一、總述
脊髓性肌萎縮（Spinal Muscular Atrophy，SMA）是一種基因突變導致脊髓前角細胞變性引起肌無(wú)力和肌萎縮等臨床癥狀的一組疾病。根據疾病嚴重程度及發(fā)病年齡，1992年在歐洲神經(jīng)肌肉疾病中心召開(kāi)的SAM國際研討會(huì )將其分為4個(gè)類(lèi)型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）。據統計，新生兒SMA發(fā)病率為1/6000~1/10000，居致死性常染色體遺傳病第二位，僅次于囊性纖維化。SMA是由運動(dòng)神經(jīng)元存活基因（Survival Motor Neuron，SMN）的變異所致，隨著(zhù)對SMN的特性及其編碼蛋白（SMN蛋白）功能的深入研究，多種治療策略的臨床試驗正在推進(jìn)中。
二、臨床癥狀與分型
SMA主要以進(jìn)行性、對稱(chēng)性肢體近端和軀干肌肉無(wú)力、萎縮為主要表現，患者最終死于呼吸衰竭和嚴重的肺部感染。病情會(huì )危及到身體廣大部位，引起周身性的反應，如圖1所示。
圖1 SMA引起全身性的損害
根據患者發(fā)病年齡和病情嚴重程度，將SMA分為４型。如表1所示。SMA-I型是最常見(jiàn)的一種亞型，占比約50%，起病急，病情重，患者一般在2歲內去世；Ⅱ型SMA患兒雖然較I型病情稍輕，但患兒仍然會(huì )面臨諸如坐立、進(jìn)食、呼吸等方面的困難；III型患者發(fā)病時(shí)期較為寬泛，早至1歲，晚至青春期都可能發(fā)病。一般III型患者早期的運動(dòng)指標正常，但隨著(zhù)年齡增長(cháng)會(huì )逐漸出現運動(dòng)機能衰退的跡象；IV型患者的癥狀通常始于35歲后，較其它類(lèi)型要少見(jiàn)，其典型特征是隱形發(fā)病，病情發(fā)展非常緩慢。
表1 SMA各亞型基本狀況
SMA分型
別名
發(fā)病時(shí)期
臨床表現
預后
急性嬰兒型（SMA-I）
Werdnig–Hoffmandisease
0-6個(gè)月
起病急、病程進(jìn)展快，表現為嚴重的全身肌無(wú)力和肌張力不全，不能獨坐或行走。
常于2歲內死于呼吸麻痹或肺部感染等。
慢性嬰兒型（SMA-II）
Dubowitzdisease
6-18個(gè)月
發(fā)病較Ⅰ型稍遲，進(jìn)展緩慢。多發(fā)性微小肌陣攣是主要表現。許多Ⅱ型患兒可獨坐，少數甚至可以在別人的幫助下站立或行走。
本型具有相對良性的病程，生存期超過(guò)4年，某些個(gè)例可存活至青春期以后。
少年型（SMA-III）
Kugelberg–Welanderdisease
2-17歲
病程進(jìn)展緩慢，多數表現為輕度肌力減弱。能獨立行走的時(shí)間較健康兒童延遲，且不能跑。約1/4病例伴腓腸肌假性肥大，1/2病例可見(jiàn)肌束震顫。
起病后逐漸失去行走能力，可存活至成年。
成人型（SMA-IV）
>30歲
緩慢發(fā)生、逐漸加重的肢體近端無(wú)力、肌肉萎縮，可伴肌束震顫。以骨盆帶肌和肩胛帶肌為著(zhù)，出現上樓困難以及梳頭無(wú)力等。
本型預后良好，
基本不影響生存。
三、分子遺傳學(xué)和病因
運動(dòng)神經(jīng)元存活基因（Survival Motor Neuron，SMN）位于5q11.2–q13.3，負責編碼SMN蛋白，若SMN發(fā)生變異，則SMN蛋白含量和活性降低，脊髓前角細胞無(wú)法耐受而大量凋亡，從而導致SMA疾病。
SMN基因有兩個(gè)高度同源的拷貝：SMN1和SMN2。SMN1和SMN2的主要功能差別在于7號外顯子。它們7號外顯子的起始處存在一個(gè)核苷差異（SMN1是C，SMN2是T）。因為RNA的剪接的原因，SMN1編碼全長(cháng)的SMN轉錄產(chǎn)物（SMN-fl），而SMN2編碼生成大量跳躍外顯子7的選擇性轉錄產(chǎn)物（SMNΔ7）和少量SMN-fl。SMN-fl含有7號外顯子，SMNΔ7不含7號外顯子。而7號外顯子對于制造穩定的具有完全功能的SMN蛋白是必不可少的。因此SMN1能編碼完整功能的SMN蛋白，而SMN2無(wú)法獨自提供足夠的維持人體運動(dòng)神經(jīng)元生存所必需的全功能SMN蛋白。
SMN蛋白包含294個(gè)氨基酸，分子量為38kD。廣泛分布于全身組織中，表達水平各異，其中腦、脊髓和肌肉中的表達水平最高。SMN基因缺失或突變時(shí)，其表達產(chǎn)物SMN蛋白數目、結構、功能均異常。SMN蛋白數量低于運動(dòng)神經(jīng)元所需最低含量時(shí)，將發(fā)生運動(dòng)神經(jīng)元變性。如圖2所示。
SMN1最常見(jiàn)的3種突變類(lèi)型：(a)代表SMN1基因的缺失，(b)代表SMN1基因被轉變成類(lèi)似SMN2的基因，這兩種情占全部變異的95%。(c)代表SMN1基因內點(diǎn)突變，目前國際上共發(fā)現約50余種點(diǎn)突變，突變類(lèi)型主要有錯義突變、移碼突變、無(wú)義突變和剪接位點(diǎn)突變等。如圖3所示。
SMN1基因缺失或基因內突變造成SMA表型，但其與臨床表型的嚴重性不相關(guān)；SMN2基因缺失不造成SMA表型，但其拷貝數的多少與SMA表型的輕重相關(guān)，SMN2拷貝數越多，產(chǎn)生的SMN蛋白也越多，病情越輕。大部分Ⅰ型患者有２個(gè)拷貝數，Ⅱ型患者有３個(gè)拷貝數，Ⅲ型和Ⅳ型有３-４個(gè)拷貝數。
圖2 基因SMN1和SMN2功能示意圖
圖3 SMN1基因突變的3種類(lèi)型
四、臨床診斷
SMA的主要臨床表現是進(jìn)行性、對稱(chēng)性肢體近端和軀干肌肉無(wú)力、萎縮。但有很多其它的疾病也會(huì )導致類(lèi)似癥狀，比如先天性肌肉疾病(congenital myopathies)、神經(jīng)性疾病(neuropathies)、神經(jīng)肌肉節點(diǎn)疾病(neuromuscular junction diseases)、代謝紊亂(metabolic disorders)、染色體三倍體癥(trisomies and other chromosomal disorders)、大腦畸形(structural anomalies of the brain)等，如圖4所示。
對于疑似SMA患者，需要采取一些檢測手段，包括肌酸激酶含量測定(creatinekinase quantification)、電生理學(xué)分析(electrophysiologic alanalyses)、影像學(xué)研究(MRI)、以及特殊的基因和代謝產(chǎn)物檢測(specific genetic and metabolic assessment)。
圖4 疑似SMA患者診斷鑒定
4.1 輔助檢查
當基因檢測結果陰性時(shí)，進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗室相關(guān)檢查，包括肌酸激酶（creatinekinase）、肌電圖（Electromyography，EMG）和神經(jīng)傳導檢測。如果EMG檢測提示為運動(dòng)神經(jīng)元疾病，則需進(jìn)一步進(jìn)行SMN1突變檢測。SMA常用的診斷流程如圖6所示。
圖5 SMA診斷流程
4.2 基因檢測
在SMA患者中最常見(jiàn)的突變是SMN1基因的純合缺失，大部分攜帶者可檢測到SMN1基因中一個(gè)等位基因的缺失，對SMN1基因外顯子７、８進(jìn)行檢測，是SMA基因診斷和產(chǎn)前診斷的首選方法。
基因缺失的檢測方法包括基于聚合酶鏈式反應（Polymerasechainreaction，PCR）的試驗、變性高效液相色譜(DHPLC)、多重依賴(lài)性探針擴增法(MPLA)等。PCR-PFLP是最初，也是最常用于確定SMA治病基因的基因檢測方法，其檢測結果如圖6所示。在圖6中，第1列，是正常人的檢測結果，SMN1和SMN2都存在；第2列是SMA患者的檢測結果，SMN1缺失；第3列是SMN2缺失，但并不會(huì )導致SMA的情況。PCR-PFLP的局限性在于，不能檢出SMA攜帶者，也不能檢出那些SMN1點(diǎn)突變型SMA患者。
圖6 PCR-PFLP的診斷結果
4.3 攜帶者篩查與產(chǎn)前診斷
SMA是常見(jiàn)遺傳性疾病之一，攜帶者頻率約為1/50，進(jìn)行攜帶者基因篩查和必要的產(chǎn)前診斷是公認的預防措施。曾經(jīng)生育過(guò)SAM患兒的夫婦，SMA患兒的再發(fā)風(fēng)險為25%，在以后的每次妊娠期間均需進(jìn)行產(chǎn)前診斷?？赏ㄟ^(guò)絨毛活檢術(shù)、羊膜腔穿刺術(shù)或臍靜脈穿刺術(shù)對胎兒進(jìn)行取樣，并對胎兒樣品進(jìn)行SMN基因檢測，對于確診的SMA胎兒，可通過(guò)知情同意擇時(shí)實(shí)施終止妊娠，以達到防治出生缺陷，提高人口素質(zhì)的目的。
圖7 SMA攜帶者篩查結果
圖7表示1個(gè)正常人和兩個(gè)攜帶者基因篩查結果，通過(guò)對SMN1和SMN2的定量檢測，可以看出，正常人SMN1/CF的比值是攜帶者的2倍。A表示正常人的檢測結果：SNM1和SNM2的拷貝數均為2；B表示的攜帶者檢測結果：SMN1拷貝數為1，SMN2拷貝數為2；C表示的攜帶者檢測結果：SMN1拷貝數為1，SMN2拷貝數為1。
五、治療
SMA患者缺乏SMN蛋白，因此，最終的治療目的就是增加SMN蛋白的含量?；谶@個(gè)目標，可以采用的策略是：替換或者修正變異的SMN1基因；矯正基因拼接過(guò)程中的負/正調節來(lái)促進(jìn)SMN2基因中外顯子7的轉錄；增加SMN2基因轉錄啟動(dòng)子的活性；保護SMN蛋白和SMNΔ7蛋白，并提高其穩定性。
目前在研的主要治療方式包括：基因治療(Genetherapy)、反義寡核苷酸藥物(Antisense oligonucleotides，ASOs)、小分子藥物(Small molecules)和一些輔助性治療方式(干細胞、肌肉增強治療、神經(jīng)保護治療)。如圖8所示。
圖8 目前SMA的治療策略
5.1 基因治療
目前唯一一個(gè)進(jìn)入臨床階段的基因治療項目是AveXis,Inc.的AVXS-101。AVXS-101已經(jīng)獲得了治療SMA的孤兒藥資格認定(Orphan Drug Designation)，同時(shí)獲得了治療SMA-I的突破療法認定(Breakthrough Therapy Designation)和快速審評通道認定(Fast Track Designation)。
該療法以血清型為9的腺相關(guān)病毒(adeno-associatedsero type 9 virus，AAV9)為載體，將人類(lèi)SMN基因導入到運動(dòng)神經(jīng)元細胞。因為AAV9能夠透過(guò)血腦屏障，AVXS-101可采取鞘膜內注射給藥或靜脈注射給藥。導入的人全功能SMN基因，是一個(gè)互補的（self-complementary，sc）雙鏈分子，這就跳過(guò)了一般單鏈遺傳物質(zhì)病毒，需要經(jīng)宿主細胞調控合成雙鏈這一限速步驟，直接編碼SMN蛋白，迅速起效。此外，AVXS-101還引入精心設計的混合巨細胞病毒的控制增強器/chicken-β-actin啟動(dòng)子，以保證SMN基因持續穩定地編碼SMN蛋白。如圖9所示。
為了考察AVXS-101的安全性和耐受性，由9名SMA患者(0-9個(gè)月)參加的I期臨床試驗正在進(jìn)行，目前尚未披露相關(guān)結果信息。
該項目的一個(gè)潛在隱憂(yōu)是，雖然通過(guò)鞘內注射可以降低病毒載體使用量，但將SMN基因導入神經(jīng)系統仍需要大量的病毒載體。
圖9 AVXS-101示意圖
5.2 反義寡核苷酸藥物
利用小分子RNA對異常mRNA進(jìn)行間接重排，這是包括SMA在內的常見(jiàn)遺傳性疾病的擴展研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)。調節SMN2的mRNA可恢復適當的SMN蛋白的表達，從而達到改善SMA患者癥狀的目的。
本領(lǐng)域的研究主要圍繞反義寡核苷酸(ASOs)展開(kāi)。SMN2上存在特定序列，該序列調控SMN2編碼缺失7號外顯子的mRNA。ASOs直接與該特定序列結合，抑制其調控作用，促使SMN2編碼全功能SMN蛋白。一項實(shí)驗表明，根據SMN2基因的結構特點(diǎn)，利用ASOs拼接結合成雙功能RNA基團，在小鼠模型側腦室內注射這些雙功能RNA基團，可使鼠腦內SMN蛋白含量增加。
一些臨床前的試驗表明，2'-O-甲氧乙基（2'-O-methoxyethyl，MOE）和嗎啉基ASOs可以與SMN2基因自身的的拼接沉默序列N1(ISS-N1)緊密結合。試驗表明，這兩種ASOs都能減輕SMA模型小鼠的相關(guān)癥狀。
值得一提的是，Isis Pharmaceuticals(Carlsbad,CA,USA)公司將MOE-ASO候選藥物ISIS-SMNRx推向臨床，I、II期試驗證實(shí)其具有良好的安全性和潛在功效。兩個(gè)III期臨床試驗ENDEAR和CHERISH也都取得了滿(mǎn)意的結果。
圖10 Nusinersen分子結構
2016年12月該藥獲FDA批準上市，商品名Nusinersen，成為第一個(gè)上市的治療SMA的特效藥物。Nusinersen采取鞘內注射給藥，每四個(gè)月一次，每次劑量為12mg(5mL)。藥物的主要副作用是：血小板減少，凝血異常以及腎臟毒性。Nusinersen分子式為C234H323N61O128P17S17Na17，分子量為7501.0。其化學(xué)結構如圖10所示。
ASOs治療策略的優(yōu)點(diǎn)是，產(chǎn)品結構簡(jiǎn)單清晰、良好的安全性、明顯的治療效果、作用專(zhuān)一以及副作用較小。同時(shí)，ASOs與SMN2基因作用可逆，不引入外來(lái)基因。ASOs目前面臨的問(wèn)題是，需要重復劑量給藥，藥物在神經(jīng)系統的生物分布及其效能不均衡。
5.3 小分子藥物
過(guò)去數年，一系列能增加SMN蛋白的小分子化合物被高通量篩選的方法鑒定出來(lái)，這些分子能夠增加SMA模型小鼠神經(jīng)元細胞的活性和壽命。目前在研的小分子如表2所示。小分子藥物的優(yōu)勢是結構簡(jiǎn)單，口服給藥方便。缺點(diǎn)是專(zhuān)一性不強，副作用嚴重。
表2 小分子候選藥物匯總
藥物分類(lèi)
候選藥物
作用機理
SMA臨床效果
組蛋白去乙?；敢种苿℉DACI）
丁酸、苯丁酸和丙戊酸
有效通過(guò)血腦屏障進(jìn)入到中樞神經(jīng)系統，激活SMN2基因的轉錄。
雖然早期數個(gè)小樣本的實(shí)驗顯示苯丁酸可以增加SMA患者SMN蛋白表達并增加運動(dòng)功能，但意大利所作的隨機雙盲安慰劑對比的多中心研究（107例）結果卻顯示無(wú)效。
鈉氫交換抑制劑（EIPI）
很多生物體內研究顯示，細胞內pH值微環(huán)境可能是調節pre-mRNA剪接的重要因素，而細胞內的pH值主要依賴(lài)于細胞膜的鈉氫交換蛋白。有研究發(fā)現EIPI能提高SMA細胞中SMN2的mRNA中外顯子７的包含率及SMA蛋白含量。
尚未開(kāi)展臨床試驗。
神經(jīng)保護劑
利魯唑、加巴噴丁
利魯唑是FDA批準惟一治療肌萎縮側索硬化（ALS）的藥物，是具有神經(jīng)保護作用的興奮性氨基酸毒性抑制劑。
加巴噴丁是谷氨酸合成抑制劑，是一種抗驚厥藥物，通過(guò)抑制支鏈氨基酸轉移酶阻斷谷氨酸的生物合成，從而起到神經(jīng)保護作用。
有研究顯示，利魯唑可提高Ⅰ型SMA患者的生存時(shí)間，但不能改善癥狀，不提高SMN2的mRNA的轉錄及SMN蛋白量。
2008年美國一項以加巴噴丁為研究對象，以Ⅰ、Ⅱ型SMA患者和健康人為受試人群的臨床對照試驗，結果顯示治療組和對照組效果無(wú)明顯差異。
吲哚布洛芬和一些氨基糖甙類(lèi)抗菌藥物
阿米卡星、妥布霉素
提高神經(jīng)細胞中SMN蛋白量，但因其很難通過(guò)血腦屏進(jìn)入到中樞神經(jīng)系統，從而限制了其臨床應用。
尚未進(jìn)行臨床試驗。
羥基脲（HU）
羥基脲是惟一用于臨床的核糖苷酸還原酶抑制劑類(lèi)抗腫瘤藥物，具有基因調控作用，已在治療血液系統遺傳病中得到廣泛應用。
有4項臨床研究證實(shí)HU治療SMA有效，不良反應主要是骨髓抑制和消化道癥狀。
六、臨床試驗
根據 https://www.clinicaltrials.gov和 http://www.curesma.org的統計數據，與SMA有關(guān)的臨床試驗登記共163個(gè)，目前有46個(gè)處于招募或即將招募狀態(tài)，臨床試驗地理分布如圖11所示。從圖中可以看出，目前歐洲和美國是開(kāi)展SMA研究比較深入的地區。
圖11 SMA臨床試驗登記地理分布
七、就醫大數據
借助知網(wǎng)數據庫，以“脊髓性肌萎縮癥”為關(guān)鍵詞進(jìn)行主題檢索，得到281條文獻資料。分別提取文獻中的作者單位和作者，得到診治SMA的醫院和研究SMA的研究院所(依據文獻發(fā)表數目進(jìn)行排序，排序不代表實(shí)際意義)。
表3 診治SMA的醫院
醫院
文獻數
醫院
文獻數
福建醫科大學(xué)附屬第一醫院
31
南京醫科大學(xué)第二附屬醫院
3
中南大學(xué)湘雅醫院
19
解放軍總醫院
3
解放軍第81醫院
6
鄭州大學(xué)第一附屬醫院
3
浙江大學(xué)醫學(xué)院附屬兒童醫院
6
南京醫學(xué)院第二附屬醫院
3
南京軍區南京總醫院
6
山西醫科大學(xué)第一醫院
2
南京醫科大學(xué)第一附屬醫院
5
解放軍第463醫院
2
四川省人民醫院
5
河北醫科大學(xué)第三醫院
2
天津市兒童醫院
4
解放軍第202醫院
2
首都兒科研究所附屬兒童醫院
4
中國醫學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫院
2
北京協(xié)和醫院
4
安徽醫科大學(xué)第一附屬醫院
2
復旦大學(xué)附屬兒科醫院
3
中山大學(xué)附屬第一醫院
2
上海交通大學(xué)新華醫院
3
廣西醫科大學(xué)第一附屬醫院
2
長(cháng)治醫學(xué)院附屬和平醫院
3
廣西醫科大學(xué)第四附屬醫院
2
表4 SMA科研機構
研究機構
文獻數
中南大學(xué)
12
首都兒科研究所
8
北京市首都兒科醫學(xué)研究所
7
南方醫科大學(xué)
5
福建省神經(jīng)病學(xué)研究所
5
福建醫科大學(xué)
4
浙江大學(xué)
4
復旦大學(xué)
3
南昌大學(xué)
3
中國醫科大學(xué)
3
遵義醫學(xué)院
2
美國紐約冷泉港實(shí)驗室
2
安徽省計劃生育科學(xué)技術(shù)研究所
2
青島醫學(xué)院
2
