圣誕節前夕，百健(Biogen)和衛材(Eisai)宣布其共同開(kāi)發(fā)的阿爾茲海默病(AD)藥物BAN2401在一個(gè)持續12個(gè)月的II期臨床試驗中未達到一級終點(diǎn)(Biogen的阿爾茨海默病藥物臨床二期失敗，股價(jià)下跌4%)。面對這樣的結果，兩家公司均表示不會(huì )放棄開(kāi)發(fā)，后續將繼續一個(gè)18個(gè)月的臨床試驗并以中樞粉狀蛋白類(lèi)生物標記物來(lái)替代臨床終點(diǎn)。然而這并不能讓人們對此信心滿(mǎn)滿(mǎn)，以生物標記物水平做指標，本身就不能保證可靠的臨床藥效。BAN2401是一款β淀粉蛋白抗體，這一失敗再次給以β-淀粉樣蛋白為靶點(diǎn)的抗AD藥物開(kāi)發(fā)蒙上了一層陰影。

       人們不會(huì )忘記去年感恩節前，禮來(lái)公司的抗體藥物Solanezumab的臨床失敗所帶來(lái)的巨大影響。隨著(zhù)以淀粉樣蛋白為靶點(diǎn)的多種藥物不斷在臨床試驗中折戟沉沙，基于這一假說(shuō)的相關(guān)研究熱情也在逐漸衰退。越來(lái)越多的制藥公司將目標轉向了其他的假說(shuō)和機理，如神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)炎癥，細胞凋亡和Tau蛋白病變等。其中Tau蛋白病變以微管相關(guān)蛋白Tau聚合物的出現為特征，是AD的標志性病變之一，特別是Tau蛋白的病理機理與認知功能減退聯(lián)系更加緊密。因此Tau正受到來(lái)自世界范圍內AD藥物研發(fā)領(lǐng)域的重視，今天我們就對Tau靶點(diǎn)相關(guān)內容做一個(gè)系統梳理。

       圖1 正在開(kāi)展的臨床試驗中，不同機理的投資占比(圖片來(lái)源：參考文獻3)

       Tau蛋白的背景介紹

       Tau蛋白是微管結合蛋白家族中的一種支架蛋白，在正常的神經(jīng)元中，Tau蛋白主要富集于神經(jīng)元軸突周?chē)饕δ馨ㄕ{節、維持微管穩定性、輔助神經(jīng)元軸突的運輸功能等。Tau蛋白共包含四個(gè)功能區域，分別是：氨基端投射功能區(Projection domain)、脯氨酸富集區、微管結合區(MBD)和碳端功能區(圖2)。在溶液中，Tau蛋白通常處于非折疊狀態(tài)，帶有交替排列的負電荷氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸、磷酸化絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸)和正電荷氨基酸(精氨酸和賴(lài)氨酸)。通過(guò)MBD結合微管能夠引起Tau蛋白的結構改變，使得負電荷區域從微管表面產(chǎn)生分支，形成一個(gè)鏈接基團(linker)與如膜聯(lián)蛋白等膜組分連接在一起。脯氨酸富集區的序列包括PxxP基序。較短的碳端功能區似乎可以抑制Tau蛋白聚合，這段區域的缺失可能與Tau蛋白在A(yíng)D中的絲狀結構形成有關(guān)。

       圖2 人類(lèi)中樞神經(jīng)系統六種Tau蛋白亞型序列及四大功能區分布(圖片來(lái)源：參考文獻2)

       Tau蛋白的病理生理學(xué)

       研究發(fā)現Tau蛋白的翻譯后修飾(post-translational modifications, PTMs)是調控其蛋白結構和功能的重要方式。其PTM的形式有很多，包括像糖基化、乙酰化、截斷等，但是最主要的一種方式就是磷酸化。正常生理條件下，這些修飾也是廣泛存在的，只是在病理環(huán)境中他們會(huì )變得更加劇烈。Tau蛋白中的脯氨酸和賴(lài)氨酸殘基含量非常高，并且有超過(guò)80個(gè)潛在的磷酸化位點(diǎn)，這么多的脯氨酸和賴(lài)氨酸個(gè)數，使得Tau在病理狀態(tài)下由過(guò)度磷酸化導致的相互交聯(lián)，和通過(guò)縮合反應與其他Tau分子的聚集，變得更加容易。在病理條件下，Tau的磷酸化水平是正常的2-3倍，這種過(guò)磷酸化使得Tau蛋白從微管上脫落下來(lái)，胞質(zhì)中的Tau含量上升，發(fā)生聚集形成難溶的纖維束，最終導致神經(jīng)纖維糾纏，這也是AD的一個(gè)重要的病理特征。Tau在正常生理條件下存在廣泛的翻譯后修飾，但是在病理條件下，翻譯后修飾會(huì )更加的猛烈，導致tau聚集并限制其清除。雖然上述過(guò)程的具體機理尚不清楚，但基于不同Tau病變的觀(guān)察，我們能夠確定的是，這一過(guò)程是受到來(lái)自多方面的調節。Tau蛋白的體內平衡可以被多種方式干擾產(chǎn)生一系列的生化反應，從而導致不同大腦區域、不同細胞類(lèi)型發(fā)生相應變化，表現出不同的臨床癥狀，所以這些PTM位點(diǎn)將是潛在的治療靶點(diǎn)。很多病理狀態(tài)下的磷酸化位點(diǎn)，在A(yíng)D患者的腦組織中都得到了確認，基于此機理科學(xué)家開(kāi)發(fā)了很多特異性抗體。與磷酸化相關(guān)的激酶包括GSK3-β，CDK5，CDK2等。

       Tau蛋白病的分類(lèi)和動(dòng)物模型

       Tau蛋白病包括一系列的神經(jīng)退行性疾病，如額顳葉癡呆(bvFTD)、遲滯型失語(yǔ)癥(PNFA)、詞義性癡呆(SD)等。雖然有這么多的種類(lèi)，但是考慮到這些Tau蛋白病的共性都是過(guò)磷酸化，聚集形成纖維化聚合物，我們有理由去假設至少一部分相關(guān)靶向的藥物都將是廣譜藥物。

       在Tau蛋白研究中使用的絕大多數動(dòng)物模型為轉基因小鼠，通過(guò)特定的神經(jīng)元啟動(dòng)子來(lái)表達野生型或突變型Tau蛋白。除了小鼠，其他動(dòng)物，包括其他嚙齒類(lèi)動(dòng)物都很少用于Tau蛋白研究。究其原因，一是這些模型與小鼠和人體組織的內在差異；二是試驗動(dòng)物的周齡/年齡選擇。老年動(dòng)物有助于將研究結果從動(dòng)物模型向人的轉換，但如果選擇老年大動(dòng)物來(lái)建立模型則需要考慮培育的成本，還有隨年齡增長(cháng)而帶來(lái)的共患病的影響。

       Tau蛋白的致病機理

       一個(gè)廣泛的共識是Tau蛋白在疾病的發(fā)展中部分轉變?yōu)?*亞型，針對Tau蛋白病變的藥物就是基于此——Tau蛋白**而開(kāi)發(fā)的。這一過(guò)程很可能就是由一系列的翻譯后修飾，比如磷酸化的幫助下完成的。另外，Tau蛋白通過(guò)折疊而成的一個(gè)介于二聚體和纖絲之間的寡聚體(Oligomer)也能夠使其產(chǎn)生**(圖3)，這些PTM之間的關(guān)系現在尚不清楚。

       圖3 Tau蛋白的致病機理(圖片來(lái)源：參考文獻2)

       目前對于Tau蛋白病變的發(fā)病機理存在幾種假說(shuō)。在A(yíng)D領(lǐng)域，淀粉樣蛋白假說(shuō)作為上游與Tau蛋白變性理論結合到了一起。在病理狀態(tài)下，突觸后Tau的正常組裝蛋白功能被顯著(zhù)提升，最終在A(yíng)β信號介導下產(chǎn)生下游**，比如鈣離子內流。另一種假說(shuō)是Tau蛋白聚集阻止了細胞的清除機制，這種早期的動(dòng)態(tài)聚集最終促進(jìn)了纖維的形成和生長(cháng)。針對這一過(guò)程的藥物包括各種Tau聚合抑制劑，如亞甲藍等。第三種假說(shuō)是Tau病變損害了軸突的物質(zhì)輸送，包括線(xiàn)粒體損傷等。線(xiàn)粒體功能受損，進(jìn)而增強了氧化應激，更容易發(fā)生磷酸化，使得線(xiàn)粒體自噬系統紊亂。

       另一個(gè)問(wèn)題就是在A(yíng)D早期階段通常只有一部分大腦區域受到影響，但是在疾病后期階段往往擴散至整個(gè)大腦區域。這又是什么原因造成的呢？答案就是Tau蛋白的擴散。研究發(fā)現，AD患者腦中的Tau蛋白可以通過(guò)擴散最終導致腦中各個(gè)區域發(fā)生變性(圖4)，通過(guò)向轉基因小鼠海馬，及皮層神經(jīng)元中注射死亡AD患者的腦提取物，再對臨近腦組織進(jìn)行分析是否發(fā)生了Tau病變。研究人員發(fā)現擴散的速度首先取決于兩處組織信號介導的連接緊密性，而不是物理距離，這是由于Tau蛋白是先被神經(jīng)元釋放到胞外，再被其他的神經(jīng)元攝取，從而完成擴散的，當神經(jīng)元更加活躍時(shí)，Tau蛋白擴散也會(huì )加劇。值得注意的是，將注射入腦后產(chǎn)生的內生Tau蛋白移除，雖然不能阻止其擴散，但是結果顯示這樣的確能夠降低蛋白**。這說(shuō)明針對胞外Tau蛋白進(jìn)行治療，可能會(huì )比針對神經(jīng)元內的蛋白更容易，也更有效。

       圖4 Tau蛋白的擴散(圖片來(lái)源：參考文獻2)

       以Tau蛋白為靶點(diǎn)的藥物治療策略及產(chǎn)品管線(xiàn)

       目前正在進(jìn)行臨床試驗的以Tau蛋白為靶點(diǎn)的候選藥物，主要是通過(guò)減低Tau蛋白水平，阻止其聚合或針對其翻譯后修飾的調控。直接靶向的藥物包括聚合抑制劑和**。間接靶向的藥物主要指PTM調節劑，包括微管穩定劑和激酶、磷酸調控劑。其它還有降低Tau蛋白寡聚化、促進(jìn)自噬和蛋白質(zhì)清除、增強線(xiàn)粒體功能和減輕氧化應激等。下面結合作用機制對典型的在研藥物做簡(jiǎn)要介紹，其余藥物信息見(jiàn)表1。

       Tau蛋白聚合阻斷劑

       TRx0237 (Rember)，小分子藥物，TauRx Therapeutics公司

       Rember也被稱(chēng)為亞甲藍，是一個(gè)三環(huán)吩噻嗪結構化合物。在FDA成立之前就在非洲被廣泛用于治療瘧疾、高鐵血紅蛋白血癥以及其他病癥，是一個(gè)不折不扣的老藥。1996年有研究發(fā)現該化合物能夠阻斷tau蛋白間相互作用，從那以后，很多研究都表明它有治療神經(jīng)退行性疾病的活性。Rember僅僅是第一代化合物，在其II期臨床中出現了腹瀉、眩暈等一系列不良反應終止了開(kāi)發(fā)。通過(guò)構效改造得到了用于治療AD和額顳葉癡呆的第二代抑制劑TRx0237，其結構更加穩定，能夠改善藥物吸收、生物利用度和耐受性。不管是TRx0237還是Rember，其背后的機理都是，通過(guò)抑制Tau蛋白聚集，或者溶解已形成的異常Tau蛋白聚集體，來(lái)影響下游如AD和其他神經(jīng)退行性疾病的蛋白異常。目前該藥物已進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗階段，在三個(gè)相關(guān)研究中，第一個(gè)針對輕度AD患者，200mg/天的試驗數據還沒(méi)有公開(kāi)；第二個(gè)針對輕至中度AD患者的臨床試驗在2016年的AAIC會(huì )議上公布了陰性結果；第三個(gè)以額顳葉癡呆為適應證的臨床試驗在2016年的慕尼黑ICFTD會(huì )議上公布了結果，該實(shí)驗也沒(méi)有達到有效終點(diǎn)，具體原因尚不明確。

       抗體**

       比起Aβ蛋白，Tau蛋白的結構更大。因此研發(fā)一款抗體**，選擇正確的免疫位點(diǎn)也顯得至關(guān)重要。總體而言在所有研發(fā)管線(xiàn)中，結合時(shí)間表和多功能兩個(gè)角度看，目前**的前景是的。

       AADvac-1，抗體藥物，Axon Neuroscience

       受tau裂解后產(chǎn)生的氨基端碎片啟發(fā)，Axon Neuroscience公司設計開(kāi)發(fā)了由氨基末端半胱氨酸化的tau蛋白組成的抗體藥物AADvac-1，這是首個(gè)通過(guò)引發(fā)免疫應答對抗tau蛋白病變的**。2013年，AADvac-1展開(kāi)了I期臨床研究并展示了其安全性，隨后在2015年針對早期A(yíng)D患者開(kāi)展臨床II期研究，預計2019年結束。

       RO7105705，抗體藥物，AC Immune & Genentech

       RO7105705是AC Immune與羅氏集團旗下的基因泰克(Genentech)合作開(kāi)發(fā)的一款Tau蛋白抗體。該藥物并沒(méi)有公布臨床前數據，其針對胞外Tau蛋白，能夠抑制導致炎癥反應的小膠質(zhì)細胞活化。2016年6月該藥物開(kāi)展了臨床I期的研究，今年10月份II期臨床已經(jīng)開(kāi)始招募輕到中度的AD患者。

       C2N 8E12 (ABBV-8E12)，抗體藥物，AbbVie

       C2N 8E12是由C2N Diagnostics開(kāi)發(fā)并授權給AbbVie公司的一款人源化抗體。它能夠識別胞外的病變蛋白。8E12與其他抗體的不同之處在于其不需要被神經(jīng)元攝取，通過(guò)特異性結合非正常折疊的Tau蛋白清除神經(jīng)纖維糾纏，改善神經(jīng)功能。2015年6月開(kāi)始在進(jìn)行性核上性麻痹患者上開(kāi)展I期臨床試驗，目前針對AD患者的II期臨床試驗正在招募病人入組。

       BIIB092，抗體藥物，iPierian→BMS→Biogen

       BIIB092是生物技術(shù)公司iPierian從家族性AD患者衍生的多能干細胞中分離出來(lái)，開(kāi)發(fā)而成的一種人源化IgG4單克隆抗體(IPN007)，這一藥物針對胞外Tau氨基端的片段化(eTau)中和其**。 2014年，BMS收購了iPierian，將其命名為BMS-986168，I期臨床研究表明該藥物臨床耐受性良好。2017年，Biogen又以3億美元預付款，最終可達5.5億美元的價(jià)格獲得了該藥物的授權，2017年11月，Biogen啟動(dòng)了針對早期A(yíng)D的II期臨床研究，擬招募528名受試者，該臨床研究預計于明年2月份開(kāi)展，2020年結束。

       表1. Tau蛋白靶點(diǎn)的AD藥物在研管線(xiàn)一覽

       靶向Tau蛋白PTM調控酶

       由于PTM在Tau蛋白病中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用，目前科學(xué)家針對參與其改變的酶而開(kāi)發(fā)了一些藥物。糖原合成酶激酶-3 (GSK3-β)是一個(gè)研究廣泛的Tau蛋白激酶，該激酶可以使Tau蛋白過(guò)度磷酸化，在A(yíng)D病理狀況下會(huì )出現上調，但由于其參與很多細胞通路，因而以此為靶點(diǎn)的藥物開(kāi)發(fā)需要格外注意，激酶酶活的抑制不能超過(guò)25%。

       Anavex2-73，小分子藥物，Anavex公司

       作為一種σ1毒蕈堿的配體，Anavex2-73能夠結合毒蕈堿乙酰膽堿和σ1受體，降低GSK3-β的活性，阻止Tau過(guò)度磷酸化，改善記憶缺失，并具有神經(jīng)保護作用。Anavex公司宣稱(chēng)一個(gè)小型IIa期臨床試驗結果表明該藥物能夠改善認知功能。

       微管穩定劑

       TPI287，小分子藥物，Cortice Biosciences公司

       TPI287是由Cortice公司(以前的Archer Biosciences)開(kāi)發(fā)的一款基于微管蛋白結合和增強微管穩定的藥物。作為一種紫杉烷二萜類(lèi)藥物的合成衍生物，TPI287與大多數紫杉烷不同之處在于它能夠很好的穿越血腦屏障，進(jìn)入腦中發(fā)揮藥效。研究發(fā)現TPI287能夠穩定微管，該藥針對輕到中度AD患者為對象的I期臨床試驗目前正在進(jìn)行中。

       除了以上這些處于臨床研究的藥物靶點(diǎn)，還有一些藥物將目標放在了Tau蛋白水平調節和線(xiàn)粒體氧化應激等方面。降低Tau蛋白含量是否會(huì )導致其他的病理狀態(tài)目前還存在爭議，研究表明將Tau蛋白降至一定水平還是安全的。值得關(guān)注的是，Tau相關(guān)的臨床研究不僅在很多新的機理方面發(fā)展迅速，針對很多Tau病變導致的罕見(jiàn)病的臨床研究也很多，比如PSP(進(jìn)行性核上性麻痹)。這也是受到FDA政策激勵而產(chǎn)生的景象。FDA對罕見(jiàn)病藥物的開(kāi)發(fā)給予的優(yōu)惠政策包括提供7年的市場(chǎng)獨占期和一定的資金支持，光是前者就已經(jīng)讓很多制藥公司對孤兒藥趨之若鶩。

       展望未來(lái)，機遇與挑戰并存

       由于A(yíng)D的多因子致病機理，未來(lái)的藥物治療很可能要配合個(gè)體化的精準醫療，而精準醫療的前提就是要搞清楚每個(gè)病人個(gè)體的遺傳基因、神經(jīng)影像，還有其特有的生物標記物水平。而以上這些特點(diǎn)，Tau蛋白都具備，這類(lèi)蛋白的異構體形態(tài)各異，翻譯后修飾具有指紋特性，這些都有利于Tau蛋白靶點(diǎn)藥物的研發(fā)。但是也要清醒的意識到其臨床研究還是面臨很多挑戰的。例如對疾病發(fā)展的認識還不全面；不能在A(yíng)D早期之前就對其有效診斷；缺乏靈敏的生物標記物；較窄的治療窗；如何穿透血腦屏障將藥物遞送到靶點(diǎn)等。但是這些問(wèn)題也是所有AD藥物研發(fā)所面臨的共同問(wèn)題。淀粉樣蛋白和Tau蛋白兩種假說(shuō)就像兩條平行的馬路，一條路走的車(chē)太多，導航提示道路擁堵請繞行避堵，于是大家不約而同的又都來(lái)到了Tau蛋白機理。當然，導航所描述的是實(shí)況交通，而兩條AD治療理論的前路如何，尚難以下定論。路漫漫其修遠兮，在失敗的臨床試驗面前，我們絕不應悲觀(guān)，AD早在100多年前就被發(fā)現，至今我們還沒(méi)有完全了解它。找到治療AD的有效方法，就像當初建造巴比倫塔一樣，面對這一疾病，全人類(lèi)真正成為命運共同體。而隨著(zhù)新成果的不斷涌現，我們終將明白該病背后的精準機制，從而戰勝這一可怕的疾病。

       參考文獻：

       1.Tau蛋白的翻譯后修飾與阿爾茨海默病，中國科學(xué)：化學(xué)。

       2.Tau-based therapies in neurodegeneration:opportunities and challenges, Nature Reviews.

       3.Tracing investment in drug development for Alzheimer disease.

       4.Neuronal activity enhances tau propagation and tau pathology in vivo.

       5.Alzheimer’s disease, Nature Review, 2015, 1.