jù)“創(chuàng)新藥周期理論”，AD藥物將是下一個(gè)醫(yī)藥大市場(chǎng)，盡管目前AD藥物的研發(fā)可謂舉步維艱，但依然有很多公司仍愿意屢敗屢戰(zhàn)，未來癌癥如果得到有效控制，創(chuàng)新藥市場(chǎng)的一大盛宴將是AD．因此，為了研發(fā)治療AD藥物，全球制藥企業(yè)和科研人員仍在不懈努力，其進(jìn)展在各界均備受關(guān)注[65]．

盡管2019年有大規(guī)模的Ⅱ/Ⅲ期、Ⅲ期臨床試驗(yàn)中止，但是截至2021年1月，在全球臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)clinicaltrials.gov搜索，仍有232項(xiàng)尚未招募/正在招募/正在進(jìn)行的AD臨床試驗(yàn)．在研的AD藥物有126種[36,66-67]，其中處于Ⅲ期臨床試驗(yàn)中的有28種，Ⅱ期臨床試驗(yàn)中的有74種，Ⅰ期臨床試驗(yàn)中的有24種[60-67]．目前有21種藥物披露了臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)(表3)．綜上所述，與2020年的121種相比，增加了5種(Ⅲ期減少1個(gè)藥劑，Ⅱ期增加9個(gè)藥劑，Ⅰ期減少3個(gè)藥劑)，且針對(duì)Aβ或Tau蛋白以外的在研藥物數(shù)量有所增加．自2020年以來，Ⅲ期臨床試驗(yàn)有5個(gè)預(yù)防試驗(yàn)，Ⅱ期臨床試驗(yàn)有2個(gè)預(yù)防試驗(yàn)；在過去的6年中，Ⅲ期臨床試驗(yàn)的數(shù)量保持不變，而Ⅱ期預(yù)防試驗(yàn)的數(shù)量則有所不同(0～4次)[67]．因此，AD藥物研發(fā)的勢(shì)頭仍然迅猛．

表3 部分正在臨床研究的AD藥物Tab. 3 Some AD drug candidates under clinical study

續(xù)表

5 抗AD新藥的研發(fā)展望

(1)高效生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)．目前醫(yī)藥公司的研發(fā)重點(diǎn)為癥狀明顯的臨床治療階段，對(duì)于預(yù)防研究相對(duì)較少．當(dāng)AD患者出現(xiàn)早期臨床癥狀時(shí)，體內(nèi)病理現(xiàn)象早已出現(xiàn)，單純的藥物治療無法根治，因此尋找有效的AD生物標(biāo)志物是早期發(fā)現(xiàn)AD患者的前提，也是治療AD的關(guān)鍵．

(2)新發(fā)病機(jī)制的探究．過去百年間，由于AD發(fā)病機(jī)制尚不明確，雖有幾種藥物被FDA獲批，但其不能改變疾病的進(jìn)展，并且能引起嚴(yán)重的副作用，導(dǎo)致AD治療藥物的研發(fā)艱難而緩慢．直到最近GV-971的成功上市，說明了AD的發(fā)生可能與葡萄糖代謝、慢性炎癥反應(yīng)和腦-腸軸等方面息息相關(guān)，提供新的思路拓展AD研究的新領(lǐng)域，也意味著AD新發(fā)病機(jī)制的探究迫在眉睫．

(3)新研發(fā)思路的探究．固有無序蛋白(IDP)是一種結(jié)構(gòu)會(huì)隨著微環(huán)境的改變而變化的蛋白質(zhì)．目前，Graffinity制藥公司發(fā)現(xiàn)了一些能夠抑制在AD中發(fā)揮重要作用的無序蛋白的小分子．因此，IDP有望成為抗AD新藥研發(fā)新靶點(diǎn)．

隨著科技發(fā)展，CRISPR-Cas9編輯技術(shù)不僅可以治療基因缺陷方面的疾病(例如通過去掉編碼AD疾病相關(guān)蛋白的基因，中止致病蛋白的合成)，而且可以成功培育理想的AD動(dòng)物模型，精準(zhǔn)模擬人類神經(jīng)退行性疾病，為治療老年癡呆等疾病提供穩(wěn)定、可靠的動(dòng)物模型，推動(dòng)藥物篩選和治療方案制定．

隨著醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等基礎(chǔ)研究的不斷發(fā)展，人們?cè)诓粩鄬?duì)AD進(jìn)行探索，先前失敗的經(jīng)驗(yàn)也為未來藥物研發(fā)提供了新的線索，在此基礎(chǔ)上不斷調(diào)整藥物研發(fā)方向并轉(zhuǎn)變思路，AD藥物研發(fā)仍充滿希望．