基因治療能否在飽受挫折的阿爾茲海默病藥物研發領域煥發生機？

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是最常見的、具有巨大社會經濟負擔的神經退行性疾病之一

AD由Alois Alzheimer於1906年發現，儘管分子醫學領域取得了重大進展，但AD發病機制的確切分子機制尚不清楚。目前針對該疾病的治療方法主要集中在緩解症狀而非消除病因。

近幾十年來，即便出現了早期有希望的臨床前和臨床結果，但各大藥企（包括頂級製藥公司在內）針對AD治療的無數嘗試都已經陷入了毀滅性的挫折，繼而導致數十億美元的蒸發。

反觀AD的全球發病率正以驚人的速度上升，預計到2050年，美國的AD患者將超過1600萬，醫療費用約為1.1萬億美元。這些令人震驚的統計數據已經將AD推向威脅公共衛生健康的風口浪尖，開發新的治療策略以延遲發病、停止進展和改善AD患者的認知能力下降是絕對必要的。

與2012年已知的1種基因相比，目前已知25種基因可顯著增加AD的患病風險。人們越來越相信這些基因的表達能夠通過CRISPR基因編輯等技術進行調節，從而有效治療AD。可見，基因治療在AD治療領域有望充當重要角色，但具體的治療方式和作用仍有待探索。

靶向澱粉樣蛋白-β（Aβ）

遺傳性AD的重要致病機制之一就是澱粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）基因或早老素（presenilin）基因突變導致β-澱粉樣蛋白（Aβ）在腦內沉積。其中，較低水平的Aβ₄₂是主要的罪魁禍首，其對大腦中的Aβ積累至關重要。

為了破壞這種關鍵的病理途徑，研究人員已經進行了多次嘗試，取得了不同程度的成功。

恢復自噬相關蛋白Beclin1的表達

自噬在神經變性和AD發病機制中起著至關重要的作用。研究表明，在疾病早期，AD患者中自噬相關蛋白Beclin1減少，並調節小鼠體內Aβ的積累。小鼠的研究表明，Beclin1缺乏導致小膠質細胞對Aβ的反應改變，自噬減少，細胞外和神經元內Aβ積累增加，突觸末端神經元變性和神經元丟失。慢病毒介導的

這些有趣的發現表明，Beclin1是一種有吸引力的AD治療靶點，通過恢復Beclin1的表達以改善自噬可能會是新的AD治療策略。

Aβ疫苗

Aβ疫苗主要是通過靶向Aβ以清除腦內沉積物起作用，已經開發各種給藥途徑的疫苗靶向Aβ_1-43，並在小鼠模型的中表現出病理學的改善，例如：

• AAV-CB-Aβ₄₂疫苗：在AD小鼠中，通過鼻內、肌肉內或口服途徑誘導高水平的抗Aβ₄₂抗體。高水平的抗Aβ42抗體促使腦Aβ負荷顯著減少，斑塊相關的星形細胞增多症減少，記憶力和認知功能改善。

• 編碼抗Aβ單鏈抗體的AAV：注射到Tg2576小鼠的皮質海馬區，scFv持續表達一年沒有神經毒性，腦中Aβ沉積物減少。

靶向澱粉樣前體蛋白（APP）

今年4月，瑞典烏普薩拉大學的Martin Ingelsson及其同事發表了首例使用CRISPR/Cas9糾正患者細胞和小鼠APP的瑞典型突變（APPswe），治療早發性常染色體顯性遺傳AD（ADAD）。

他們敲除了突變的APPswe以減少患者細胞Aβ的產生，同時使野生型等位基因保持完整。使用相同的策略，他們還修改了攜帶人APPswe等位基因的轉基因小鼠的基因組，但尚不清楚是否會影響AD病理。該研究成果表明：早發性AD病例可能受益於APPswe的破壞。

其它策略

• 內皮素轉換酶（ECE）、腦啡肽酶參與Aβ降解途徑，據報道，顱內給予表達內皮素轉換酶（ECE）的重組AAV5、肌內注射表達腦啡肽酶的重組AAV8
  均能促使AD小鼠模型中澱粉樣蛋白沉積減少。
• 不同於上述介導Aβ生成減少的策略，2型髓系細胞觸發受體（TREM2）能激活小膠質細胞，尤其是斑塊周圍的小膠質細胞，在轉基因AD小鼠模型中，TREM2的上調改善了神經病理學並挽救了空間認知障礙。慢病毒介導的TREM2過表達促使Aβ沉積的改善，這歸因於增強的小膠質細胞吞噬作用而不是Aβ產生的減弱。此外，腦中TREM2的過表達顯著減弱了神經炎症。這些發現表明TREM2可能是開發新型AD療法的潛在治療靶點。

靶向tau蛋白

除了澱粉樣蛋白沉積以外，tau蛋白聚集形成的神經纖維纏結也是AD患者大腦組織中的經典特徵之一。Tau不僅在AD病理生理學中發揮關鍵作用，而且在各種其他神經退行性疾病中也起著關鍵作用。已經有許多嘗試使用抗tau抗體或通過使用基因沉默來消除毒性tau形式。

2018年2月20日，Abbvie（艾伯維）宣佈與Voyager Therapeutics達成戰略合作

許多公司正在開發針對tau或Aβ的抗體，但即使通常反覆注射，它們並不總是能夠大量到達大腦。相比之下，一次性注射Voyager的基因療法可能會促使大腦中抗tau抗體的長期產生。

基底前腦中的膽鹼能神經元廣泛傳播到大腦皮層和海馬，這些神經元的存活依賴於其目標區域的神經生長因子（Nerve growth factor, NGF）。NGF供應受損是AD病理學的一部分，導致的神經元退化與患者的認知能力下降相關。

2013年8月，Sangamo收購Ceregene的所有臨床前和臨床治療計劃 - 包括正在進行的II期試驗，以評估AD患者中CERE-110（攜帶NGF基因的AAV載體）的有效性與安全性，這是基因療法治療AD的首批臨床試驗。CERE-110旨在通過使用AAV在大腦中產生穩定的NGF供應來解決與AD的記憶喪失和認知衰退相關的膽鹼能神經元的損失。

該試驗的全部結果於2018年3月26日在JAMA Neurology上發表，26名輕度至中度AD患者接受雙側立體定向注射AAV-NGF。另外23例接受假手術，患者很好地耐受了手術和AAV-NGF。然而，為期兩年的研究發現，關於治療組和安慰劑組認知功能的主要測量ADAS-Cog和一系列次要結果均出現類似下降，差異無統計學意義。Sangamo已經於2015年結束了CERE-101的開發。

對先前試驗參與者的死後腦組織的檢查發現，AAV-NGF表達在手術後持續存在多年並且水平足以誘導來自神經元的新膽鹼能傳入神經。關於此，JAMA Neurology社論認為，即使完全恢復膽鹼能神經元也只會產生適度的益處，類似於膽鹼酯酶抑制劑，因為AD中的神經變性遠遠超出膽鹼能系統。

這可能也給我們敲醒了警鐘，基因治療的靶點選擇應當根據已有的數據和機制進行更加全面的分析和探討。或許，多靶點也是一條新思路，譬如已經在進行II期臨床試驗的帕金森病基因療法，通過遞送多巴胺合成通路中的3種關鍵酶獲得了不俗的療效。

靶向APOE4

ApoE是一種脂質結合蛋白，在肝臟中產生並在大腦中大量表達，特別是在星形膠質細胞和小膠質細胞中，它促進神經元的可塑性和突觸發生，Aβ原纖維形成和沉積，並且還參與Aβ的清除和降解。

ApoE具有三種變體，ApoE2、ApoE3和ApoE4，它們僅相差兩個殘基。ApoE2具有神經保護作用，ApoE3是中性的，而ApoE4是AD最重要的遺傳風險因子，使大腦中的Aβ沉積。那些攜帶一份APOE4基因的人患AD的風險增加一倍，而兩份副本的幾率增加了12倍。大約四分之一的人攜帶該基因變體，這也解釋了AD為何如此常見。

有研究表明，ApoE影響tau發病機制，神經炎症和tau介導的神經變性並且獨立於Aβ病理學。因此，針對AD這種有著複雜發病機制的疾病，下一代共同靶向Aβ以及tau和ApoE的治療方法是必要的。

2018年6月4日，麻省理工學院（MIT）的科學家稱已經找到了一種方法，使阿爾茨海默病的基因無害。通過使用基因編輯技術，可以將APOE4轉化為APOE3

MIT的Li-Huei Tsai教授說：“APOE4是迄今為止晚發性、散發性AD最重要的風險基因。然而，儘管如此，實際上還沒有進行過大量的研究。我們仍然不太清楚為什麼APOE4會增加疾病風險。”

科學家們不知道為什麼APOE4基因的大腦中的澱粉樣蛋白水平較高，但基因編輯可能是克服這個問題的答案。攜帶高風險APOE4基因的人佔所有AD病例的至少60％，基因療法具有降低阿爾茨海默氏症發病率的巨大潛力。

除了以上靶點以外，還有許多因素有望通過基因治療手段來克服，例如：神經炎症在包括AD在內的多種神經退行性疾病的發病機制中起關鍵作用，已經開發通過提供抗炎細胞因子來抵抗神經炎症的基因治療策略；許多AD遺傳易感因素，如早老素（PSEN），已被歸類為AD發展的關鍵參與組分，也為基因治療開闢了潛在靶點。

目前，AD治療仍面臨諸多障礙，包括最基礎的發病分子機制，我們的瞭解還遠遠不夠。但這並不意味著不可能，在飽受挫折的AD治療領域，基因治療仍屬於新生潛力軍，前方存在無數的可能性。我們謹慎樂觀地認為，基因治療可能是治療阿爾茨海默病的可行方法。

參考出處：

DOI: 10.3233/JAD-180422

DOI: 10.3760/cma.j.issn.1006-7876.2018.11.001

https://www.alzforum.org/news/research-news/ngf-gene-therapy-trial-data-published

https://www.telegraph.co.uk/news/2018/12/31/injection-halt-progress-alzheimers-available-within-decade/

https://psychcentral.com/blog/can-we-use-gene-therapy-to-treat-alzheimers-disease/

https://cen.acs.org/articles/96/i9/AbbVie-Voyager-Therapeutics-team-Alzheimers.html

https://www.barchester.com/news/new-gene-therapy-technique-could-reverse-alzheimer%E2%80%99s

https://www.genengnews.com/topics/genome-editing/sangamo-expands-aav-capabilities-with-ceregene-acquisition/

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