阿尔茨海默病与烟碱乙酰胆碱受体

11.1.1 老年痴呆症概述

老年痴呆症是一种神经退行性疾病，按照发病原因的不同可以分为血管型痴呆和阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）两种。血管型痴呆是一种由心脑血管疾病引起的痴呆，患者通常有心脑血管损伤，比如脑血栓。血管型痴呆患者虽出现记忆力衰退等痴呆病症，但仍可以在比较长的时间内保持礼仪和良好的身体生活状态。血管型痴呆可以发展成进行性的神经退行性疾病。

首例阿尔茨海默病患者，由德国精神科医生阿尔茨海默于1901年确诊。阿尔茨海默病基本的临床症状是患者的记忆力逐渐弱化。该病通常高发于65岁以上老人，随着年龄的增加发病率呈逐渐增高趋势。患者在确诊后通常可以存活5～10年，是人群主要的致死原因（见图11-1）。

图11-1 与2000年相比，2010年度各种疾病致死病因净增百分比

阿尔茨海默病患者在经过一个漫长的潜伏期后（约20年或更多）才表现出明显的行为异常，如丧失记忆力、困惑于对时间和空间的认知等。患者脑部的病理改变主要为神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFT）和老年斑。NFT主要由神经元细胞内高度磷酸化的Tau蛋白积聚而成。神经元细胞外不溶性β淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）及其聚集体是组成老年斑的主要成分。学界认为，Tau蛋白积聚妨碍了神经元细胞内必须营养物质的运送，Aβ及其聚集体则干扰了神经元细胞间的通信。它们是使神经元致死的主要元凶。

内科医生一般通过精神、认知和行为学测试及脑部扫描等多种手段，在神经学家的协助下根据阿尔茨海默病认知评估量表（Alzheimer’s disease assessment scale-cognitive subscale，ADAS-cog）等，做出就诊者是否患有阿尔茨海默病的结论。目前尚无有效药物可减缓或阻断疾病的发展。FDA批准的上市药物，也仅通过暂时性提高脑内神经递质的含量来改善病症。阿尔茨海默病治疗药物的开发进程缓慢。数据显示，10年（2002—2012年）间共有244种药品进入临床试验，但仅有1个正处于FDA的注册审查阶段。

11.1.2 阿尔茨海默病假说

阿尔茨海默病确切的发病原因尚不明确，以下介绍几个重要假说，即几种不同的药物开发思路。最早提出的胆碱能假说，认为乙酰胆碱是阿尔茨海默病的致病原因。1980年前后，人们发现阿尔茨海默病患者脑内神经递质乙酰胆碱的合成显著降低，海马和前脑皮质中的乙酰胆碱能神经元也明显减少。为此，胆碱酯酶可作为阿尔茨海默病的靶点。通过抑制胆碱酯酶的活性减少乙酰胆碱代谢的速度，从而改善患者的病症。

胆碱酯酶抑制剂（ACh E），已成为抗阿尔茨海默病药物设计的重要方向。事实上，经FDA批准现用于临床的6种抗阿尔茨海默病药物中，Ach E就有三种，分别是加兰他敏（galantamine，2001）、卡巴拉汀（rivastigmine，2008）和多奈哌齐（donepezil，2010）。另外，还有通过抑制NMDA受体（N-methyl-D-aspartate receptor）活性起作用的上市药物美金刚（memantine），以及一种它与多奈哌齐的复方制剂。他克林（tacrine，1993）由于存在严重的不良反应已在美国退市。

另一种主流学说即淀粉样蛋白级联假说（amyloid cascade hypothesis）。淀粉样蛋白前体（APP）是一种神经元上的跨膜蛋白，这种蛋白经β分泌酶剪切后将APPsβ分泌到神经元细胞外，γ分泌酶再酶解APP的非APPsβ形式，产生β淀粉样蛋白Aβ和AICD（见图11-2）。Aβ具有神经毒性，是阿尔茨海默病老年斑的主要成分。

图11-2 通过淀粉样蛋白途径产生Aβ

数据统计显示，因APP、γ分泌酶PS1和PS2亚基中任何一个基因突变造成的阿尔茨海默病约有1%，患者均会在65岁甚至30岁以前表现出老年痴呆症状。据悉，患者若携带APP或PS1突变，则必将患有阿尔茨海默病；如果携带PS2突变，患病风险高达95%。2015年10月起，诺华（Novartis）公司正在试验的阿尔茨海默病治疗方案就以此假说为基础，旨在测试能够在早期减少或者消除Aβ的药物。此外，Aβ寡聚体也可以结合到神经元表面的受体上，并且破坏突触的结构。研究发现Aβ对于神经元突触上的α7烟碱乙酰胆碱受体（α7n ACh R）有较强的结合力，而α7n ACh R激动剂能明显减弱Aβ与α7n ACh R的结合。因此，α7n ACh R是开发阿尔茨海默病药物的靶点。

第三种主流假说即Tau蛋白假说。NFT是阿尔茨海默病的另一个重要病理特征。早在1988年，剑桥大学学者Wischik就用免疫方法借助扫描投射电镜（STEM）确证了NTF的主要成分，即Tau蛋白。正常的Tau蛋白是一种亲水可溶性的非折叠微管相关蛋白（microtuble associated protein，MAP），具有稳定神经元微管的作用，在维持神经元生长、保持神经元极性及胞内物质转运等方面发挥重要作用。由于未知原因，Tau蛋白过磷酸化后彼此之间会形成不溶性多聚体，并最终在神经元内形成扭曲变形的微管蛋白。于是，细胞内部营养物质的输送受阻，细胞间的通信阻断，神经元死亡。

学界关于Aβ和Tau的争论自始不休。限于造影剂的缺乏（第一个Tau造影剂出现于2006年），Tau蛋白理论发展相对缓慢。在向Aβ的进军中，包括礼来公司（Eli Lilly）在内的世界制药巨头屡战屡败。最近礼来公司官方宣告其Aβ靶向单克隆抗体药物Solanezumab的临床Ⅲ期研究失败。而有研究称，Tau蛋白确比Aβ在阿尔茨海默病病理上更有区分力，且在阿尔茨海默病早期的病症发展中有重要作用（见图11-3）。正当时，罗氏、雀巢等公司已向Tau领域高歌猛进。

图11-3 在阿尔茨海默病病理中Tau蛋白比Aβ更有区分力（彩图见第412页）

另外还有两种假说，即炎症假说和自由基损伤理论。中晚期阿尔茨海默病患者脑内出现大量被Aβ激活的小胶质细胞（microglia，MG）。激活的MG可产生大量的炎症因子，如TNF-α和IL-1β，进而加速阿尔茨海默病的发展进程。临床研究表明，阿尔茨海默病患者脑脊液中TNF-α和IL-1β的表达水平升高。自由基损伤理论认为，随着年龄的增长机体细胞代谢速率降低，自由基堆积加重。机体代谢产生的自由基具有极强的氧化能力，可将生物膜中的不饱和脂类氧化成过氧化脂质，即破坏了细胞膜的完整性。这种氧化损伤导致了机体的衰老性改变。

11.1.3 n ACh Rs简介

n ACh Rs广泛存在于神经元的突触处和神经元与肌肉细胞的交接处。n ACh Rs是一种跨膜离子通道蛋白，可以与神经递质乙酰胆碱相结合，从而开启通道，诱发跨膜的阳离子流。n ACh Rs包含细胞外结构域、跨膜结构域和细胞内结构域三个部分，通常情况下是五聚体。其中，神经递质的结合位点位于细胞外结构域的两个单体的界面处。目前发现的结合位点的单体有17种，分别是α1～α10、β1～β4、γ、δ和ε。位于神经元和肌肉细胞交接处的n ACh Rs有两种分别是（α1）2 βγδ和（α1）2βεδ。位于神经元上的受体可以是同源五聚体[（α）5]，也可以是异源五聚体[（α）3（β）2和（α）2（β）3]。抗阿尔茨海默病药物通常针对α7n ACh Rs。

α7n ACh Rs细胞外结构域（通常为一系列的β折叠）的两个亚基界面，是其激动剂的结合位点，如图11-4所示。结合位点处的两个亚基通常有一个α亚基。因此，对于同源五聚体而言，有5个α亚基，故有5个结合位点；对于异源五聚体而言，有2个或者3个α亚基，故有2个或者3个结合位点。组成结合位点的α亚基称为主要成分（primary component），另一个α亚基（或非α亚基）则称为补充成分（complementary component）。

图11-4 激动剂结合位点在α亚基和其他亚基（α或非α亚基）的界面（白色圆圈）