靶向β淀粉樣蛋白治療阿爾茨海默病機制的研究進展

劉超，李哲，陳永莊，石小東

(徐州醫(yī)科大學江蘇省麻醉學重點實驗室及江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，江蘇徐州221004)

阿爾茨海默病(AD)是一種普遍存在的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，其突出的特點是記憶的進行性退化、認知功能障礙及行為異常。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國罹患AD的人已超800萬。預(yù)計到2030年，我國將有1 000萬以上的AD患者，而80歲以上的人AD患病率將達30%。目前臨床上使用的治療AD的藥物不僅效能低，而且常引起各種不良反應(yīng)。β淀粉樣蛋白(Aβ)是AD發(fā)生的重要始動因素并且在AD發(fā)展過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。Aβ通過多種機制損傷神經(jīng)元，擾亂突觸功能，最終導(dǎo)致AD相關(guān)的認知功能障礙。近年來，靶向Aβ治療AD的研究取得了進展，其中免疫療法發(fā)展尤其迅速。本文將分別從Aβ的生成、聚集和清除角度出發(fā)，對靶向Aβ治療AD的機制進行綜述，以期推動對該疾病的研究。

1 Aβ概述

Aβ是由36～43個氨基酸殘基組成的多肽，由淀粉樣前體蛋白(APP)先后經(jīng)β-分泌酶和γ-分泌酶水解生成。在體內(nèi)，Aβ往往聚合形成毒性更強的寡聚體、Aβ原纖維以及Aβ纖維絲等超分子結(jié)構(gòu)[1]。生理情況下，機體能通過多種途徑清除Aβ，使其濃度維持于較低水平，不會大量寡聚化形成典型的病理性Aβ斑塊。然而，隨著生理功能的退化，Aβ生成和清除之間的動態(tài)平衡逐漸被打破。沒有被及時清除的Aβ常沉積于海馬區(qū)，通過多種機制損傷神經(jīng)元，干擾突觸功能，最終導(dǎo)致AD相關(guān)的癥狀[2]。首先，Aβ可以直接作用于細胞膜，改變膜的通透性，導(dǎo)致氧化損傷；其次，Aβ可以激活神經(jīng)膠質(zhì)細胞，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，間接損傷神經(jīng)元并引起血管源性的水腫。此外，Aβ還能夠與神經(jīng)元表面受體結(jié)合，干擾突觸信號傳遞并導(dǎo)致突觸功能障礙[3]。值得注意的是，Aβ在腦內(nèi)沉積并最終引起AD典型癥狀的過程十分緩慢。處于臨床AD前階段的患者腦內(nèi)往往已有Aβ標記物的升高及少量Aβ斑塊的出現(xiàn)，但尚未出現(xiàn)明顯的神經(jīng)元和突觸受損[4]，這為AD的早期診斷及治療提供了便利。

2 靶向Aβ治療AD的機制

2.1 減少Aβ生成

2.1.1 γ-分泌酶 除影響Aβ生成，γ-分泌酶還廣泛地調(diào)節(jié)如Notch結(jié)構(gòu)域的表達等重要生理過程。第一代γ-分泌酶的抑制劑，如LY-450139和MK-0752等選擇性較差，在Ⅱ期臨床試驗中均出現(xiàn)了胃腸道中毒、血液系統(tǒng)功能障礙、皮膚反應(yīng)及發(fā)色改變等多種Notch相關(guān)的缺陷與異常，致相關(guān)研究被叫停[5]。NIC5-15是第二代γ-分泌酶抑制劑，能選擇性地抑制γ-分泌酶對APP羧基端片段的裂解作用，對Notch蛋白卻沒有影響。Ⅱ期臨床研究表明NIC5-15的安全性和有效性均可[6]，后續(xù)臨床試驗正在籌備中。

2.1.2 β-分泌酶 β位點APP水解酶1(BACE1)可對APP進行初步水解，其抑制劑能夠有效減少Aβ生成，且無明顯不良反應(yīng)[7]。MK8931是由默克公司研發(fā)的BACE1抑制劑。該藥物在針對輕中度AD患者的臨床試驗中未達到預(yù)期效能，因而相關(guān)臨床試驗被終止。但針對僅表現(xiàn)出AD前驅(qū)癥狀患者的Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗仍在進行中[8]。此外，多種BACE1抑制劑如E2609、AZD3293和CNP520等均在目前Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗中表現(xiàn)出較好的安全性和降低患者腦內(nèi)Aβ的效能[9]，具有較好的發(fā)展前景。

2.2 阻止Aβ聚集

2.2.1 肌醇類化合物 肌醇類化合物是一種內(nèi)源性活性物質(zhì)，可與Aβ單體結(jié)合，并促進Aβ形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使之無法寡聚化。在AD模型小鼠中，肌醇類化合物可有效地減少Aβ的聚集以及Aβ斑塊的形成，并可顯著改善小鼠的認知功能[10]。由于鯊肌醇可以通過血腦屏障上的肌醇轉(zhuǎn)運體進入中樞，此藥物在針對輕中度的AD患者的Ⅱ期臨床試驗中表現(xiàn)良好。

2.2.2 由Aβ特異性配體以及金屬納米顆粒組成的多價軛合物 某些小分子物質(zhì)、多肽或金屬納米顆粒能結(jié)合Aβ并使其失去寡聚化的能力，但過低的親和力限制了其臨床應(yīng)用。研究表明，在金或鉑等金屬納米顆粒的表面覆蓋多個Aβ特異性的配體能夠顯著提高其與Aβ的親和力[11]。這種多效價配體與金屬納米顆粒軛合物在體外可以有效阻止Aβ的聚集，這或許能夠為未來AD的治療提供新思路。

2.3 促進Aβ清除

2.3.1 Aβ降解酶 Aβ降解酶(AβDPs)能有效地降解Aβ，是重要的內(nèi)源性Aβ調(diào)節(jié)因素。目前，被研究得相對透徹的一類AβDPs是鍍鋅金屬蛋白酶M13家族的neprilysin(NEP)[12]。有研究表明，一些臨床上已有的藥物如Gleevec、Bexarotene等能夠提高NEP的濃度[13]，這對未來研制可促進Aβ降解的藥物具有一定指導(dǎo)意義。另外，Spencer等[14]研究出一種能夠通過血腦屏障的NEP重組體——ASN12。研究證實，外周注射該重組體蛋白能夠有效降低中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)Aβ的水平并改善認知功能。通過不斷改進，靜脈內(nèi)注射AβDPs或?qū)⒊蔀槲磥碇委烝D的策略之一。

2.3.2 Aβ抗體 AD患者體內(nèi)可以產(chǎn)生針對Aβ的催化性抗體(CAb)，能與Aβ結(jié)合并迅速水解Aβ。Kou等[15]在實驗中利用腺病毒將催化性抗體IgVL5D3基因轉(zhuǎn)入AD模型小鼠體內(nèi)并成功表達后，小鼠腦內(nèi)Aβ濃度降低，且無腦淀粉樣血管病和出血等不良反應(yīng)，但其治療效果仍需更多臨床試驗的驗證。近年來，多種CAb被成功構(gòu)造，其中金屬依賴的2E6催化性抗體能夠特異性地水解Aβ而不影響APP或其他含有Aβ序列的非相關(guān)蛋白[16]。盡管CAb半衰期較短，但由于清除Aβ的效能強且不良反應(yīng)少，其在治療AD方面仍存在巨大的潛力。

2.3.3 免疫療法 首支Aβ主動免疫疫苗AN-1792于2000年開始研發(fā)，它由一個完整的Aβ1～42分子以及免疫刺激佐劑QS21組成。由于不良反應(yīng)較多且治療效果不佳，該疫苗的臨床試驗在2002年被叫停。但患者尸檢結(jié)果顯示，AN-1792的確能夠降低患者腦內(nèi)Aβ斑塊的水平，這為未來進一步的臨床試驗以及疫苗的改進工作奠定了基礎(chǔ)。CAD106是將Aβ1～6片段附著在噬菌體Qβ殼蛋白上制成的疫苗。Ⅱ期臨床試驗結(jié)果顯示，該疫苗無明顯的不良反應(yīng)且有75%的患者產(chǎn)生了足量的抗體，后續(xù)的臨床試驗還在進行中[17]。此外，Affitope AD-02目前處于Ⅱ期臨床試驗階段[18]。

被動免疫療法直接將高效能的單抗注入體內(nèi)，較少引起炎癥反應(yīng)，是AD治療研究的熱點。Solanezumab是針對Aβ13～28的人源化單抗，曾有Ⅲ期臨床試驗顯示，Solanezumab能夠改善輕度AD患者的癥狀。然而在2016年11月，美國禮來公司宣布Solanezumab因Ⅲ期試驗沒有達到預(yù)期而放棄申請上市[19]，這一度使Aβ假說的可靠性受到質(zhì)疑。但德國神經(jīng)退行性疾病研究中心慕尼黑分局的負責人表示，Solanezumab的失敗是由于自身的缺點而不能說明Aβ假說的錯誤，這種抗體很有可能因在血液中被中和，從而導(dǎo)致沒有足夠數(shù)量的抗體到達腦中的靶點。Crenezumab抗體能夠以較高的親和力結(jié)合Aβ寡聚體和Aβ斑塊，但與Aβ單體親和力較低。Crenezumab抗體針對臨床前以及輕度AD患者的Ⅲ期臨床試驗在2016年開展，預(yù)計于2020年結(jié)束[20]。Gantenerumab抗體能特異性地結(jié)合Aβ纖維，針對輕度AD患者的Ⅲ期臨床試驗正在進行中。此外，由Biogen公司開發(fā)的Aducanumab抗體是通過反向轉(zhuǎn)化醫(yī)學技術(shù)獲得的人源重組單抗，該抗體能自由通過血腦屏障，特異性地結(jié)合并清除Aβ聚集物[21]。Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗結(jié)果顯示，Aducanumab抗體具有較強的安全性且能夠呈劑量依賴性地降低患者腦內(nèi)Aβ水平并延緩認知功能衰退。目前兩個全球性Ⅲ期臨床試驗ENGAGE和EMERGE正在進行中，旨在研究Aducanumab抗體緩解早期AD患者認知功能障礙的安全性和有效性。于2016年11月召開的AD臨床試驗會議上更新的數(shù)據(jù)支持了Aducanumab抗體在Ⅱ期臨床試驗中取得的良好結(jié)果。這是否將成為AD治療的新希望，仍需要后續(xù)Ⅲ期臨床試驗的驗證以及對長期治療效果的觀察。

目前雖尚無任何一種靶向Aβ的藥物成功通過臨床試驗，但仍可從失敗的教訓中尋找新藥開發(fā)的思路。首先，靶向Aβ的藥物對早期甚至無癥狀期AD患者的作用明顯優(yōu)于中重度患者。一旦患者神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)了廣泛的、不可逆的神經(jīng)損傷，任何藥物都很難逆轉(zhuǎn)認知功能的進行性衰退。Solanezumab的Ⅲ期臨床試驗結(jié)果表明，中重度AD患者腦內(nèi)Aβ以及腦脊液中磷酸化的Tau蛋白水平均下降但認知功能并未得到任何改善，而部分輕度患者認知功能卻得到了改善[22]。這提示早期用藥能夠一定程度上減緩AD的發(fā)展。AD早期標記物的研究隨著蛋白質(zhì)組學、基因組學等技術(shù)的不斷引入而得到了很大的發(fā)展，多項預(yù)防性臨床研究正在開展[23]。早期應(yīng)用抗Aβ藥物是否能夠減緩，阻止甚至逆轉(zhuǎn)AD的病程發(fā)展仍然需要更多預(yù)防性臨床研究來進一步闡述與證實。

AD是一種復(fù)雜的、多因素參與的疾病，單純以Aβ為靶點治療AD的方案存在其自身的局限性，多靶點藥物的研發(fā)或?qū)⑹茿D藥物研發(fā)的趨勢之一。Aβ寡聚體和tau蛋白寡聚體具有類似的β-折疊方式和神經(jīng)毒性?；诖?，Davtyan等研發(fā)出一種靶向Aβ和tau蛋白的疫苗。該疫苗以Advax作為佐劑，能夠改善AD模型小鼠的認知功能且耐受度良好，目前尚處于臨床前階段。如果這種佐劑加強的聯(lián)合疫苗真如研發(fā)者所述，既可以產(chǎn)生特殊抗體來強有力地結(jié)合AD患者腦內(nèi)Aβ和tau蛋白的寡聚體，同時又不會誘導(dǎo)潛在有害的自體細胞免疫反應(yīng)。該疫苗在預(yù)防和治療AD方面將具有巨大潛力，或成為未來AD預(yù)防和治療的有力手段。相信隨著研究的不斷深入、AD治療窗口的前移以及更多多靶點抗AD藥物的陸續(xù)研發(fā)，將來可能找到防治AD的有效手段。

[1] Cohen M, Appleby B. Distinct prion-like strains of amyloid beta implicated in phenotypic diversity of Alzheimer's disease[J]. Prion, 2016,10(1):9-17.

[2] Jack CR Jr, Jagust WJ, Knopman DS, et al. Hypothetical model of dynamic biomarkers of the Alzheimer's pathological cascade[J]. Lancet Neurol, 2010,9(1):119-128.

[3] Benilova I, Karran E, dE Strooper B. The toxic Abeta oligomer and Alzheimer's disease: an emperor in need of clothes[J]. Nat Neurosci, 2012,15(3):349-357.

[4] Perrin RJ, Fagan AM, Holtzman DM. Multimodal techniques for diagnosis and prognosis of Alzheimer's disease[J]. Nature, 2009, 461(7266):916-922.

[5] Fleisher AS, Raman R, Siemers ER, et al. Phase 2 safety trial targeting amyloid-β production with a γ-secretase inhibitor in Alzheimer disease[J]. Arch Neurol, 2008,65(8):1031-1038.

[6] Xie YL. Progress of Alzheimer's disease drugs[J]. Pharm Clin Res, 2011,19:1-7.

[7] Yan R, Vassar R. Targeting the β secretase BACE1 for Alzheimer's disease therapy[J]. Lancet Neurol, 2014,13(3):319-329.

[8] Hawkes N. Merck ends trial of potential Alzheimer's drug verubecestat[J]. BMJ, 2017,356:j845

[9] Hung SY. Drug candidates in clinical trials for Alzheimer's disease[J]. J Biomed Sci, 2017,24:47.

[10] Dasilva KA, Shaw JE, Mclaurin J. Amyloid-beta fibrillogenesis: structural insight and therapeutic intervention[J]. Exp Neurol, 2010, 223(2):311-321.

[11] Streich C, Akkari L, Decker C, et al. Characterizing the effect of multivalent conjugates composed of Abeta-specific ligands and metal nanoparticles on neurotoxic fibrillar aggregation[J]. ACS Nano, 2016,10(8):7582-7597.

[12] Saito S, Ihara M. New therapeutic approaches for Alzheimer's disease and cerebral amyloid angiopathy[J]. Front Aging Neurosci, 2014,6:290.

[13] Nalivaeva NN, Belyaev ND, Turner AJ. New Insights into epigenetic and pharmacological regulation of amyloid-degrading enzymes[J]. Neurochem Res, 2016, 41(3):620-630.

[14] Spencer B, Verma I, Desplats P, et al. A neuroprotective brain-penetrating endopeptidase fusion protein ameliorates Alzheimer disease pathology and restores neurogenesis[J]. J Biol Chem, 2014,289(25):17917-17931.

[15] Kou J, Yang J, Lim JE, et al. Catalytic immunoglobulin gene delivery in a mouse model of Alzheimer's disease: prophylactic and therapeutic applications[J]. Mol Neurobiol, 2015,51(1):43-56.

[16] Nishiyama Y, Taguchi H, Hara M, et al. Metal-dependent amyloid beta-degrading catalytic antibody construct[J]. J Biotechnol, 2014,180:17-22.

[17] Davtyan H, Bacon A, Petrushina I, et al. Immunogenicity of DNA and recombinant proteinbased Alzheimer disease epitope vaccines[J]. Hum Vaccin Immunother, 2014,10:1248-1255.

[18] Anand R, Gill KD, Mahdi AA. Therapeutics of Alzheimer's disease: past, present and future[J]. Neuropharmacology, 2014,76(Part A):27-50.

[19] Le Couteur DG, Hunter S. Solanezumab and the amyloid hypothesis for Alzheimer's disease[J]. BMJ, 2016,355:i6771.

[20] Wisniewski T, Goni F. Immunotherapy for Alzheimer's disease[J]. Biochem Pharmacol, 2014,88(4):499-507.

[21] Sevigny J, Chiao P, Bussière T, et al. The antibody aducanumab reduces Abeta plaques in Alzheimer's disease[J]. Nature, 2016,537(7618):50-56.

[22] Rygiel K. Novel strategies for Alzheimer's disease treatment: An overview of anti-amyloid beta monoclonal antibodies[J]. Indian J Pharmacol, 2016,48(6):629-636.

[23] Sperling RA, Rentz DM, Johnson KA, et al. The A4 study: stopping AD before symptoms begin[J] Sci Transl Med, 2014,6(228):228fs13.