杂志文摘 | 阿尔茨海默病的发病机制和药物研发进展
栾剑, 杨心悦. 阿尔茨海默病的发病机制和药物研发进展[J]. 中国合理用药探索, 2022, 19(5): 11-16.
目前,阿尔茨海默病(AD)缺乏有效的预防和治疗药物,给患者及其家庭带来了沉重的负担,已经成为一个严重的社会问题。迄今为止,对于AD的发病机制仍然没有定论,其新药研发在临床试验阶段屡屡受挫,成功率不足3%。2019年和2021年甘露特钠和阿杜那单抗(aducanumab)相继问世,为AD治疗带来了希望。本文介绍了AD的发病机制和药物研发进展,以期为预防与治疗AD的相关研究提供参考。
阿尔茨海默病;发病机制;阿杜那单抗;甘露特钠;药物研发
阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种起病隐匿、进行性发展的神经系统退行性疾病,现已成为威胁人类健康的主要疾病之一。有数据显示,2018年全世界约有5000万AD患者[1],至2050年全球患者数可能达到1.52亿人[2]。2020年,Jia等[3]报道了我国60岁及以上老年AD患者已达983万人,是世界上患病人数最多的国家。AD是一种神经退行性疾病,对患者的语言、逻辑、记忆和认知能力都有极大的损害。随着病情加重,患者会逐渐丧失记忆能力,神志不清甚至完全丧失自理能力。同时,疾病和治疗费用带给AD患者和家庭巨大的精神压力和经济压力。综上,随着老龄化社会的到来,无论从人类健康角度考虑还是从社会资源角度考虑,AD治疗药物的研发都具有极其重要的意义。基于此,本文针对AD的发病机制和药物研发进行文献分析,以期为AD的临床治疗提供参考。
AD的发病率随着年龄的加大递增,表现为认知和行为障碍。AD主要发病于老年人,病情发展到终末期,患者会丧失自主意识。2015年,Prince等[4]的研究中,AD的全球治疗及相关费用达到了8180亿美元,且预计在2030年将逾2万亿美元。2020年有研究报道[3],与AD关联的高危因素共有9种,包括居住环境、文化程度、婚姻状况、吸烟、高血压、高脂血症、糖尿病、心脏疾病和脑血管疾病,可以作为早期自查和医生诊断的参考指标。
发病机制
AD患者的组织病理性学检查可见明显的以β淀粉样蛋白(Aβ)为主要成份的斑块和以tau蛋白为主要成份的细胞内神经原纤维缠结,AD发病机制的主流学说是Aβ和tau蛋白异常假说。在这2种学说不断更新的同时,也有新的学说兴起。
2.1 Aβ假说
Aβ是AD诊断的关键性指标,其异常沉积可导致患者脑功能失调。当淀粉样前体蛋白(APP)的代谢发生异常时,会在γ分泌酶的催化作用下剪切生成Aβ。2000年,Li等[5]首次鉴定出γ分泌酶。2020年,Hur等[6]揭示了神经炎症调节γ分泌酶活性及其影响Aβ产生的机制,提示减少Aβ是延缓或减轻AD病症的关键,因此,γ分泌酶抑制剂的研究一直是AD药物研发者最寄予厚望的突破点,只是目前尚无相关药物面世。根据目前的研究数据和结果,大多数研究结果支持Aβ假说,但是也不断有新研究成果涌现,冲击着Aβ假说。2020年12月,Yang等[7]研究了γ分泌酶的3.0Å分辨率的冷冻电镜结构,阐明了γ分泌酶识别3种不同种类抑制剂的分子机制,包括Semagacestat的3.0Å分辨率结构,以及Avagacestat的3.1Å的结构和γ分泌酶结合过渡状态类似物(TSA)抑制剂L685,458的结构,解释了过去药物研发失败的原因,也为未来优化和设计具有底物特异性的抑制剂奠定了基础。
2.2 tau蛋白假说
tau蛋白假说是指患者脑组织中tau蛋白过度磷酸化,聚集形成细胞内的神经原纤维缠结,最终导致神经元的变性与死亡[8,9]。过度磷酸化的tau蛋白会造成神经纤维缠结。tau蛋白是目前国际评估AD病程进展的金标准[10]。tau蛋白广泛存在于神经元中,起到稳定微管蛋白的作用。过度磷酸化的tau蛋白可能有类似朊病毒的“传染性”,可在神经元细胞之间传播[11,12]。tau蛋白的扩散会使患者病情恶化,使正常的神经元细胞被传染而变性,造成严重的认知障碍。
2.3 胆碱能假说
人的正常学习和记忆与大脑的胆碱能系统有着密切的联系,而最早发现的AD的体征之一就是胆碱能神经缺失。AD患者胆碱酯酶和胆碱乙酰转移酶活性增强,使乙酰胆碱的合成减少、分解增加,影响正常神经功能,导致严重的认知障碍[13]。已获批的几种AD治疗药物中,有4种(他克林、多奈哌齐、卡巴拉汀和加兰他敏)是基于胆碱能假说而开发的药物。其中,多奈哌齐是我国使用最广泛、销量最高的AD治疗药物。
2.4 APOE4风险基因假说
2020年,Montagne等[14]提出AD的高风险基因APOE4会使大脑的毛细血管周细胞发生退行性病变,加速破坏血脑屏障,损害脑部神经细胞,从而影响患者认知功能。该基因纯合型患者AD发病率是普通人群的15倍。由于亲环蛋白A-MMP9通路会破坏血脑屏障,加重AD患者的症状,Montagne等[15]使用了一种亲环蛋白A抑制剂(Debio-025)进行实验,结果显示携带APOE4基因的小鼠的血脑屏障可以得到一定改善。
2.5 其他假说
随着人们对AD发病机制研究的深入,不断有新的假说涌现。2021年,Nakamura等[16]的研究发现了一系列新的、异常的“蛋白转亚硝基化反应”都可能导致AD患者的神经细胞突触丢失。突触丢失是AD患者记忆丧失和认知能力下降的主要原因。该假说的发表,提示AD的发病机制增加了1种新的可能。
AD药物研发进展
3.1 AD药品研发进展
1998~2017年,FDA仅批准过6种AD治疗药物,共有146个AD药物研发宣告失败。其中,他克林由于有严重不良反应,风险大于获益而黯然退市。1993年~2004年上市的AD药物只能缓解症状,无法有效地减缓AD病程的恶化,随着2019年和2021年甘露特钠和阿杜那单抗(aducanumab)相继问世,全球范围内获批上市的AD治疗药物总数达到8种(见表1)。Cummings等[17]的研究提示,截至2021年1月,全球总计有152项临床试验正在进行中,期待未来有更多AD治疗药物研发上市。
3.1.1 他克林
AD患者大脑胆碱能系统功能受损,神经突触部位的递质(乙酰胆碱)含量下降,对患者的认知能力造成巨大伤害。靶向提升脑内乙酰胆碱含量的药物,聚焦于胆碱酯酶抑制剂和毒蕈碱M1受体激动剂。胆碱酯酶是体内降解乙酰胆碱的酶,胆碱酯酶抑制剂可以阻止乙酰胆碱降解,提升患者认知水平。
1993年,FDA批准上市的他克林是第1种用于治疗轻/中度AD的中枢可逆性胆碱酯酶抑制剂[18]。遗憾的是,他克林会损伤线粒体,抑制DNA合成蛋白质,诱导细胞凋亡[19],因此导致严重的不良反应,临床表现主要是肝毒性和胃肠道反应。最后,他克林无奈退市。
3.1.2 多奈哌齐
1996年,FDA批准上市的多奈哌齐是第2代乙酰胆碱酯酶抑制剂,主要用于治疗轻和中度AD所致的认知障碍,能较好地改善患者的认知功能。脑组织中的多奈哌齐浓度远高于血浆,呈现出对脑组织的高度选择性和高亲和力。另外,多奈哌齐口服给药的生物利用度将近100%[20],不受饮食影响,半衰期长且稳定性高[21],是目前治疗AD的常用药物,也是在我国自1999年批准上市以来使用最多的药物。其严重不良反应表现为神经紊乱(如躁狂症、攻击性行为和暴力行为等)[22],需要临床加以观察。
3.1.3 卡巴拉汀
2000年,FDA批准应用于轻中度AD患者的卡巴拉汀也是胆碱酯酶抑制剂,具有双重抑制作用,即同时抑制乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶活性[23]。卡巴拉汀能增强患者大脑的神经兴奋传导,改善患者的认知功能,有助于恢复相关的认知能力[24]。其对肝功能无影响,不良反应少且轻微,长期服用存在恶心、呕吐、腹泻等[25]。在我国批准上市较晚,主要为进口药品。
3.1.4 加兰他敏
2001年,FDA批准加兰他敏上市,其获批的特殊之处在于其可同时作用于活化N型乙酰胆碱受体和抑制乙酰胆碱酯酶活性[26,27],即双重作用于胆碱能系统。该药既可以增加乙酰胆碱的效能,又可以抑制乙酰胆碱的水解,使患者体内乙酰胆碱保持在一个较高的水平。加兰他敏口服后易于吸收,不受食物影响,半衰期为5~6h。患者耐受度高,不良反应少,最常见的不良反应是恶心和呕吐[28]。我国2003年予以批准上市,有多家药企投入生产。
3.1.5 美金刚
美金刚与前面4种胆碱酯酶抑制剂不同,是一种N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂,可非竞争性阻滞NMDA受体,预防其因过度兴奋导致细胞凋亡,进而改善AD患者的认知状态。Almeida等[29]的研究提示美金刚没有明显的肝脏不良反应,单独用药或联合胆碱酯酶抑制剂用药均无明显不良反应。用药峰值出现在用药后6h,半衰期长达65h[30]。
2003年,FDA批准盐酸美金刚用于治疗中度和重度AD。美金刚与之前获批的4种药物的靶点不同,且不良反应轻微,可以联合用药、多靶点治疗。2014年,FDA再次批准美金刚和多奈哌齐的复方制剂用于AD的治疗[31]。美金刚作为治疗中重症AD药物,畅销世界,我国于2012年批准该药进口上市。
3.1.6 甘露特钠
2019年12月29日,甘露特钠胶囊在我国获批上市,是我国科研团队独立研发、拥有完整的知识产权链授权的AD新药[32]。在全球十余年未批准AD新药的情况下,甘露特钠胶囊[33,34]的上市在国内外引起了巨大反响,当然也伴随着争议。甘露特钠胶囊是首个靶向脑肠轴的AD药物,其主要成份GV-971可以对肠道内的细菌进行重塑,保持肠道内菌群平衡[35,36],从而可以降低Aβ和tau蛋白过度磷酸化。据Ⅱ期临床试验结果报告GV-971能改善轻度或中轻度AD患者的病程终点[37]。截至2022年3月,甘露特钠胶囊的全球多中心Ⅲ期临床试验仍然在进行当中,此次临床研究结果将关系到甘露特钠胶囊能否成功打入国际市场。
3.2 AD疫苗研发进展
通过免疫疗法来治疗AD是备受期待的研究热点[38],目前进入临床试验的疫苗主要有主动疫苗和被动疫苗两大类,主动疫苗包括AN-1792、ACC-001、V950等,被动疫苗包括bapineuzumab、solaneuzumab和poneuzumab等[39]。遗憾的是,目前大多数疫苗的临床试验均以失败告终,问题主要集中在安全性和体内抗体维持时间等方面。目前尚无有效疗法可以根治AD,面对人口老龄化日益加剧的现状,亟待有效疫苗的出现。
3.2.1 抗Aβ疫苗
Aβ的沉积是AD发病的关键病因,很多疫苗设计的核心就是靶向清除Aβ。最初的基于Aβ级联假说研发的疫苗AN-1792,通过在动物体内诱导产生Aβ的特异性抗体,取得了很好的疗效。遗憾的是,由于Ⅱ期临床试验中部分患者因非细菌性脑膜炎而死亡,AN-1792最终折戟[40]。其后研发的Aβ多肽疫苗虽然采取种种策略预防患者脑膜炎,但仍因抗体维持水平低而失败[41]。Aβ多肽疫苗在动物实验模型上显示出清除Aβ的作用,我们仍可对该领域的前景保有乐观和信心。
3.2.2 靶向tau蛋白疫苗
tau蛋白是AD的一个重要的病理指标,由于Aβ级联假说在临床试验上屡屡受挫,因而很多团队转而研发tau蛋白相关疗法。目前,基于tau蛋白假说研发的疫苗对于认知恢复有一定的作用,但是没有很好地解决Aβ沉积的问题[42]。应该说,靶向tau蛋白疫苗领域虽然在动物模型水平上取得了很多成果,但是仍然有待进一步的研究来推进[43]。
3.2.3 aducanumab
2003~2021年,历时18年FDA终于批准了AD治疗新药aducanumab上市,业内人士的评价褒贬不一,众说纷纭。一方面是其曲折的Ⅲ期临床试验,从备受期待[44],到失败叫停[45,46],再到复活[47],直至获批上市,全程都伴随着争议[48]。另一方面,此前批准的为数不多的几种药物大部分仅能减缓症状的恶化,而aducanumab是一种亲和力高,可以选择性识别Aβ构象表位的免疫球蛋白G1(IgG1)单克隆抗体,可以与患者脑组织中的Aβ沉积结合,激活免疫系统,清除大脑中的沉积蛋白,aducanumab是FDA认证的能够影响AD发病进程的治疗方法。在AD转基因小鼠的基础研究中,aducanumab通过血脑屏障进入脑内,与脑实质内的Aβ结合,降低脑内Aβ水平,并且呈现量效关系[49]。作为新型疫苗制剂,单克隆抗体aducanumab价格不菲,每月1剂静脉推注,可有效清除脑内Aβ沉积。因此,饱受争议诞生的aducanumab只是有条件批准上市,未来还需给FDA提供上市后研究数据以证疗效。但aducanumab也给业界和目前尚无根治药物的AD患者带来了希望。
总结与展望
AD病因复杂,其发病机制至今还没有统一的论断,新药研发也屡屡受阻。目前上市的药物主要通过调节神经递质来缓解AD患者的脑部症状,但是往往不良反应大且无法根治。2019年,NMPA有条件批准我国自主研发的甘露特纳胶囊上市,之后本品被纳入《国家基本医疗保险、工伤保险和生育保险药品目录》。2021年,FDA有条件批准aducanumab单抗上市,给十余年没有新药诞生的AD药物市场注入了希望。需要指出的是,面对日趋老龄化的社会现状,AD治疗领域仍然急切期待疗效好、不良反应轻的药物出现。当前,应在现有研究基础上深挖AD的发病机制,以期找到治疗靶点,加快新药研发进程,根治AD,提高老龄人的预期寿命和生活质量。
基金项目
吉林省教育厅资助项目(JJKH20180795KJ);四平市科技局资助项目(2016056);吉林师范大学博士启动项目(吉师博2016013号)
作者简介
栾剑,博士,讲师,吉林师范大学生命科学学院,专业方向:中药活性成份分析
收稿日期
2022-03-28
参考文献
略
《中国合理用药探索》杂志
曾用名:《中国执业药师》
出版周期:月刊
ISSN:2096-3327
CN:10-1462/R(原CN:11-5132/R)
出版地:北京市
创刊时间:2003
《中国合理用药探索》杂志(原《中国执业药师》)创刊于2003年,是国家药品监督管理局主管、中国健康传媒集团和中国药师协会主办的医药学专业学术期刊。本刊为RCCSE中国核心学术期刊,收录于中国核心期刊(遴选)数据库、CNKI中国期刊全文数据库、美国《化学文摘》CA(2014)、中文科技期刊数据库(VIP)、JST 日本科学技术振兴机构数据库(日)、美国《乌利希期刊指南》(UPD)。
来源:中国合理用药
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