阿尔茨海默病能预防吗？

本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Alison Abbott，原文标题：《阿尔茨海默病能预防吗？药物试验有望给出答案 |《自然》长文》，头图来自：unsplash

每过两周，一名护士就会去科罗拉多州丹佛市探望43岁的Marty Reiswig，并给他注射一种名为gantenerumab的试验药物。每个月，Reiswig都会开车进城做一个脑部扫描，以确保药物没造成任何出血。每年，他都会飞往密苏里州的圣路易斯，进行为期四天的脑部扫描、脊椎穿刺、血液分析，并对自己的记忆力和推理能力进行详尽的测试。

Reiswig 身体健康，经营着两家当地企业。他经历这些检查是因为他带有一个罕见的基因突变，使他几乎肯定会患上早发型阿尔茨海默症。他希望，这个参加了9年的国际临床试验或许可以预防或至少推迟发病——否则几年里他就要出现症状了。

“我总是尽我最大的努力给研究人员提供尽可能多的数据——即使结果最终帮不上我，也可能帮上我的孩子们。”他说。

试验协调员Eric McDade正在评估受试者Marty Reiswig的认知能力。来源：Matt Miller/华盛顿大学医学院

许多药物试验试图搞清楚：在症状出现之前治疗阿尔茨海默病的根源，是否是治疗这一沉重疾病的最佳方法，上述试验就是其中之一。这些正在进行试验的药物，都是为靶向清除大脑中的β-淀粉样蛋白（amyloid-β）而开发的抗体，β-淀粉样蛋白会聚集在一起，沉积形成被称为“斑块”的毒性物质（见“抗淀粉样蛋白抗体”）。这些药物与渤健（Biogen）公司生产的aducanumab类型相同。去年，美国食品药物监督管理局（FDA）有条件批准了aducanumab用于治疗轻度阿尔茨海默病，这在很大程度上是因为它能清除β-淀粉样蛋白。

南加州大学圣地亚哥分校的神经科学家Paul Aisen是美国阿尔茨海默病临床试验联合会（Alzheimer’s Clinical Trials Consortium）的一位领导者，他说，由于淀粉样蛋白斑块这种毒性蛋白是多种类型痴呆症共有的特征之一，这些抗体药物的研究也可能为全世界5500万痴呆症患者的治疗提供线索。大多数痴呆症患者在65岁后发病；所有痴呆症都被证明是顽固的不治之症。在世界各地的100多项试验中，大多数试验旨在治疗痴呆症的症状，而未触及根本病因。

但Aisen预见到，在未来，也许只需要十年左右的时间，大部分阿尔茨海默病负担或许可以得到预防。他说：“我们正朝这样一个方向发展：用血液检测从中年开始筛查，并用减少淀粉样斑块生成的药物治疗那些显示出淀粉样蛋白异常的人。我很乐观。”

阿尔茨海默病患者的大脑正电子发射断层扫描（PET），显示出正常大脑中没有的淀粉样斑块堆积（圈出标示）。来源：Science Source/SPL

要使这一充满希望的愿景成为现实，仍然道阻且长。大型临床试验必须证实这些疗法是有效的，并且清除淀粉样蛋白的药物必须被证明是安全且经济上可负担的。在经历几十年的挫折和失败临床试验后，一些痴呆症研究者的态度更倾向于谨慎看待。明尼苏达州妙佑医疗的神经学家David Knopman说：“这个领域承担着巨大的风险，这些研究可能耗资数十亿美元。”

答案不会那么快出现。一些预防阿尔茨海默病的试验才刚刚开始，部分正在进行的试验可能会持续到下一个十年。

早期介入

1986年，英国诺丁汉的Carol Jennings写信给遗传学家John Hardy，询问她是否能为Hardy的研究提供帮助。和Reiswig一样，Jennings也有多位亲属死于早发性痴呆症。Hardy的团队（目前在伦敦大学学院工作）对阿尔茨海默病的遗传学很感兴趣，并邀请Jennings家族为其相关研究项目献血。

几年后，研究小组发现了该家族患病成员共有的突变^[1]。这个突变所在的基因会编码一种位于神经元膜上的大蛋白，即淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）。

大脑中的APP被一系列酶剪切成β-淀粉样蛋白和其他短链淀粉样蛋白。在健康大脑中，这些淀粉样肽可能有一定生理功能，但随着时间的推移，它们可能会积聚起来（可能是因为这些淀粉样多肽的脑内分子清除系统失效），并聚集成斑块。在编码APP的基因发生突变的人身上，β-淀粉样蛋白更粘或者含量更丰富，并且携带者的发病时间比没有突变的人更早。

这就是阿尔茨海默病淀粉样蛋白假说的基础。这一假说是由Hardy和他的同事在发现导致疾病的APP基因突变后首次提出的。根据这一理论，阻止触发β-淀粉样蛋白沉积的事件或许能延缓疾病进程，甚至从一开始就阻止疾病发生。

制药和生物技术公司开始靶向淀粉样蛋白系统，开发出APP剪切酶的抑制剂，或针对β-淀粉样蛋白肽的抗体。但是这些药物在临床试验中接连失败。一种β-分泌酶（淀粉样蛋白剪切酶的一种）抑制剂的5项III期临床试验被叫停，因为该药物的副作用使认知能力暂时恶化。另一种γ-分泌酶的阻断剂也出现了同样的情况。一次又一次，针对结合β-淀粉样蛋白的抗体试验接连失败，未能改善患者的临床症状。2018年，至少有一家大型制药公司（即辉瑞，Pfizer）离开了阿尔茨海默病研究领域。

一连串的失败把研究界分成了两派。一方认为，如果靶向淀粉样蛋白不起作用，那么淀粉样蛋白假说肯定是错误的。Knopman相信APP加工过程是阿尔茨海默病起始过程的一部分，但他表示β-淀粉样蛋白的作用尚未得到证实。“还有其他可能性，例如，APP的其他剪切产物对阿尔茨海默病的疾病进程更重要也是有可能的。”他说。

而另一方认为，是这些试验设计得不好，尤其是招募的受试者已经开始出现阿尔茨海默病的早期症状。

“实际上，要让清除淀粉样蛋白策略达到最优的效果，需要尽早开始治疗。”Aisen说。他说，大脑中β-淀粉样蛋白缓慢无声地积累，多年后，其损害才足以引起症状。“阿尔茨海默病的整个病程持续时间超过25年，但已有的试验仅在神经退行性病变不断恶化的最后十年里进行。”

动物研究证实了这一观点。在过表达APP的转基因小鼠中，在检测到β-淀粉样蛋白沉积之前用aducanumab治疗年轻动物，6个月后可显著减少斑块沉积和脑内疾病迹象^[2]。

去年6月，FDA做出了一个有争议的决定：批准渤健公司的aducanumab（参见：《18年来首个阿尔茨海默病新药为何让研究人员大感失望？》），其时它认识到一个长期前景：该药物清除β-淀粉样蛋白的能力，使其有可能减轻阿尔茨海默病患者在未来病程进展过程中的症状。渤健公司对轻度阿尔茨海默病患者进行的大型安慰剂对照试验中，aducanumab未能明确改善患者的临床症状，但该药物在清除大脑淀粉样斑块方面效果良好。渤健公司宣称，aducanumab是第一个能影响阿尔茨海默病生物学原因的治疗方法。

FDA的这一决定激怒了许多研究人员，他们声称FDA降低了标准（Knopman就此问题从FDA咨询委员会辞职）。但在接下来的几个月里，来自不同药物的多项临床试验数据显示，随着β-淀粉样蛋白的清除，认知能力下降的速度略为放缓，并且阿尔茨海默病进展的其他生物标志物（如tau蛋白的积累）也有所减少。同年晚些时候，另外三种抗体也被纳入了快速审查程序（参见：《阿尔茨海默病药物获批惹争议后，还会有更多同类药物上市吗？》）：罗氏（Roche）旗下基因泰克（Genentech）的gantenerumab、渤健-卫材（Eisai）的lecanemab和礼来公司（Eli Lilly）的donanemab。与aducanumab类似，这三种药物在早期试验中都被证实可以清除斑块。

“这些药物会改写局面，”伦敦大学学院英国痴呆症研究所所长、神经科学家Bart de Strooper说，“它们将使淀粉样蛋白假说得到明确的验证。”

许多研究人员同意，对这一假设最好的检验，同时也是阻止疾病发展的最好方法，就是尽早服用这些药物，而不是等到阿尔茨海默病的症状出现之后再服药。

时机就是一切

据Hardy说，即使是最早期试验的设计者，可能也会发现他们招募的患者病程过晚了。他说：“通过回顾，很明显，相关的数据早已有之。”20世纪80年代，加州大学圣地亚哥分校的病理学家George Glenner和他的同事发现，患有唐氏综合征的人在相对年轻时就患上了痴呆症^[3]。研究者认为，这是因为唐氏综合征患者有一条额外的21号染色体（即APP基因所在位置）。尸检研究显示^[4]，斑块在认知症状出现之前的许多年就已经形成。

Aisen说，该领域并没有忽视寻找阿尔茨海默病对症治疗方法的重要性，只是临床研究人员现在越来越关注在症状出现前就能治疗阿尔茨海默病的药物试验。然而，要找到此类试验的受试者并不容易，受试者需要目前无症状，但极有可能在可估测的时间范围内开始出现症状。有两种办法可以找到这些人：一是找到像Reiswig这样具有罕见遗传倾向的人，二是在普通人群中寻找到由于大脑中存在β-淀粉样蛋白从而具有较高患病风险的人。

为了找到罕见的遗传病例，位于马里兰州贝塞斯达的美国国家老龄化研究所（National Institute on Aging，NIA）于2008年资助启动了显性遗传性阿尔茨海默病网络（Dominantly Inherited Alzheimer Network，DIAN）项目。现在DIAN已纳入来自20个国家的600多名受试者，代表了大约300个家族，这些家族都携带有早发性阿尔茨海默病相关的三个突变基因之一，每个家庭成员都有50%的几率遗传到一个突变。

DIAN项目迅速吸纳了更多的资助和研究伙伴，并招募包括Reiswig一家在内的家庭进入一项观察计划。研究人员定期对受试者的大脑进行正电子发射断层（PET）扫描，以检查β-淀粉样蛋白和其他阿尔茨海默病的生物标志物，并将携带基因突变的家庭成员与未携带基因突变的家庭成员进行比较。研究人员还记录了每个家庭何时开始出现症状。2018年DIAN的报告证实，早在出现症状之前25年，就能发现淀粉样蛋白异常的迹象^[5]。

2012年，DIAN开始了一项为期七年的淀粉样蛋白结合抗体的试验，其目的是延缓那些暂未出现认知问题，但大脑中已经开始出现阿尔茨海默病主要标志物（即淀粉样斑块）的人的病程进展。该试验招募了194名处于不同病情阶段的受试者，并将他们分成几组，给予gantenerumab或solanezumab这两种抗体中的一种，或接受安慰剂。

然而，2020年宣布的试验结果令人失望。该试验未能证明这些药物可以减缓认知减退，因为，尽管在接受药物治疗的无症状受试者中认知能力几乎没有下降，但在安慰剂组中也几乎没有下降[6]。“这意味着我们根本无法确定这些药物最终是否能帮助无症状人群。”圣路易斯华盛顿大学医学院的Randall Bateman说，他也是进行这项研究的DIAN试验部门的负责人。

不过，其中一种抗体gantenerumab对阿尔茨海默病的生物标志物有显著影响。它不仅减少了淀粉样斑块，还降低了tau蛋白和另一种神经退行性病变标记物（一种出现在血液中的神经元蛋白）的水平。

这些结果鼓舞了Bateman和DIAN项目组，他们决定在未来三年内继续研究gantenerumab，放弃solanezumab组和安慰剂组，但允许这两组的受试者改用gantenerumab，并告知他们所使用的药物。

这让Reiswig陷入了两难境地。当他最初接受基因突变检测时，他选择了不用获知结果。但这项研究的扩展试验仅适用于基因突变携带者，因此，如果他选择参与试验，自然就会知晓自己的遗传状况。“我决定是时候知道了，但做了仔细规划。”他说。他和妻子在科罗拉多州的一个度假出租房接听了遗传顾问的电话。“我不想在自己的家里得知真相——这至少是我能控制的事情。”当Reiswig得知自己携带了突变基因时，他哭了，并做出了决定：他仅有的机会就是继续参与试验。

阿尔茨海默病患者脑组织中的淀粉样斑块（中）。来源：Martin M. Rotker/SPL

去年，研究组决定尝试治疗没有认知症状且大脑中没有斑块的人。Bateman说：“这将成为预防阿尔茨海默病的终极试验。”在接下来的几个月里，该团队计划开始招募160名突变携带者，其中一些人年仅18岁，预计在未来11-25年内里不会出现症状。安慰剂对照试验将持续四年，定期监测受试者的淀粉样蛋白情况。接下来的几年，试验将进入“开放标签研究”阶段：安慰剂组将被取消，所有参与者将接受试验药物治疗。届时，试验还将检测阿尔茨海默病进展的其他生物标志物。

该试验的首席研究员，来自圣路易斯华盛顿大学的Eric McDade说，受试者出现症状可能需要几十年的时间，但在这几十年里一直进行试验是不切实际的。相反，研究团队将监测生物标志物的变化，如β-淀粉样蛋白和tau蛋白，目前已知这些生物标志物可以预测阿尔茨海默病症状的发作时间。“我们能改变的其他生物标志物越多，就有越大可能去阻止、或至少极大延缓阿尔茨海默病发病。”他说，研究人员将在试验第二阶段后继续监测尽可能多的受试者。

除了DIAN项目之外，其他针对早发性阿尔茨海默病的试验也正在进行，受试者是已表现出淀粉样蛋白沉积的人群。罗氏子公司基因泰克正在研究哥伦比亚一个大家族的成员，这个家族中有一半的成员携带有一种基因的病理性突变，这种基因编码一种分泌酶（功能是剪切淀粉样蛋白）的一部分。该公司对crenezumab的试验将于今年结束。研究人员还准备在唐氏综合征患者中测试阿尔茨海默症药物。

消除症状

预防性试验的第二种方法，是在普通人群中找到有可能患迟发性阿尔茨海默病的高风险人群。国际阿尔茨海默病神经影像学倡议（Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative）是一个总部设在加州大学旧金山分校的公私合营机构，该机构正在跟踪数百人的阿尔茨海默病生物标志物，这数百人中，有的处于正常老化阶段，也有人处于阿尔茨海默病进程的各个阶段。其数据显示，65岁以上认知正常的人群中，约有1/3的人脑内出现淀粉样斑块，其中85%以上的人将在10年内出现阿尔茨海默病的症状^[7]。

在此基础上，三项大型的安慰剂对照临床试验正在进行中，每项试验都招募了1000多位受试者，这些受试者是认知能力正常，但经PET扫描发现脑内有淀粉样斑块的人群。每个试验都在测试不同的抗体。这三项试验都将持续四年，到那时，在斑块开始累积后，认知能力的下降通常是可以量化的。

Aisen的研究所正在协调展开“A4试验”，即无症状阿尔茨海默病的抗淀粉样蛋白治疗（Anti-Amyloid treatment in Asymptomatic Alzheimer’s），该试验正在测试礼来公司的药物solanezumab，预计明年会有结果。Aisen还共同领导了AHEAD 3-45试验，该试验于2020年开始，正在测试lecanemab。同年，礼来公司开始了一项名为Alz 2的donanemab试验。而今年，罗氏将启动为期6年的gantenerumab的III期试验。

Aisen表示，此类试验的成本“通常为数亿美元”。仅在A4试验中，招募1169名受试者就需要大约4500次PET扫描，每次扫描平均花费7000美元。“但是这种疾病在痛苦、死亡率和经济影响方面给社会带来的成本，证明我们投入巨额资金寻找有效疗法是合理的。”他说。

近年来，在开发更简单的、基于血液的阿尔茨海默病生物标志物方面取得了实质性进展。有两项预防性试验正以这些生物标记物为指标，选择适合进行PET筛查的人，从而降低PET扫描的成本和给受试者带来的不便。其中一种生物标记物测定两种形式稍有不同的β-淀粉样蛋白的比率，另一种则可测定tau蛋白相关的分子。

到目前为止，预防性试验都使用抗β-淀粉样蛋白的抗体。这些药物有两个缺点：一是它们可能会有轻微脑出血或肿胀的副作用，这通常对人体无害，但后果可能很严重；二是价格昂贵，起初渤健公司将aducanumab一年的治疗费用定价为5.6万美元，虽然2021年12月他们将费用减半了。

该领域研究者正在考虑重新审视更简单的小分子药物，这将比基于抗体的疗法便宜得多。Aisen说，一些公司已经开始考虑重新研究分泌酶，也许可以调整在早期试验中失败的分泌酶抑制分子的结构，或者找到更好的给药方法。

复杂的原因

研究人员意识到，想要治疗痴呆症，需要的不仅仅是对β-淀粉样蛋白的研究。“阿尔茨海默病更为复杂。”瑞士苏黎世大学的神经生物学家，也是aducanumab最初开发者之一的Roger Nitsch说，“淀粉样蛋白是一种缓慢发挥威力的神经毒素，它会引发疾病，但脑细胞——包括连接血管的细胞和免疫系统细胞在内——也会进行反击。”他说，人体将有更多的方法来应对既有疾病。此外，只有大约2/3的痴呆症属于阿尔茨海默病类型，尸检研究表明，其中一半的痴呆症患者具有多种病理学表现——除了淀粉样蛋白和tau蛋白，大脑中还检测到了其他毒性蛋白，或有血管损伤迹象^[8]。

NIA主任Richard Hodes说，预防性试验很重要，也很有希望，“但我们不会放弃已经患病的人”。他说，因为痴呆症可能是由多种因素导致的（即使是在同一个人身上也是这样），因此需要一系列的治疗。NIA正在资助72项痴呆症的临床试验，试验包含针对不同靶标的药物。例如，有些药物的目的是降低血压，以减少大脑中小血管破裂的风险；有些药物的靶标是tau蛋白；只有20个试验药物的靶标是淀粉样蛋白。NIA还支持至少120项试验，以研究认知训练、运动和饮食等非药物干预方式的影响。

研究人员估计，2021年，包括NIA在研的药物在内，全球共有至少126种不同的药物正在进行临床试验^[9]。

作为一名志愿者，Reiswig不得不接受他所参与的试验所带来的特殊负担——不仅是他所投入的时间，这项实验还在不断提醒他如果试验药物不起作用，等待他的将会是何种命运。Reiswig说，DIAN每年将来自世界各地的实验参与者聚集在一起，彼此分享经验，这对他很有帮助。“我们创造了一个美好的社区，我们知道我们为科学做出了巨大贡献。”

参考文献：

1. Goate， A. et al. Nature349， 704–706 (1991).

2. Uhlmann， R. E. et al. Nature Neurosci. 23， 1580–1588 (2020).

3. Glenner， G. G. & Wong， C. W. Biochem. Biophys. Res. Commun. 122， 1131–1135 (1984).

4. Ikeda， S.， Yanagisawa， N.， Allsop， D. & Glenner， G. G. Lab. Invest. 61， 133–137 (1989).

5. Gordon， B. A. et al. Lancet Neurol.17， 241–250 (2018).

6. Salloway， S. et al. Nature Med. 27， 1187–1196 (2021).

7.Donohue， M. C. et al. JAMA317， 2305–2316 (2017).

8. Kapasi， A.， DeCarli， C. & Schneider， J. A. Acta Neuropathol. 134， 171–186 (2017).

9. Cummings， J.， Lee， G.， Zhong， K.， Fonseca， J. & Taghva， K. Alzheimers Dement.7， e12179 (2021).

原文以Could drugs prevent Alzheimer’s? These trials aim to find out为标题发表在2022年3月9日《自然》的新闻特写版块上

本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Alison Abbott