《科學》子刊：阿爾茨海默藥物研發陰雲再起！科學家發現BACE1抑製劑可能存在嚴重認知損失副作用｜科學大發現

前段時間，美國國會宣布將國立衛生研究院（NIH）在阿爾茨海默病方面的科研預算提高三倍，總額達到19億美元，佔比達到NIH總預算的5%，希冀充足的科研資金能夠吸引到更多的研究者進行AD相關研究。像這樣的大手筆之前只在面對癌症和艾滋病時出現過。[1]

與此相對的是，AD的形勢的確已經火燒眉毛。目前，AD已經成為美國第六大死因，預計到2050年全美將有1400萬人患病，如此龐大患者群體的治療費用和其他社會負擔將是無法想像的天文數字。

然而諸多科學家卻對國會的決定抱著相當的觀望態度，畢竟此坑太深，各大頂尖葯企在AD上吃的虧，已經足夠讓所有人都在進入這個領域之前一想再想了。

近期，一項發表在《科學轉化醫學》上的新研究[2]，又給AD的新葯研發矇上了一層陰影。美國西北大學研究者發現，在成年小鼠中敲除β澱粉樣蛋白相關的酶BACE1，雖然不會帶來神經發育的相關缺陷，但是海馬體苔蘚纖維束卻受到了明顯的影響，長度縮短了近30%！

考慮到這部分大腦區域與記憶、學習等認知功能密切相關，這或許意味著使用BACE1抑製劑治療或預防阿爾茨海默病，很可能會帶來導致海馬缺陷的副作用！部分臨床試驗的結果也暗示這個猜測的真實性。

阿爾茨海默病最主要的病理特徵就是β-澱粉樣蛋白沉澱形成的老年斑，科學家在如何阻止以及逆轉β-澱粉樣蛋白上想盡了辦法。β-澱粉樣蛋白來自澱粉樣蛋白前體蛋白（APP）的水解，這個過程需要兩類重要的酶，β-分泌酶和γ-分泌酶，這兩種酶也就成了各大葯企爭相研究的熱門治療靶點。

不過一個不好的消息是，γ-分泌酶抑製劑似乎已經提前退出賽道了。

多家企業開發的γ-分泌酶抑製劑，不僅未能減緩輕至中度AD患者的疾病進展，實際上反而令患者的認知功能更加惡化了，還伴有明顯的精神、胃腸道、免疫以及其他方面的副作用[3,4]。科學家認為，這是因為γ-分泌酶底物不僅有APP一個，大劑量抑製劑的使用同時也影響了其他生理功能必須的通路。

這讓科學家們面對β-分泌酶，也就是β位點APP切割酶1（BACE1），也必須多提個小心了，因為BACE1也同樣的具有多種底物，BACE1抑製劑的安全性並沒有萬全保障。

科學家的擔心不無道理，敲除了BACE1基因的小鼠表現出了多種異常的生理狀況，比如出生即體型較小，壽命也不長[5]，神經元髓鞘形成減少[6,7]，自發性癲癇和異常腦電圖[8,9]，記憶功能缺陷[10,11]，軸突生長異常[12-15]以及其他的異常表型。

不過由於從小鼠還在媽媽肚子里的時候敲除就開始了，科學家暫時還不能確認這些問題是單純因為缺少BACE1，還是發育過程中存在發育缺陷，這對評估患者使用BACE1抑製劑治療的安全性是很模糊的。

為了解決這個問題，西北大學的研究者們製作了兩種不同的小鼠模型，一種在出生後不久即失去BACE1表達，這種缺失僅限於小鼠的前腦，從檢測結果來看小腦和腦幹仍舊存在BACE1的表達；另一種小鼠則在出生三個月成年之後，受他莫昔芬誘導實現全身敲除BACE1，由於他莫昔芬的滲透性不一致，小鼠皮質和海馬中基本喪失了BACE1表達，不過皮質下區域和嗅球還存在一些BACE1。

如此生長六個月之後，研究者們對小鼠進行了一次「體檢」。

可見BACE1水平下降了90%以上，其底物則有所升高

這兩種小鼠，特別是成年後才失去BACE1的小鼠，居然並沒有像BACE1敲除小鼠那樣百病纏身。

先說那些只有前腦敲除了BACE1的小鼠，它們出生後就失去了BACE1，但是它們的壽命並未受到影響，癲癇發作和神經脫鞘都明顯少於從胚胎就敲除了BACE1的小鼠。認知功能測試也顯示，這些小鼠學習速度稍微慢了一些，但是記憶能力毫無損失。

那些成年後才失去BACE1的小鼠就更加正常了，它們都沒出現癲癇和神經脫鞘，學習和記憶能力也全部正常。比較意外的是這些小鼠比正常小鼠反而胖了一些，研究者也並不知道為什麼。

由此我們或許能夠得出結論了，那些異常的表型，應該是由於BACE1缺失導致的發育不良造成的。

可見不存在神經脫鞘

當進一步進行解剖學檢查，研究者發現，在小鼠大腦中還是發生了變化，敲除了BACE1的小鼠大腦海馬中苔蘚纖維的軸突明顯不太一樣了。

正常情況下，這些神經元將沿著海馬的各層結構向外延伸，與其他腦區神經元形成新的突觸，但是成年後敲除BACE1的小鼠苔蘚纖維長度明顯縮短了，神經元的連接方式也產生了混亂。這種變短的神經束大約佔了30%，這也和缺失BACE1小鼠的表現是一致的。

在此前的研究中，研究者發現BACE1的底物之一，CHL1的敲除會導致小鼠的海馬和嗅球中軸突生長的障礙[13]，這也和這次研究觀察到的數據一致，說明CHL1可能在軸突的定位引導上有關鍵的作用。

見白色箭頭處，神經束長度明顯減少

雖然這個變化並沒有帶來實質上認知功能的變化，但是研究者認為這不能排除研究方法不夠敏感的問題。而且考慮到人腦的神經元交互更加複雜[16]，研究者認為抑制BACE1功能對人造成的影響或許會更大。

值得一說的是，有科學家指出，三期EPOCH試驗中失敗的BACE1抑製劑verubecestat，接受了治療的患者海馬體積確實略有縮小了，這或許意味著BACE1抑製劑的副作用問題在臨床上真的不能忽視，後期的臨床試驗或許需要把海馬體積作為補充標準之一。

本項研究的通訊作者Robert Vassar也指出，很多BACE1抑製劑臨床試驗中，藥物的用量影響已接近研究的水平，對BACE1的抑制接近90%[17-20]，臨床研究必須考慮到這一點，並降低藥量。

這個觀點得到了約翰霍普金斯大學Philip Wong教授的認同，他建議對BACE1功能的抑制不能超過50%，以保證神經元的正常功能。

當然，BACE1抑製劑的安全性還需要更多實驗去驗證，它的治療效果驗證則又需要更多的投入。希望能有更多科學家不畏艱險投身「天坑」，讓我們有生之年能見到AD被攻克的一天。

編輯神叨叨

反正BACE1抑製劑也都失敗了

挑戰AD的失敗史，Medical Trend都記著呢……

參考資料：

[1] http://www.sciencemag.org/news/2018/08/alzheimer-s-gamble-nih-tries-turn-billions-new-funding-treatment-deadly-brain-disease

[2] http://stm.sciencemag.org/content/10/459/eaao5620

[3]https://www.alzforum.org/news/research-news/deja-vu-ad-patients-again-look-worse-g-secretase-inhibitor

[4]https://www.alzforum.org/news/research-news/lilly-halts-identity-trials-patients-worsen-secretase-inhibitor

[5]D. Dominguez, J. Tournoy, D. Hartmann, T. Huth, K. Cryns, S. Deforce, L. Serneels, I. E. Camacho, E. Marjaux, K. Craessaerts, A. J. M. Roebroek, M. Schwake, R. D』Hooge, P. Bach, U. Kalinke, D. Moechars, C. Alzheimer, K. Reiss, P. Saftig, B. De Strooper, Phenotypic and biochemical analyses of BACE1- and BACE2-deficient mice. J. Biol. Chem. 280, 30797–30806 (2005).

[6]M. Willem, A. N. Garratt, B. Novak, M. Citron, S. Kaufmann, A. Rittger, B. DeStrooper, P. Saftig, C. Birchmeier, C. Haass, Control of peripheral nerve myelination by the-secretase BACE1. Science 314, 664–666 (2006).

[7] X. Hu, C. W. Hicks, W. He, P. Wong, W. B. Macklin, B. D. Trapp, R. Yan, Bace1 modulates myelination in the central and peripheral nervous system. Nat. Neurosci. 9, 1520–1525(2006).

[8]X. Hu, X. Zhou, W. He, J. Yang, W. Xiong, P. Wong, C. G. Wilson, R. Yan, BACE1 deficiency causes altered neuronal activity and neurodegeneration. J. Neurosci. 30, 8819–8829(2010).

[9]B. D. Hitt, T. C. Jaramillo, D. M. Chetkovich, R. Vassar, BACE1?/? mice exhibit seizure activity that does not correlate with sodium channel level or axonal localization. Mol. Neurodegener. 5, 31 (2010).

[10] F. M. Laird, H. Cai, A. V. Savonenko, M. H. Farah, K. He, T. Melnikova, H. Wen, H.-C. Chiang, G. Xu, V. E. Koliatsos, D. R. Borchelt, D. L. Price, H.-K. Lee, P. C. Wong, BACE1, a major determinant of selective vulnerability of the brain to amyloid-b amyloidogenesis, is essential for cognitive, emotional, and synaptic functions. J. Neurosci. 25, 11693–11709(2005).

[11] M. Ohno, L. Chang, W. Tseng, H. Oakley, M. Citron, W. L. Klein, R. Vassar, J. F. Disterhoft, Temporal memory deficits in Alzheimer』s mouse models: Rescue by genetic deletion of BACE1. Eur. J. Neurosci. 23, 251–260 (2006).

[12]T. W. Rajapaksha, W. A. Eimer, T. C. Bozza, R. Vassar, The Alzheimer』s -secretase enzyme BACE1 is required for accurate axon guidance of olfactory sensory neurons and normal glomerulus formation in the olfactory bulb. Mol. Neurodegener. 6, 88 (2011).

[13]B. Hitt, S. M. Riordan, L. Kukreja, W. A. Eimer, T. W. Rajapaksha, R. Vassar, b-Site amyloid precursor protein (APP)-cleaving enzyme 1 (BACE1)-deficient mice exhibit a close homolog of L1 (CHL1) loss-of-function phenotype involving axon guidance defects. J. Biol. Chem. 287, 38408–38425 (2012).

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[16]K. L. Spalding, O. Bergmann, K. Alkass, S. Bernard, M. Salehpour, H. B. Huttner, E. Bostr?m, I. Westerlund, C. Vial, B. A. Buchholz, G. Possnert, D. C. Mash, H. Druid, J. Frisén, Dynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans. Cell 153, 1219–1227(2013).

[17]M. E. Kennedy, A. W. Stamford, X. Chen, K. Cox, J. N. Cumming, M. F. Dockendorf, M. Egan, L. Ereshefsky, R. A. Hodgson, L. A. Hyde, S. Jhee, H. J. Kleijn, R. Kuvelkar, W. Li, B. A. Mattson, H. Mei, J. Palcza, J. D. Scott, M. Tanen, M. D. Troyer, J. L. Tseng, J. A. Stone, E. M. Parker, M. S. Forman, The BACE1 inhibitor verubecestat (MK-8931) reduces CNS -amyloid in animal models and in Alzheimer』s disease patients. Sci. Transl. Med. 8, 363ra150 (2016).

[18]P. C. May, B. A. Willis, S. L. Lowe, R. A. Dean, S. A. Monk, P. J. Cocke, J. E. Audia, L. N. Boggs, A. R. Borders, R. A. Brier, D. O. Calligaro, T. A. Day, L. Ereshefsky, J. A. Erickson, H. Gevorkyan, C. R. Gonzales, D. E. James, S. S. Jhee, S. F. Komjathy, L. Li, T. D. Lindstrom, B. M. Mathes, F. Martényi, S. M. Sheehan, S. L. Stout, D. E. Timm, G. M. Vaught, B. M. Watson, L. L. Winneroski, Z. Yang, D. J. Mergott, The potent BACE1 inhibitor LY2886721 elicits robust central Ab pharmacodynamic responses in mice, dogs, and humans. J. Neurosci. 35, 1199–1210 (2015).

[19] K. Sakamoto, S. Matsuki, K. Matsuguma, T. Yoshihara, N. Uchida, F. Azuma, M. Russell, G. Hughes, S. B. Haeberlein, R. C. Alexander, S. Eketj?ll, A. R. Kugler, BACE1 inhibitor lanabecestat (AZD3293) in a phase 1 study of healthy Japanese subjects: Pharmacokinetics and effects on plasma and cerebrospinal fluid Ab peptides. J. Clin. Pharmacol. 57, 1460–1471 (2017).

[20]https://www.alzforum.org/news/research-news/conditional-bace1-knockouts-hippocampal-axons-compromised

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本文作者 | 代絲雨

「沒有時間了。」

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