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渐冻症治疗,ALS小鼠实验模型助力数个创新药物研究

2023-07-08

2022年7月26日,Ionis Pharmaceuticals和百健(Biogen)共同宣布,FDA已接受Tofersen的新药申请。Tofersen是一种反义药物,用于治疗超氧化物歧化酶1(SOD1)基因突变导致的肌萎缩侧索硬化症(ALS)。该药物能与编码SOD1的mRNA结合,被核糖核酸酶RNase-H降解,从而减少突变SOD1蛋白的产生。目前Tofersen的新药申请已获得优先审查,有望成为从根源上阻止疾病进程的治疗药物。


比癌症更绝望的绝症——“渐冻症”病理

渐冻症,即肌萎缩性脊髓侧索硬化(Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS),因物理学家斯蒂芬·霍金罹患而广为人知,是一类由大脑和脊髓中运动神经元死亡引起的全球第三大神经退行性疾病,被世界卫生组织列为五大绝症之一。迄今为止,全球范围内大约有50万名渐冻症患者,我国渐冻症患者约20万人,其中近九成患者在发病5年内死亡。这类疾病病理上主要表现为大脑-脑干-脊髓中上、下运动神经元变性,肌肉萎缩,TDP43包涵体聚集等,行为症状主要包括肌无力、震颤麻痹、锥体束征等运动功能障碍和认知功能异常(轻度记忆减退,额颞叶痴呆)。


图一:渐冻症临床表现


“渐冻症”发病机制

目前ALS的发病机制仍不明确,存在不同假说,发病机理的推测主要围绕基因突变、环境污染、病毒侵染等。其中家族性患者(fALS)约占5%~10%,主要由不同基因突变导致;散发性病例(sALS)约占90%~95%,大部分致病原因仍不明确。近年来ALS相关基因不断被发现,迄今报道的约有几十种,较为明确的导致fALS的突变基因包括C9ORF72、SOD1、FUS和TDP-43等,其中最早被发现的是SOD1,它在家族性和散发性病例中分别占据12%和1%;随着对ALS发病机制了解的逐渐深入,又发现了TARDBP(TAR DNA binding protein,其编码TDP43蛋白),在fALS人群中占据约4%比例,虽然在sALS人群中占据很少比例,但在病理上TDP43更能代表ALS病理特征,已成为ALS领域的新热点蛋白。


不确切的疗效和患者的“救命稻草”

在过去近40年的研究中,全球只有两款药物(利鲁唑和依达拉奉)获FDA批准用于ALS疾病治疗,但都无法从根本治愈疾病,仅能有限地延缓患者的疾病进程和寿命。而在今年9月份,另一款ALS治疗新药AMX3005在数万名患者的支持下,重获批准,成为第三款获FDA批准的ALS治疗药物。与之类似,在今年9月份《新英格兰医学杂志》发布的一项临床3期试验结果显示,基因治疗药物Tofersen可以减缓、甚至逆转了部分ALS患者的病程进展。


同时在近期,Denali Therapeutics公布了其eIF2B激动剂DNL343的1b期临床研究中期结果。结果显示,DNL343可以有效地通过血脑屏障(BBB),同时患者对DNL343的药物耐受性良好,ALS相关的应激反应通路也被抑制,可以进入后期开发计划。

eIF2B可以通过与GTP和启动物tRNA形成三元复合物,在蛋白质合成的早期步骤中发挥作用,调节蛋白质合成。当神经元应激时,整合应激反应通路(ISR)将被激活,eIF2B活性被抑制,影响蛋白质合成并形成应激颗粒。而应激颗粒被认为是ALS病理标志物TDP-43蛋白分子聚集的前体,参与TDP-43蛋白的聚集过程。DNL343是一种eIF2B激动剂,旨在通过激活eIF2B来恢复应激神经元中的蛋白质合成,减少TDP-43聚集体形成,从而改善神经元的存活,具有成为ALS “first-in-class”疗法的潜力。

图二:eIF2B与整合应激反应通路(ISR)的调控


该1b期研究是一项多中心、随机、安慰剂对照、双盲研究,为期28天,随后,进行18个月的开放标签扩展,旨在评估DNL343在ALS患者中的安全性、药代动力学和药效学。该研究共有29名参与者,在20名随机接受DNL343或安慰剂的参与者完成双盲期研究后,进行了中期分析。中期分析结果显示,DNL343在血浆中的浓度增长呈剂量依赖性,血浆半衰期较长,支持每日一次给药。脑脊液中药物与血浆中未结合药物的平均比例在1.02-1.23之间,表明DNL343能有效地穿过BBB并广泛分布在中枢神经系统中。此外,通过测量血液样本中ISR通路生物标志物(ATF4和CHAC1)的衰减,研究人员还观察到DNL343对该通路具有强烈的抑制作用。Denali公司表示,DNL343进入HEALEY ALS平台试验的2/3期研究已进入了设计阶段。


集萃药康ALS小鼠模型助力新药研发(含验证数据)

针对ALS的致病基因及药物研究热点,集萃药康分别选取了SOD1、TDP43、FUS的不同突变位点,构建了B6-hSOD1 G93A、hTDP43wtxA315T、hFUS R521C等模型。这些品系均可应用于ALS药理药效及发病机制的研究。目前hTDP43wtxA315T小品系已收集到疾病早期验证数据,可一定程度上模拟ALS临床病人病理及行为特性。

hTDP43wtxA315T品系验证数据——12周龄小鼠出现TDP43包涵体聚集

图三:TDP43包涵体聚集

12、14周龄WT和hTDP43wtxA315T小鼠皮层和脊髓中TDP43包涵体图片。标尺,100 μm。

hTDP43wtxA315T品系验证数据——14周龄小鼠出现肌萎缩

图四:小鼠后肢拍照及称重


16、30周龄WT和hTDP43wtxA315T小鼠后肢腓肠肌拍照图片。红线代表肌肉测量直径。数据以± SEM表示,采用unpaired two-tailed Student’s t test分析,**p < 0.01, ***p < 0.001。

14周龄WT和hTDP43wtxA315T小鼠腓肠肌病理图片。箭头代表肌细胞萎缩和胞核密集。标尺,50 μm。

hTDP43wtxA315T品系验证数据——14周龄小鼠出现运动功能下降

                            

图六:运动功能缺陷

(A)hTDP43wtxA315T小鼠抓力。抓力测试中WT和hTDP43wtxA315T小鼠14周龄时后肢抓力。

(B)hTDP43wtxA315T小鼠疲劳旋转棒测试。14周龄WT和hTDP43wtxA315T小鼠在转棒实验中的掉落时间。数据以± SEM表示,采用Two-way ANOVA test分析,***p < 0.001


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参考文献:

[1] KiernanMC,VucicS,CheahBC,etal.Amyotrophiclateralsclerosis[J].Lancet,2011,377(9769):942-955.

[2] https://www.alspathways.com/als-overview/

[3] ALS治疗药物开发的新动态及未来展望 撰文丨王鹏:同写意CNS新药俱乐部秘书长肌萎缩侧索硬化(Amyotrophic Lateral Sclerosis,AL... - 雪球 (xueqiu.com)

[4] 让罕见被看见——渐冻症相关药物及研发进展|ALS|患者|药物|治疗|利鲁|-健康界 (cn-healthcare.com)

[5] Assen Marintchev and Takuhiro Ito. eIF2B and the Integrated Stress Response: a structural and mechanistic view. Biochemistry, 2020, DOI: 10.1021/acs.biochem.0c00132

[6] Denali Therapeutics Announces DNL343 Interim Phase 1b Data in ALS and Entry into the HEALEY ALS Platform Trial. Retrieved December 5, 2022, from https://www.denalitherapeutics.com/investors/press-release?id=9081&type=api