Alzheimer's disease

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一種嚴(yán)重的進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，具有較長(zhǎng)的前期癥狀、早期診斷困難，臨床特征為認(rèn)知障礙、精神行為問題和社會(huì)及生活功能喪失，最終導(dǎo)致死亡。目前，AD患者可用的治療藥物非常有限，主要分為膽堿酯酶抑制劑、谷氨酸受體拮抗劑、及新近批準(zhǔn)的Aβ單抗藥物等。

美迪西建立了一站式臨床前生物醫(yī)藥研發(fā)服務(wù)平臺(tái)，為阿爾茨海默病藥物的開發(fā)提供藥物發(fā)現(xiàn)、藥學(xué)研究、及臨床前研究服務(wù)（包括藥效、藥代、安評(píng)）以及IND申報(bào)等一站式服務(wù)。

在美國(guó)，據(jù)估計(jì)目前有690萬65歲及以上的人患有阿爾茨海默病^[1]。預(yù)計(jì)到2060年，該患病率將翻倍，可能會(huì)增長(zhǎng)到1380萬以上，造成重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。阿爾茨海默病患者的比例隨著年齡的增長(zhǎng)而增，5.0%的65歲至74歲的人、13.2%的75歲至84歲的人、33.4%的85歲及以上的人患有阿爾茨海默病。阿爾茨海默病是65歲及以上美國(guó)人死亡的第五大原因，在2000年至2021年期間，阿爾茨海默病報(bào)告的死亡人數(shù)增加了140%以上。然而，目前還沒有行之有效的方法來預(yù)防阿爾茨海默病，也沒有治愈的方法。

01 阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制

典型的AD病理特征包括廣泛分布于大腦皮層的由β-淀粉樣蛋白（Aβ）聚集形成的細(xì)胞外淀粉樣斑塊，以及Tau蛋白過度磷酸化和聚集形成的細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFTs）。阿爾茨海默病的確切發(fā)病機(jī)制尚不清楚，患者大腦中細(xì)胞外淀粉樣斑塊和細(xì)胞內(nèi)NFTs的存在已被證明在疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

針對(duì)AD的一些已知的病理因素，包括Aβ聚集、Tau蛋白聚集、神經(jīng)炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、膽堿能神經(jīng)元損傷、金屬粒子穩(wěn)態(tài)失衡等，被認(rèn)為是AD的主要病理機(jī)制。

阿爾茨海默病的多種病理機(jī)制^[2]

02 多靶點(diǎn)治療藥物設(shè)計(jì)策略

由于AD的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，各機(jī)制間相互關(guān)聯(lián)和相互影響，為抗AD藥物開發(fā)的多靶點(diǎn)策略提供了良好的理論基礎(chǔ)。

多靶點(diǎn)配體（Multi-target-directed ligands, MTDL）設(shè)計(jì)策略是利用具有兩種或兩種以上互補(bǔ)生物活性的單一化合物，對(duì)AD的復(fù)雜病理機(jī)制產(chǎn)生協(xié)同作用，從而顯著改善記憶和認(rèn)知障礙。因此，目前的方法大多是基于分子雜交，將兩個(gè)或多個(gè)具有特定性質(zhì)的藥效團(tuán)組合在一個(gè)分子中，從而獲得能夠有效抗AD的多靶點(diǎn)活性化合物。

設(shè)計(jì)多靶點(diǎn)配體(MTDL)分子的三種可用的策略示意圖^[3]

MTDL分子作用于兩種或兩種以上與疾病相關(guān)的靶點(diǎn)，然而，由幾種單靶點(diǎn)藥物組成的聯(lián)合治療也可以達(dá)到類似的治療效果。在理想情況下，MTDL方法要優(yōu)于聯(lián)合治療，因?yàn)樗幢Ａ袅寺?lián)合治療的所有好處，并增加了一些額外的益處。

例如， MTDL作為單一化合物，應(yīng)該沒有藥物-藥物相互作用的風(fēng)險(xiǎn)，且與其他藥物相互作用的風(fēng)險(xiǎn)也較低。此外，越多的藥物組合，發(fā)生不良反應(yīng)的可能性越高，MTDL分子不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)降低。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，MTDL方法是簡(jiǎn)化了給藥方案，從而提高了患者依從性。在某些情況下，聯(lián)合治療也可以通過在一種藥物制劑中使用幾種單靶點(diǎn)藥物的固定劑量組合，來解決這一問題。然而，這種藥物組合受到每種成分不同藥代動(dòng)力學(xué)的影響，在給藥時(shí)需要尤其注意。

最后，盡管FDA通過發(fā)布藥物聯(lián)合開發(fā)指南來支持藥物聯(lián)合治療臨床試驗(yàn)，但與聯(lián)合治療相比，MTDL分子的開發(fā)需要的臨床試驗(yàn)更少。

03 抗AD多靶點(diǎn)治療藥物開發(fā)案例分享

AChE/GSK-3β雙重抑制劑

乙酰膽堿酯酶（AChE）是阿爾茨海默病治療的經(jīng)典靶點(diǎn)。膽堿能假說認(rèn)為，海馬體和新皮質(zhì)區(qū)的神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿（ACh）在學(xué)習(xí)和記憶中起著關(guān)鍵作用，膽堿能神經(jīng)元的破壞或丟失，引起乙酰膽堿水平的顯著下降是阿爾茨海默病患者認(rèn)知障礙的主要原因。

在生理?xiàng)l件下，AChE能高效地將乙酰膽堿水解成膽堿和乙酸根離子。因此，抑制AChE能夠有效提高突觸間隙乙酰膽堿濃度，使其成為膽堿能系統(tǒng)的重要靶點(diǎn)。

FDA批準(zhǔn)了多種AChE抑制劑（AChEIs）用于治療AD，證明了AChE抑制劑的治療價(jià)值，包括多奈哌齊、加蘭他敏、利斯的明、他克林、石杉?jí)A甲（中國(guó)批準(zhǔn)）。

此外，AChE在AD的發(fā)展中還具有非膽堿能功能。研究發(fā)現(xiàn)，AChE外周陰離子位點(diǎn)（PAS）能催化Aβ聚集，特別是Aβ1-42的聚集導(dǎo)致大腦中老年斑的形成，且與神經(jīng)變性有關(guān)。適當(dāng)?shù)腁ChEIs可以抑制AChE誘導(dǎo)的Aβ的聚集和纖維化，表明AChEIs在抗AD治療中具有多功能作用。

在誘發(fā)AD的多種病因中，Aβ沉積和Tau蛋白過度磷酸化已被廣泛接受。Tau蛋白假說認(rèn)為，微管解聚和神經(jīng)纖維纏結(jié)的產(chǎn)生，主要是由Tau蛋白過度磷酸化引起的，加速了神經(jīng)元細(xì)胞的變性和壞死，導(dǎo)致疾病的進(jìn)行性惡化。

糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）催化的Tau蛋白過度磷酸化，主要發(fā)生在Ser-396、Ser-199和Ser-404位點(diǎn)，增加了額外的2-7個(gè)磷酸基團(tuán)的數(shù)量，并減弱了Tau蛋白與微管的粘附作用。隨后，過度磷酸化的Tau蛋白與微管分離，聚集成不溶性的神經(jīng)纖維纏結(jié)，導(dǎo)致微管結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此，抑制Tau蛋白信號(hào)通路上游的GSK-3β能夠穩(wěn)定微管系統(tǒng)，減少細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成。

另外，GSK-3β通過提高β-分泌酶（BACE1）的活性來促進(jìn)Aβ的產(chǎn)生，Aβ沉積并最終導(dǎo)致老年斑的形成，抑制GSK-3β可通過減少Aβ的形成而輻射到Aβ信號(hào)通路。

鑒于GSK-3β在AD復(fù)雜病理中的重要作用，抑制GSK-3β可能是一種有效的抗AD策略。

BChE/HDAC6雙重抑制劑

雖然已批準(zhǔn)的AChE抑制劑在阿爾茨海默病的早期階段減緩了癥狀的惡化，但臨床研究表明，批準(zhǔn)的藥物在阿爾茨海默病的后期缺乏藥理作用和療效。

研究發(fā)現(xiàn)，在AD患者死后腦切片中發(fā)現(xiàn)AChE活性大量降低，而丁酰膽堿酯酶（BChE）活性大量升高。在生理?xiàng)l件下， AChE在肌肉和神經(jīng)系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，并伴有較低水平的BChE。

然而，BChE的代償性作用在病理?xiàng)l件下是非常明顯的。在AChE敲除小鼠模型中，由于AChE缺乏，BChE被證明可以補(bǔ)償ACh水解，從而維持正常的膽堿能通路。在晚期AD患者中，腦內(nèi)乙酰膽堿酯酶水平急劇下降90%，而BChE則上升至正常水平的165%，接替乙酰膽堿酯酶的水解功能。因此，BChE是治療晚期AD治療的潛在靶點(diǎn)。

除了膽堿能功能外，BChE已被證明與Aβ高度相關(guān)。組織化學(xué)定位研究表明BChE沉積與老年斑中進(jìn)行性Aβ聚集密切相關(guān)。

此外，在BChE敲除小鼠模型中，大腦中的Aβ纖維顯著減少，表明BChE可能促進(jìn)Aβ沉積。研究發(fā)現(xiàn)，注射神經(jīng)毒性Aβ25-35后，BChE基因敲除小鼠的認(rèn)知能力不受影響，而野生型小鼠在給藥后出現(xiàn)認(rèn)知損傷。因此，BChE抑制可能是清除Aβ的有效策略。

組蛋白去乙?；福℉DACs）通過調(diào)節(jié)組蛋白和一些非組蛋白的乙?；癄顟B(tài)來調(diào)控基因表達(dá)。盡管HDACs已被證明是治療癌癥的有效靶點(diǎn)，但近年來，抑制HDAC在治療神經(jīng)退行性疾病方面也引起了極大的關(guān)注。其中，HDAC6是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中主要的細(xì)胞質(zhì)去乙?；?，其胞質(zhì)定位使得HDAC6更傾向于靶向非組蛋白，在神經(jīng)退行性疾病中得到了較為廣泛的研究。

AD患者神經(jīng)原纖維纏結(jié)（NFTs）的形成與Tau蛋白的過度磷酸化高度相關(guān)，而Tau蛋白的過度磷酸化受HDAC6調(diào)節(jié)。HDAC6在AD患者大腦皮層和海馬體中的過度表達(dá)破壞了微管蛋白的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，微管蛋白是微管的組成部分，也是軸突運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵組成部分。HDAC6抑制劑可以提高α-微管蛋白的乙?；剑瑥亩龠M(jìn)Aβ和磷酸化Tau的清除，改善認(rèn)知。

04 美迪西AD體內(nèi)外藥效研究服務(wù)

美迪西能夠?yàn)榘柎暮Ｄ≈委熕幬锏拈_發(fā)提供多種體內(nèi)外活性研究服務(wù)，已建立多種靶點(diǎn)體外生化活性檢測(cè)、細(xì)胞水平活性檢測(cè)、以及動(dòng)物體內(nèi)藥效模型等服務(wù)。

1）體外生化活性檢測(cè)

如：乙酰膽堿酯酶(AChE)、單胺氧化酶（MAO）、糖原合酶激酶-3β （GSK-3β）、組蛋白去乙酰化酶（HDACs）、磷酸二酯酶（PDEs）等等。

2）Aβ清除、Tau蛋白磷酸化和聚集檢測(cè)

如：乙酰膽堿酯酶(AChE)、單胺氧化酶（MAO）、糖原合酶激酶-3β （GSK-3β）、組蛋白去乙?；福℉DACs）、磷酸二酯酶（PDEs）等等

更多檢測(cè) 請(qǐng)聯(lián)系美迪西詳詢

3）阿爾茨海默病臨床前藥效模型

美迪西藥效平臺(tái)擁有豐富的AD項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。我們根據(jù)供試品作用機(jī)制選擇合適的動(dòng)物模型；運(yùn)用經(jīng)典的Morris水迷宮測(cè)試，并結(jié)合先進(jìn)的CognitionWall測(cè)試，進(jìn)而更詳細(xì)地分析與認(rèn)知和記憶相關(guān)的行為變化；此外，通過病理和分子細(xì)胞學(xué)測(cè)試結(jié)果的綜合評(píng)估，全面評(píng)價(jià)抗AD藥物的臨床前療效。

參考資料：

[1] Alzheimer’s Association. 2024 Alzheimer’s disease facts and figures. Alzheimer’s Dement. 2024, 20: 3708–3821.
[2] K Rajasekhar, et al. Current progress, challenges and future prospects of diagnostic and therapeutic interventions in Alzheimer's disease. RSC Adv. 2018, 8(42): 23780-23804.
[3] Ondrej Benek, et al. A Perspective on Multi-target Drugs for Alzheimer's Disease. Trends Pharmacol. Sci. 2020, 41(7): 434-445.
[4] Hong Yao, et al. Discovery of Novel Tacrine-Pyrimidone Hybrids as Potent Dual AChE/GSK-3 Inhibitors for the Treatment of Alzheimer's Disease. J. Med. Chem. 2021, 64(11): 7483-7506.
[5] Lei Wang, et al. Design, Synthesis, and Proof of Concept of Balanced Dual Inhibitors of Butyrylcholinesterase (BChE) and Histone Deacetylase 6 (HDAC6) for the Treatment of Alzheimer's Disease. ACS Chem. Neurosci. 2023, 14(17): 3226-3248.