阿爾茨海默病的研究及其藥物開發(fā)歷程

梁 波

2019年11月2日，國家藥品監(jiān)督管理局有條件批準(zhǔn)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(rèn)知功能”，改變了這一領(lǐng)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(jìn)化中發(fā)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(rèn)識從古至今備受關(guān)注，以致成為當(dāng)今世界熱門的“腦科學(xué)”。作為大腦疾病的癡呆概念，由古埃及醫(yī)師最早于公元前2000年首先提出，中醫(yī)學(xué)將其列入“呆病”、“文癡”、“郁證”、“癲證”等范疇?，F(xiàn)代西方醫(yī)學(xué)中“癡呆”一語的英文dementia概念，源于法國醫(yī)師、被譽(yù)為現(xiàn)代精神醫(yī)學(xué)之父的菲利普·皮內(nèi)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(yī)生阿洛伊斯·阿爾茨海默(Alois Alzheimer，1864年～1915年)發(fā)現(xiàn)，他的老師和同事——德國精神病學(xué)家、現(xiàn)代精神病學(xué)創(chuàng)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(xiàn)均稱AD。但嚴(yán)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(fā)現(xiàn)、研究及治療史，代表了現(xiàn)代神經(jīng)內(nèi)科的歷史，其早期研究者法國人皮內(nèi)爾和德國人克雷佩林、阿爾茨海默等人有清晰的傳承關(guān)系[1]。

AD是與家族遺傳和年齡增長相關(guān)的一種神經(jīng)退行性疾病，其主要癥狀有：從短期記憶受損發(fā)展到記憶力喪失，語言、感覺、運(yùn)動技巧變差，情緒不穩(wěn)定，最后病人會變得沒有反應(yīng)、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(zhèn)馬克特布賴特(Marktbreit)，1870年～1874年在此接受了小學(xué)教育。1883年，從阿莎芬堡(Aschaffenburg)高中畢業(yè)后進(jìn)入柏林大學(xué)醫(yī)學(xué)院學(xué)習(xí)，隨后就讀于圖賓根大學(xué)、維爾茨堡大學(xué)。1887年，23歲的阿爾茨海默最終在維爾茨堡大學(xué)獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，論文題目是《關(guān)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(xué)與組織病理學(xué)》。1903年，又到慕尼黑大學(xué)精神病系工作，第二年發(fā)表了《進(jìn)行性麻痹組織學(xué)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(biāo)本，發(fā)現(xiàn)大量老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)。1912年，阿爾茨海默應(yīng)邀前往布雷斯勞(Breslau，現(xiàn)波蘭弗羅茨瓦夫)大學(xué)精神病與神經(jīng)病研究所，擔(dān)任所長和心理學(xué)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(fēng)而導(dǎo)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(wèi)生和社會保健的最大挑戰(zhàn)之一。AD多發(fā)于老年人，隨著人類壽命的延長，全世界的患者數(shù)量逐年攀升。2015年，全球AD患者為4 680萬人，預(yù)計2030年將達(dá)到7 470萬人，2050年更會突破1.315億人。當(dāng)年新增病例990萬人，平均每3秒就有一人罹患AD，醫(yī)療和護(hù)理成本總計為8 180億美元。到2015年為止，中國AD患者數(shù)量達(dá)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(yù)計到2018年，全球AD相關(guān)費(fèi)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(fā)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)為奇怪的行為異常癥狀，短期記憶缺失，以后數(shù)年該患者的臨床表現(xiàn)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(biāo)本送到慕尼黑大學(xué)克雷佩林的實驗室進(jìn)行病理學(xué)檢查，發(fā)現(xiàn)該患者腦組織中有大量老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)。

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(xué)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(jīng)病理學(xué)檢查結(jié)果進(jìn)行了展示[2]，但報告沒有引起關(guān)注，官方的會議記錄僅以簡短的摘要形式進(jìn)行發(fā)表。

1907年，阿爾茨海默正式發(fā)表了《關(guān)于大腦皮層的一個特殊區(qū)域》一文，意味著人類一種新疾病的發(fā)現(xiàn)，若他后來能夠獲諾貝爾獎的話，這一定是標(biāo)志性的論文[4]！

1910年，克雷佩林在其著作《精神病學(xué)》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(biāo)準(zhǔn)，由于克雷佩林在精神疾病領(lǐng)域的權(quán)威性，這一病名開始被廣泛使用。人們開始關(guān)注AD，阿爾茨海默也由此名垂醫(yī)史！在科學(xué)史上，阿爾茨海默對這一疾病的發(fā)現(xiàn)，頗有些類似孟德爾對遺傳定律的發(fā)現(xiàn)，至少超前了半個世紀(jì)！

阿爾茨海默既是一位精神病學(xué)家，也是一位神經(jīng)病理學(xué)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(fā)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(jìn)行染色，再通過顯微鏡仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，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(jīng)元纖維——現(xiàn)在稱為神經(jīng)纖維纏結(jié)。

回顧AD的百年簡史，我們可以更清楚地理解AD研究的脈絡(luò)，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(jìn)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(fā)現(xiàn)大量老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)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(fā)現(xiàn)雙螺旋細(xì)絲樣物質(zhì)組成神經(jīng)纖維纏結(jié)1964特里(Terry)電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)淀粉樣蛋白纖維組成老年斑1968布萊斯特(Blessed)確認(rèn)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(nèi)(Glenner)和黃(Wong)命名Aβ并發(fā)現(xiàn)相關(guān)序列;美國制定發(fā)布AD臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)1985朊病毒基因克隆確認(rèn)Aβ斑塊序列1986伍德(Wood)等確認(rèn)τ蛋白為神經(jīng)纖維纏結(jié)的主要成分1987克隆APP基因并定位于第21號染色體1989發(fā)現(xiàn)克-雅氏病(CJD)/格斯特曼綜合征(GSS)中朊病毒基因突變

(續(xù)表1)

3 病理特征與發(fā)病假說

關(guān)于AD全面的生化研究開始于20世紀(jì)60年代末和70年代初，目前學(xué)界公認(rèn)的三大病理特征是：β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)沉積、神經(jīng)纖維纏結(jié)和神經(jīng)元大量丟失[7]。Aβ是核心，也是AD發(fā)病的關(guān)鍵性因素和近年來被普遍認(rèn)為的治療靶點(diǎn)，干預(yù)Aβ的產(chǎn)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(xué)理論提出的起點(diǎn)，也是治療方法研究的前提。發(fā)現(xiàn)AD已愈百年，研究者們對發(fā)病機(jī)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(lián)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(fā)現(xiàn)，膽堿能系統(tǒng)與記憶的形成和儲存有關(guān)，此后其他學(xué)者進(jìn)一步做了完善。這一假說認(rèn)為，各種原因引起的基底前腦膽堿能神經(jīng)元損傷、相關(guān)的皮層及海馬等腦區(qū)的膽堿能神經(jīng)傳遞受損，在AD患者記憶及認(rèn)知功能損傷過程中起重要作用。研究表明，在AD患者腦內(nèi)膽堿能神經(jīng)纖維發(fā)生退行性改變和神經(jīng)元丟失、乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase，AChE)和其轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)水平與酶活性出現(xiàn)異常[3]56。

這是早期關(guān)于AD發(fā)病機(jī)制最為經(jīng)典的假說，藥物開發(fā)也由此展開，美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)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(xué)院上海藥物所唐希燦院士及其團(tuán)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(fā)成功并用于治療AD[12]。但這類治療的效果僅能達(dá)到緩解病情，還無法阻止或者逆轉(zhuǎn)病理進(jìn)程。

3.2 β淀粉樣蛋白級聯(lián)假說或稱Aβ級聯(lián)假說

1991年，約翰·哈迪和大衛(wèi)·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(fā)表了第二篇文章，第二篇文章影響更大，該學(xué)說迅速被介紹到國內(nèi)[15]。經(jīng)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(diǎn)[17]，但仍被公認(rèn)為發(fā)病機(jī)制。此說認(rèn)為，大腦皮層細(xì)胞外的Aβ是構(gòu)成AD患者腦內(nèi)老年斑的核心成分，其沉積是患者發(fā)病的中心環(huán)節(jié)，Aβ通過神經(jīng)元功能失調(diào)或死亡、斑塊形成以及神經(jīng)纖維纏結(jié)等一系列環(huán)節(jié)引發(fā)神經(jīng)毒性作用后，體現(xiàn)出整體神經(jīng)功能障礙和行為學(xué)改變，從而導(dǎo)致AD。

1990年，中國學(xué)者易華芳等[18]對Aβ與AD之間的關(guān)系研究不可謂不早，但所得出的結(jié)論認(rèn)為，“老年性癡呆的發(fā)生可能與β-AP的基因重復(fù)有關(guān)，但基因的錯誤的調(diào)節(jié)機(jī)制及腦微環(huán)境的作用，也是發(fā)病的重要原因”，從某種意義上說錯失了提出Aβ級聯(lián)假說的機(jī)會！

我國國家自然科學(xué)基金自20世紀(jì)90年代中期開始資助了多項有關(guān)AD的研究，最初10年對AD藥物作用靶點(diǎn)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(fā)上，從一個側(cè)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(tǒng)的研發(fā)體系，積累了一定的經(jīng)驗。中國海洋大學(xué)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(yù)見性。

3.3 τ蛋白異常修飾假說

Aβ級聯(lián)假說提出后很快占據(jù)了AD發(fā)病機(jī)制理論的統(tǒng)治地位，致使其他新假說長期遭受壓制[20]。當(dāng)時也在研究β淀粉樣蛋白和AD關(guān)系的美國杜克大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家沃倫·斯崔特馬特(Warren J.Strittmatter)等[21]卻有了新發(fā)現(xiàn)，1993年與同事一起提出了τ蛋白異常修飾假說，我國學(xué)者第一時間將此假說介紹到國內(nèi)[22]。神經(jīng)纖維纏結(jié)是由神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞內(nèi)類似于鐵道的運(yùn)送營養(yǎng)成分的系統(tǒng)，主要在神經(jīng)元合成，在微管(神經(jīng)細(xì)胞骨架成分)的合成和穩(wěn)定中具有重要作用。這種假說認(rèn)為，τ蛋白正常情況下可促進(jìn)微管蛋白組成微管并維持其穩(wěn)定性，一旦轉(zhuǎn)化為雙螺旋纖維絲——τ蛋白后，微管不但穩(wěn)定性下降，其相關(guān)的軸突運(yùn)輸障礙以及相應(yīng)神經(jīng)元的活性也隨之降低，最終導(dǎo)致AD。簡言之，就是τ蛋白異常形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，從而引發(fā)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(rèn)的AD主要分子機(jī)制，而且Aβ和τ蛋白之間存在一定的相關(guān)性，共同介導(dǎo)AD病程。而且，以上三種假說并非毫無關(guān)聯(lián)，“大量的研究提示三者之間是密切相關(guān)的，但目前還不清楚導(dǎo)致AD病理變化的首發(fā)因素”[23]。

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

4 世界各國AD藥物開發(fā)的挫折與艱辛

各國政府和醫(yī)藥企業(yè)為開發(fā)AD藥物投入了大量的研究和試驗經(jīng)費(fèi)，僅美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health,NIH)2019年在AD方面的資助就將達(dá)到23億美元，超過NIH總預(yù)算的5%，見圖1[24]。這是美國政府繼1971年發(fā)起抗癌研究、20世紀(jì)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(yī)療保險和醫(yī)療補(bǔ)助部門1 860億美元，到2050年這個數(shù)字將猛增至7 500億美元，美國政府的目標(biāo)是“到2025年，要做到能夠預(yù)防和有效治療阿爾茨海默病”[24]。

鑒于AD發(fā)病機(jī)制的不確定性和藥物開發(fā)的重要性，世界各國對AD新藥創(chuàng)制可以說是全方位、多領(lǐng)域、多途徑的，這一方面說明疾病過程的復(fù)雜性，另一方面表明對該病認(rèn)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(guān)的藥物臨床試驗完成或正在進(jìn)行中”[25]。據(jù)統(tǒng)計，迄今除了5個已獲得FDA批準(zhǔn)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(jiān)管部門批準(zhǔn)，這還不包括尚未進(jìn)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(shù)的候選藥物都是以不同形式的β淀粉樣蛋白作為靶點(diǎn)，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(qiáng)生、輝瑞、禮來和羅氏(Roche)等這樣著名的國際制藥企業(yè)進(jìn)行的AD藥物開發(fā)，也均以失敗而告終，整個業(yè)內(nèi)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(xiàn)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(zhuǎn)AD發(fā)展[28]。自2003年以來，F(xiàn)DA再未批準(zhǔn)過一款治療AD的新藥上市[29]。

截止2018年的不完全統(tǒng)計，國內(nèi)外直接靶向Aβ的在研藥物就有15種之多，其中已進(jìn)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(diǎn)治療AD，改善患者認(rèn)知功能障礙的藥物應(yīng)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(yè)將在全球范圍內(nèi)啟動上市后研究和真實世界研究，并正在積極推進(jìn)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。