治疗阿兹海默病,我们还应该做些什么?

▎药明康德/报道

上周,渤健(Biogen)和卫材(Eisai)公司宣布提前终止该公司开发的β淀粉样蛋白(Aβ)抗体aducanumab治疗阿兹海默病(AD)患者的3期临床试验。自2003年以来,AD领域尚未出现任何获批新药,它成为了多项医药研发项目“折戟沉沙”的战场。

图片来源:123RF

失望之余,无论是学术界还是工业界都在对研究和治疗AD的策略进行反思。β淀粉样蛋白假说在过去几十年里一直是解释AD成因最重要,也是接受实验检验最多的理论。然而,基于这一假说的临床疗法纷纷在临床试验中败下阵来,其中包括β分泌酶(BACE)抑制剂和靶向Aβ的抗体。这些疗法虽然能够成功降低Aβ水平或者消除大脑中β淀粉样蛋白的沉积,但是对患者的认知能力的衰退却没有帮助

β淀粉样蛋白假说已经过时了么?在基础研究领域,我们还应该做出哪些努力,才能帮助开发出更有效的疗法?除了靶向Aβ之外,还有哪些疗法值得关注?今天的这篇文章里,我们将结合公开资料和药明康德对业界AD药物研发专家进行的专访,与读者分享在这方面的思考和信息。

β淀粉样蛋白假说已经过时了么?

随着靶向Aβ的多项疗法在3期临床试验中败下阵来,一个很常听到的说法就是我们应该寻找靶向Aβ以外治疗方法。这意味着β淀粉样蛋白假说过时了么?然而不管是在科学研究领域还是在药物开发领域,仍然有很多科学家对Aβ在AD中的作用深信不疑,他们的信心是来自哪里?

β淀粉样蛋白假说源于上世纪80年代,简单地讲,这一假说认为人体大脑中的Aβ的生成和降解过程之间的失衡导致大脑中Aβ的沉积,这引发的一系列级联反应最终导致大脑神经元的损伤和死亡。这是AD患者记忆和认知水平下降的根本原因。

▲β淀粉样蛋白假说图示(图片来源:参考资料[4])

β淀粉样蛋白假说是目前获得科学证据支持最多的解释AD成因的假说。而最有力的证据是对家族性早发AD病患者的研究。这些家族性早发AD患者由于APPPSEN1PSEN2基因上的突变而在60岁以前就会患上AD,而且这一遗传机制为常染色体显性遗传,意味着只要携带一个拷贝的突变基因就几乎必然患上AD。这三个基因中,APP编码Aβ的前体,而PSEN1PSEN2分别编码切割APP蛋白的蛋白酶,这些致病的基因突变都导致Aβ生成的速度异常上升。对这些突变基因的研究帮助生成了一系列AD的小鼠模型。对患者大脑中Aβ沉积的检测也表明,在这些早发AD患者中,Aβ的沉积区域与随后大脑退行性病变发生的区域有非常紧密的联系。因此,对于家族性AD患者来说,Aβ在致病机理方面的作用具有很强科学证据的支持。

然而,因为APPPSEN1PSEN2基因上的突变而患上AD的患者只占AD患者总数的一小部分,95%以上的AD患者都属于晚发型AD患者,他们在65岁之后才表现出AD症状,而且他们并不携带这些导致家族性早发AD患者发病的基因突变。虽然他们大脑中Aβ沉积的脑区和早发型AD患者类似,但是他们认知能力下降的时间跟大脑中出现Aβ沉积的时间相差非常远。

使用正电子扫描(PET)技术对AD患者大脑Aβ沉积的研究表明,大脑中的Aβ沉积可能在认知能力下降15年前就出现了,而且在很多健康老年人中也能够发现高水平的Aβ沉积。在晚发型AD患者中,Aβ沉积出现的原因不再清晰,而它与认知能力下降之间的关系也没有像早发型AD患者中那么强。对于晚发型AD患者来说,导致患病最大的风险因子是年龄,然后提高他们患病风险的最大遗传因子为APOETREM2基因变异。这些风险因子与Aβ沉积没有很强的关联,从这个角度上讲,靶向Aβ的多种疗法在晚发型AD患者中未能成功并不是很令人意外的事。

那么,是不是这就意味“β淀粉样蛋白”假说是错的,或者研究人员应该放弃靶向Aβ的疗法,而转向探索其它疗法呢?因为晚发型AD成因的复杂性,科学界和工业界已经在探索其它类型的疗法,这是更全面地治疗AD必须要走的道路。然而,靶向Aβ的疗法却不应该被扔进垃圾堆。对AD患者群的研究中可以发现,Aβ对AD病理发生的影响在AD患者群中表现出从大到小的谱系分布。在家族性早发AD患者中Aβ可以起到决定性的作用,而在晚发型AD患者中可能只是诸多风险因子中的一个。因此,对于那些Aβ在AD病理发生中起到主要作用的患者来说,靶向Aβ的疗法仍然是治疗他们的有效选择

这一患者群可能是检验靶向Aβ疗法的最佳人选,因为他们通常更为年轻,没有年老带来多种影响试验检测的复杂因素。而且,他们的发病过程更容易预期,让研究人员可以提前进行干预性或预防性研究。这方面有名的例子就是罗氏(Roche)公司在哥伦比亚(Colombia)的一个社区进行的检测crenezumab疗效的试验

Crenezumab是一款靶向Aβ的人源化单克隆抗体。在哥伦比亚的这个社区中,一部分家庭成员因为遗传的基因变异,让他们通常在45岁左右就会患上AD。这项临床试验力图在这些患者表现出AD症状之前5年就对他们进行治疗。根据基因泰克研究与早期开发负责人Mike Varney博士在今年举行的药明康德全球论坛上的描述,这项试验可能需要10多年才能获得结果。

基因泰克研究与早期开发负责人Mike Varney博士

这一定程度上反映了开发治疗或预防AD疗法面对的挑战。因为AD发病过程缓慢,如果以认知能力下降作为临床试验的终点,那么临床试验可能需要10多年才能获得结果。而在发病之前找出这些早发型AD患者也不是一件容易的事,除了家族患病史以外,可能需要使用基因测序才能确认他们的患病风险。

然而,随着基因组测序应用范围的扩展,找出携带特定基因变异,导致Aβ沉积在AD发病中起到关键性作用的患者将会变得越来越容易。而AD患者组织影响力的全球化也将帮助组织起这些患者,让他们能够帮助AD疗法的研发和临床试验。对于靶向Aβ的在研疗法来说,它们的未来可能基于对AD患者群的细分,找出最适合这一疗法的患者群来进行个体化治疗

对AD的科学研究还需要哪些突破?

在渤健宣布停止aducanumab临床试验的新闻稿中,渤健首席执行官Michel Vounatsos先生指出:“这条令人失望的消息再次向我们表明了治疗阿兹海默病的复杂性。”即便对AD的科学研究已经有几十年的历史,我们仍然还没有澄清它的成因和发病机制。

那么对于科学界来说,在基础研究方面还需要做出哪些突破?

构建更能反映AD发病机制的动物和细胞模型

近日,《自然》杂志推出了阿兹海默病系列,多位AD研究领域的专家撰文对AD的研究进行了不同层面上的盘点。对于研究AD来说,一大难点在于建立有效模拟AD发病的研究模型。目前的研究模型中大部分采用小鼠模型。它的优点在于容易进行基因工程方面的改造,而且易于繁殖和饲养。然而野生型小鼠本身不会患上AD,因此需要将导致家族性AD的基因突变导入小鼠体内,让小鼠表现出AD的部分症状

对AD小鼠模型现状的综述表示,最初的转基因小鼠模型由于基因插入基因组的位置不固定,基因表达水平也参差不齐,导致不同研究的可重复性不高。而近年来使用同源重组技术和基因编辑技术产生的小鼠模型,已经显著提高动物模型中转基因表达水平的可重复性。综述的作者提出,应该对所有的小鼠模型进行系统性地评估,检测它们能够在多大程度上反映出AD的发病过程。这将有助于选择最适合研究AD的动物模型。他们也提出了一个评价AD动物模型的评分系统

▲评价小鼠模型能否真实反映AD病理发生的评分系统(图片来源:参考资料[11])

而使用动物模型和体外模型研究AD最重要的一个挑战是如何模拟衰老对AD的影响。很多AD模型模拟的AD类型更接近家族性早发AD患者,而不是大多数晚发型AD患者。从这个角度上讲,动物实验结果能够证实Aβ的作用机制,然而研究结果却不见得能够转化为成功疗法。在动物实验方面,科学家们已经开始使用早老症的动物模型来探索衰老对AD发病的影响

而在体外模型方面,使用人类诱导多能干细胞(iPSC)和转分化(trans-differentiation)生成的细胞模型可能代表着更准确反映AD患者基因组构成和表观遗传学特征的细胞模型。iPSC技术能够从AD患者身上获取细胞,重新分化成大脑中的神经元和胶质细胞,甚至构建3维的脑组织,在培养皿中生成类器官。这一细胞模型的优点是继承了AD患者所有的基因组信息,更利于从基因水平分析AD的发病机理。

而转分化技术能够将从患者获取的成纤维细胞或者其它类型的细胞通过化学因子的处理直接分化成神经元或其它类型的细胞。这一技术的优势在于,它保存了细胞的表观遗传学特征。细胞的衰老不但反映在基因组中突变的积累,也反映在DNA甲基化修饰等表观遗传学改变上。而这项技术构建的模型能够保存衰老在细胞表观遗传学特征上留下的“痕迹”,从而帮助科学家们分析衰老对AD发病机制的影响。

检测AD生物标志物的成像技术

使用非侵入性的成像手段检测大脑中与AD相关的化合物水平和大脑功能已经得到了迅速的发展。目前,使用PET技术,已经可以对大脑中Aβ和tau蛋白的沉积进行检测。而且,PET可以用于检测大脑的葡萄糖代谢水平,这与大脑的细胞活性相关。而结构性MRI可以精确检测大脑体积。这些研究已经勾画出大脑Aβ和tau蛋白沉积发生和扩展的各个阶段,并且可以将这些变化与大脑的功能和结构变化进行对照,从而为推断Aβ和tau蛋白在AD发病过程中的作用提供证据。

基于成像手段对Aβ和tau蛋白沉积的检测提出的AD发病过程(图片来源:参考资料[10])

而结构性MRI和检测代谢水平的PET技术的缺陷在于这些检测并没有针对特定细胞类型,这些技术检测到的变化是神经细胞和胶质细胞变化的综合结果。而最新的技术突破已经开始让科学家们能够检测神经突触的变化

对于AD的疾病发生来说,神经突触的丢失是AD发病的一个重要标志,不少在研疗法基于防止神经突触的丢失或者增强神经突触的再生。发展非侵入性检测大脑神经突触活性或数量的成像方法可能为研究人员提供一个不依赖于传统认知能力检测的新临床终点,从而加快在研疗法的临床试验过程。发现能够可靠预测AD认知能力改变的生物标志物对AD的基础研究和临床开发都非常重要。FDA颁布的关于阿兹海默病的临床指南中表示,如果生物标志物能够合理地预测临床益处,FDA可以把生物标志物作为替代终点,加速批准AD在研疗法。

靶向Aβ以外的在研疗法

除了靶向Aβ以外,近年来的靶向其它信号通路的在研疗法也不断进入临床研究。根据“UsAgainstAlzheimer’s”组织2018年发布的一份报告,在进入2期临床试验中的在研药物中,有16%的药物靶向tau蛋白。AD的成因虽然复杂而且没有得到完全澄清,但是最终认知能力的下降是基于神经突触的消失和神经退行性病变的产生。因此,靶向影响神经突触功能或神经细胞生存的信号通路不但可能缓解AD症状,而且可能会对其它神经退行性疾病产生疗效

▲2018年AD药物研发管线作用机制分类(图片来源:参考资料[12])

刺激神经突触再生

神经突触的丢失是介导AD患者认知能力下降和记忆丧失的生物学机制,因此防止神经突触的丧失或者增强神经突触的再生是多家公司研发的方向。例如Neurotrope公司的bryostatin是一种强力的PKCɛ激活剂,它在动物实验中能够恢复神经突触数量并且促进突触的成熟。在今年年初发布的包含150名晚期AD患者的2期临床试验中,这款在研疗法能够提高患者的认知表现

而M3 Biotechnology公司的在研疗法NDX-1017是一种口服,可穿越血脑屏障的小分子化合物,它能够以高亲和力于肝细胞生长因子(HGF)相结合,促进HGF的二聚化和其受体c-Met的激活。这可以刺激大脑海马回区域神经元的神经突触生成。

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靶向神经炎症反应

神经炎症反应并不是AD独有的疾病特征,在很多慢性大脑损伤和其它神经退行性疾病中,慢性炎症性反应被认为是加剧神经元损伤的重要因素。AZTherapies的在研疗法ALZT-OP1是一种组合疗法,它能够将大脑中的小胶质细胞从促炎症反应状态转变为保护神经细胞的吞噬状态,在降低大脑炎症的同时帮助清除Aβ沉积。这款疗法目前在3期临床试验中接受检验。

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Denali公司的在研疗法DNL747是一款靶向RIPK1激酶的小分子抑制剂。而大脑中RIPK1活性的增强会驱动神经炎症和细胞程序性坏死(necroptosis)的产生,从而导致神经退行性病变。这款能够穿透血脑屏障的小分子抑制剂已经进入早期临床试验。

DNL747作用机制示意图(图片来源:Denali公司官网)

结语

开发治疗阿兹海默病的有效疗法不但是药物研发人员需要面对的挑战,也是从事基础研究的科学家们,以及监管人员都要面对的挑战。我们需要向那些勇于尝试的药物研发人员致敬,也需要从过去的失败中汲取经验。可喜的是,我们看到对AD的药物开发方向正在向多元化发展,在多方面的共同努力之下,我们期待人类能够迎来有效的AD治疗手段,为患者和他们的家人带来实质性的生活改善。

参考资料:

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