罕见病重点关注：脊髓性肌萎缩症及其治疗进展

导语

脊髓性肌萎缩（SMA）是一种基因突变导致脊髓前角细胞变性引起肌无力和肌萎缩等临床症状的一组疾病。根据疾病严重程度及发病年龄，1992年在欧洲神经肌肉疾病中心召开的SAM国际研讨会将其分为4个类型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）。据统计，新生儿SMA发病率为1/6000~1/10000，居致死性常染色体遗传病第二位，仅次于囊性纤维化。SMA是由运动神经元存活基因（SMN）的变异所致，随着对SMN的特性及其编码蛋白（SMN蛋白）功能的深入研究，多种治疗策略的临床试验正在推进中。

 临床症状与分型 

SMA主要以进行性、对称性肢体近端和躯干肌肉无力、萎缩为主要表现，患者最终死于呼吸衰竭和严重的肺部感染。

根据患者发病年龄和病情严重程度，将SMA分为４型。如表1所示。SMA-I型是最常见的一种亚型，占比约50%，起病急，病情重，患者一般在2岁内去世；Ⅱ型SMA患儿虽然较I型病情稍轻，但患儿仍然会面临诸如坐立、进食、呼吸等方面的困难；III型患者发病时期较为宽泛，早至1岁，晚至青春期都可能发病。一般III型患者早期的运动指标正常，但随着年龄增长会逐渐出现运动机能衰退的迹象；IV型患者的症状通常始于35岁后，较其它类型要少见，其典型特征是隐形发病，病情发展非常缓慢。

表1  SMA各亚型基本状况

分子遗传学和病因  

运动神经元存活基因（SMN）位于5q11.2–q13.3，负责编码SMN蛋白，若SMN发生变异，则SMN蛋白含量和活性降低，脊髓前角细胞无法耐受而大量凋亡，从而导致SMA疾病。

SMN基因有两个高度同源的拷贝：SMN1和SMN2。SMN1和SMN2的主要功能差别在于7号外显子。SMN1编码全长的SMN转录产物（SMN-fl），而SMN2编码生成大量跳跃外显子7的选择性转录产物（SMNΔ7）和少量SMN-fl。SMN-fl含有7号外显子，SMNΔ7不含7号外显子。而7号外显子对于制造稳定的具有完全功能的SMN蛋白是必不可少的。

因此SMN1能编码完整功能的SMN蛋白，而SMN2无法独自提供足够的维持人体运动神经元生存所必需的全功能SMN蛋白。

SMN蛋白包含294个氨基酸，分子量为38kD。广泛分布于全身组织中，表达水平各异，其中脑、脊髓和肌肉中的表达水平最高。SMN基因缺失或突变时，其表达产物SMN蛋白数目、结构、功能均异常。SMN蛋白数量低于运动神经元所需最低含量时，将发生运动神经元变性。

图1  基因SMN1和SMN2功能示意图

临床诊断 

SMA的主要临床表现是进行性、对称性肢体近端和躯干肌肉无力、萎缩。对于疑似SMA患者，需要采取一些检测手段，包括肌酸激酶含量测定(creatinekinase quantification)、电生理学分析(electrophysiologic alanalyses)、影像学研究(MRI)、以及特殊的基因和代谢产物检测(specific genetic and metabolic assessment)。

在SMA患者中最常见的突变是SMN1基因的纯合缺失，大部分携带者可检测到SMN1基因中一个等位基因的缺失，对SMN1基因外显子７、８进行检测，是SMA基因诊断和产前诊断的首选方法。

SMA是常见遗传性疾病之一，携带者频率约为1/50，进行携带者基因筛查和必要的产前诊断是公认的预防措施。曾经生育过SAM患儿的夫妇，SMA患儿的再发风险为25%，在以后的每次妊娠期间均需进行产前诊断。

SMA治疗 

SMA患者缺乏SMN蛋白，因此，最终的治疗目的就是增加SMN蛋白的含量。基于这个目标，可以采用的策略是：替换或者修正变异的SMN1基因；矫正基因拼接过程中的负/正调节来促进SMN2基因中外显子7的转录；增加SMN2基因转录启动子的活性；保护SMN蛋白和SMNΔ7蛋白，并提高其稳定性。

目前在研的主要治疗方式包括：基因治疗(Genetherapy)、反义寡核苷酸药物(Antisense oligonucleotides，ASOs)、小分子药物(Small molecules)和一些辅助性治疗方式(干细胞、肌肉增强治疗、神经保护治疗)。如图2所示。

图2  目前SMA的治疗策略

· 基因治疗

目前唯一一个进入临床阶段的基因治疗项目是AveXis,Inc.的AVXS-101。AVXS-101已经获得了治疗SMA的孤儿药资格认定，同时获得了治疗SMA-I的突破疗法认定和快速审评通道认定。

该疗法以血清型为9的腺相关病毒(adeno-associatedsero type 9 virus，AAV9)为载体，将人类SMN基因导入到运动神经元细胞。因为AAV9能够透过血脑屏障，AVXS-101可采取鞘膜内注射给药或静脉注射给药。导入的人全功能SMN基因，是一个互补的（self-complementary，sc）双链分子，这就跳过了一般单链遗传物质病毒，需要经宿主细胞调控合成双链这一限速步骤，直接编码SMN蛋白，迅速起效。此外，AVXS-101还引入精心设计的混合巨细胞病毒的控制增强器/chicken-β-actin启动子，以保证SMN基因持续稳定地编码SMN蛋白。如图9所示。

为了考察AVXS-101的安全性和耐受性，由9名SMA患者(0-9个月)参加的I期临床试验正在进行，目前尚未披露相关结果信息。

该项目的一个潜在隐忧是，虽然通过鞘内注射可以降低病毒载体使用量，但将SMN基因导入神经系统仍需要大量的病毒载体。

· 反义寡核苷酸药物

利用小分子RNA对异常mRNA进行间接重排，这是包括SMA在内的常见遗传性疾病的扩展研究领域的焦点。调节SMN2的mRNA可恢复适当的SMN蛋白的表达，从而达到改善SMA患者症状的目的。

本领域的研究主要围绕反义寡核苷酸(ASOs)展开。SMN2上存在特定序列，该序列调控SMN2编码缺失7号外显子的mRNA。ASOs直接与该特定序列结合，抑制其调控作用，促使SMN2编码全功能SMN蛋白。一项实验表明，根据SMN2基因的结构特点，利用ASOs拼接结合成双功能RNA基团，在小鼠模型侧脑室内注射这些双功能RNA基团，可使鼠脑内SMN蛋白含量增加。

一些临床前的试验表明，2'-O-甲氧乙基（2'-O-methoxyethyl，MOE）和吗啉基ASOs可以与SMN2基因自身的的拼接沉默序列N1(ISS-N1)紧密结合。试验表明，这两种ASOs都能减轻SMA模型小鼠的相关症状。

值得一提的是，Isis Pharmaceuticals (Carlsbad,CA,USA) 公司将MOE-ASO候选药物ISIS-SMNRx推向临床，I、II期试验证实其具有良好的安全性和潜在功效。两个III期临床试验ENDEAR和CHERISH也都取得了满意的结果。

2016年12月该药获FDA批准上市，商品名Nusinersen，成为第一个上市的治疗SMA的特效药物。Nusinersen采取鞘内注射给药，每四个月一次，每次剂量为12mg(5mL)。药物的主要副作用是：血小板减少，凝血异常以及肾脏毒性。Nusinersen分子式为C₂₃₄H₃₂₃N₆₁O₁₂₈P₁₇S₁₇Na₁₇，分子量为7501.0。其化学结构如图3所示。

ASOs治疗策略的优点是，产品结构简单清晰、良好的安全性、明显的治疗效果、作用专一以及副作用较小。同时，ASOs与SMN2基因作用可逆，不引入外来基因。ASOs目前面临的问题是，需要重复剂量给药，药物在神经系统的生物分布及其效能不均衡。

图3  Nusinersen分子结构

· 小分子药物

过去数年，一系列能增加SMN蛋白的小分子化合物被高通量筛选的方法鉴定出来，这些分子能够增加SMA模型小鼠神经元细胞的活性和寿命。目前在研的小分子如表2所示。小分子药物的优势是结构简单，口服给药方便。缺点是专一性不强，副作用严重。

表2  小分子候选药物汇总

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