【阿尔茨海默病】数管齐下！AD多靶点治疗药物的设计与开发

Alzheimer's disease

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种严重的进行性神经退行性疾病，具有较长的前期症状、早期诊断困难，临床特征为认知障碍、精神行为问题和社会及生活功能丧失，最终导致死亡。目前，AD患者可用的治疗药物非常有限，主要分为胆碱酯酶抑制剂、谷氨酸受体拮抗剂、及新近批准的Aβ单抗药物等。

美迪西建立了一站式临床前生物医药研发服务平台，为阿尔茨海默病药物的开发提供药物发现、药学研究、及临床前研究服务（包括药效、药代、安评）以及IND申报等一站式服务。

在美国，据估计目前有690万65岁及以上的人患有阿尔茨海默病^[1]。预计到2060年，该患病率将翻倍，可能会增长到1380万以上，造成重大的社会和经济负担。阿尔茨海默病患者的比例随着年龄的增长而增，5.0%的65岁至74岁的人、13.2%的75岁至84岁的人、33.4%的85岁及以上的人患有阿尔茨海默病。阿尔茨海默病是65岁及以上美国人死亡的第五大原因，在2000年至2021年期间，阿尔茨海默病报告的死亡人数增加了140%以上。然而，目前还没有行之有效的方法来预防阿尔茨海默病，也没有治愈的方法。

01 阿尔茨海默病的发病机制

典型的AD病理特征包括广泛分布于大脑皮层的由β-淀粉样蛋白（Aβ）聚集形成的细胞外淀粉样斑块，以及Tau蛋白过度磷酸化和聚集形成的细胞内神经纤维缠结（NFTs）。阿尔茨海默病的确切发病机制尚不清楚，患者大脑中细胞外淀粉样斑块和细胞内NFTs的存在已被证明在疾病的发病机制中发挥关键作用。

针对AD的一些已知的病理因素，包括Aβ聚集、Tau蛋白聚集、神经炎症反应、氧化应激、线粒体功能障碍、胆碱能神经元损伤、金属粒子稳态失衡等，被认为是AD的主要病理机制。

阿尔茨海默病的多种病理机制^[2]

02 多靶点治疗药物设计策略

由于AD的发病机制复杂，各机制间相互关联和相互影响，为抗AD药物开发的多靶点策略提供了良好的理论基础。

多靶点配体（Multi-target-directed ligands, MTDL）设计策略是利用具有两种或两种以上互补生物活性的单一化合物，对AD的复杂病理机制产生协同作用，从而显著改善记忆和认知障碍。因此，目前的方法大多是基于分子杂交，将两个或多个具有特定性质的药效团组合在一个分子中，从而获得能够有效抗AD的多靶点活性化合物。

设计多靶点配体(MTDL)分子的三种可用的策略示意图^[3]

MTDL分子作用于两种或两种以上与疾病相关的靶点，然而，由几种单靶点药物组成的联合治疗也可以达到类似的治疗效果。在理想情况下，MTDL方法要优于联合治疗，因为它即保留了联合治疗的所有好处，并增加了一些额外的益处。

例如， MTDL作为单一化合物，应该没有药物-药物相互作用的风险，且与其他药物相互作用的风险也较低。此外，越多的药物组合，发生不良反应的可能性越高，MTDL分子不良反应的风险也会降低。

另一个优点是，MTDL方法是简化了给药方案，从而提高了患者依从性。在某些情况下，联合治疗也可以通过在一种药物制剂中使用几种单靶点药物的固定剂量组合，来解决这一问题。然而，这种药物组合受到每种成分不同药代动力学的影响，在给药时需要尤其注意。

最后，尽管FDA通过发布药物联合开发指南来支持药物联合治疗临床试验，但与联合治疗相比，MTDL分子的开发需要的临床试验更少。

03 抗AD多靶点治疗药物开发案例分享

AChE/GSK-3β双重抑制剂

乙酰胆碱酯酶（AChE）是阿尔茨海默病治疗的经典靶点。胆碱能假说认为，海马体和新皮质区的神经递质乙酰胆碱（ACh）在学习和记忆中起着关键作用，胆碱能神经元的破坏或丢失，引起乙酰胆碱水平的显著下降是阿尔茨海默病患者认知障碍的主要原因。

在生理条件下，AChE能高效地将乙酰胆碱水解成胆碱和乙酸根离子。因此，抑制AChE能够有效提高突触间隙乙酰胆碱浓度，使其成为胆碱能系统的重要靶点。

FDA批准了多种AChE抑制剂（AChEIs）用于治疗AD，证明了AChE抑制剂的治疗价值，包括多奈哌齐、加兰他敏、利斯的明、他克林、石杉碱甲（中国批准）。

此外，AChE在AD的发展中还具有非胆碱能功能。研究发现，AChE外周阴离子位点（PAS）能催化Aβ聚集，特别是Aβ1-42的聚集导致大脑中老年斑的形成，且与神经变性有关。适当的AChEIs可以抑制AChE诱导的Aβ的聚集和纤维化，表明AChEIs在抗AD治疗中具有多功能作用。

在诱发AD的多种病因中，Aβ沉积和Tau蛋白过度磷酸化已被广泛接受。Tau蛋白假说认为，微管解聚和神经纤维缠结的产生，主要是由Tau蛋白过度磷酸化引起的，加速了神经元细胞的变性和坏死，导致疾病的进行性恶化。

糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）催化的Tau蛋白过度磷酸化，主要发生在Ser-396、Ser-199和Ser-404位点，增加了额外的2-7个磷酸基团的数量，并减弱了Tau蛋白与微管的粘附作用。随后，过度磷酸化的Tau蛋白与微管分离，聚集成不溶性的神经纤维缠结，导致微管结构不稳定，最终导致细胞死亡。因此，抑制Tau蛋白信号通路上游的GSK-3β能够稳定微管系统，减少细胞内神经纤维缠结的形成。

另外，GSK-3β通过提高β-分泌酶（BACE1）的活性来促进Aβ的产生，Aβ沉积并最终导致老年斑的形成，抑制GSK-3β可通过减少Aβ的形成而辐射到Aβ信号通路。

鉴于GSK-3β在AD复杂病理中的重要作用，抑制GSK-3β可能是一种有效的抗AD策略。

BChE/HDAC6双重抑制剂

虽然已批准的AChE抑制剂在阿尔茨海默病的早期阶段减缓了症状的恶化，但临床研究表明，批准的药物在阿尔茨海默病的后期缺乏药理作用和疗效。

研究发现，在AD患者死后脑切片中发现AChE活性大量降低，而丁酰胆碱酯酶（BChE）活性大量升高。在生理条件下， AChE在肌肉和神经系统中占主导地位，并伴有较低水平的BChE。

然而，BChE的代偿性作用在病理条件下是非常明显的。在AChE敲除小鼠模型中，由于AChE缺乏，BChE被证明可以补偿ACh水解，从而维持正常的胆碱能通路。在晚期AD患者中，脑内乙酰胆碱酯酶水平急剧下降90%，而BChE则上升至正常水平的165%，接替乙酰胆碱酯酶的水解功能。因此，BChE是治疗晚期AD治疗的潜在靶点。

除了胆碱能功能外，BChE已被证明与Aβ高度相关。组织化学定位研究表明BChE沉积与老年斑中进行性Aβ聚集密切相关。

此外，在BChE敲除小鼠模型中，大脑中的Aβ纤维显著减少，表明BChE可能促进Aβ沉积。研究发现，注射神经毒性Aβ25-35后，BChE基因敲除小鼠的认知能力不受影响，而野生型小鼠在给药后出现认知损伤。因此，BChE抑制可能是清除Aβ的有效策略。

组蛋白去乙酰化酶（HDACs）通过调节组蛋白和一些非组蛋白的乙酰化状态来调控基因表达。尽管HDACs已被证明是治疗癌症的有效靶点，但近年来，抑制HDAC在治疗神经退行性疾病方面也引起了极大的关注。其中，HDAC6是哺乳动物细胞中主要的细胞质去乙酰化酶，其胞质定位使得HDAC6更倾向于靶向非组蛋白，在神经退行性疾病中得到了较为广泛的研究。

AD患者神经原纤维缠结（NFTs）的形成与Tau蛋白的过度磷酸化高度相关，而Tau蛋白的过度磷酸化受HDAC6调节。HDAC6在AD患者大脑皮层和海马体中的过度表达破坏了微管蛋白的转录后调控，微管蛋白是微管的组成部分，也是轴突运输的关键组成部分。HDAC6抑制剂可以提高α-微管蛋白的乙酰化水平，从而促进Aβ和磷酸化Tau的清除，改善认知。

04 美迪西AD体内外药效研究服务

美迪西能够为阿尔茨海默病治疗药物的开发提供多种体内外活性研究服务，已建立多种靶点体外生化活性检测、细胞水平活性检测、以及动物体内药效模型等服务。

1）体外生化活性检测

如：乙酰胆碱酯酶(AChE)、单胺氧化酶（MAO）、糖原合酶激酶-3β （GSK-3β）、组蛋白去乙酰化酶（HDACs）、磷酸二酯酶（PDEs）等等。

2）Aβ清除、Tau蛋白磷酸化和聚集检测

如：乙酰胆碱酯酶(AChE)、单胺氧化酶（MAO）、糖原合酶激酶-3β （GSK-3β）、组蛋白去乙酰化酶（HDACs）、磷酸二酯酶（PDEs）等等

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3）阿尔茨海默病临床前药效模型

美迪西药效平台拥有丰富的AD项目经验。我们根据供试品作用机制选择合适的动物模型；运用经典的Morris水迷宫测试，并结合先进的CognitionWall测试，进而更详细地分析与认知和记忆相关的行为变化；此外，通过病理和分子细胞学测试结果的综合评估，全面评价抗AD药物的临床前疗效。

参考资料：

[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.