阿尔兹海默病：从免疫疗法到免疫预防

撰文 | Qi

最近的抗体免疫疗法试验首次明确证明，利用单抗如Leqembi和donanemab清除阿尔兹海默症（AD）患者大脑中的β淀粉样蛋白（Aβ）可在一定程度上缓解AD进展，为Aβ的错误折叠和沉积在AD发病机制中的重要性提供了临床支持。然而，这些试验所取得的临床疗效并不显著，因此需要将临床试验结果与临床前疾病模型的机理认识结合起来以确定一种AD免疫预防策略。

2023年9月19日，来自德国图宾根大学的Mathias Jucker和美国埃默里大学的Lary C. Walker在Cell杂志上发表了观点文章Alzheimer disease: From immunotherapy to immunoprevention，从免疫疗法现状以及如何制定免疫预防策略两个方面进行了概述。

从组织病理学角度看，AD是由大脑中大量存在的两种蛋白性病变Aβ斑块和tau缠结所决定的，两种异常蛋白会发生折叠、自我组装，并通过一种类似于朊病毒蛋白的内源性机制传播，可损害邻近神经元和神经胶质细胞的功能。此外，Aβ会在脑血管壁上沉积引发脑Aβ血管病（cerebral Aβ angiopopathy, CAA），近一半的AD终末期患者往往表现出中度至重度CAA。遗传学、病理学和生物标志物研究结果表明，Aβ病理是该病早期的关键推动力，而tau病理被认为是Aβ下游行为障碍的重要驱动力，这种发病轨迹对治疗和预防策略都有重要影响。

1. AD免疫疗法的现状

1999年，当人们用合成的Aβ聚合物对Aβ前体蛋白（APP）转基因小鼠进行主动免疫时，发现能显著减少脑Aβ斑块负担，于是正式启动了AD免疫疗法时代。

AN1792是第一个人工合成的Aβ疫苗，在人类中的首次主动免疫尝试因部分受试者出现无菌性脑膜脑炎而停止，因此，许多研究转向使用人源化单克隆抗体的被动免疫疗法，作为一种潜在的更安全的替代疗法。

截至目前，临床研发进展最快的抗体包括bapineuzumab、solanezumab、crenezumab、gantenerumab、aducanumab、lecanemab和donanemab。这些抗体可识别Aβ不同的抗原位点，在临床疗效和降低斑块负荷的能力方面也各不相同。除solanezuma和crenezumab外，其他抗体减少的大脑中Aβ含量都能通过正电子发射断层扫描出来，能最大程度清除Aβ沉积（治疗18个月后>60%）的抗体lecanemab、donanemab和donanemab已显示出临床衰退表型减缓的证据，在减少Aβ负担的同时，脑脊液（CSF）或血液中的磷酸化Tau（pTau）和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）也减少了。因此，免疫疗法不仅减少了Aβ负担，还能减少了大脑Aβ相关的tau病变和星形胶质细胞活化。与此相反，神经丝轻链（NfL，神经元异常的标志物）在接受治疗的受试者中继续上升，但上升速度比对照组慢，反映认知下降虽未停止，但速度减慢。

然后，一些接受免疫疗法的患者表现出与淀粉样蛋白清除相关的副作用，有证据显示清除淀粉样蛋白与脑室容积扩大和脑容量减少有关。总之，抗体疗法的临床疗效有限，而且在淀粉样蛋白负荷较高的情况下有可能出现严重的副作用，这都强调了在致病过程中更早开始治疗的重要性。

图1. AD的病理进展、免疫预防和免疫治疗对有症状患者的影响

2. 从免疫疗法到免疫预防：我们需要做什么？

针对上述存在的问题，作者在此提出四个关键的研究目标，分别是：确定抗抗体免疫疗法的最佳分子靶点（表位）、优化干预计划（时间安排）、建立预防效果的早期生物学指标（生物标志物），以及识别和减轻抗体给药的潜在不良反应（副作用）。

2.1 确定最佳Aβ表位

首先是确定最佳表位的问题，Aβ单体在大脑中含量丰富，要完全中和它需要高亲和力抗体，与单体竞争性结合现有Aβ聚集体。此外，Aβ多聚体大小不一，有低聚物，也有原纤维和长淀粉样纤维，它们的细胞毒性和进一步聚集的能力也各不相同，鉴于Aβ聚集物在生化和结构上的复杂性，预防或清除其的最佳表位靶点仍不确定。

先前工作中显示出部分疗效的单抗药，如solanezuma可选择性地结合Aβ单体，但临床试验结果显示并未达到主要终点，aducanumab可减少二次成核产生的Aβ低聚物，donanemab针对的是出现在疾病晚期阶段、能增强蛋白质的聚集倾向的焦谷氨酸化修饰的Aβ（如AβN3pE），已被证明能非常有效地清除有症状患者体内的淀粉样蛋白，因此，直接比较几种不同抗体的临床研究对于确定最有前景的免疫治疗或免疫预防抗体表位将具有参考价值。此外，对治疗后大脑进行尸检生化分析将有助于确定抗体引起的变化，还需要对临床前模型中的抗体及其参与的多聚体进行比较，并对各种抗体识别的表位进行结构研究。这些数据连同抗体的亲和力、免疫球蛋白亚型、翻译后修饰和血液中半衰期等特性，将有助于促进下一代抗体的设计，并确定最合适的免疫预防分子靶点。

2.2 确定免疫预防的最佳时机

在AD的临床体征和症状出现之前的二到三十年，异常的Aβ就开始在大脑中积累，真正的一级预防应该是在开始前就阻止Aβ聚集，但长期服用预防剂的风险与收益比未知。从实际角度来看，二级预防是更容易实施，即在有生物标志物证据表明异常Aβ已开始聚集时，但在AD的认知和行为变化出现之前启动预防措施。

在AD的两阶段模型中，Aβ病理最初是疾病的驱动因素，但其相对影响力会随着后续变化的出现而减弱，包括神经纤维缠结的形成、炎症、神经变性以及最终的行为障碍。因此，一旦进入第二阶段，仅靠去除Aβ可能并不能够有效缓解疾病进展。目前正计划在显性AD突变携带者中开展一项针对第一发病阶段Aβ的临床试验（https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT05552157）（即针对预估发病前10年或更早的个体），还启动了一项针对第二疾病阶段（即距估计发病时间不到10年）的Aβ和tau的临床试验（https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT05269394）（分别使用lecanemab和抗体E2814）。

对于未来旨在优化免疫预防时机的研究，需要明确是否必须持续给予抗体，还是间歇性给药就足够了，以及治疗的频率和持续时间。目前还不知道应该在什么时候以及多长时间重复治疗才能对人体产生最大疗效，但可以从动物模型的研究中了解这些机理问题。例如，小鼠模型的实验表明，在Aβ沉积的早期阶段急性清除Aβ可延缓Aβ积累和后续下游病变的发生。此外，还需要确定是否有必要（甚至应该）采用脑穿梭抗体载体等方法来增强抗体进入大脑的能力，以减少免疫预防所需的治疗次数。

图2. Aβ的聚集以及治疗性抗体识别的Aβ表位

2.3 优化生物标记物的使用

Aβ-PET成像和体液中Aβ检测技术的进步证实了AD长达数十年的无症状发展过程，且这些技术为近期临床试验的实施奠定了基础。然而，当Aβ-PET扫描显示免疫疗法已将Aβ负荷降至检测水平以下时，很可能仍存在大量病理异常Aβ。此外，目前的Aβ-PET成像和体液Aβ测量并不能提供免疫疗法前后大脑Aβ的生化和结构特征的详细信息，因此，需要进一步提高检测灵敏度和特异性，以检测早期和不同形式的异常脑淀粉样蛋白。

尽管体液生物标志物具有相当大的临床效用，但如果能更好地了解这些生物标志物所代表的分子和细胞变化，就能更好地解释临床试验结果。例如，pTau体液生物标志物与Aβ沉积的轨迹密切相关，但与PET检测到的Tau关系不大，这一矛盾的发现目前还缺乏有说服力的解释。此外，体液中GFAP和Trem2水平升高的病理生理基础仍不确定，蛋白质类生物标志物，尤其是细胞内结构蛋白（如Tau、GFAP和NfL）进入脑脊液和血液的途径也不确定。关于生物标志物的许多机理问题现在可以通过疾病模型（主要是转基因小鼠）来解决，这些模型可以直接、及时地将大脑病理变化与体液中的蛋白质变化进行比较。此外，表现出不同蛋白病理特征的转基因小鼠模型能够将Aβ依赖性继发性生物标志物变化与可能的合并病症（如突触核蛋白病）相关的生物标志物变化区分开来。

2.4 减轻副作用

淀粉样蛋白相关影像学异常（ARIAs）包括局灶性脑水肿/脑出血（ARIA-E）和含铁血黄素积累（ARIA-H，一种既往微出血的标志物）。虽然ARIAs通常没有症状，并且可以通过滴定抗体剂量来控制，但在某些情况下会出现严重的治疗反应，这引起了人们对AD免疫疗法风险与收益比的担忧。

ARIAs的发病机制尚不完全清楚，但这些异常与CAA的存在密切相关。在小鼠模型和人体中，人们发现Aβ免疫疗法虽然可减少实质细胞中的Aβ，但CAA似乎会增加，这种增加可能是Aβ从实质细胞转移到血管的结果，但确切机制尚不确定。APOEε4基因等位基因的免疫治疗受试者最常发生ARIAs，这与APOEε4基因是CAA的主要风险因素是一致的。由于大约45%的AD病例会出现中度至重度CAA，Aβ免疫疗法可能会使近一半有症状的AD患者面临更大的ARIAs风险。因此，如果在CAA在大脑中广泛存在之前就注射Aβ抗体，即作为一种预防措施，ARIAs的风险可能会降低甚至消失。

目前尚不确定这种差异是否与抗体的特性（如抗原识别特征）、试验参与者的差异（如疾病分期或CAA负荷）或ARIA检测灵敏度等方法学问题有关，但如果有一个明确的CAA生物标志物，就能提高免疫疗法潜在受试者ARIA的预后精确度。最近发现CAA中Aβ纤维的3D结构不同于斑块，发现medin蛋白只与Aβ共同沉积在血管中，这也有助于开发CAA的特异性生物标记物。总之，还需要开展更多的研究，以确定抗体免疫疗法产生CAA相关副作用的基本机制。

3. 结论

综上所述，目前人们对于生物标志物轨迹变化和治疗反应的理解仍然有限，开发出能更全面地反映晚期AD复杂性的疾病模型对于提高基础研究的可转化性而言是极其重要的。上述被动免疫治疗的实际障碍，如成本、给药方式和频率，可能会限制被动免疫预防的广泛应用，主动免疫（疫苗接种）的主要缺点是与自身抗原的免疫反应相关的风险，但如果能够克服这些挑战，主动免疫就会成为一种相对简单、廉价和容易获得的免疫预防措施。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.08.021

制版人：十一