Heikki Tanila KATSAUS Alzheimerin taudin parantava hoito viipyy yhä onko amyloidiplakkihypoteesi väärä lähtökohta? Viimeisen reilun 25 vuoden ajan Alzheimerin taudin tutkimusta ja lääkekehitystä on ohjannut amyloidikaskadihypoteesi, jonka mukaan amyloidiprekursoriproteiinin häiriintynyt metabolia johtaa solun ulkopuolisten amyloidiplakkien syntymiseen, joka vuorostaan aiheuttaa mikrogliasolujen aktivaation, hermosolujen tuhon ja etenevän muistisairauden. Kolmen laajan ja suoraan amyloidin määrän vähentämiseen tähtäävän kliinisen kokeen päättyminen pettymykseen on herättänyt kysymyksen siitä, onko amyloidikaskadihypoteesi lainkaan oikea lähtökohta Alzheimerin taudin parantavan hoidon kehittämisessä. Tarkemmin tarkasteltuna nämä kokeet eivät vakavasti haasta kyseistä hypoteesia, mutta käynnistymässä olevat kaksi uutta koetta vielä oireettomilla potilailla ovat lopullinen haaste hypoteesille. Alzheimerin taudin (AT) klassiset neuropatologiset tunnusmerkit ovat beeta-amyloidi (Aβ) proteiinista koostuvat amyloidiplakit, tauproteiinista koostuvat hermosäievyyhdet sekä hermosolu- ja synapsikato, joka näkyy sisemmän ohimolohkon sekä otsa- ja päälakikolohkon assosiatiivisen aivokuoren atrofiana. Näistä muutoksista vain amyloidiplakit ovat AT:lle tunnusomaiset, ja taudin lopullinen neuropatologinen diagnoosi edellyttää niiden esiintymistä. Myös AT:n genetiikka puhuu vahvasti amyloidi-β:n keskeisestä merkityksestä taudin synnyssä. Noin 0,5 % kaikista AT:n muodoista on vallitsevasti periytyvää (1). Niiden taustalla on löydetty kaikkaan 33 amyloidiprekursoriproteiinin (APP), 135 preseniliini 1:n ja 13 preseniliini 2:n erilaista mutaatiota (1). Kaikki nämä vaikuttavat siihen, että APP:stä pilkkoutuu tavallista enemmän tai tavallista herkemmin paakkuuntuvaa Aβ-peptidiä, joka sitten muodostaa amyloidiplakkeja. Näiden havaintojen pohjalta Hardy ja Higgins esittivät 1992 niin sanotun amyloidikaskadihypoteesin, jonka mukaan APP:n häiriintynyt metabolia johtaa solun ulkopuolisten amyloidiplakkien syntymiseen, joka vuorostaan aiheuttaa mikrogliasolujen aktivaation, hermosolujen tuhon ja etenevän muistisairauden. Hypoteesia on myöhemmin päivitetty siten, että plakkien lisäksi liukoisia Aβ-oligomeerien on ajateltu taudin perimmäiseksi syyksi (2). Tämä ajattelu on ohjannut taudin parantavaan hoitoon tähtäävää lääkekehitystä jo 25 vuoden ajan. Tuoreet amyloidin vähentämiseen tähtäävät kliiniset tutkimukset vetivät vesiperän Kahden viime vuoden aikana on saatu lopulliset tulokset useista laajoista kliinisistä lääketutkimuksista, joissa lähtökohtana on ollut AT:n tautiprosessin pysäyttäminen vähentämällä amyloidiplakkien muodostumista. Kaikki lääkekehityshankkeet ovat tuottaneet pettymyksen. Ensimmäinen niistä lähti Aβ:n tuotannon pysäyttämisestä estämällä viimeistä sitä muodostavaa entsyymiä, γ-sekretaasia, jonka aktiivinen osa preseniliini on (KUVA 1). Koska APP:n -terminaaliosan lisäksi γ-sekretaasi on keskeinen useiden muiden elintärkeiden signaalimolekyylien tuotannossa, ennen muu- 243 Duodecim 2015;131:243 8
KATSAUS N E Aβ TM I β-sekretaasi β α α-sekretaasi N APPsβ N APPsα APP-TFβ APP-TFα γ γ-sekretaasi γ γ-sekretaasi Aβ p3 AID AID KUVA 1. Beeta-amyloidi (Aβ) peptidin pilkkoutuminen amyloidiprekursoripeptidistä. Pilkkoutuminen α-sekretaasitietä katkaisee Aβ-kohdan, kun taas pilkkoutuminen ensin β-sekretaasin ja sen jälkeen γ-sekretaasin (preseniliini) välityksellä johtaa Aβ-peptidin muodostumiseen. Tarkka γ-sekretaasin pilkkomiskohta (solukalvon sisällä!) määrää, syntyykö vähemmän paakkuuntuvaa Aβ40- vai herkästi paakkuuntuvaa Aβ42-muotoa. 244 ta notch-proteiinin, suuri haaste oli löytää sen tuotantoon vaikuttamaton lääkemolekyyli. Useitä tällaisia pystyttiin lopulta löytämään, ja odotetusti ne vähensivät 30 50 % aivojen amyloidikuormaa siirtogeenisillä hiirimalleilla ja myös merkitsevästi paransivat hiirten muistisuoritusta (3). Viime vuonna julkaistiin tulokset kahdesta yhteensä yli 1 500 potilasta käsittävästä kolmannen vaiheen tutkimuksesta, jossa lievää AT:tä sairastavia potilaita hoidettiin 1,5 vuoden ajan Semagacestat-nimisellä γ-sekretaasin estäjällä (4). Tutkimus jouduttiin keskeyttämään, kun ilmeni, että aktiiviryhmä selviytyi lumeryhmää heikommin kognitiota ja päivittäisiä toimintoja mittaavista testeistä. Lisäksi aktiiviryhmällä esiintyi vakavia immuunijärjestelmään kohdistuvia haittavaikutuksia. Aivojen PET-kuvantaminen amyloidia sitovalla merkkiaineella ei myöskään osoittanut amyloidiplakkien määrän pienenemistä. Kuitenkin aiemmin tehdyssä pilottikokeessa oli osoitettu tässä käytetyn 100 140 mg kertaannoksen vähentävän keskushermoston Aβtuotantoa noin 50 % (5). Immunoterapia oli toinen keskeinen lähestymistapa aivojen amyloidikuorman vähentämiseksi. Kun Elan Pharmaceuticalin tutkijaryhmä vuonna 1999 julkaisi Nature-lehdessä (6), että Aβ1-42-proteiinia vastaan kehitetty rokote pystyi kokonaan estämään nuorella siirtogeenisellä hiirellä amyloidiplakkien muodostumisen ja vanhallakin hiirellä vähensi merkittävästi aivojen amyloidikuormaa, yleisesti ajateltiin AT:n parantavan hoidon olevan pian käsillä. Tie osoittautui kuitenkin mutkaiseksi. Pian menestyksekkään hiirikokeen jälkeen toteuttu laaja kliininen lähes 300 potilasta käsittävä koe jouduttiin keskeyttämään, kun 6 %:lle potilaista kehittyi raju meningoenkefaliitti (7). Vaikka yleisesti ajateltiin meningoenkefaliitin aiheutuneen rokotteen adjuvantista pikemminkin kuin syntyneistä vasta-aineista, kontrolloimattoman immuunivasteen pelossa immunoterapian painopiste siirtyi passiiviseen immunisaatioon Aβ-vasta-aineilla. Kaikki suurimmat lääketehtaat kehittivät oman Aβ-vastaaineensa, joita on periaatteessa kahdenlaisia. Aβ:n N-terminaaliseen osaan kohdistuvat H. Tanila
YDINASIAT 88 Neuropatologian ja genetiikan perusteella amyloidin kertyminen aivoihin on Alzheimerin taudin keskeinen piirre. 88 Amyloidikaskadihypoteesin mukaan amyloidipeptidin muodostamien oligomeerien tai amyloidin kertyminen käynnistää hermosolutuhoon johtavan tapahtumasarjan. 88 γ-sekretaasin estäjä ja immunoterapia eivät laajoissa kliinisissä tutkimuksissa onnistuneet parantamaan Alzheimer-potilaiden aivopatologiaa tai testisuoriutumista. 8 8 Onnistuneiden siirtogeenisillä hiirillä tehtyjen hoitokokeiden ja epäonnistuneiden kliinisten kokeiden tärkein ero on niiden ajoituksessa itse tautiprosessin suhteen. vasta-aineet (joita Aβ-rokote myös muodosti) aktivoivat aivojen mikrogliasoluja ja makrofageja aktiivisesti poistamaan paakkuuntunutta amyloidia plakkien ympäriltä. Siirtogeenisillä hiirillä tällainen vasta-aine estää tehokkaasti plakkien muodostumista ja mahdollisesti hajottaa jo muodostuneitakin plakkeja (8). Aβ:n keskiosaan kohdistuvat vasta-aineet sen sijaan eivät näytä sitoutuvan amyloidiplakkeihin vaan liukoisiin Aβ:n muotoihin. Näiden vastaaineiden on osoitettu lisäävän liukoisen Aβ:n kulkeutumista aivoista verenkiertoon ja sitä kautta vähentävän aivojen amyloidikuormaa (9), mutta näillä ei ole osoitettu vaikutusta jo muodostuneisiin plakkeihin (10). Tulokset kolmannen vaiheen tutkimuksesta kummankin tyyppisellä Aβ-vasta-aineella julkaistiin vuoden 2014 alussa. Bapineutsumabi-nimisen N-terminaalisen vasta-aineen tehoa tutkittiin alun perin 4 500:lla lievää tai kohtalaista AT:tä sairastavalla potilaalla, jotka saivat lääkettä kerran 13 viikossa 18 kuukauden ajan. Koe keskeytettiin ennenaikaisesti, koska kahdessa ensimmäisessä osakokeessa ei hoitoryhmällä nähty paranemista kognitiivista suoriutumista tai päivittäisiä toimintoja mittaavissa testeissä (11). Ainoa rohkaiseva tulos tästä laajasta kokeesta oli PET-kuvantamislöydös. ApoE4:n kantajilla (75 potilasta, 40 verrokkia) nähtiin merkitsevästi hidastunut amyloidiin sitoutuvan merkkinaineen kertyminen, kun taas ApoE2/3:n kantajilla (24 potilasta, 15 verrokkia) kummallakaan ryhmällä ei nähty suurentunutta amyloidin kertymistä seurannan aikana. Toisessa tutkimuksessa käytettiin solaneutsumabi-nimistä Aβ:n keskiosaan sitoutuvaa vasta-ainetta, jota annettiin yhteensä yli 2 000:lle lievää tai kohtaista AT:tä sairastavalle potilaalle joka neljäs viikko 19 kuukauden ajan. Yhdistetyssä aineistossa hoitoryhmä ei eronnut merkitsevästi lumeryhmästä kognitiivisissa testeissä eikä päivittäisissä toiminnoissakaan (12). Molemmissa koeryhmissä hippokampuksen tilavuus magneettikuvauksella mitattuna pieneni samassa suhteessa seuranta-aikana, kun taas amyloidi-pet-kuvantaminen 260 potilaalla ei osoittanut merkitsevää muutosta seurantaaikana kummassakaan ryhmässä. Huomattavaa on, että vaikutushypoteesin mukaisesti plasman Aβ40- ja Aβ42-pitoisuudet kasvoivat hoitoryhmässä lumeryhmään verrattuna. Puoli vuotta aiemmin julkaistiin tulokset 390 potilaan tutkimuksesta, jossa aktiivihoitoryhmä sai polyklonaalista gammaglobuliinia sillä ajatuksella, että luontaiset Aβ:aan kohdistuvat vasta-aineet edesauttaisivat amyloidin puhdistumista aivoista (13). Tämänkin tutkimukset tulokset jäivät laihoiksi, vaikka alaryhmäanalyysissä saatiin esiin heikko myönteinen vaikutus kognitiiviseen suoriutumiseen keskivaikeaa tautia sairastavilla (14). Kyseenalaistavatko tutkimukset lopulta sittenkään itse amyloidikaskadihypoteesia? Näiden kolmen erittäin laajan ja kalliin kliinisen kokeen päättyminen nollatulokseen on tulosten julkaisemista seuranneessa keskustelussa yleisesti pidetty selvänä osoituksena siitä, että amyloidikaskadihypoteesi on nyt lopullisesti osoitettu vääräksi. Hypoteesin isä, John Hardy ei ole aivan samaa mieltä ja seik- 245 Alzheimerin taudin parantava hoito viipyy yhä onko amyloidiplakkihypoteesi väärä lähtökohta?
KATSAUS Poikkeava Aβ-patologia Tau-patologia Aivojen kutistuminen Alkava muistihäiriö Dementia Normaali Normaali kognitio Alkava muistihäiriö Dementia Kliininen tila KUVA 2. Alzheimerin taudin kudosmuutosten ja kognitiivisten muutosten ajallinen eteneminen. Mukailtu viitteestä (16). 246 kaperäisessä tuoreessa katsausartikkelissaan esittää, että edellä kuvatut kokeet epäonnistuivat jo pohjimmiltaan amyloidikaskadihypoteesin testauksessa (15). Semagasestaatin ilmeinen ongelma oli lääkkeen huono siedettävyys, mikä pakotti pitäämään käytetyn annoksen pienempänä kuin prekliinisissä kokeissa ja epäilemättä heikensi myös potilaiden testisuoriutumista. Toisaalta jo käytetty annos pilottikokeissa vähensi amyloidin muodostusta 50 %, mikä siirtogeenisillä hiirillä esti merkitsevästi amyloidiplakkien muodostumista ja paransi suoriutumista muistitesteissä. Bapineutsumabin kohdalla Hardy myös korostaa sitä, että haittavaikutusten (mikroverenvuodot) pelossa annos oli pienempi kuin prekliinisissä hiirikokeissa tehokkaaksi havaittu annos. Solanetsumabi tiedettiin hyvin siedetyksi, mutta jo pohjimmiltaan vaikutusmekanismin ja prekliinisten hiirikokeiden perusteella sen ei voinut odottaa vaikuttavan amyloidiplakkeihin. Molemmissa immunoterapiatutkimuksissa amyloidi-pet-kuvausten tulkintaa haittasi se, että kuvauksiin otettiin vain pieni osa potilaita, joilla useimmilla ei kummassakaan ryhmässä nähty amyloidin määrän lisääntymistä seuranta-aikana. Hardyn kritiikkiin on helppo yhtyä siinä, että nämä tutkimukset eivät amyloidiplakkien osalta testanneet amyloidikaskadihypoteesia, koska yhdessäkään tutkimuksessa niiden määrä ei merkittävästi vähentynyt. Mutta kiistaton tosiasia on se, että Aβ:aan kohdistuvilla hoidoilla ei ollut suotuista vaikutusta potilaiden kognitiiviseen suoriutumiseen toisin kuin siirtogeenisilla hiirillä prekliinisissä kokeissa. Oikea maali ei riitä tarvitaan myös oikea ajoitus Toinen tapa tarkastella näiden tutkimusten tuloksia on kysyä, oliko hoidon kohde oikea mutta ajoitus kenties väärä. Viime vuosien biomarkkeritutkimukset ovat paljastaneet, että AT:n kehittyminen on hitaampi prosessi kuin tähän asti on luultu. Tuoreimpien arvioiden mukaan Aβ:n kertyminen aivoihin alkaa jopa 20 vuotta ennen oireisen taudin toteamista (16). Oireettomilla henkilöillä positiivinen amyloidi-pet-löydös ennustaa suurta riskiä taudin kehittymiselle, kun taas AT-potilailla amyloidin määrä seuranta-aikana ei enää juuri lisäänny (17). Löydös on sopusoinnussa amyloidiplakkeja muodostavilla hiirillä kalloikkunan kautta tehtyjen pitkäaikaisten multifotonikuvausten kanssa, jotka osoittavat, H. Tanila
että nuoret plakit (nuorilla hiirillä) kasvavat seurannassa, kun taas 18 kuukauden ikäisellä siirtogeenisellä hiirellä plakkien kasvua ei enää todettu (18). Amyloidiplakit siis organisoituvat ja tiivistyvät ajan myötä, mikä selittää sen, ettei niitä voida enää poistaa millään tunnetulla hoidolla. Ihmisellä amyloidimäärän lisääntyminen aivoissa pysähtyy lievän AT:n vaiheessa, kun taas muut tunnetut tautiprosessit jatkuvat osa kiihtyneeseen tahtiin (KUVA 2). Tämä aikataulu viittaisi pikemminkin siihen, että Aβ:n kertyminen aivoihin on tautiprosessin käynnistäjä, mutta sitä seuraavat muut patologiset prosessit selittävät taudin etenemistä oireisessa vaiheessa. On huomattavaa, että lukuisat julkaistut erinomaiset hoitotulokset Aβ:aan kohdistuvilla hoidoilla siirtogeenisillä hiirillä on saatu keski-ikäisillä ja nuoremmilla eläimillä, joiden amyloidimäärä on lisääntymässä. Sen sijaan toistaiseksi kaikki hoitoyritykset ihmisillä on ajoitettu vaiheeseen, jolloin amyloidin määrän lisääntyminen on jo taittunut. Alzheimer-tutkijayhteisössä on alkanut vallita käsitys, että todennäköisesti suurin hyöty amyloidiin kohdistuvista hoidoista saadaan AT:n oireettomassa vaiheessa. Ratkaisevat kliiniset kokeet oireettomilla riskipotilailla Tämän uuden ajattelutavan pohjalta on käynnistynyt kaksi todella kiinnostavaa kliinistä koetta. Harvard Medical Schoolin koordinoimassa tutkimuksessa on tarkoitus kohdistaa hoito täysin oireettomiin henkilöihin, joilla PET-tutkimuksessa on havaittavissa amyloidikertymää. Tutkimusta varten on tarkoitus seuloa noin 1 000 vapaaehtoista yhdysvaltalaista ikäihmistä. Toinen Banner Alzheimer s instituutin koordinoima tutkimus hyödyntää ainutlaatuista laajaa kolumbialaista sukua, jossa esiintyy tuhatkunta saman preseniliini 1 mutaation kantajaa. Tämän perinnöllisen tautimuodon aivo-selkäydinnesteen biomerkkiainemuutokset taudin eri vaiheissa (myös oireettomassa) on kartoitettu (19), miltä pohjalta on tarkoitus seuloa 300 suuren tautiriskin kantajaa. Kummassakin tutkimuksessa aktiivihoidoksi on valittu passiivinen immunoterapia (20). Lopuksi Vasta näissä oireettomilla riskipotilailla käynnistyvissä hoitokokeissa voidaan koeasetelmaa verrata prekliinisten hiirikokeiden kanssa, ja on syytä odottaa, että toteutuneella hoidolla voidaan hidastaa amyloidin kertymistä keskushermostoon. Jos tämä myös lykkää kognitiivisten oireiden ilmenemistä, on tutkijoilla todella kiire löytää uusia keinoja AT:n oireettoman vaiheen seulontaan. Jos taas hoidot näissäkin tutkimuksissa osoittautuvat pettymykseksi, on aika haudata amyloidikaskadihypoteesi syvään maahan ja ryhtyä haukkumaan uutta puuta. HEIKKI TANILA, professori A. I. Virtanen instituutti Itä-Suomen yliopisto PL 1627, 70211 Kuopio SIDONNAISUUDET Asiantuntijapalkkio (Pohjois-Savon kuntayhtymä, KYS, neurologian klinikka) Summary urative treatment of Alzheimer s disease is still missing is amyloid plaque hypothesis the wrong starting point? For more than a quarter century, the research of and drug development for Alzheimer s diseases have been governed by the amyloid plaque hypothesis, whereby deranged metabolism of the amyloid precursor protein leads to the formation of extracellular amyloid plaques, which in turn causes the activation of microglial cells, destruction of neurons and a progressive memory disease. The ending of three extensive clinical trials in disappointment has raised the question whether the amyloid plaque hypothesis is the correct starting point in the development of curative treatment for Alzheimer s disease at all. Two commencing new trials with patients that are still symptomless will be the final challenge for the hypothesis. 247 Alzheimerin taudin parantava hoito viipyy yhä onko amyloidiplakkihypoteesi väärä lähtökohta?
KATSAUS KIRJALLISUUTTA 1. Alzheimer Disease & Frontotemporal Dementia Database [verkkosivu]. http:// www.molgen.ua.ac.be/admutations/. 2. Hardy J, Selkoe DJ. The amyloid hypothesis of Alzheimer s disease: progress and problems on the road to therapeutics. Science 2002;297:353 6. 3. Barten DM, Meredith JE Jr, Zaczek R, Houston JG, Albright F. Gamma-secretase inhibitors for Alzheimer s disease: balancing efficacy and toxicity. Drugs R D 2006;7:87 97. 4. Doody RS, Thomas RG, Farlow M, ym. Phase 3 trials of solanezumab for mildto-moderate Alzheimer s disease. N Engl J Med 2014;370:311 21. 5. Bateman RJ, Siemers ER, Mawuenyega KG, ym. A gamma-secretase inhibitor decreases amyloid-beta production in the central nervous system. Ann Neurol 2009;66:48 54. 6. Schenk D, Barbour R, Dunn W, ym. Immunization with amyloid-beta attenuates Alzheimer-disease-like pathology in the PDAPP mouse. Nature 1999; 400:173 7. 7. Orgogozo JM, Gilman S, Dartigues JF, ym. Subacute meningoencephalitis in a subset of patients with AD after Abeta42 immunization. Neurology 2003;61:46 54. 8. Bard F, annon, Barbour R, ym. Peripherally administered antibodies against amyloid beta-peptide enter the central nervous system and reduce pathology in a mouse model of Alzheimer disease. Nat Med 2000;6:916 9. 9. DeMattos RB, Bales KR, ummins DJ, Dodart J, Paul SM, Holtzman DM. Peripheral anti-a beta antibody alters NS and plasma A beta clearance and decreases brain A beta burden in a mouse model of Alzheimer s disease. Proc Natl Acad Sci U S A 2001;98:8850 5. 10. Seubert P, Barbour R, Khan K, ym. Antibody capture of soluble Abeta does not reduce cortical Abeta amyloidosis in the PDAPP mouse. Neurodegener Dis 2008;5:65 71. 11. Salloway S, Sperling R, Fox N, ym. Two phase 3 trials of bapineuzumab in mild-to-moderate Alzheimer s disease. N Engl J Med 2014;370:322 33. 12. Doody RS, Thomas RG, Farlow M, ym. Phase 3 trials of solanezumab for mildto-moderate Alzheimer s disease. N Engl J Med 2014;370:311 21. 13. Puli L, Tanila H, Relkin N. Intravenous immunoglobulins for Alzheimer s disease. urr Alzheimer Res 2014;11:626 36. 14. Rogers MB. Gammagard misses endpoints in phase 3 trial [verkkodokumentti]. Alzforum News 8.5.2013. http:// www.alzforum.org/news/research-news/ gammagardtm-misses-endpoints-phase- 3-trial. 15. Karran E, Hardy J. A critique of the drug discovery and phase 3 clinical programs targeting the amyloid hypothesis for Alzheimer disease. Ann Neurol 2014;76:185 205. 16. Jack R Jr, Knopman DS, Jagust WJ, ym. Tracking pathophysiological processes in Alzheimer s disease: an updated hypothetical model of dynamic biomarkers. Lancet Neurol 2013;12:207 16. 17. Kadir A, Marutle A, Gonzalez D, ym. Positron emission tomography imaging and clinical progression in relation to molecular pathology in the first Pittsburgh ompound B positron emission tomography patient with Alzheimer s disease. Brain 2011;134:301 17. 18. Burgold S, Bittner T, Dorostkar MM, ym. In vivo multiphoton imaging reveals gradual growth of newborn amyloid plaques over weeks. Acta Neuropathol 2011;121:327 35. 19. Reiman EM, Quiroz YT, Fleisher AS, ym. Brain imaging and fluid biomarker analysis in young adults at genetic risk for autosomal dominant Alzheimer s disease in the presenilin 1 E280A kindred: a case-control study. Lancet Neurol 2012;11:1048 56. 20. Groopman J. Before night falls. The New Yorker: Medical Dispatch 24.6.2013. 248 H. Tanila