阿爾茨海默病藥物研發進展

滕玉鷗，曹夢麟，郁 彭，劉夫鋒

(天津科技大學生物工程學院，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系統變性所致的慢性神經退行性疾病[1]．

目前，AD患者約占全部癡呆患者的60%～80%，已成為嚴重的社會問題[2-3]．據統計[3-4]，全球AD患者已超過5000萬人，預計2050年將突破1.52億人，其中65歲以上患者將達到1380萬人．當前，中國AD患者已超過1000萬人，是新發病例全球增速最快的國家之一[5-6]．治療AD的成本負擔與流行程度與日俱增，僅2020年美國AD患者的家人和朋友提供了約153億小時的無償護理，相當于貢獻了2570億美元[3]．到2050年預計總費用將達到1.1兆億美元(不包括上述無償護理費用)，患者、家庭、社會和醫療機構都面臨著巨大壓力[3]．

1 AD發病機制假說

科學家提出多種廣為認可的AD發病機制假說，如Aβ級聯假說、膽堿能假說、Tau蛋白異常磷酸化假說、神經炎癥假說、金屬離子紊亂假說等[7-9]，但是其致病機理仍無法明確，目前該疾病仍無法治愈，成為醫學界一大難題．

1.1 Aβ級聯假說

Aβ級聯假說是一項得到實驗結果支持的重要假說，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-分泌酶剪切產生sAPPβ蛋白并被釋放到胞外，而γ-分泌酶的剪切則產生了Aβ多肽和β-淀粉樣蛋白前體蛋白胞內結構域(amyloid precursor protein intracellular domain，AICD)．Aβ多肽會被釋放到胞外并在腦內積累，它們的過度積累造成了Aβ老年斑產生，這是神經元損傷或死亡的重要原因．目前，針對Aβ級聯假說所開發的藥物包括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，但是相關藥物(如γ-分泌酶抑制劑Semagacestat、與可溶性Aβ蛋白特異性結合Solanezumab等)的研發并不順利，副作用和不良反應較多，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發病機制的假說，認為AD的產生是由于AD患者腦內的神經遞質存在缺陷，導致膽堿能神經元受到損傷．該假說認為乙酰膽堿酯酶(AChE)和乙酰膽堿轉移酶(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．目前美國食品藥品監督管理局(Food and Drug Administration，FDA)批準上市的抗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．他克林是最早問世的乙酰膽堿酯酶抑制劑，但嚴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，對輕度和中度AD患者具有療效．但是，由于這些與膽堿能假說相關的抗AD藥物的療效并不顯著，所以該假說仍存在較大爭議．

1.3 Tau蛋白異常磷酸化假說

Tau蛋白是一種微管相關蛋白．在正常情況下，Tau蛋白主要集中于神經元軸突中．由于正常情況下可溶性的Tau蛋白可與微管蛋白結合促進微管的穩定，而在AD患者腦中，高度磷酸化的Tau蛋白會由可溶轉變為不可溶的同時高度聚集．這不但會使其自身微管結構受損失，喪失其正常的功能作用，而且會導致突觸蛋白失去功能和神經退行性病變引起神經纖維纏結(NFTs)[17]．Tau蛋白的磷酸化與AD患者病程中認知功能缺失密切相關[18]．在以Tau蛋白為靶點開發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Tau蛋白分解等[9]，但是對于Tau蛋白相關藥物的開發仍處于早期階段．目前，在研的Tau蛋白抑制劑包括Semorine-mab、Gosuranemab、Zagotenemab等，絕大多數仍處于臨床Ⅱ期，后續研究進展仍有待觀察．

1.4 神經炎癥假說

由于在AD患者大腦功能的檢測中存在炎癥因子、急性期反應物等諸多炎癥指標，證明炎癥與AD的病程發展密切相關，而神經炎癥主要是由小膠質細胞介導的．小膠質細胞在免疫防御中發揮巨噬細胞的作用，腦內β-淀粉樣蛋白的聚集可能會引起小膠質細胞過度激活，導致促炎因子大量釋放促進AD的發展．因此，阻斷小膠質細胞的炎癥通路或可作為抗AD藥物開發的思路．

1.5 金屬離子紊亂假說

與正常人群腦內金屬離子濃度相比，AD患者腦內淀粉樣斑塊中的金屬離子濃度為正常大腦的5倍左右．AD患者腦內高濃度的銅離子、鐵離子和鋅離子等金屬離子會引起氧化應激作用，同時與Aβ多肽聚合形成更具毒性的Aβ寡聚體[19-20]．其中Aβ-Cu2+復合物會催化產生氧簇自由基造成氧化損傷嚴重，破壞細胞功能，而Aβ寡聚體與鋅離子、鐵離子的結合在加劇氧化應激過程的同時，也會導致神經元受損，最終加劇AD進程．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節劑，這些藥物可以通過抑制乙酰膽堿活性促進或恢復膽堿功能，對于初期和中期AD患者起治療作用，維持患者認知狀態[21-22]．但是，這些藥物并不能改善AD患者病情發展，只能發揮延遲作用，而且基本都具有嚴重副作用，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等[23]．并且在治療效果上，這些藥物也僅僅能延緩疾病進展以及改善癥狀，并不能夠根治疾病．這顯然亟需開發更有效的藥物．

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日我國上市了由中國海洋大學、中科院上海藥物所與上海綠谷自主研發的抗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，是中國原創、全球首個靶向腦-腸軸的AD治療新藥，通過重塑腸道菌群平衡，從而改善認知功能障礙，應用于輕度至中度AD治療．2020年4月，該藥獲批在美國進入臨床試驗．這款藥物也一定程度上填補了市場的空白．

GV-971研究者通過表面等離子共振(SPR)芯片篩選方法獲得國際首個靶向Aβ的寡糖分子971．通過體內研究表明971能夠明顯改善轉基因小鼠的學習記憶能力以及日常生活能力，可通過多環節抑制Aβ的神經細胞毒性．在研究過程中，研究者使用AD小鼠模型，通過糞便移植實驗證明了腸道微生物群的失調與AD發病機理中的神經炎癥存在著某種潛在的機制聯系[26]．通過對小鼠的菌群變化和體內相關指標的分析發現，在AD進展過程中，腸道菌群組成的改變會導致苯丙氨酸和異亮氨酸的外周積累，進而刺激促炎性Th1細胞的分化和增殖[26]．而腦浸潤的外周血Th1免疫細胞與M1小膠質細胞激活相關，會促成神經炎癥[27]．GV-971可恢復正常的微生物特征，降低苯丙氨酸和異亮氨酸的濃度，從而減少與Th1細胞相關的神經發炎．因此，GV-971的出現揭示了腸道菌群失調促進神經炎癥在AD進展中的作用，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藥物的研發提供新思路[27]．

事實上，在過去一段時間內，GV-971這款新藥一直伴隨著學術界和業界的爭議．鑒于AD療法的緊缺性和病患的需求，國家藥監局批準了GV-971的上市申請，但在這款藥物上市后，仍然被要求繼續進行藥理機制方面的研究，繼續進行長期安全性有效性研究，并完善寡糖的分析方法．如果后續數據不理想，可能意味著這款藥物會被撤回．

在2021年6月7日，美國FDA批準了渤健與衛材公司聯合開發的Aducanumab上市．這是近20年間，美國FDA針對AD唯一批準上市的新藥．它是一款基于β-淀粉樣蛋白靶點研發的人類單克隆抗體．它能夠有選擇性地與AD患者大腦中的β-淀粉樣蛋白沉積結合，然后通過激活免疫系統，將沉積蛋白清理出大腦．患者使用Aducanumab后，能顯著改善其認知能力[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中，這導致β-淀粉樣蛋白假說一直備受爭議．Aducanumab的成功也進一步證實β-淀粉樣蛋白沉積假說的正確性．雖然Aducanumab在臨床試驗中歷經坎坷，但是其成功獲批上市，給正在進行AD藥物研發的公司帶來希望，堅定研發信心．

總結目前抗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藥物在開發過程或者后期臨床試驗中出現療效或者安全性問題，藥物研發不得不宣告失敗[10](表2)，另外還有部分在研藥物其研發進展停滯不前，處于“休眠期”．關于治療AD藥物的研發，其成功率接近零．研究[25-37]顯示，全世界約有120種AD藥物正在開發中，而惡性腫瘤藥物為6833種，糖尿病為433種；AD臨床試驗的失敗率高達99.6%，而癌癥藥物的失敗率為92%．而每一種藥物的研發，在時間上為10～15年，在金錢上花費近30億美元．本世紀以來，各大制藥企為AD市場投入了約2000多億美元，但僅2018年至2019年初，就有8種藥物因為療效差或毒性高，Ⅲ期臨床試驗均宣布失敗．

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

針對治療AD藥物的研發領域，由于AD的生物學定義不明確、生物標志物有限，并且研發試驗時間長、費用高等原因，大型藥企頻頻受挫，對其打擊重大．世界上幾家制藥巨頭公司已紛紛中止幾項大型AD癥Ⅲ期臨床試驗，例如美國輝瑞公司在2018年就宣布退出AD癥研發領域．在全球醫藥界，AD藥物的研發始終是一大難題．

續表

4 在研藥物

根據“創新藥周期理論”，AD藥物將是下一個醫藥大市場，盡管目前AD藥物的研發可謂舉步維艱，但依然有很多公司仍愿意屢敗屢戰，未來癌癥如果得到有效控制，創新藥市場的一大盛宴將是AD．因此，為了研發治療AD藥物，全球制藥企業和科研人員仍在不懈努力，其進展在各界均備受關注[65]．

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

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

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5 抗AD新藥的研發展望

(1)高效生物標志物的發現．目前醫藥公司的研發重點為癥狀明顯的臨床治療階段，對于預防研究相對較少．當AD患者出現早期臨床癥狀時，體內病理現象早已出現，單純的藥物治療無法根治，因此尋找有效的AD生物標志物是早期發現AD患者的前提，也是治療AD的關鍵．

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

(3)新研發思路的探究．固有無序蛋白(IDP)是一種結構會隨著微環境的改變而變化的蛋白質．目前，Graffinity制藥公司發現了一些能夠抑制在AD中發揮重要作用的無序蛋白的小分子．因此，IDP有望成為抗AD新藥研發新靶點．

隨著科技發展，CRISPR-Cas9編輯技術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動物模型，精準模擬人類神經退行性疾病，為治療老年癡呆等疾病提供穩定、可靠的動物模型，推動藥物篩選和治療方案制定．

隨著醫學、生物學等基礎研究的不斷發展，人們在不斷對AD進行探索，先前失敗的經驗也為未來藥物研發提供了新的線索，在此基礎上不斷調整藥物研發方向并轉變思路，AD藥物研發仍充滿希望．