阿尔茨海默病的免疫治疗：进展、问题与展望

13 ●专笔谈 ●《中国医学前沿杂志（电子版）》2012年第4卷第10期 阿尔茨海默病的免疫治疗：进展、问题 与展望 王延江（第三军医大学大坪医院　神经内科，重庆　400042） 基金项目：国家自然科学基金（30973144，81270423）；重庆市杰出青年科学基金（CSTC2010BA5004） 通讯作者：王延江　Email：yanjiang_wang@tmmu.edu.cn 阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD） 是一种最为常见的神经系统退行性疾病，已成为 危害老年人健康和生命的主要原因。目前，全球 有AD患者3560万，我国有AD患者600万，随着全 球人口的不断老龄化，预计到21世纪中叶全球AD 患者将超过1亿。但是，当前面临的严峻问题是 临床上尚无有效的预防和治疗AD的方法，目前临 床上使用的药物本质上为对症治疗，因此寻找和 建立针对AD病因的防治方法是急需解决的重要问 题。 要建立有效的AD防治方法和，首先要明 确AD的病因。老年斑和神经元纤维缠结是AD的 重要病理特征。老年斑的主要组成物质是β-淀粉样 蛋白（amyloid β-protein，Aβ），而神经元纤维缠 结主要由过度磷酸化的Tau蛋白组成。当前的研究 明确Aβ是AD的致病物质，Aβ在脑内过度产生和 沉积，引起神经元突触功能障碍、Tau蛋白过度磷 酸化和继发炎性反应，导致神经元变性死亡，最 终产生痴呆。这就是Aβ假说的主要观点。Aβ具有 高度聚集能力，经神经元产生分泌后，会迅速聚 集，形成可溶状态的寡聚体，然后进一步聚集形 成Aβ纤维而沉积在脑内。Aβ寡聚体的神经毒性最 强，是AD的核心致病物质，也是AD防治最为重 要的靶点。Aβ纤维的形成在一定程度上减少Aβ寡 聚体的水平，被认为是体内减低Aβ毒性的保护性 机制。但是，沉积于脑内的Aβ纤维是引起神经轴 突变性和炎性反应的主要原因。因此，如何降低 脑内Aβ水平成为防治AD的重要策略[1]。 1984年澳大利亚神经病理学家Colin Masters和 德国化学家Konrad Beyreuther首先分离和鉴定出 Aβ，1989年克隆出Aβ前体蛋白（APP）基因，20 世纪90年代初期相继发现家族性AD患者Aβ代谢相 关基因突变，开辟了探讨以Aβ为靶点的AD防治新 局面。自20世纪90年代开始，首先探讨的是通过 抑制Aβ产生的关键酶（β分泌酶和γ分泌酶）活性 来减少Aβ的产生。但是，由于β分泌酶和γ分泌酶 参与众多底物的代谢过程，简单地抑制其活性会 干扰神经元的正常生理功能而产生严重不良反应[2]。 如何提高抑制剂的特异性，仅调控Aβ代谢而不影 响其他生理功能，是今后研究的一个重要方向。 最近提出了通过调节γ分泌酶活性的方法，来减少 Aβ42产量，降低Aβ42/Aβ40比例（Aβ42的毒性和 聚集能力强于Aβ40）[3]。从理论上讲，该方法仅 能延缓AD进展，不能达到根治目的。 如何清除脑内Aβ是AD防治最为重要的方向， 由于不干扰细胞生理代谢过程，因而比分泌酶抑 制剂具有更好的安全性。1999年美国Elan制药公 司的Schenk等首先发现以Aβ作为疫苗接种APPSwe 转基因小鼠，可有效清除沉积于脑内的Aβ[4]。该 研究开辟了免疫治疗的新领域，找到了一个有效 14 ●专题笔谈 ● 《中国医学前沿杂志（电子版）》2012年第4卷第10期 的Aβ清除方法。随后研究证实，无论通过Aβ疫苗 接种（主动免疫），还是直接输注抗Aβ抗体（被 动免疫），均能有效清除小鼠模型脑内Aβ，并改 善认知功能[5]。2012年美国食品药品监督管理局 （FDA）批准了Aβ免疫治疗的临床试验，Aβ免疫 治疗被寄予厚望，被认为将是第一个走向临床应 用的AD根治方法。 然而，迄今为止完成的免疫治疗临床试验均 宣告失败。一是Elan制药公司开展的Aβ疫苗临床 试验（AN1792），该研究在临床试验启动半年 后终止，原因在于Aβ疫苗接种后有6%的患者产 生自身免疫性脑膜脑炎。研究人员对参与试验的 患者进行6年的随访，发现Aβ接种能产生抗Aβ抗 体并有效清除脑内Aβ，但并不能改善患者认知功 能，也不能延长生存时间[6,7]。该试验中自身免疫 性脑膜脑炎的原因在于Aβ作为自身抗原，激活了 自身反应性T细胞，导致T细胞浸润到脑组织而产 生炎症。Aβ的清除依靠抗Aβ抗体。为避免Aβ疫苗 的不良反应，辉瑞公司开展了直接采用抗Aβ抗体 （Bapineuromab）的临床试验，2012年7月揭盲的 Ⅲ期临床研究明Bapineuromab并不能改善或延 缓AD病情进展，且引起血管源性脑水肿和微血管 出血等不良反应；该公司进行的另外一项免疫治 疗临床试验（Ponezumab）由于未达到预期的疗效 也宣告终止。 抗Aβ免疫治疗的失败提出了两个重要的问 题：Aβ是否是AD的致病物质？抗Aβ免疫治疗失 败的原因是什么？目前仍然认为Aβ是AD的核心 致病物质，关键证据为：①Aβ代谢相关基因突变 （APP和PS1、PS2）引起Aβ过度产生，导致家族 性AD的发生；②APP基因位于21号染色体，21三 体综合征因为多出一条APP基因拷贝，最终导致 AD样病理改变和认知损害。最近一项对冰岛老年 人的研究发现，APP基因上BACE酶切位点的突变 （A673T）可明显减少Aβ产量，并显著降低AD发 生危险性[8]。但是Aβ学说需要进行修正。从免疫 治疗失败中认识到，Aβ在AD早期发挥启动发病的 作用。但是一旦AD病程启动，继发于Aβ的一系列 病理过程，如炎症、Tau蛋白过度磷酸化等，将形 成自身恶性循环而不再依赖于Aβ[9]。我们把Aβ比 作火柴，这一过程犹如用火柴点火，当火柴点燃 一堆干柴后，干柴的后续燃烧（类似于AD的继发 病理过程）将不再依赖于火柴的作用，此时即使 去除火柴也不能阻止干柴的燃烧。这就是为什么 免疫治疗临床试验中脑内Aβ的清除未能改善认知 功能，延缓病情进展。因此，对于AD的治疗需要 在AD发生之前或早期才能发挥作用。这一认识强 调了AD早期诊断的重要性，推动了2011年AD诊 断新标准的产生。该标准将AD作为一个由临床前 期（无症状阶段）、轻度认知损害阶段和痴呆期 等组成的一个连续的演变过程[10]。最新的研究表 明，在AD痴呆出现前25年脑内就开始出现Aβ沉积 和相关病理损害[11]。如何在AD发生轻度认知功能 损害阶段，甚至在症状出现之前的临床前阶段， 就能预测和诊断AD，是早期防治AD的重要前提[12]。 对于免疫治疗的有效性，除了需要在疾病早 期进行干预外，免疫治疗本身也存在一些重要问 题需要解决： （1）Aβ-抗体复合物诱发的不良反应：Aβ作 为自身抗原，与进入脑内的抗体形成免疫复合物 后，将可能诱发继发免疫反应而导致中枢神经系 统炎症和血管壁的损害，是免疫治疗引起脑内炎 症、脑微血管出血和血管源性脑水肿等不良反应 的可能原因。另外，由于APP蛋白胞外段含Aβ第 1～28位氨基酸序列，很可能部分针对该序列表位 的抗体会与神经元膜上的APP蛋白发生交叉反应， 从而启动对神经元的免疫攻击而导致神经元损害 死亡。 （2）扬灰效应：Aβ由神经元产生时为单体， 迅速聚合成寡聚体，Aβ寡聚体的进一步聚集形成 不溶性Aβ纤维，沉积在胞外而形成老年斑。Aβ寡 聚体的神经毒性最强，是Aβ纤维的10倍以上。因 此Aβ纤维的形成可降低脑内寡聚体水平，在一定 程度上起到保护作用。目前的免疫治疗只能清除 处于沉积状态的Aβ纤维，不能降低脑内可溶性Aβ 水平，甚至在Aβ清除过程中增加脑内可溶性Aβ 水平[13]。机制在于抗Aβ抗体通过血脑屏障进入脑 内，促进Aβ纤维的解聚，从而提高了可溶性Aβ水 15 ●专题笔谈 ●《中国医学前沿杂志（电子版）》2012年第4卷第10期 平。这一过程虽然有利于Aβ的外流和清除，但是 我们发现可溶性Aβ水平的增加也将促进毒性作用 更强的Aβ寡聚体的形成，进一步加重神经损害。 如将空气中的灰尘比作可溶性的Aβ寡聚体，地面 的灰尘比作沉积的Aβ纤维，那么免疫治疗对脑内 Aβ的清除类似于扫地。在清除地面沉积的灰尘的 同时，将灰尘扬起到空气中，最后地上的灰尘被 扫净，却因空气中灰尘过多而致人生病。对于这 一现象，我们称之为“扬灰效应”[14]，这是免疫 治疗需要解决的一个重要问题。 （3）免疫治疗可能促进Aβ产生。研究发现， 人体内存在天然的抗Aβ抗体，具有抑制Aβ聚集和 拮抗Aβ神经毒性的作用，起保护性作用。与健康 人比较，AD患者体内自身抗Aβ抗体水平是增高还 是降低，目前尚无定论。部分AD患者体内抗Aβ抗 体水平增高，意义尚不清楚。新近研究发现，在 AD脑内神经元表面结合了自身抗体，且自身抗体 结合水平与细胞内Aβ水平显著相关[15]。我们的研 究发现，针对Aβ氨基端的抗体具有促进神经元产 生Aβ的作用[16]。这些结果表明部分抗Aβ自身抗体 具有促进Aβ产生的作用，参与了AD的发生。值得 注意的是，目前开展的免疫治疗临床试验中采用 的抗体或疫苗绝大部分是针对Aβ氨基端的，因此 很可能在Aβ清除过程中具有促进Aβ产生的作用。 同时，在APP中，Aβ氨基端的序列位于APP的胞 外段，因此这些抗Aβ氨基端的抗体很可能同神经 元的APP结合而导致免疫攻击。 针对免疫治疗存在的上述问题，我们提出 如下几个方向，以提高免疫治疗的安全性和有效 性： （1）建立Aβ外周清除策略。 免疫治疗对Aβ的清除主要通过3个机制：①抗 体进入脑内，与Aβ相结合形成免疫复合物，然后 激活小胶质细胞吞噬Aβ；②进入脑内的抗体抑制 Aβ聚集，并促进Aβ纤维的解聚，从而促进脑内Aβ 的外流和清除；③在血液中抗体结合Aβ，降低血 液游离Aβ水平，改变血脑屏障两侧游离Aβ的平衡 状态，从而促进脑内Aβ的外流[5]。前面2个机制是 免疫治疗清除脑内Aβ的主要途径。但是如前面的 讨论，抗体进入脑内将会引起一系列不良后果， 包括脑内抗原抗体复合物形成所引起的中枢神经 系统炎性反应和血管壁损害，抗体促进Aβ纤维的 解聚而引起的“扬灰效应”，以及抗体同神经元 膜上的APP发生交叉结合而促进Aβ的产生和对神 经元的免疫攻击。因此，通过建立有效的外周清 除机制，避免抗体进入脑内，加强抗体在外周对 Aβ的清除，是今后免疫治疗的一个重要方向。 （2）以Aβ毒性位点为防治靶点。 在Aβ清除的过程中，如能同时拮抗Aβ的神经 毒性，将会显著提高免疫治疗安全性和有效性。 迄今为止尚未建立类似方法。研究表明，Aβ的第 25～35位氨基酸（AA 25～35）是Aβ聚合能力和 神经毒性的主要区域。AA 25～35存在于老年人脑 内，并且与AD的发生密切相关。因此，如果能够 设计针对AA 25～35的抗体，将会实现抑制Aβ单体 聚合，促进Aβ纤维解聚和清除，并同时阻断Aβ的 神经毒性，避免Aβ清除过程中的“扬灰效应”。 一个类似的例子是神经营养因子受体p75NTR的胞 外段。P75NTR是Aβ受体，介导了Aβ的神经毒性 作用（神经元死亡和轴突变性），并促进Aβ的产 生。P75NTR代谢过程中释放其胞外段到细胞外。 P75NTR的Aβ结合位点位于其胞外段，而Aβ上的 p75NTR作用位点正好位于AA 25～35。我们发 现，p75NTR胞外段具有抑制Aβ聚集，促进Aβ纤 维解聚的作用，脑内注射p75NTR可明显清除局部 Aβ沉积；同时p75NTR还能有效拮抗Aβ神经毒性 作用，在清除Aβ过程中发挥保护神经元的作用[17]。 这一过程类似于在扫地过程中戴上口罩，是今后 免疫治疗非常值得研究的一个方面。 （3）提高抗体特异性，避免与神经元膜上的 APP相结合。 当前免疫治疗临床试验中采用的疫苗或抗体 主要是针对Aβ氨基端表位的。如前面的讨论，抗 Aβ氨基端的抗体具有促进Aβ产生的作用。机制在 于抗Aβ氨基端抗体能同神经元膜上的APP结合， 促进APP的内化和代谢，最终产生Aβ。同时，由 于Aβ氨基端序列位于APP的胞外段，抗Aβ氨基端 抗体可能同APP结合而激活免疫系统对神经元的攻 16 ●专题笔谈 ● 《中国医学前沿杂志（电子版）》2012年第4卷第10期 击。因此，今后的研究应当避免采用抗Aβ氨基端 抗体，并提高抗体特异性，避免抗体同APP交叉结 合，从而提高免疫治疗的安全性。 综上所述，Aβ是AD防治最为重要的靶点，如 何减少Aβ产生、促进清除，并拮抗其神经毒性作 用，是今后AD防治研究的核心问题。免疫治疗临 床试验的失败深化了对AD发生机制的认识，促进 了Aβ学说的修订和AD诊断新标准的出台。随着对 免疫治疗Aβ清除和不良反应相关机制认识的不断 深入，抗Aβ免疫治疗将有望成为第一个走向临床 的Aβ清除新疗法。 参考文献 [1] Vellas B, Coley N, Andrieu S. 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