2000-2012年阿爾茲海默病藥物研發失敗率高達99.6%，輝瑞等製藥巨頭紛紛退出，藥物研發的未來在哪？

本文刊載於《三聯生活週刊》2019年第25期，原文標題《為什麼仍沒有“治本”的藥？》

阿爾茨海默病的製藥領域持續萎靡。僅2000年至2012年間，244個處於臨床階段的阿爾茨海默病藥物，只有一個被美國FDA批准。從去年開始，製藥巨頭輝瑞等公司紛紛退出阿爾茨海默病的研發，製藥賽道上越來越空曠。製藥思路轉變的時代即將到來。

記者/劉暢

（插圖 範薇）

尋找相關性

當人們如今把運動和學習與阿爾茲海默病聯繫到一起時不會想到，這與一群修女息息相關。

1986年早春，美國明尼蘇達大學流行病學教授斯諾登驅車沿著明尼蘇達河，來到美國中西部小鎮曼卡託鎮的忠告丘會院，探訪數百位年逾古稀的修女。與修道院里老修女的古板印象不同，他彷彿一名植物學家走進了熱帶雨林，看到數千種千姿百態的花朵。他見到一位年近九十的修女在把德文翻譯成英文，另一位在給國會議員寫信，還有一位踩著腳踏車揮汗如雨，一條毛巾又不忘搭在膝蓋上，以保持莊重。

斯諾登來此研究人類老化的課題，尤其是阿爾茨海默病。此時距德國慕尼黑的阿洛伊斯·阿爾茨海默醫生（Alois Alzheimer）首次把這種病的症狀在精神病醫師會議上提出，已過了整整80年。

1906年，最早描述阿爾茨海默病的德國醫生阿洛伊斯·阿爾茨海默醫生

阿洛伊斯在會上講到，1901年他接到一位56歲的女性患者，他發現這位患者有時會把他當作客人招待，有時又朝他瘋狂尖叫，害怕被他開膛破肚。接下來的數月間，她逐漸失去方向感，變得更加健忘和精神錯亂，時常盯著阿洛伊斯的眼睛，不斷重複著一句話：“我已經迷失了自己。”患者去世後，阿洛伊斯解剖她的大腦灰質時發現，損失和細胞的凋亡使腦組織萎縮，那些患病的大腦表面變得平整，原本密密麻麻、錯綜複雜的凹痕和溝紋，變得像落差懸殊的山脈和谷地，之間有寬大的縫隙。

令阿洛伊斯驚奇的是，整個大腦的神經元之間遍佈著深色的老年斑，他將腦組織切成比頭髮絲還薄的薄片、染色，一毫米一毫米地觀察，斑塊像一塊布上弄髒的黑點，而在死亡的神經元中，又有線團一樣糾纏在一起的纖維，像一團黑色的火焰。此後，以這兩個病理特徵為最重要的判斷依據，這種痴呆病用阿洛伊斯的姓氏命名。而隨後僅阿洛伊斯一人，便又發現數個類似的病例。至1968年時，這種持續惡化的神經系統退行性疾病被視為老年人群的常見病。

直到斯諾登來到修道院的年代，老年斑和神經纖維纏結的組成蛋白剛剛被分析出來。前者為β·澱粉樣蛋白（Aβ），它們有多重聚合形式，或是漂浮在神經元之間，或是凝聚成一堆，堵在神經元周圍；後者為過度磷酸化的tau蛋白，磷酸化的tau蛋白原本像“混凝土”，用於穩定神經元細胞內的微管。這些微管是細胞骨架，像一條條管道，引導營養物質和其他分子在細胞本體和軸突之間來回移動。當tau蛋白過度磷酸化時，彼此就會結合，形成顯微鏡下所見的神經纖維纏結。微管由此瓦解，運送營養的系統崩壞，神經元凋亡。

但這兩種蛋白因何產生、彼此的關聯，乃至對阿爾茨海默病的影響在當時均不明確。那時製藥方面突破性的進展集中在人腦的認知功能上，科學家們在研究抑制大腦中的乙酰膽鹼時，發現神經系統中乙酰膽鹼信號通路與短期記憶呈正相關。這種物質需要人體加工膽鹼而成。而單純讓患者食用富含膽鹼的食物並不能提高認知水平，彷彿人腦裡有一個漏斗。於是，科學家們想到“負負得正”，抑制分解乙酰膽鹼的酶，把窟窿堵上，達到提高乙酰膽鹼，促進認知的目的。斯諾登踏入忠告丘會院5年後，這個目的轉化成第一個針對阿爾茨海默病的藥物。

“這種藥可以強化河堤，卻無法阻止潮水。”斯諾登曾在介紹修女研究的《優雅地老去》的一書裡闡釋流行病學對於阿爾茨海默病的價值。只有在基因的層面找到問題，根治阿爾茨海默病的藥才可能有的放矢。但作為一種人類認知上的疾病，難以從動物身上模擬，也無法用實驗室裡培養的神經細胞來追溯病因。流行病學基於海量數據獲得的關聯性就像一個路牌，可以為分子層面的神經生物學提供方向。

從忠告丘會院開始，斯諾登在15年間，前前後後檢測了678位74歲到106歲的修女。他每隔一段時間便為修女們做心智測試和生理測試，看著她們中的一些人記憶慢慢消逝，最終再也不認識他。修女們去世後捐出大腦，他因而能夠對照認知水平與大腦中斑塊、神經纖維纏結的關係。這些修女們不抽菸、禁慾，常年生活習慣相似，排除了很多幹擾的對照因素。更重要的是，在他調查的修女的檔案中，除了病史，每名修女在20多歲加入修會後，都寫過一份或多份自傳，從中可以瞭解她們的童年經歷對未來心智及個性的塑造，乃至與阿爾茨海默病的關係。

像一位文獻學家，斯諾登潛在自傳裡尋找蛛絲馬跡。但他既不是為還原這些修女是怎樣的人，也不是為了探究19、20世紀動盪的歷史投射到她們身上的痕跡，他聚焦在自傳的用詞和語句上。比如概念密度（ideadensity），它是指“每十個字所表達出來的命題（個別概念）數目”，能反映出語言處理能力，這又有與一個人的受教育程度、一般常識、詞彙和閱讀理解能力息息相關。自傳裡概念密度的差異給人的直觀感受，“就像其中一人是單聲道的錄音，而另一個人則是高傳真錄音”。

“我喜歡教音樂勝過其他任何職業。”“此刻我在‘鴿子巷’徘徊等待著，還有三個星期，我就將追隨我的伴侶的腳步，經由貧窮、貞潔與服從的聖願，與他結合。”斯諾登在他的書裡比較海倫修女與愛瑪修女自傳的結尾。她們二人都拿到學士學位，海倫甚至是碩士，但自傳裡表述簡單的海倫在79歲時接受認知測試時的分數是零，愛瑪卻是30分。接受測試一年後海倫去世，而愛瑪活過百歲，心智完好無缺。當斯諾登的團隊把93份自傳的量化評估結果，以及去世修女的腦部樣本放在一起對比後發現，90%罹患阿爾茨海默病的修女，自傳顯現出低概念密度，而健康修女中，只有13%是低概念密度，差異巨大。

20歲時的文法能夠指示60年後的老年痴呆，這樣的關聯性令人難以置信也無法忽視。受教育程度、抑鬱症的傾向等因素也從修女研究中歸納出來。而斯諾登遵從的流行病學方法始終是研究阿爾茨海默病的最重要依靠之一。在與腦部疾病更密切的層面，缺血性中風、腦損傷、長期腦部炎症、腦部感染都已被證實是阿爾茨海默病的危險因素。但這些關聯與確認致病原理之間，尚存在著巨大的差距。

“盲人摸象”

“是生命早期的腦部神經病理變化導致一個人的語言能力降低，還是低語言能力因某些不明原因，而在生命後期加速了斑塊和神經纖維纏結？”如果把相關性與病理之間的因果連套看成一座橋。橋樑這端，斯諾登發現他找到了關聯，卻往往在“雞生蛋、蛋生雞”的問題裡打轉。而在橋樑那端，神經生物學的科學家一直在“盲人摸象”。

“相比癌症，腫瘤是細胞的異常增殖，是細胞的加法，阿爾茨海默病則是失去神經元，是細胞的減法。”哈佛醫學院塞爾扣實驗室（Selkoe Lab）的劉磊博士向我解釋，儘管癌細胞異常增殖的原因多樣，但畢竟發病有清晰的邏輯鏈，科研人員想辦法切斷鏈條即可。而研究阿爾茨海默病的人們面對的，卻是要找到促進神經細胞死亡的機制，“就像面對一場大戰後一片狼藉的戰場，沒人知道誰開的第一槍”。他們的工作是先還原“戰場”，再實驗是否能擋住第一槍。

從1986年至2001年，斯諾登做修女研究的15年間，正是對“戰場”還原最快的階段。1992年，劉磊所在實驗室的科學家發現組成老年斑的Aβ來源於本無毒性的澱粉樣前體蛋白（Amyloid Precursor Protein，APP）。劉磊告訴我，科學家們在世紀之交，又進一步發現了β分泌酶和γ分泌酶的作用。其中的γ分泌酶源於他們的實驗室。γ分泌酶本身是“垃圾粉碎機”，會把細胞膜上的一些廢物蛋白降解成小的片段，讓人體再吸收。當它錯把APP當成廢物，便會切割出大量具有神經毒性的Aβ。

沿著這個點，上游是諸如“為什麼γ分泌酶會出錯”的問題，那是與流行病學的接觸點。劉磊曾經參與的團隊在2012年分析了3～36歲獼猴的腦組織，發現衰老是γ分泌酶活性改變的一個重要因子，將阿爾茨海默病在流行病學上最重要的危險因素與分子層面的病理建立起直接關聯。而在這個點的下游，Aβ與tau蛋白的關係，左右著近30年來，人們對阿爾茨海默病究竟緣何產生的探討。

早在發現γ分泌酶之前，劉磊的導師丹尼斯·塞爾扣在1995年便提出了澱粉蛋白級聯假說（Amyloid Cascade Hypothesis）。簡單說來，逐漸堆積的斑塊影響神經元細胞間的通訊和神經元的正常功能，引發神經元內的纏結，最終導致神經元死亡。就像把一串葡萄泡在有毒的水裡，神經元是葡萄，Aβ在神經元外成團聚集成的斑塊就是毒水。

臨床上顯示，Aβ總會先於tau蛋白出現。但化驗病人的腦脊液，會發現有些病人腦中有大量的Aβ卻沒有任何症狀，實例中難以發現Aβ是“元凶”的直接證據。相反，德國研究者海柯·巴拉克發現，神經纖維纏結在大腦裡的分佈與阿爾茨海默病的症狀間的關聯更為直接。他把神經纖維纏結出現的位置分為六期，纏結會先在顱底的內鼻皮質出現，之後逐漸往上，侵入儲存和處理新信息的海馬體，最終出現在腦部頂端的最上層——負責感知時間、協調語言表達、根據當下環境表達或抑制衝動的新皮質層。當患者的這個位置佈滿纏結時，他的“人性”也已幾乎解體了。

因而拋開個體差異的因素，Aβ的假說首先需要確定在病理層面，Aβ的異常與阿爾茨海默病有確鑿的關聯。所幸，科學家們從遺傳性基因中得到了最堅實的印證。遺傳性阿爾茨海默病的患者三四十歲就會發病，他們家族中都有特定的基因突變，這些突變會直接造成有毒的Aβ堆積。而沒有家族遺傳史的人群中，攜帶APOE4基因的人也極易患阿爾茨海默病，其原因是這些人不能有效清除腦內的Aβ，導致Aβ的堆積。

人們不知道動物究竟會不會得阿爾茨海默病，使得用動物模型研究Aβ與tau蛋白的關聯非常困難。科學家無法直接拿人的活體腦組織做實驗，小鼠腦子裡的Aβ也不會形成老年斑，只能採取間接的手段。研究人員把人的基因安到小鼠身上，製造轉基因鼠，使小鼠的腦子裡也會堆積Aβ；或培養神經元細胞，搭建三維的神經元網絡。

“我們會用一個長度超過3米的大水池，一端放上木板，一端放下轉基因鼠。老鼠往木板上游，多放幾次之後，它遊的路線會變成一條距離最短的直線。但當它的認知衰退，遊的路線就會變得曲裡拐彎。”瑞典烏普薩拉大學生物與生命科技教授李晉萍對用老鼠做模型很滿意。實驗已證明，轉基因鼠腦內產生老年斑後，認知功能會隨之下降。這與基因遺傳的阿爾茨海默病證實的關聯相吻合，而劉磊告訴我，把阿爾茨海默病患者腦中的提取物加到培養的神經元裡會出現tau蛋白過度磷酸化的現象。當把提取物中需要驗證的Aβ去掉，這種現象也消失了。於是，Aβ可視為阿爾茨海默病的早期病變，而tau蛋白沉積成的神經纖維纏結，則是神經元死亡前的徵兆。

科研人員似乎抓到了一根救命稻草。“從Aβ沉積到tau蛋白沉積，再到腦部代謝下降，乃至腦結構異常，以致認知症狀出現，這是一個為期20餘年的級聯反應。”劉磊博士說，15年來，上百種藥基於這一證明嚴密的假說研發出來，卻沒有一種成功通過審批。

第一位被發現的阿爾茨海默病病人奧古斯特·迪特，阿爾茨海默病的關鍵病理症狀在她的大腦切片上被發現

屢敗屢戰的冒險

目前市面上治療阿爾茨海默病的藥有五種，全部是對症的藥，每種藥效平均不超過半年，收效甚微。於是，針對Aβ、tau蛋白，乃至切割Aβ的β分泌酶、γ分泌酶的靶點藥成為各大藥廠爭相研發的項目。藥的原理很直接，減少Aβ生成，或增加Aβ的清除能力，再不濟便減少tau蛋白的形成或凝聚。看起來就像清理垃圾，只要把有害的物質消滅，阿爾茨海默病就能治癒。

上世紀末，位於洛杉磯的生物技術公司Athena Neurosciences率先開始靶向Aβ的征程。他們開發出清除Aβ的疫苗。通過合成Aβ來誘導人體產生免疫反應，產生特異性抗體，一旦部分抗體進入大腦，就會幫助清除腦內的Aβ和斑塊。該藥I期臨床試驗通過後，II期臨床試驗卻成了一場災難，有16位病人出現嚴重腦炎，試驗被立即叫停。試驗雖然中止，病人的隨訪卻並未結束。臨床數據分析發現，體內能夠產生抗體的病人在語言、注意力、記憶力以及自我護理等方面優於未產生抗體的病人。製藥公司於是改良疫苗，降低毒性，但在重新進行的三期臨床試驗中，相比安慰劑，新疫苗均不能改善記憶力或是其他認知功能。

那時誰也不會想到，類似的過程在十餘年間一次又一次重演。阿爾茨海默病的神經細胞周環境研究實驗室（Perineuronal Environment Alzheimer Research Labs）首席科學官沈穎捷博士向我總結道，“大腦的精密結構很難在體外進行模擬，這給研究腦病變造成了巨大的難度，各大藥廠希望利用體外實驗大規模篩選藥物往往欲速而不達。且阿茲海默病只有約2%的病例是源於遺傳因素，而絕大部分病人是由於各自不同的致病危險因素導致失智的，這對尋找新的製藥靶向來說看似信息很凌亂，很少有人會去注意這些危險因素有什麼共同特點，而當前製藥的囧境恰恰是因為缺少更好的靶點。”

一個的原因是設計思路的問題，藥物“不辨敵我”。“β和γ分泌酶的抑制劑屬於不切實際。這兩個酶除了APP之外，還有幾十個和上百個底物。抑制這些酶會導致嚴重的毒副作用。”劉磊告訴我，Aβ則有多種聚合形態，其中可溶性多聚體和雙聚體會聚集在神經元周圍，神經毒性最為明顯，這類有毒的Aβ在腦內不到12%，以往的抗體並不是只針對有毒性Aβ。又因為血腦屏障的存在，大分子藥物本就很難進入腦組織，若抗體進一步結合無毒的Aβ而被稀釋，那最終的療效便可想而知。

更為重要的原因是，針對Aβ和tau蛋白的藥也許都是“亡羊補牢”。在沈穎捷博士看來，當作為神經元死亡前兆的tau蛋白在腦脊液中出現異常時，說明神經元早已受損，或已於事無補，針對tau蛋白的靶向藥的療效便很可能不盡人意。甚至當人們已能通過影像看到、或在腦脊液中檢測到Aβ異常時，也許也都為時已晚。劉磊博士說，Aβ的毒性已經在患者發病前10年達到高峰，在發現症狀去用藥的話已經沒有多大的作用，“就像一位患者已經得了中風，他汀類藥物也無回天之力”。

結果便是，僅2000～2012年間，244個處於臨床階段的阿爾茨海默症藥物，只有一個用於加強認知能力的藥物被美國FDA批准，藥物研發失敗率高達99.6％。而每一種藥物的研發時間是10～15年，花費近30億美元。本世紀以來，各大製藥企業已先後砸入2000多億美元。從去年開始，製藥巨頭輝瑞等公司紛紛退出阿爾茨海默病的研發。“賽道上越來越空曠。” 沈穎捷博士告訴我，這種景象恰似20年前各藥企研發脊髓損傷藥物時，也曾紅極一時，後因神經元無法再生的特性屢屢失敗，最終紛紛退出的局面。

但脊髓受傷的人畢竟是少數，患阿爾茨海默病的人則以千萬計，會造成巨大的社會負擔，難以就此放棄。更早地發現阿爾茨海默病的徵兆，尋找比Aβ更上游的靶點，幾乎成為學界的新共識。

因出現症狀前，阿爾茨海默病難以確診。李晉萍博士尋找到早期診斷的生物標記分子，而劉磊博士的思路是尋找錯誤切割APP的γ分泌酶的異常動向。他們確認γ分泌酶活性的異常是阿爾茨海默病最上游的病理變化，並能夠早於發病的二三十年追蹤到它。而沈穎捷的團隊致力於研發多個致病因子匯聚於一處的靶點和相關療法，就像找到多個樹枝匯聚於樹幹的交界處，“老齡、腦損傷、缺血性腦中風、腦感染等致病因素會使腦部長期處於慢性炎症的狀態，並且可能導致血腦屏障通透性異常，最終使得腦部微環境改變，我們於是尋找到了神經元表面感應腦微環境的受體，這是一個比β分泌酶更上游的靶點。”

沈穎捷博士原系美國俄亥俄州立大學醫學院神經生物學系助理教授，大學中領導的課題裡獲得這一發現後，她與具有多年大藥企經驗的夥伴合夥成立實驗室，他們目前仍處於非常早期的階段，後期應該會與大藥廠建立合作。“源於高校的早期項目很多擱淺在前期資金上，即使我成立了實驗室，也會面臨融資的問題。” 沈穎捷告訴我，這是普遍現象，也是幾十年來製藥裹足不前的部分原因，“好似學術研究與製藥成果之間有一條死亡谷（death valley），大藥企缺乏新思路，所以未來的突破，很可能首先在小型的藥研公司中出現。”

（參考書目：《優雅地老去》，大衛·斯諾登著。感謝王德浦、唐毅、陳凌雲、王璟對本文的幫助）