他忘記了很多事情
但他從未忘記愛你
有什么疾病會讓人束手無策，眼睜睜的看著最熟悉的至親慢慢忘記身邊的一切，甚至忘記家人的名字、相貌、聲音，從此變?yōu)槟吧耍?/span>
視頻來源：央視公益廣告《打包》
阿爾茲海默癥（Alzheimer's disease，AD）是一種常見的慢性神經(jīng)退行性疾病，主要表現(xiàn)為進行性的記憶減退和認知障礙，最終喪失生活自理能力，直至死亡。在美國約有10%的老年人可能罹患阿爾茲海默癥，最可怕的是現(xiàn)在沒有有效的治療方案。其病理特征為神經(jīng)細胞內(nèi)神經(jīng)纖維糾纏結(jié)和細胞外存在的淀粉樣老年斑，如圖1所示。目前關(guān)于阿爾茲海默癥的發(fā)病機制有多種假說，最著名的是以β-淀粉樣多肽（amyloid-β，Aβ）為代表的Aβ假說——由于Aβ的產(chǎn)生與代謝、解離與凝聚的不均衡，過多的Aβ逐漸聚集形成老年斑，從而導致其他異常如神經(jīng)纖維糾纏結(jié)、軸突和神經(jīng)細胞缺失等病理性改變。
圖1. 與正常大腦中的神經(jīng)元相比，AD患者的大腦中出現(xiàn)了大量Aβ聚積形成的老年斑和軸突缺失，并伴隨著炎癥發(fā)生。圖片來源：Nature
Aβ是一種含有39-43個氨基酸的多肽，來源于淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）。APP是一種跨膜糖蛋白，在體內(nèi)有兩種降解途徑：非淀粉樣和淀粉樣途徑。在淀粉樣途徑中，APP被BACE1（beta-site APP cleaving enzyme-1，一種天冬氨酸蛋白酶，又稱β-分泌酶）和γ-分泌酶依次裂解，產(chǎn)生一系列長短不一的Aβ，主要是Aβ40、Aβ42，雖然腦內(nèi)Aβ40的水平更高，但Aβ42毒性更大，它們?nèi)菀拙奂纬刹蝗芪?，是組成老年斑的主要成分，具體途徑如圖2b所示[1]。
圖2. 淀粉樣前體蛋白APP的兩種降解途徑：非淀粉樣和淀粉樣途徑。非淀粉樣途徑中，APP依次降解為sAPPα、β多肽和AICD。淀粉樣途徑中，APP依次被β-分泌酶和γ-分泌酶切割為sAPPβ、Aβ和AICD。圖片來源：Nature
目前盡管有大量來自基因組學、生物化學以及成像研究等都支持Aβ假說，但開發(fā)減少神經(jīng)系統(tǒng)中淀粉樣蛋白Aβ的藥物，迄今為止還沒有成功過。
從圖2可知，BACE1是APP降解的重要酶，理論上講，抑制BACE1就能減少Aβ產(chǎn)生。事實也如此，BACE1敲除的小鼠減少了Aβ的生成，溶解了淀粉樣老年斑；一例罕見的人類BACE1突變，減少了40%的Aβ。因此，BACE1抑制劑有望成為緩解AD進展的藥物，在BACE1抑制劑的研究中，默克（Merck）是先行者，旗下的Verubecestat（MK-8931）已完成1期臨床，進入到3期臨床中。最近，來自默克的科學家Matthew E. Kennedy等人在Science Translational Medicine上撰文介紹Verubecestat在動物和AD患者中的表現(xiàn)。（The BACE1 inhibitor verubecestat (MK-8931) reduces CNS β-amyloid in animal models and in Alzheimer’s disease patients.Sci. Transl. Med., 2016, 8, 363ra150, DOI: 10.1126/scitranslmed.aad9704）[2,3]
Verbecestat的發(fā)現(xiàn)
圖3. 共晶結(jié)構(gòu)解析。圖片來源：Sci. Transl. Med.
先導化合物1是通過核磁共振篩選片段法鑒別出來的BACE1抑制劑，雖然它是個較弱的BACE1配體，但對X-射線晶體結(jié)構(gòu)解析發(fā)現(xiàn)它的脒基與BACE1的催化殘基Asp32和Asp228存在氫鍵作用。進一步通過基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從中篩選出了Verubecestat，它保留了脒基，并通過與BACE1的共晶結(jié)構(gòu)驗證了氫鍵作用；Verubecestat中酰胺上的兩個取代芳香環(huán)，占據(jù)了鄰近疏水亞基S1、S3和S3sp的疏水腔，貢獻了高度親和力結(jié)合（圖3所示）。另外Verubecestat的理化性質(zhì)非常適合口服，它的細胞通透性高（Papp = 28.6 X 10-6cm·s-1），并且在中性水溶液中具有較高的溶解度（1.6 mM，pH=7.4的緩沖液中），屬于高溶高滲類藥物。Verubecestat的發(fā)現(xiàn)歷程將在J. Med. Chem.（DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b00307）上解密，其合成路線如下圖所示，近期其他工藝優(yōu)化和合成方法在Org. Process Res. Dev.（DOI: 10.1021/acs.oprd.6b00247）和Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.6b01793）上已經(jīng)發(fā)表。
圖4. Verubecestat的合成路線。圖片來源：Org. Process Res. Dev.
體外活性和動物研究
Verubecestat對人BACE1、BACE2都有強效抑制能力，而對其他酶或受體表現(xiàn)出選擇性，Verubecesta的體外活性見表1。
表1. Verubecestat抑制BACE1（h人，m鼠）、其他天冬氨酰蛋白酶等的活性。數(shù)據(jù)來源：Sci. Transl. Med.
對小鼠單劑量10 mg/kg或者30 mg/kg給藥后，大大減少了腦脊液和大腦皮層中的Aβ40，并在3-6小時后達到峰值。因代謝和運輸原因，服藥約1小時后Verubecestat起作用，并呈劑量依賴關(guān)系。同樣在食蟹獼猴動物研究中，Verubecestat顯著減少了腦脊液中Aβ40和sAPPβ中，并在24小時內(nèi)抑制能力保持在最大值附近，這和在腦脊液中Verubecestat的濃度保持一致，一直在IC50以上。不論是食蟹獼猴還是小鼠，長期用藥幾個月后，都顯著降低了Aβ40等。此外，Verubecestat在藥代動力學上的表現(xiàn)，無論是生物利用度高、藥物暴露特性、蛋白結(jié)合能力、半衰期都也堪稱完美。根據(jù)異素生長律推算，對人類來說，Verubecestat的半衰期大概為11 h，生物利用率F高達75%。在35 mg的劑量下，血漿藥物峰濃度Cmax = 218 nM，藥時曲線下面積為2.35 μM*h，能持續(xù)抑制75%的腦脊液Aβ40。
Verbecestat的長期用藥安全性
AD患者需長期服用Verubecestat，必須考察長期安全性。BACE1敲除的小鼠減少了中央神經(jīng)系統(tǒng)和大腦皮層里的神經(jīng)髓鞘化，BACE2敲除的小鼠出現(xiàn)了血糖減少、胰腺β細胞增加，皮毛褪色等現(xiàn)象。BACE抑制劑會出現(xiàn)類似的癥狀，此外可能具有還肝臟毒性。幸運的是，數(shù)據(jù)表明動物長期給藥Verubecestat并未發(fā)現(xiàn)這些毒副作用。只在兔子中發(fā)現(xiàn)皮毛褪色現(xiàn)象，由黑色變成銀灰色，獼猴未出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
臨床試驗
Verubecestat的臨床前研究表現(xiàn)令人印象深刻，進入臨床試驗也順理成章?，F(xiàn)臨床1期已經(jīng)結(jié)束，在非老年健康人群中進行單一劑量Verubecestat和安慰劑的臨床試驗，服用安慰劑后36 h后，腦脊液中的Aβ40、Aβ42還有sAPPβ的濃度等都增加，而服用Verucecestat的Aβ40都大幅下降，550 mg的大劑量組甚至下降了93%。逐漸增加劑量（> 40 mg），與安慰劑組相比，血漿中的Aβ40也大幅減少。輕微和中度AD患者，服用12 mg、40 mg、60 mg的劑量，與健康人群類似，Aβ40也大幅減少，Aβ42和sAPPβ也減少（見下圖）。并且Verucecestat的藥代動力學性質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)異，服用后迅速達到在血漿和腦脊液中的分布平衡。
圖5. AD患者口服多種劑量（12mg/40mg/60mg）Verubecestat七天，腦脊液CNF中的Aβ40減少。圖片來源：Sci. Transl. Med.
在臨床試驗過程中，未發(fā)現(xiàn)嚴重的副作用，只有一名健康成年人在連續(xù)服用550 mg的大劑量Verubecestat后，出現(xiàn)了斑疹和蕁麻疹。PK/PD數(shù)據(jù)表明，Verucecestat影響了所有三個APP代謝物，因此可以解釋一種藥物就可以發(fā)揮作用，而且半衰期長，一天給藥一次就能維持有效濃度。與健康人群不同的是，AD患者大腦中已存在大量Aβ，有可能在短期內(nèi)抵消BACE1抑制劑的作用。
Verubecestat的安全性和有效性已得到證明，現(xiàn)在它作為第1個BACE1抑制劑進入兩個三期臨床試驗。EPOCH二/三期臨床試驗研究2000名輕度和中度AD患者接受12 mg和40 mg的Verubecestat治療18個月的影響（NCT01739348）。APECS三期臨床研究1500名具有前驅(qū)性癥狀的AD患者，接受12 mg和40 mg兩個劑量Verubecestat為期兩年治療的效果（NCT01953601）。
如果三期臨床成功，Verubecestat將是對Aβ假說的最強證明，阿爾茲海默癥患者們也將迎來新的希望，讓我們拭目以待將來的結(jié)果吧！
1. http://www.nature.com/nature/journal/v539/n7628/full/nature20412.html
2. http://www.mercknewsroom.com/news-release/research-and-development-news/merck-scientists-publish-new-research-detailing-early-dev
3. http://stm.sciencemag.org/content/8/363/363ra150