【阿爾茨海默病】數管齊下！AD多靶點治療藥物的設計與開發

Alzheimer's disease

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一種嚴重的進行性神經退行性疾病，具有較長的前期症狀、早期診斷困難，臨床特征為認知障礙、精神行為問題和社會及生活功能喪失，最終導致死亡。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製劑、穀氨酸受體拮抗劑、及新近批準的Aβ單抗藥物等。

hjc黄金城建立了一站式臨床前生物醫藥研發服務平台，為阿爾茨海默病藥物的開發提供藥物發現、藥學研究、及臨床前研究服務（包括藥效、藥代、安評）以及IND申報等一站式服務。

在美國，據估計目前有690萬65歲及以上的人患有阿爾茨海默病^[1]。預計到2060年，該患病率將翻倍，可能會增長到1380萬以上，造成重大的社會和經濟負擔。阿爾茨海默病患者的比例隨著年齡的增長而增，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歲及以上美國人死亡的第五大原因，在2000年至2021年期間，阿爾茨海默病報告的死亡人數增加了140%以上。然而，目前還沒有行之有效的方法來預防阿爾茨海默病，也沒有治愈的方法。

01 阿爾茨海默病的發病機製

典型的AD病理特征包括廣泛分布於大腦皮層的由β-澱粉樣蛋白（Aβ）聚集形成的細胞外澱粉樣斑塊，以及Tau蛋白過度磷酸化和聚集形成的細胞內神經纖維纏結（NFTs）。阿爾茨海默病的確切發病機製尚不清楚，患者大腦中細胞外澱粉樣斑塊和細胞內NFTs的存在已被證明在疾病的發病機製中發揮關鍵作用。

針對AD的一些已知的病理因素，包括Aβ聚集、Tau蛋白聚集、神經炎症反應、氧化應激、線粒體功能障礙、膽堿能神經元損傷、金屬粒子穩態失衡等，被認為是AD的主要病理機製。

阿爾茨海默病的多種病理機製^[2]

02 多靶點治療藥物設計策略

由於AD的發病機製複雜，各機製間相互關聯和相互影響，為抗AD藥物開發的多靶點策略提供了良好的理論基礎。

多靶點配體（Multi-target-directed ligands, MTDL）設計策略是利用具有兩種或兩種以上互補生物活性的單一化合物，對AD的複雜病理機製產生協同作用，從而顯著改善記憶和認知障礙。因此，目前的方法大多是基於分子雜交，將兩個或多個具有特定性質的藥效團組合在一個分子中，從而獲得能夠有效抗AD的多靶點活性化合物。

設計多靶點配體(MTDL)分子的三種可用的策略示意圖^[3]

MTDL分子作用於兩種或兩種以上與疾病相關的靶點，然而，由幾種單靶點藥物組成的聯合治療也可以達到類似的治療效果。在理想情況下，MTDL方法要優於聯合治療，因為它即保留了聯合治療的所有好處，並增加了一些額外的益處。

例如， MTDL作為單一化合物，應該沒有藥物-藥物相互作用的風險，且與其他藥物相互作用的風險也較低。此外，越多的藥物組合，發生不良反應的可能性越高，MTDL分子不良反應的風險也會降低。

另一個優點是，MTDL方法是簡化了給藥方案，從而提高了患者依從性。在某些情況下，聯合治療也可以通過在一種藥物製劑中使用幾種單靶點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力學的影響，在給藥時需要尤其注意。

最後，盡管FDA通過發布藥物聯合開發指南來支持藥物聯合治療臨床試驗，但與聯合治療相比，MTDL分子的開發需要的臨床試驗更少。

03 抗AD多靶點治療藥物開發案例分享

AChE/GSK-3β雙重抑製劑

乙酰膽堿酯酶（AChE）是阿爾茨海默病治療的經典靶點。膽堿能假說認為，海馬體和新皮質區的神經遞質乙酰膽堿（ACh）在學習和記憶中起著關鍵作用，膽堿能神經元的破壞或丟失，引起乙酰膽堿水平的顯著下降是阿爾茨海默病患者認知障礙的主要原因。

在生理條件下，AChE能高效地將乙酰膽堿水解成膽堿和乙酸根離子。因此，抑製AChE能夠有效提高突觸間隙乙酰膽堿濃度，使其成為膽堿能係統的重要靶點。

FDA批準了多種AChE抑製劑（AChEIs）用於治療AD，證明了AChE抑製劑的治療價值，包括多奈呱齊、加蘭他敏、利斯的明、他克林、石杉堿甲（中國批準）。

此外，AChE在AD的發展中還具有非膽堿能功能。研究發現，AChE外周陰離子位點（PAS）能催化Aβ聚集，特別是Aβ1-42的聚集導致大腦中老年斑的形成，且與神經變性有關。適當的AChEIs可以抑製AChE誘導的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蛋白假說認為，微管解聚和神經纖維纏結的產生，主要是由Tau蛋白過度磷酸化引起的，加速了神經元細胞的變性和壞死，導致疾病的進行性惡化。

糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）催化的Tau蛋白過度磷酸化，主要發生在Ser-396、Ser-199和Ser-404位點，增加了額外的2-7個磷酸基團的數量，並減弱了Tau蛋白與微管的粘附作用。隨後，過度磷酸化的Tau蛋白與微管分離，聚集成不溶性的神經纖維纏結，導致微管結構不穩定，最終導致細胞死亡。因此，抑製Tau蛋白信號通路上遊的GSK-3β能夠穩定微管係統，減少細胞內神經纖維纏結的形成。

另外，GSK-3β通過提高β-分泌酶（BACE1）的活性來促進Aβ的產生，Aβ沉積並最終導致老年斑的形成，抑製GSK-3β可通過減少Aβ的形成而輻射到Aβ信號通路。

鑒於GSK-3β在AD複雜病理中的重要作用，抑製GSK-3β可能是一種有效的抗AD策略。

BChE/HDAC6雙重抑製劑

雖然已批準的AChE抑製劑在阿爾茨海默病的早期階段減緩了症狀的惡化，但臨床研究表明，批準的藥物在阿爾茨海默病的後期缺乏藥理作用和療效。

研究發現，在AD患者死後腦切片中發現AChE活性大量降低，而丁酰膽堿酯酶（BChE）活性大量升高。在生理條件下， AChE在肌肉和神經係統中占主導地位，並伴有較低水平的BChE。

然而，BChE的代償性作用在病理條件下是非常明顯的。在AChE敲除小鼠模型中，由於AChE缺乏，BChE被證明可以補償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。

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

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Aβ沉積。研究發現，注射神經毒性Aβ25-35後，BChE基因敲除小鼠的認知能力不受影響，而野生型小鼠在給藥後出現認知損傷。因此，BChE抑製可能是清除Aβ的有效策略。

組蛋白去乙酰化酶（HDACs）通過調節組蛋白和一些非組蛋白的乙酰化狀態來調控基因表達。盡管HDACs已被證明是治療癌症的有效靶點，但近年來，抑製HDAC在治療神經退行性疾病方麵也引起了極大的關注。其中，HDAC6是哺乳動物細胞中主要的細胞質去乙酰化酶，其胞質定位使得HDAC6更傾向於靶向非組蛋白，在神經退行性疾病中得到了較為廣泛的研究。

AD患者神經原纖維纏結（NFTs）的形成與Tau蛋白的過度磷酸化高度相關，而Tau蛋白的過度磷酸化受HDAC6調節。HDAC6在AD患者大腦皮層和海馬體中的過度表達破壞了微管蛋白的轉錄後調控，微管蛋白是微管的組成部分，也是軸突運輸的關鍵組成部分。HDAC6抑製劑可以提高α-微管蛋白的乙酰化水平，從而促進Aβ和磷酸化Tau的清除，改善認知。

04 hjc黄金城AD體內外藥效研究服務

hjc黄金城能夠為阿爾茨海默病治療藥物的開發提供多種體內外活性研究服務，已建立多種靶點體外生化活性檢測、細胞水平活性檢測、以及動物體內藥效模型等服務。

1）體外生化活性檢測

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

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

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3）阿爾茨海默病臨床前藥效模型

hjc黄金城藥效平台擁有豐富的AD項目經驗。我們根據供試品作用機製選擇合適的動物模型；運用經典的Morris水迷宮測試，並結合先進的CognitionWall測試，進而更詳細地分析與認知和記憶相關的行為變化；此外，通過病理和分子細胞學測試結果的綜合評估，全麵評價抗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.