Cell：阿尔茨海默病：从免疫治疗到免疫预防？

最近的研究报道指出，单克隆抗体（如lecanemab [Leqembi] 和donanemab）能够促使大脑中异常的β-淀粉样蛋白（Aβ）清除，从而减缓早期阿尔茨海默病（AD）的进展。这为科研界提供了关于临床病理学迹象的明确答案，表明在AD疾病的缓解治疗方面存在可行性。此外，另一种单克隆抗体（aducanumab [Aduhelm]）也呈现出可能有益的证据，进一步支持了异常Aβ在AD发病机制中的重要性。这些研究结果巩固了“淀粉样蛋白（Aβ）级联”假说，该假说认为AD个体发育中的关键事件是Aβ的错误折叠和聚集，随后引发一系列后遗症，包括该疾病的完整临床和病理表现。

尽管目前对于疾病缓解疗法产生了新的希望，但必须注意到，试验中抗体的临床益处是有限的，治疗受试者的疾病仍在进展，尽管进展较为缓慢。去除有症状AD中的异常Aβ不太可能治愈这种疾病，因为该疾病在出现明显认知障碍之前就已经在大脑中悄然发生了20-30年。当AD的体征和症状首次在临床上显现时，大脑已经受到相当大的损害，至少有部分损伤无法修复。因此，由于抗体治疗试验的功效受限，完全恢复到基线功能是不太可能的。

因此，预防策略显得至关重要；慢性退行性疾病如AD在其发展的早期获得最有效的治疗，最好是在症状出现之前进行干预。我们从免疫治疗试验中吸取了经验教训，并结合了实验和生物标志物研究的机制洞见，使我们离这一目标又更近了一步。

AD 的病理学

AD 在组织病理学上被定义为大脑中大量的两种蛋白质病变——Aβ 斑块和神经原纤维 (Tau) 缠结。 大量证据表明，Aβ 和 Tau 蛋白通过内源性机制错误折叠、自组装和传播，与克雅氏病和其他朊病毒病中朊病毒蛋白 (PrP) 的种子聚集和扩散非常相似。 Aβ 斑块会破坏回路和邻近的脑细胞，但 Aβ 也会形成小的、可溶性的寡聚体，损害神经元和神经胶质细胞的功能。18,19 此外，Aβ 经常积聚在中小型脑细胞的壁上。 脑血管变大，表现为脑 Aβ 血管病 (CAA)20（图 1）。 尽管 AD 患者的 CAA 量差异很大，但近一半的终末期 AD 患者表现出中度至重度 CAA。

图1 AD的病理进展、免疫预防以及免疫治疗对有症状患者的影响

Aβ 斑块和 tau 蛋白缠结在晚期 AD 中都很丰富，但遗传、病理和生物标志物研究结果表明 Aβ 蛋白病是该疾病的关键早期推动因素。 广泛的 tau 蛋白病和其他后遗症是 Aβ 下游行为障碍的重要驱动因素。

AD 因此被认为分两个阶段进展； 第一阶段的特点是异常 Aβ 和 Aβ 相关病理的出现和传播，第二阶段包括一系列复杂的继发变化，包括缠结、炎症、血管异常和神经变性。 在第二阶段， 疾病似乎至少部分独立于 Aβ 沉积24,25,26（图 1）。 AD 发病机制的这种双相轨迹对于治疗和预防策略都具有重要意义。 作为 AD 的一个明确病理特征，tau 蛋白病也一直是免疫策略的目标，但 Aβ 的致病首要性使其成为早期预防特别有吸引力的目标。

AD 的 Aβ 免疫疗法

AD 免疫疗法于 1999 年正式启动，当时使用合成 Aβ 聚合物对 Aβ 前体蛋白 (APP) 转基因小鼠进行主动免疫，结果显示可显着减轻脑斑块负担。 32 该报告引发了一系列关于 AD 潜力的研究。 治疗或预防 AD 的免疫机制。33 当一部分接受者出现无菌性脑膜脑炎时，人类主动 Aβ 免疫疗法的初步临床试验 (AN1792) 被停止。34 对少数患者的后续研究显示，治疗进展放缓的迹象。 认知能力下降，35 以及死后组织中 Aβ 斑块清除的相当令人信服的证据。36,37 然而，脑膜脑炎副作用，加上无法完全逆转错误的免疫反应，是主动免疫的一个挫折。 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，作为一种可能更安全的替代方案。

临床开发进展最快的抗体包括 bapineuzumab、solanezumab、crenezumab、gantenerumab、aducanumab、lecanemab 和 donanemab（图 2）。 这些抗体识别 Aβ 上部分不同的抗原位点，并且它们的明显临床疗效和降低斑块负荷的能力不同。 所有这些抗体均已在轻度认知障碍或轻度 AD 痴呆患者队列的 3 期研究中进行了测试。除 solanezumab 和 crenezumab 外，这些抗体均降低了通过正电子发射断层扫描 (Aβ-PET) 测量的大脑 Aβ 含量。尽管很大程度上缺乏尸检确认，但根据之前对 Aβ-PET 信号和尸检 Aβ 负荷的比较，Aβ 沉积物可能会相应减少。迄今为止，去除 Aβ 最多的抗体 沉积（治疗 18 个月后>60%）——lecanemab、donanemab 和 aducanumab——已显示出临床衰退减慢的证据，但必须强调的是，临床疗效的直接比较受到临床疗效差异的阻碍。 试验，例如剂量、治疗方案和评估的患者群体。

值得注意的是，Aβ 负荷的减少伴随着脑脊液 (CSF) 或血液中磷酸化 Tau (pTau) 种类和胶质纤维酸性蛋白 (GFAP) 的减少。因此，免疫疗法不仅 Aβ 负荷减少，但（基于液体生物标志物）也可能减少脑 Aβ 相关 tau 蛋白病变和星形细胞活化。 相比之下，接受治疗的受试者的神经丝轻链（NfL；神经元异常标记）继续上升，尽管比对照组慢一些，从而反映了认知变化减慢（但并未停止）的下降。

不幸的是，在一些免疫治疗患者中，去除聚集的 Aβ 会带来麻烦，有时甚至是严重的副作用，称为淀粉样蛋白相关成像异常 (ARIA)，这似乎与前体的丰度有关。 -现有的Aβ沉积，尤其是CAA。 Aβ 去除与心室体积扩大和脑体积减少增加有关，其功能意义仍不确定。 总体而言，抗体疗法的有限临床益处以及与高淀粉样蛋白负荷相关的严重副作用的风险都强调了在致病过程中更早开始治疗的重要性。

从免疫治疗到免疫预防：我们需要什么？

下面，我们考虑了将抗 Aβ 抗体的过去和正在进行的临床试验结果扩展到有效免疫预防 AD 所需的四个关键研究目标：确定 Aβ 免疫疗法的最佳分子靶点（表位）、优化治疗方案 治疗（时机），建立预防功效的早期生物指标（生物标志物），并识别和减轻抗体给药的潜在不良反应（副作用）。

确定最佳 Aβ 表位

根据最近的临床试验结果，最一致（但仍是临时）的结论是，降低大脑 Aβ 负荷可以减缓 AD 的进展。 Solanezumab 选择性结合 Aβ 单体； 尽管荟萃分析表明它可能具有一定的临床疗效，solanezumab 未能在临床试验中达到主要终点。单体 Aβ 在大脑中含量丰富，其完全中和需要化学计量的高亲和力抗体，能够 与单体与现有 Aβ 聚集体的结合竞争。 临床前证据表明，Aβ 的毒性与其聚集状态有关，并且表现出最佳临床疗效证据的抗体也实现了聚集 Aβ 的最大减少。由于这些原因，抗体 通常认为单体 Aβ 不太可能是最有利的免疫治疗工具。

异常 Aβ 的多种表现可能给免疫预防带来挑战。 Aβ 多聚体的大小范围从小寡聚体到原纤维和长淀粉样原纤维，它们的细胞毒性和进一步聚集的能力不同（图 2）。 此外，Aβ 的主要种类在患者之间、脉管系统和实质之间以及在疾病过程中可能会有所不同

鉴于 Aβ 聚集体的生化和结构复杂性，最佳表位靶点 预防或消除 Aβ 多聚体仍不确定。 举个例子，lecanemab 试验的积极临床结果可能意味着 Aβ-原纤维是一个特别有前途的靶点。 Lecanemab 是针对重组“北极”突变体 (E22G) Aβ 提出的，Aβ 是一种与罕见的蛋白质相关的蛋白质形式。 AD 的家族性形式，其特征是原纤维明显积聚。59 然而，患者大脑中北极 Aβ 的原纤维性质尚不完全清楚，60 有证据表明重组 Aβ 折叠成的构象与在北极 Aβ 内折叠的构象不同。 因此，lecanemab 的临床功效可能来自于 Aβ 的整体减少（抗体在此时非常有效），而不是来自于中和特定类型的多聚体（即原纤维）。

同样，体外研究表明，aducanumab 可减少二次成核产生的 Aβ 寡聚体，但 aducanumab 临床试验中 Aβ 负载的普遍减少，排除了将临床结果与某些寡聚体种类联系起来。 更复杂的是，较小的“可溶”组件可能与 Aβ 斑块处于动态平衡状态，因此消除斑块将间接减少寡聚体和原纤维的数量，反之亦然（图 2）。 需要寡聚 Aβ 的成像和液体生物标志物才能将致病分子种类与临床疗效有意义地联系起来（请参阅下面的优化生物标志物使用）。

为了确定最有希望的免疫治疗或免疫预防 Aβ 表位，直接比较几种不同抗体的临床研究将提供丰富的信息。 此外，治疗后对大脑进行死后生化分析将有助于查明与有效预防最相关的抗体引起的变化。 与此同时，需要对临床前模型中的抗体及其多聚体进行比较，以及各种抗体识别的表位的结构研究。 连同抗体的亲和力、免疫球蛋白亚型、翻译后修饰和血液半衰期（以及抗体本身固有的免疫原性）等特性，这些数据应有助于促进下一代抗体的设计并定义 最适合免疫预防的分子靶点。

确定免疫预防的最佳时机

在 AD 的临床体征和症状变得明显之前，异常 Aβ 开始在大脑中积聚。真正的一级预防（在 Aβ 聚集开始之前停止聚集）是一个特别有吸引力的目标，但要建立可接受的风险 ：长期服用预防剂的效益比是一项艰巨的任务。 从实际角度来看，二级预防是一种更有可能的情况，即针对异常 Aβ 已开始积累的生物标志物证据，但在 AD的认知和行为变化发生之前启动预防措施（图 1）。

在 AD 的两阶段模型中，Aβ 蛋白病最初驱动疾病，但其相对影响随着无数后续变化的出现而减弱，这些变化包括神经原纤维缠结形成、炎症、神经变性，以及最终的行为障碍。从第一阶段到第二阶段的转变以脑脊液中 NfL 水平的急剧上升为先兆，据估计，这种情况发生在症状出现前 10 年左右。 至少在小鼠模型中，NfL 水平的增加 NfL（因此推测为神经退行性变）与脑组织的饱和 Aβ 播种活动一致。26 一旦第二阶段开始，尚不清楚单独去除 Aβ 的疗法可以带来多少临床益处（图 1）； 相反，可能需要针对 Aβ 蛋白病及其后遗症的治疗。 计划在预计症状出现前 10 年或更长时间，在 AD 显性突变携带者中开展一项针对第一疾病阶段 Aβ 的临床试验 (https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT05552157)。 此外，最近启动了一项针对第二疾病阶段（即距估计疾病发作不到 10 年）的 Aβ（lecanemab）和 Tau（抗体 E2814）的临床试验（https://clinicaltrials.gov/ct2/ 显示/NCT05269394）。

对于未来旨在优化免疫预防时机的研究，我们需要确定是否必须连续给予抗体或间歇性给药是否足够，以及治疗的频率和持续时间应该是多少。 何时以及多久应重复治疗以获得对人类的最大疗效尚不清楚，但可以从动物模型研究中收集对此类机制问题的见解。 例如，小鼠模型实验表明，在 Aβ 沉积的早期阶段迅速去除 Aβ 种子会延迟 Aβ 的积累和生命后期下游病理的发生。 因此，可能没有必要持续 施用抗 Aβ 抗体以延迟或预防 Aβ 沉积（进而延缓或预防 AD）。 最后，我们需要确定增强抗体进入大脑的方法（例如脑穿梭抗体构建体或超声）对于减少免疫预防所需的治疗次数是否是必要的（甚至是可取的）。

优化生物标志物的使用

Aβ-PET 成像和生物体液中 Aβ 测量的进展证实了 AD 长达数十年的症状前发展，这些技术为最近临床试验的实施奠定了基础。 尽管这些方法已变得信息丰富，但它们无法检测到异常的 Aβ，如果使用敏感的生化或免疫组织学技术对大脑进行分析，则可能会更早地发现异常的 Aβ。同样，当 Aβ-PET 扫描发出免疫治疗信号时 已将 Aβ 负载降低至检测水平以下，则很可能仍存在病理学上显着量的异常 Aβ。 此外，目前的 Aβ-PET 成像和生物流体 Aβ 测量不能提供有关免疫治疗前后脑 Aβ 的生化和结构特征的详细信息，也不能令人满意地区分血管和实质淀粉样蛋白以衡量副作用的风险（参见减轻 副作用如下）。 因此，需要进一步提高早期和不同形式的异常脑 Aβ 的检测灵敏度和特异性。

现在，体液中的多种生物标志物可以追踪 Aβ 蛋白病的许多后遗症。 在测量脑脊液和血液中 Aβ 相关 pTau（pTau181、pTau217、pTau231）方面已取得重大进展。最近，已开发出检测激活星形胶质细胞和小胶质细胞（GFAP 和骨髓细胞上表达的可溶性触发受体 2）的测试。 [Trem2]，分别）。在症状前的 AD 中，这些生物标志物的轨迹与 Aβ 沉积的轨迹非常相似。 相比之下，脑脊液中的 NfL 仅在达到最大 Aβ 沉积的一半后才大幅增加，这似乎标志着 AD 进展从第一阶段到第二阶段的过渡26（图 1）。

尽管液体生物标志物具有相当大的临床实用性，但通过更好地了解这些生物标志物所代表的分子和细胞变化，可以丰富对临床试验结果的解释。 例如，通过 PET 测量，pTau 液体生物标志物与 Aβ 沉积轨迹密切相关，但与异常 Tau 的相关性较差，这一矛盾的发现目前缺乏有说服力的解释。 此外，生物体液中 GFAP 和 Trem2 水平升高的病理生理学基础仍不确定，蛋白质生物标志物，特别是 Tau、GFAP 和 NfL 等细胞内结构蛋白进入脑脊液和血液的方式也不确定。

减轻副作用

ARIA 可能是 Aβ 免疫疗法的严重副作用。ARIA 包括局灶性脑水肿/积液 (ARIA-E) 和含铁血黄素积聚（ARIA-H，既往微出血的标志物）。通常无症状，可以通过滴定抗体剂量来控制接受治疗的受试者，在某些情况下，会发生严重的治疗反应，引起人们对 AD 免疫疗法的风险：效益比的担忧。

ARIA 的机制尚不完全清楚，但这些异常与 CAA 的存在和相关变化密切相关。CAA 似乎增加（至少暂时增加），以响应 Aβ 免疫疗法，减少小鼠模型中的实质 Aβ 91 和 36,37,92,93 这种增加可能是由于 Aβ 从实质转移到血管壁所致，94,95 尽管确切的机制尚不确定。 当免疫系统（例如血管周围巨噬细胞）与血管壁中的 Aβ 结合时，血管就会受到损害，并且容易发生渗漏和破裂。 20 在极少数情况下，Aβ 免疫疗法与血液稀释剂相结合会导致受试者致命的脑出血 CAA，88 是一种可以通过小鼠模型的临床前研究预测的不良事件。

ARIA 在携带载脂蛋白 E 基因 ε4 等位基因 (APOEε4) 的免疫治疗接受者中最常见，与 APOEε4 是 CAA 的一个重要危险因素一致。（CAA 在非 APOEε4,98 携带者中也可能很重要 尽管比携带者少见。）由于大约 45% 的 AD 病例中 CAA 为中度至重度，Aβ 免疫治疗可能会使近一半有症状的 AD 患者面临更大的 ARIA 风险。 小鼠模型的实验工作发现，仅当存在大量 CAA 时，Aβ 免疫治疗相关的出血才会明显。91,99 因此，如果在 CAA 广泛传播之前施用 Aβ 抗体，则 ARIA 的风险可能会减少甚至消除 在大脑中，即作为预防措施。

结束语

单克隆抗体改变疾病的证据是在抑制 AD 运动中迈出的一小步，但令人鼓舞。 我们现在需要将从治疗试验中吸取的经验教训扩展到预防这种疾病的新框架。 实施早期预防的一个突出挑战是需要对初期疾病有强有力的预后指标，而后期的预防措施将因晚期疾病的相对复杂性而受到阻碍，这可能需要针对多个目标的联合治疗。

原始出处：

Alzheimer's disease: From immunotherapy to immunoprevention，DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.08.021