99.9%新藥研發(fā)失敗詛咒有望被打破！科學(xué)家終于揭秘APOE4突變導(dǎo)致阿爾茨海默病的奇特機(jī)制

       本月，NIA-AA提出了新的阿爾茨海默病研究框架，它與數(shù)十年來(lái)一直使用的方法不同。后者依賴于認(rèn)知變化，如記憶喪失、空間感錯(cuò)亂、認(rèn)知障礙等，新的框架則是基于對(duì)生物標(biāo)志物的檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)在癥狀出現(xiàn)之前判斷疾病[1]。

       目前，這種框架還僅用于研究，暫時(shí)不會(huì)進(jìn)入臨床。但是想象一下，在這種框架之下，阿爾茨海默病或許可以像心血管疾病、糖尿病這些慢性疾病一樣，在癥狀出現(xiàn)之前就被早期發(fā)現(xiàn)，得到一定程度的控制。

       畢竟對(duì)于阿爾茨海默病來(lái)說(shuō)，等到癥狀出現(xiàn)就太晚了。

       2018年，第一個(gè)終止于三期臨床的阿爾茨海默新藥出現(xiàn)在4月。vTv Therapeutics宣布終止其RAGE抑制劑藥物azlueragon（TTP488）的臨床研究，在試驗(yàn)中，服用藥物18個(gè)月并不能改善患者的認(rèn)知評(píng)分[2]。

       許多AD新藥都是這樣死去的。臨床前實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得很順利，在小鼠模型上藥物效果都很好，但是一應(yīng)用到患者身上，卻毫無(wú)效果。99.9%的失敗詛咒籠罩在研究者們的心頭，究竟是哪里不對(duì)，是動(dòng)物模型不能完全模擬人類，還是理論從根本上就錯(cuò)了？

       縱然80%基因都一樣，但小鼠畢竟是小鼠

       近期，來(lái)自格萊斯頓研究所的華人學(xué)者Yadong Huang團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)最新研究成果，研究者利用來(lái)自阿爾茨海默病患者的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）構(gòu)筑了人源AD神經(jīng)元模型，全面揭示了APOE4突變導(dǎo)致AD的機(jī)制！更令人激動(dòng)的是，研究者此前開(kāi)發(fā)的一款小分子結(jié)構(gòu)矯正劑能夠?qū)POE4蛋白的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)進(jìn)行矯正，有望成為AD的新療法[3]。

       研究過(guò)程中，研究者還發(fā)現(xiàn)，iPSC神經(jīng)元模型與小鼠模型的病理過(guò)程有顯著不同，說(shuō)明AD在不同物種之間的表現(xiàn)差異很大，這很有可能是新藥接連失敗的原因之一。

       APOE4突變是AD的遺傳因素之一，許多研究表明APOE4蛋白與β-淀粉樣蛋白沉淀（Aβ）和神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFTs）都有關(guān)系[4]，APOE4攜帶者患AD的風(fēng)險(xiǎn)要更高，第一次發(fā)病年齡則更低。舉個(gè)例子，攜帶APOE3雙等位基因的人，在85歲時(shí)患AD的風(fēng)險(xiǎn)約為10%，但是攜帶APOE4雙等位基因的人風(fēng)險(xiǎn)則高達(dá)65%[5]！

       Huang教授便致力于研究AD與APOE4的關(guān)系。他提出了一種有關(guān)于APOE4蛋白水解的病理假說(shuō)：

       一般情況下，APOE蛋白是由大腦中的星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的，但是在壓力或受損的情況下，神經(jīng)元也會(huì)激活A(yù)POE表達(dá)，來(lái)促進(jìn)神經(jīng)元的修復(fù)。而APOE4蛋白比APOE3蛋白更不穩(wěn)定，更容易被水解成具有神經(jīng)**的蛋白碎片。APOE4片段進(jìn)入胞質(zhì)，引起tau蛋白病變和線粒體損傷，進(jìn)一步導(dǎo)致神經(jīng)元變性。主管學(xué)習(xí)、記憶等認(rèn)知功能的海馬中的GABA神經(jīng)元，則是對(duì)APOE4蛋白片段的**特別敏感，所以AD患者首先表現(xiàn)為認(rèn)知障礙。

       實(shí)際上APOE4與正常的APOE3，在結(jié)構(gòu)上只相差一個(gè)氨基酸。APOE3蛋白的112位上是一個(gè)半胱氨酸，但是APOE4蛋白的112位上卻是一個(gè)精氨酸。這直接導(dǎo)致在蛋白進(jìn)行三維折疊的時(shí)候，產(chǎn)生了不同的離子鍵，關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)域變得不一樣了。俗話說(shuō)結(jié)構(gòu)決定功能，所以，有研究者認(rèn)為，利用一個(gè)小化學(xué)分子，“干擾”一下蛋白的結(jié)構(gòu)，是有希望讓APOE4不管是結(jié)構(gòu)、還是功能都回到正常的APOE3的[4]。

       考慮到AD病程很長(zhǎng)，動(dòng)物模型難以囊括全程的病理變化，Huang教授選取了來(lái)自APOE4雙等位基因攜帶者和健康人的細(xì)胞，利用iPSC技術(shù)制作了AD神經(jīng)元模型，并對(duì)一系列病理特征進(jìn)行了檢測(cè)。

       在APOE4神經(jīng)元中，完整的APOE蛋白水平要比正常神經(jīng)元更低，胞內(nèi)水平少了約35%，分泌出胞外的則少了大約60%。計(jì)算過(guò)二者的比例之后，研究者發(fā)現(xiàn)，APOE4蛋白似乎更傾向于留存在胞內(nèi)，而不是分泌到胞外。

       同時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)，APOE4神經(jīng)元內(nèi)產(chǎn)生的APOE蛋白片段也更多了！這些蛋白的大小在12-20kD之間，與在小鼠模型腦內(nèi)和人類患者神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)的蛋白片段大小差不多[6,7]！這些蛋白片段僅存于胞內(nèi)，培養(yǎng)基內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到。

       APOE4蛋白碎片要更多

       另一方面，與AD有關(guān)的兩大病理特征，β淀粉樣蛋白沉淀（Aβ）與磷酸化tau蛋白（p-tau）在APOE4神經(jīng)元中都有顯著增加，而且p-tau的增加并非受Aβ影響。當(dāng)研究者利用藥物阻斷Aβ產(chǎn)生，p-tau水平依舊很高，并沒(méi)有隨之變化。

       p-tau與Aβ在APOE4中水平較高

       利用OM99-2和Copd-E兩種分泌酶阻斷劑降低Aβ水平，p-tau不受影響

       分歧就出現(xiàn)在這里了！研究者經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，認(rèn)為APOE4能夠促進(jìn)人類神經(jīng)元中Aβ的聚集和形成，但是這種現(xiàn)象是不存在于小鼠神經(jīng)元中的！在小鼠的iPSC神經(jīng)元中，APOE4突變并不增加Aβ42與Aβ40的水平。這說(shuō)明，物種之間APOE對(duì)Aβ代謝水平的影響是不同的，APOE4能夠增加人類神經(jīng)元中Aβ的產(chǎn)生，但在小鼠神經(jīng)元中就沒(méi)有這樣的效果。

       對(duì)功能神經(jīng)元的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了Huang教授的假說(shuō)。在APOE4神經(jīng)元中，隨著神經(jīng)元的逐漸分化、成熟，GABA能神經(jīng)元會(huì)逐漸喪失功能或者退化，而且60%的GABA神經(jīng)元中都有p-tau。

       APOE4變體GABA神經(jīng)元水平更低，p-tau水平更高

       隨后研究者又利用基因編輯方法驗(yàn)證了APOE4對(duì)神經(jīng)元影響的特異性。將APOE4修復(fù)為APOE3，使得神經(jīng)元的諸多AD樣病理都恢復(fù)了正常，而徹底敲除了APOE基因的“空白”神經(jīng)元，生理表現(xiàn)則與正常的APOE3神經(jīng)元基本一致；通過(guò)轉(zhuǎn)染APOE4基因，則又會(huì)令“空白”神經(jīng)元產(chǎn)生病理狀態(tài)。

       基因編輯使APOE4神經(jīng)元病理指標(biāo)下降

       水平與正常APOE3神經(jīng)元基本一致

       這里有一點(diǎn)十分有趣，導(dǎo)致病理狀態(tài)的APOE4非得是內(nèi)源產(chǎn)生的不可。研究者給“空白”神經(jīng)元輸入了人工合成的APOE4，結(jié)果并沒(méi)有引起神經(jīng)元的相關(guān)變化。前文我們也說(shuō)過(guò)了，正常情況下APOE蛋白是由星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的，但是在壓力、損傷等情況下，神經(jīng)元也會(huì)產(chǎn)生APOE蛋白[4]。研究者對(duì)不同來(lái)源的APOE4蛋白進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)APOE4**是神經(jīng)元特異的，星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的APOE4并不會(huì)對(duì)神經(jīng)元產(chǎn)生有害影響。

       最后，Huang教授利用此前發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)矯正子PH002[8]嘗試“修復(fù)”APOE4神經(jīng)元。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也達(dá)到了研究者的預(yù)期，神經(jīng)元中APOE4蛋白片段水平下降、GABA能神經(jīng)元數(shù)量上升，p-tau、Aβ42、Aβ40產(chǎn)生與分泌的水平都降低了！這說(shuō)明，這種小分子的結(jié)構(gòu)矯正劑或許可以作為一種治療AD的新手段！

       小分子結(jié)構(gòu)矯正劑能夠“糾正”APOE4帶來(lái)的神經(jīng)元**

       對(duì)AD的研究進(jìn)程必須要抓緊了。在上個(gè)月召開(kāi)的阿爾茨海默和帕金森病治療會(huì)議（AAT-AD/PD）上，梅奧診所的研究者報(bào)告說(shuō)，與近幾年的研究不同，癡呆癥的發(fā)病率不降反升，特別是帕金森、ALS和早發(fā)性AD，這種趨勢(shì)也很有可能延伸至遲發(fā)性AD。其他研究者的報(bào)告數(shù)據(jù)也支持了這一觀點(diǎn)。[9]

       在對(duì)AD的預(yù)防與治療上，我們幾乎一籌莫展。Huang教授正在與制藥企業(yè)合作，對(duì)這些小分子結(jié)構(gòu)矯正劑進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以便盡快進(jìn)入臨床試驗(yàn)。

       期待這一天的到來(lái)。

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