他忘记了很多事情

但他从未忘记爱你

有什么疾病会让人束手无策，眼睁睁的看着最熟悉的至亲慢慢忘记身边的一切，甚至忘记家人的名字、相貌、声音，从此变为陌生人？

视频来源：央视公益广告《打包》

阿尔兹海默症（Alzheimer's disease，AD）是一种常见的慢性神经退行性疾病，主要表现为进行性的记忆减退和认知障碍，最终丧失生活自理能力，直至死亡。在美国约有10%的老年人可能罹患阿尔兹海默症，最可怕的是现在没有有效的治疗方案。其病理特征为神经细胞内神经纤维纠缠结和细胞外存在的淀粉样老年斑，如图1所示。目前关于阿尔兹海默症的发病机制有多种假说，最著名的是以β-淀粉样多肽（amyloid-β，Aβ）为代表的Aβ假说——由于Aβ的产生与代谢、解离与凝聚的不均衡，过多的Aβ逐渐聚集形成老年斑，从而导致其他异常如神经纤维纠缠结、轴突和神经细胞缺失等病理性改变。

图1. 与正常大脑中的神经元相比，AD患者的大脑中出现了大量Aβ聚积形成的老年斑和轴突缺失，并伴随着炎症发生。图片来源：Nature

Aβ是一种含有39-43个氨基酸的多肽，来源于淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）。APP是一种跨膜糖蛋白，在体内有两种降解途径：非淀粉样和淀粉样途径。在淀粉样途径中，APP被BACE1（beta-site APP cleaving enzyme-1，一种天冬氨酸蛋白酶，又称β-分泌酶）和γ-分泌酶依次裂解，产生一系列长短不一的Aβ，主要是Aβ40、Aβ42，虽然脑内Aβ40的水平更高，但Aβ42毒性更大，它们容易聚集形成不溶物，是组成老年斑的主要成分，具体途径如图2b所示[1]。

图2. 淀粉样前体蛋白APP的两种降解途径：非淀粉样和淀粉样途径。非淀粉样途径中，APP依次降解为sAPPα、β多肽和AICD。淀粉样途径中，APP依次被β-分泌酶和γ-分泌酶切割为sAPPβ、Aβ和AICD。图片来源：Nature

目前尽管有大量来自基因组学、生物化学以及成像研究等都支持Aβ假说，但开发减少神经系统中淀粉样蛋白Aβ的药物，迄今为止还没有成功过。

从图2可知，BACE1是APP降解的重要酶，理论上讲，抑制BACE1就能减少Aβ产生。事实也如此，BACE1敲除的小鼠减少了Aβ的生成，溶解了淀粉样老年斑；一例罕见的人类BACE1突变，减少了40%的Aβ。因此，BACE1抑制剂有望成为缓解AD进展的药物，在BACE1抑制剂的研究中，默克（Merck）是先行者，旗下的Verubecestat（MK-8931）已完成1期临床，进入到3期临床中。最近，来自默克的科学家Matthew E. Kennedy等人在Science Translational Medicine上撰文介绍Verubecestat在动物和AD患者中的表现。（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的发现

图3. 共晶结构解析。图片来源：Sci. Transl. Med.

先导化合物1是通过核磁共振筛选片段法鉴别出来的BACE1抑制剂，虽然它是个较弱的BACE1配体，但对X-射线晶体结构解析发现它的脒基与BACE1的催化残基Asp32和Asp228存在氢键作用。进一步通过基于结构的药物设计，进行结构优化，从中筛选出了Verubecestat，它保留了脒基，并通过与BACE1的共晶结构验证了氢键作用；Verubecestat中酰胺上的两个取代芳香环，占据了邻近疏水亚基S1、S3和S3sp的疏水腔，贡献了高度亲和力结合（图3所示）。另外Verubecestat的理化性质非常适合口服，它的细胞通透性高（Papp = 28.6 X 10-6cm·s-1），并且在中性水溶液中具有较高的溶解度（1.6 mM，pH=7.4的缓冲液中），属于高溶高渗类药物。Verubecestat的发现历程将在J. Med. Chem.（DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b00307）上解密，其合成路线如下图所示，近期其他工艺优化和合成方法在Org. Process Res. Dev.（DOI: 10.1021/acs.oprd.6b00247）和Org. Lett.（DOI:  10.1021/acs.orglett.6b01793）上已经发表。

图4. Verubecestat的合成路线。图片来源：Org. Process Res. Dev.

体外活性和动物研究

Verubecestat对人BACE1、BACE2都有强效抑制能力，而对其他酶或受体表现出选择性，Verubecesta的体外活性见表1。

表1. Verubecestat抑制BACE1（h人，m鼠）、其他天冬氨酰蛋白酶等的活性。数据来源：Sci. Transl. Med.

对小鼠单剂量10 mg/kg或者30 mg/kg给药后，大大减少了脑脊液和大脑皮层中的Aβ40，并在3-6小时后达到峰值。因代谢和运输原因，服药约1小时后Verubecestat起作用，并呈剂量依赖关系。同样在食蟹猕猴动物研究中，Verubecestat显著减少了脑脊液中Aβ40和sAPPβ中，并在24小时内抑制能力保持在最大值附近，这和在脑脊液中Verubecestat的浓度保持一致，一直在IC50以上。不论是食蟹猕猴还是小鼠，长期用药几个月后，都显著降低了Aβ40等。此外，Verubecestat在药代动力学上的表现，无论是生物利用度高、药物暴露特性、蛋白结合能力、半衰期都也堪称完美。根据异素生长律推算，对人类来说，Verubecestat的半衰期大概为11 h，生物利用率F高达75%。在35 mg的剂量下，血浆药物峰浓度Cmax = 218 nM，药时曲线下面积为2.35 μM*h，能持续抑制75%的脑脊液Aβ40。

Verbecestat的长期用药安全性

AD患者需长期服用Verubecestat，必须考察长期安全性。BACE1敲除的小鼠减少了中央神经系统和大脑皮层里的神经髓鞘化，BACE2敲除的小鼠出现了血糖减少、胰腺β细胞增加，皮毛褪色等现象。BACE抑制剂会出现类似的症状，此外可能具有还肝脏毒性。幸运的是，数据表明动物长期给药Verubecestat并未发现这些毒副作用。只在兔子中发现皮毛褪色现象，由黑色变成银灰色，猕猴未出现这种现象。

临床试验

Verubecestat的临床前研究表现令人印象深刻，进入临床试验也顺理成章。现临床1期已经结束，在非老年健康人群中进行单一剂量Verubecestat和安慰剂的临床试验，服用安慰剂后36 h后，脑脊液中的Aβ40、Aβ42还有sAPPβ的浓度等都增加，而服用Verucecestat的Aβ40都大幅下降，550 mg的大剂量组甚至下降了93%。逐渐增加剂量（> 40 mg），与安慰剂组相比，血浆中的Aβ40也大幅减少。轻微和中度AD患者，服用12 mg、40 mg、60 mg的剂量，与健康人群类似，Aβ40也大幅减少，Aβ42和sAPPβ也减少（见下图）。并且Verucecestat的药代动力学性质表现优异，服用后迅速达到在血浆和脑脊液中的分布平衡。

图5. AD患者口服多种剂量（12mg/40mg/60mg）Verubecestat七天，脑脊液CNF中的Aβ40减少。图片来源：Sci. Transl. Med.

在临床试验过程中，未发现严重的副作用，只有一名健康成年人在连续服用550 mg的大剂量Verubecestat后，出现了斑疹和荨麻疹。PK/PD数据表明，Verucecestat影响了所有三个APP代谢物，因此可以解释一种药物就可以发挥作用，而且半衰期长，一天给药一次就能维持有效浓度。与健康人群不同的是，AD患者大脑中已存在大量Aβ，有可能在短期内抵消BACE1抑制剂的作用。

Verubecestat的安全性和有效性已得到证明，现在它作为第1个BACE1抑制剂进入两个三期临床试验。EPOCH二/三期临床试验研究2000名轻度和中度AD患者接受12 mg和40 mg的Verubecestat治疗18个月的影响（NCT01739348）。APECS三期临床研究1500名具有前驱性症状的AD患者，接受12 mg和40 mg两个剂量Verubecestat为期两年治疗的效果（NCT01953601）。

如果三期临床成功，Verubecestat将是对Aβ假说的最强证明，阿尔兹海默症患者们也将迎来新的希望，让我们拭目以待将来的结果吧！

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