阿爾茨海默病的研究及其藥物開發歷程

梁 波

2019年11月2日，國家藥品監督管理局有條件批準上海綠谷制藥有限公司治療阿爾茨海默病(Alzheimer's Disease，AD)新藥——甘露特鈉(代號GV-971)上市申請，該藥“用于輕度至中度阿爾茨海默病，改善患者認知功能”，改變了這一領域國際上17年無新藥上市的歷史。那么，AD到底是怎樣一種疾病呢？

1 阿爾茨海默及AD

大腦是人類在長期進化中發展起來的最為重要的思維和意識器官，對大腦疾病的自我認識從古至今備受關注，以致成為當今世界熱門的“腦科學”。作為大腦疾病的癡呆概念，由古埃及醫師最早于公元前2000年首先提出，中醫學將其列入“呆病”、“文癡”、“郁證”、“癲證”等范疇。現代西方醫學中“癡呆”一語的英文dementia概念，源于法國醫師、被譽為現代精神醫學之父的菲利普·皮內爾(Philippe Pinel，1745年～1826年)博士。

1906年，作為癡呆的一種最常見類型，由德國醫生阿洛伊斯·阿爾茨海默(Alois Alzheimer，1864年～1915年)發現，他的老師和同事——德國精神病學家、現代精神病學創始人埃米爾·克雷佩林(Emil Kraepelin，1856年～1926年)，將此病命名為阿爾茨海默病AD，以往俗稱老年癡呆癥，因帶有歧視性傾向，現均稱AD。但嚴格講癡呆還有血管性癡呆、路易體癡呆或者額顳葉癡呆等其他類型，AD并不等同于老年性癡呆，只是癡呆的最常見和最多類型，占癡呆的60%～80%。AD的發現、研究及治療史，代表了現代神經內科的歷史，其早期研究者法國人皮內爾和德國人克雷佩林、阿爾茨海默等人有清晰的傳承關系[1]。

AD是與家族遺傳和年齡增長相關的一種神經退行性疾病，其主要癥狀有：從短期記憶受損發展到記憶力喪失，語言、感覺、運動技巧變差，情緒不穩定，最后病人會變得沒有反應、失去活動能力和身體功能的控制能力，終至死亡。

1864年6月14日，阿爾茨海默出生于德國維爾茨堡南部的小鎮馬克特布賴特(Marktbreit)，1870年～1874年在此接受了小學教育。1883年，從阿莎芬堡(Aschaffenburg)高中畢業后進入柏林大學醫學院學習，隨后就讀于圖賓根大學、維爾茨堡大學。1887年，23歲的阿爾茨海默最終在維爾茨堡大學獲醫學博士學位，論文題目是《關于耳垢腺的研究》(OntheEarwaxGlands)[2]。

阿爾茨海默一生的工作大致分為法蘭克福、慕尼黑和布雷斯勞三個階段。1888年，他到法蘭克福精神病院并工作了14年，期間與弗朗茨·尼氏(Franz Nissl，1860年～1919年)合作出版了6卷本《大腦皮層的組織學與組織病理學》。1903年，又到慕尼黑大學精神病系工作，第二年發表了《進行性麻痹組織學研究的鑒別診斷》一文；1906年，利用顯微鏡研究一位患者的腦組織標本，發現大量老年斑和神經纖維纏結。1912年，阿爾茨海默應邀前往布雷斯勞(Breslau，現波蘭弗羅茨瓦夫)大學精神病與神經病研究所，擔任所長和心理學教授，因途中患病感染，于1915年12月19日逝世，終年51歲。

AD是僅次于心臟病、腫瘤和中風而導致死亡的第四大疾病，已成為人類目前和未來所面臨的全球公共衛生和社會保健的最大挑戰之一。AD多發于老年人，隨著人類壽命的延長，全世界的患者數量逐年攀升。2015年，全球AD患者為4 680萬人，預計2030年將達到7 470萬人，2050年更會突破1.315億人。當年新增病例990萬人，平均每3秒就有一人罹患AD，醫療和護理成本總計為8 180億美元。到2015年為止，中國AD患者數量達到950萬人，而且在65歲及以上年齡段的老齡人口中，每年以5%～7%的速度增長。預計到2018年，全球AD相關費用為1萬億美元；到2030年，將增至2萬億美元[3]前言1。

因AD發病原因至今沒有定論，一直未找到有效的治療方法和藥物。

2 AD發現簡史

1901年11月25日，阿爾茨海默在法蘭克福精神病院接診了51歲的女性患者——奧古斯特·登特(Auguste Deter)。她表現為奇怪的行為異常癥狀，短期記憶缺失，以后數年該患者的臨床表現一直困擾著他。1906年4月，奧古斯特夫人去世，阿爾茨海默將其病歷和腦組織標本送到慕尼黑大學克雷佩林的實驗室進行病理學檢查，發現該患者腦組織中有大量老年斑和神經纖維纏結。

1906年11月3日，在圖賓根舉辦的第37屆德國西南部精神病學年會上，阿爾茨海默報告了奧古斯特夫人的病歷，對其臨床癥狀及尸檢后的神經病理學檢查結果進行了展示[2]，但報告沒有引起關注，官方的會議記錄僅以簡短的摘要形式進行發表。

1907年，阿爾茨海默正式發表了《關于大腦皮層的一個特殊區域》一文，意味著人類一種新疾病的發現，若他后來能夠獲諾貝爾獎的話，這一定是標志性的論文[4]！

1910年，克雷佩林在其著作《精神病學》第8版中首先將這種疾病以阿爾茨海默命名并建立了一套診斷標準，由于克雷佩林在精神疾病領域的權威性，這一病名開始被廣泛使用。人們開始關注AD，阿爾茨海默也由此名垂醫史！在科學史上，阿爾茨海默對這一疾病的發現，頗有些類似孟德爾對遺傳定律的發現，至少超前了半個世紀！

阿爾茨海默既是一位精神病學家，也是一位神經病理學家。他一生遇到兩位貴人：一位是克雷佩林，命名了AD；另一位是弗朗茨·尼氏，他發明的用苯胺染料對腦切片染色的方法(尼氏染色法)沿用至今。阿爾茨海默正是用尼氏染色法對奧古斯特夫人的腦切片進行染色，再通過顯微鏡仔細觀察發現，患者腦切片有兩個明顯的病理特征：小粟粒灶——后來被命名為淀粉樣斑塊(老年斑)，還有被著上很深顏色的神經元纖維——現在稱為神經纖維纏結。

回顧AD的百年簡史，我們可以更清楚地理解AD研究的脈絡，見表1[5-6]。

表1阿爾茨海默病研究歷史年表

年份人物或事件AD1902改進銀染色法1906阿爾茨海默首次在一例女性患者的腦組織中發現大量老年斑和神經纖維纏結1910克雷佩林正式命名“阿爾茨海默病”1922路易體癡呆1932肖特基(Schottky)首次報告常染色體顯性遺傳性AD病例1962用左旋多巴治療帕金森病1963基德(Kidd)電子顯微鏡觀察發現雙螺旋細絲樣物質組成神經纖維纏結1964特里(Terry)電子顯微鏡觀察發現淀粉樣蛋白纖維組成老年斑1968布萊斯特(Blessed)確認AD為老年人群常見疾病1976戴維斯(Davies)和馬洛尼(Maloney)提出膽堿能缺陷假說1983亨廷頓遺傳連鎖圖1984格雷內(Glenner)和黃(Wong)命名Aβ并發現相關序列;美國制定發布AD臨床診斷標準1985朊病毒基因克隆確認Aβ斑塊序列1986伍德(Wood)等確認τ蛋白為神經纖維纏結的主要成分1987克隆APP基因并定位于第21號染色體1989發現克-雅氏病(CJD)/格斯特曼綜合征(GSS)中朊病毒基因突變

(續表1)

3 病理特征與發病假說

關于AD全面的生化研究開始于20世紀60年代末和70年代初，目前學界公認的三大病理特征是：β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)沉積、神經纖維纏結和神經元大量丟失[7]。Aβ是核心，也是AD發病的關鍵性因素和近年來被普遍認為的治療靶點，干預Aβ的產生和阻止其聚集是防治AD的有效途徑，研制抑制Aβ纖絲形成和聚集的藥物具有重要價值[8]。

假說是科學理論提出的起點，也是治療方法研究的前提。發現AD已愈百年，研究者們對發病機制提出了多種假說。在各種假說中，膽堿能損傷假說、β淀粉樣蛋白級聯假說和τ蛋白(tau protein)異常修飾假說較為典型，在揭示AD病因研究中具有里程碑意義[3]40-63。

3.1 膽堿能損傷假說

膽堿能損傷假說[9]最早被提出，1971年開始，多伊奇(Deutsch J A)等[10-11]通過動物試驗發現，膽堿能系統與記憶的形成和儲存有關，此后其他學者進一步做了完善。這一假說認為，各種原因引起的基底前腦膽堿能神經元損傷、相關的皮層及海馬等腦區的膽堿能神經傳遞受損，在AD患者記憶及認知功能損傷過程中起重要作用。研究表明，在AD患者腦內膽堿能神經纖維發生退行性改變和神經元丟失、乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase，AChE)和其轉移酶的表達水平與酶活性出現異常[3]56。

這是早期關于AD發病機制最為經典的假說，藥物開發也由此展開，美國食品藥品監督管理局批準的5種AD臨床治療藥物中有4種為乙酰膽堿酶抑制劑(acetylcholinesterase inhibitor,AChEI)。中國科學院上海藥物所唐希燦院士及其團隊于1982年開始研制的石杉堿甲(Huperzine A)也屬這類藥物，它是從我國中草藥蛇足石杉中分離提取到的一種高效、高選擇性的天然乙酰膽堿酶抑制劑，1994年開發成功并用于治療AD[12]。但這類治療的效果僅能達到緩解病情，還無法阻止或者逆轉病理進程。

3.2 β淀粉樣蛋白級聯假說或稱Aβ級聯假說

1991年，約翰·哈迪和大衛·奧爾索普[13]最先提出，此后不久，又由約翰·哈迪[14]和另一研究伙伴發表了第二篇文章，第二篇文章影響更大，該學說迅速被介紹到國內[15]。經過20余年研究，該假說盡管仍存爭議[16]，甚至有截然不同的觀點[17]，但仍被公認為發病機制。此說認為，大腦皮層細胞外的Aβ是構成AD患者腦內老年斑的核心成分，其沉積是患者發病的中心環節，Aβ通過神經元功能失調或死亡、斑塊形成以及神經纖維纏結等一系列環節引發神經毒性作用后，體現出整體神經功能障礙和行為學改變，從而導致AD。

1990年，中國學者易華芳等[18]對Aβ與AD之間的關系研究不可謂不早，但所得出的結論認為，“老年性癡呆的發生可能與β-AP的基因重復有關，但基因的錯誤的調節機制及腦微環境的作用，也是發病的重要原因”，從某種意義上說錯失了提出Aβ級聯假說的機會！

我國國家自然科學基金自20世紀90年代中期開始資助了多項有關AD的研究，最初10年對AD藥物作用靶點研究的資助也主要集中在對基于以上兩種假說的研究和藥物開發上，從一個側面反映了這兩種假說的影響力，“而在針對AD的藥物研究方面，上海藥物所形成了較系統的研發體系，積累了一定的經驗。中國海洋大學的海洋藥物研究有一定特色”[19]。今天看來，這一判斷具有一定的預見性。

3.3 τ蛋白異常修飾假說

Aβ級聯假說提出后很快占據了AD發病機制理論的統治地位，致使其他新假說長期遭受壓制[20]。當時也在研究β淀粉樣蛋白和AD關系的美國杜克大學神經科學家沃倫·斯崔特馬特(Warren J.Strittmatter)等[21]卻有了新發現，1993年與同事一起提出了τ蛋白異常修飾假說，我國學者第一時間將此假說介紹到國內[22]。神經纖維纏結是由神經細胞內雙螺旋纖維絲組成，其主要成分為異常磷酸化的τ蛋白，是細胞內類似于鐵道的運送營養成分的系統，主要在神經元合成，在微管(神經細胞骨架成分)的合成和穩定中具有重要作用。這種假說認為，τ蛋白正常情況下可促進微管蛋白組成微管并維持其穩定性，一旦轉化為雙螺旋纖維絲——τ蛋白后，微管不但穩定性下降，其相關的軸突運輸障礙以及相應神經元的活性也隨之降低，最終導致AD。簡言之，就是τ蛋白異常形成神經纖維纏結，從而引發疾病，該假說也存在爭議。

Aβ異常沉積與τ蛋白異常磷酸化是目前公認的AD主要分子機制，而且Aβ和τ蛋白之間存在一定的相關性，共同介導AD病程。而且，以上三種假說并非毫無關聯，“大量的研究提示三者之間是密切相關的，但目前還不清楚導致AD病理變化的首發因素”[23]。

除上述三種主要假說外，還有基因突變說、炎性反應說、氧化應激說、鈣平衡失調說、腦腸軸說等不下幾十種其他假說，這些假說都還難以獨立地對AD病因做出全面解釋。

4 世界各國AD藥物開發的挫折與艱辛

各國政府和醫藥企業為開發AD藥物投入了大量的研究和試驗經費，僅美國國立衛生研究院(National Institutes of Health,NIH)2019年在AD方面的資助就將達到23億美元，超過NIH總預算的5%，見圖1[24]。這是美國政府繼1971年發起抗癌研究、20世紀80年代后期對艾滋病研究資助激增之外，NIH資助增長幅度最大的一種疾病研究。在美國，AD每年都要花掉醫療保險和醫療補助部門1 860億美元，到2050年這個數字將猛增至7 500億美元，美國政府的目標是“到2025年，要做到能夠預防和有效治療阿爾茨海默病”[24]。

鑒于AD發病機制的不確定性和藥物開發的重要性，世界各國對AD新藥創制可以說是全方位、多領域、多途徑的，這一方面說明疾病過程的復雜性，另一方面表明對該病認識的局限性。為尋找AD的治療方法投入了大量的人力、物力和財力，“截止目前，已有超過1 600余項與阿爾茨海默病有關的藥物臨床試驗完成或正在進行中”[25]。據統計，迄今除了5個已獲得FDA批準用于治療AD的藥物之外，另有143種藥物臨床試驗失敗或未獲得監管部門批準，這還不包括尚未進入臨床試驗的藥物[26]。還有研究表明，“在過去的幾十年中，超過50個候選藥物順利通過Ⅱ期臨床試驗，但均在Ⅲ期試驗中失敗。大多數的候選藥物都是以不同形式的β淀粉樣蛋白作為靶點，以期清除斑塊或組織淀粉樣蛋白的異常聚集”[27]。

因此近些年來，即使像強生、輝瑞、禮來和羅氏(Roche)等這樣著名的國際制藥企業進行的AD藥物開發，也均以失敗而告終，整個業內充斥著悲觀、失望的陰霾。2018年，美國輝瑞公司甚至宣布放棄對AD的研究。

至今，世界上還沒有一種能夠治愈AD的特效藥。多奈哌齊(donepezil)、卡巴拉汀(revastigmine，又名利凡斯的明)、加蘭他敏(galantamine)和美金剛(menantine)是現今臨床的主要治療藥物，其中前三種為乙酰膽堿酶抑制劑、美金剛為N-甲基-D-天冬氨酸(N-Methyl-D-aspartic acid,NMDA)受體拮抗劑。這些藥物均只能緩解癥狀，不能治愈或逆轉AD發展[28]。自2003年以來，FDA再未批準過一款治療AD的新藥上市[29]。

截止2018年的不完全統計，國內外直接靶向Aβ的在研藥物就有15種之多，其中已進入三期臨床的至少有4種[30]，但“迄今為止，尚未有任何一種以Aβ作為靶點治療AD，改善患者認知功能障礙的藥物應用于臨床取得成功……”[31]。因此，GV-971有條件獲批上市，其意義不言而喻，與此同時，研制企業將在全球范圍內啟動上市后研究和真實世界研究，并正在積極推進國際多中心臨床研究項目，期望早日惠及全球患者，該藥最終是否成功，我們將拭目以待。