《Annals of Clinical and Translational Neurology》：Myostatin/Smad3 in Spinal Muscular Atrophy: Biomarkers of Disease Severity and Treatment Response
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专业摘要翻译：
目的：鉴于Myostatin（MSTN）在肌肉稳态中的作用及其受当前脊髓性肌萎缩症（SMA）治疗手段的调节，研究人员首次将血清MSTN及其下游效应分子Smad3作为接受疾病修饰治疗（DMTs）的SMA患者候选非侵入性生物标志物进行探究。
方法：
专业摘要翻译：
目的：鉴于Myostatin（MSTN）在肌肉稳态中的作用及其受当前脊髓性肌萎缩症（SMA）治疗手段的调节，研究人员首次将血清MSTN及其下游效应分子Smad3作为接受疾病修饰治疗（DMTs）的SMA患者候选非侵入性生物标志物进行探究。
方法：研究纳入接受DMTs的儿童及成人SMA患者（Nusinersen=15例；Risdiplam=15例），以及参与抗MSTN临床试验的受试者（n=7），后者数据仅进行基线分析。研究人员分别于基线、治疗后6个月及14个月，采用ELISA法对儿童及成人SMA患者血清MSTN和Smad3水平进行定量检测，以考量DMTs在成人中较缓慢的效应。
结果：基线MSTN水平在以下分组中显著（p值<0.05）升高：男性（915.0±592.5 pg/mL）对比女性（593.4±231.4 pg/mL）；SMA III型（952.2±598.9 pg/mL）对比II型（541.1±326.4 pg/mL）；可行走者（1047.6±548.9 pg/mL）对比非独坐者（374.6±188.5 pg/mL）。Smad3未显示相关性且在治疗期间保持稳定。在成人中，MSTN水平在基线（p=0.01）及治疗后（p=0.003）与Hammersmith功能性运动量表扩展版（HFMSE）呈正相关。Smad3水平与基线HFMSE（p=0.03）及治疗后修订版上肢模块评分（p=0.03）呈负相关。在儿童患者中，基线MSTN倍数变化（即治疗后/治疗前比值）与HFMSE变化呈负相关（p=0.008）。
解读：MSTN水平与临床表型及运动功能相关，支持其作为成人和儿童SMA严重程度候选生物标志物的作用。研究结果亦提示，MSTN可能作为儿童患者疾病进展的潜在动态生物标志物，且不受治疗影响。仍需在独立队列中进一步验证。
论文解读文章：
一、研究背景与科学问题
脊髓性肌萎缩症（SMA）是一种罕见的遗传性神经肌肉疾病，以进行性肌肉萎缩和无力为主要特征，导致运动功能丧失。总体患病率约为每10万人1至2例，出生频率约为1/11000。SMA传统上依据发病年龄和运动里程碑达成情况分为五个亚型（SMA 0-IV型）。约96%的SMA病例由5q13.2染色体上SMN1基因突变或纯合缺失引起，该基因编码功能性全长SMN蛋白，对运动神经元存活至关重要。SMN2基因因外显子7的C>T替换导致剪接异常，仅约10%–15%的转录本可产生少量全长SMN蛋白，不足以阻止疾病发生。SMN2拷贝数（0至≥4）是重要的疾病修饰因素，拷贝数越高通常表型越轻。
过去十年间，SMA治疗取得重大进展，已有三种疗法获批，均通过上调SMN蛋白发挥作用：risdiplam和nusinersen通过增强外显子7纳入成熟mRNA，onasemnogene abeparvovec则通过AAV9介导的基因替代治疗。鉴于Myostatin（MSTN）作为骨骼肌质量的强效负调控因子，多种MSTN抑制剂正被研究作为SMA潜在治疗药物，其中靶向MSTN的抗体尤为引人关注。血清MSTN水平在SMA患者中较健康受试者降低，反映运动神经元变性的程度；而在可行走的SMA III型患者中，肌肉质量保留较多，循环MSTN水平高于不可行走的SMA III型患者，但仍低于健康个体。
随着疾病修饰治疗（DMTs）的可用性和新兴治疗的临床试验开展，理解SMA自然史并识别非侵入性生物标志物以监测疾病进展和患者特异性治疗反应成为关键医疗需求。神经丝蛋白（NFs）已被证明是稳健的预后、疾病进展和药效学生物标志物，尤其适用于SMA儿童，但其在成人SMA患者中的作用仍有争议。然而，大多数生物标志物研究局限于小型单中心队列，目前尚无国际共识将其应用于常规临床实践。
鉴于MSTN在肌肉稳态中的作用及其作为当前SMA治疗直接或间接靶点的特性，研究人员旨在探索血清MSTN作为监测儿童和成人SMA患者疾病进展和治疗反应的非侵入性生物标志物的作用。同时，由于MSTN通过激活Smad3转录因子发挥效应，研究人员首次在相同患者血清中分析了Smad3水平。
二、研究设计与主要技术方法
研究纳入37例经临床和遗传学确诊的儿童及成人SMA患者，来自意大利米兰Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta。队列包括接受获批DMTs单药治疗的患者：nusinersen（n=15）和risdiplam（n=15），以及参与抗MSTN药物临床试验的受试者（n=7）。其中8例患者仅进行基线分析：7例抗MSTN临床试验参与者的随访样本不可用，1例risdiplam治疗患者在治疗期间接受手术。血清样本在首次输注前（T0基线）、儿童治疗后6个月（T6）和成人治疗后14个月（T14）采集，考虑DMTs在成人中效应较慢且较小。主要技术方法包括：采用Human GDF-8/潜伏MSTN和总Smad3 ELISA试剂盒定量血清MSTN和Smad3浓度；临床评估采用Hammersmith功能性运动量表扩展版（HFMSE，33项，最高66分）和修订版上肢模块（RULM，20项，最高37分），HFMSE改善≥3分或RULM改善≥2分定义为临床意义改变，据此划分"应答者"；统计分析采用Kruskal–Wallis检验、Mann–Whitney检验、Pearson或Spearman相关性分析，倍数变化（FC）以治疗后与基线比值计算，FC>1为升高，FC<1为降低。
三、主要研究结果
3.1 SMA患者队列及治疗反应
37例患者（18男19女）中位发病年龄2岁（范围0.6–26），中位基线年龄17岁（范围6–50），其中19例（51.4%）为儿童（<18岁），18例（48.6%）为成人。队列包括1例（2.7%）SMA I型、19例（51.4%）SMA II型和17例（45.9%）SMA III型，按运动功能分为非独坐者（n=6）、独坐者（n=15）和可行走者（n=16）。6/11（54.5%）儿童和5/18（27.8%）成人SMA患者被归类为应答者。儿童应答者中6/7为SMA II型，1/7为SMA III型可行走者；所有成人应答者均为SMA III型可行走者。1例儿童SMA III型可行走者和4例成人SMA III型可行走者因基线评分持续较高出现天花板效应而未达应答标准。
3.2 基线血清MSTN和Smad3水平
统计分析显示，基线MSTN水平在以下分组中显著升高：男性（915.0±592.5 pg/mL）对比女性（593.4±231.4 pg/mL）（p=0.03）；SMA III型（952.2±598.9 pg/mL）对比SMA II型（541.1±326.4 pg/mL）（p=0.04）；可行走者（1047.6±548.9 pg/mL）对比非独坐者（374.6±188.5 pg/mL）（p=0.003）。相反，Smad3水平在性别、SMA类型和运动功能状态间无显著差异。MSTN和Smad3水平在SMN2拷贝数分组间无显著差异，亦与基线年龄和病程无关。排除抗MSTN临床试验患者和risdiplam治疗手术患者不影响主要基线发现。基线肌酸磷酸激酶（CK）水平与MSTN水平显著相关（r=0.44，p=0.03），该相关性仅在成人亚组中保持显著（r=0.59，p=0.04）。基线体重、BMI和肌酐水平与MSTN无显著相关。
3.3 治疗期间儿童和成人SMA患者血清MSTN和Smad3水平
统计分析未显示治疗期间儿童和成人SMA患者血清MSTN和Smad3水平的显著变化。按FC值分析，儿童组中MSTN降低见于5/12（41.7%），Smad3降低见于7/12（58.3%）；成人组中MSTN降低见于9/18（50%），Smad3降低见于11/18（61.1%）。值得注意的是，所有儿童和成人非独坐患者的Smad3均降低，所有成人非独坐患者的MSTN均升高。按治疗类型分层（nusinersen或risdiplam）后，两组间MSTN和Smad3水平无显著差异。MSTN和Smad3表达水平在不同时间点间无显著相关性，FC值与应答状态间亦无显著相关。
3.4 血清MSTN和Smad3水平与HFMSE运动量表的相关性
全队列分析显示，血清MSTN水平与HFMSE运动量表在基线（r=0.56，p=0.0004）和治疗后（r=0.60，p=0.0006）均呈显著正相关；FC值未显示显著相关。Smad3在任何时间点均未显示显著相关。儿童队列中，血清MSTN水平与HFMSE基于FC值呈显著负相关（r=?0.75，p<0.008）；Smad3水平与基线HFMSE呈显著负相关（r=?0.50，p<0.03）。成人队列中，血清MSTN水平与HFMSE在基线（r=0.58，p<0.011）和T14（r=0.67，p<0.003）均呈显著正相关；Smad3在任何时间点均无显著相关。
3.5 血清MSTN和Smad3水平与RULM运动量表的相关性
儿童队列中，血清Smad3水平与T6时RULM运动量表呈显著负相关（r=?0.65，p<0.03），基线时呈趋势性负相关（r=?0.45，p=0.05）。MSTN水平与RULM在任何时间点均无显著相关。成人队列中，MSTN和Smad3水平与RULM在任何时间点均无显著相关。
四、讨论与结论
本研究提供了MSTN作为治疗反应潜在生物标志物的新见解，并首次将研究扩展至Smad3。基线MSTN水平在SMA III型较II型、可行走者较非独坐者显著升高，提示较高MSTN水平与较轻SMA表型相关，可能反映肌肉质量的较好保留，与MSTN作为骨骼肌质量负调控因子的生理作用一致。男性MSTN水平显著高于女性，与SMA疾病表现的性别效应一致，但HFMSE和RULM评分在性别间无显著差异，提示性别因素可能独立影响MSTN调节。未发现MSTN与年龄、病程或SMN2拷贝数的显著关联，提示血清浓度可能反映功能状态而非遗传背景或病程。
Smad3水平在性别、年龄、SMA类型、运动功能、病程和SMN2拷贝数间均无显著差异，且与MSTN无相关性。这可能反映Smad3并非仅由MSTN调节，还可被TGF-β超家族其他配体（如TGF-β1和激活素）激活。与MSTN作为分泌性肌因子可直接释放入循环不同，Smad3主要作为细胞内信号介质，其血清水平可能无法准确反映激活状态和组织特异性活性。因此，研究结果不支持血清Smad3目前作为临床适用生物标志物，但儿童队列中Smad3与HFMSE和RULM的负相关提示较高Smad3活性可能与更受损的运动功能相关，可能反映促纤维化和肌肉抑制环境。
治疗方面，儿童患者中MSTN FC与HFMSE变化呈显著负相关，提示改善HFMSE评分的患者表现出MSTN水平降低，与MSTN作为肌肉生长负调控因子的作用一致，可能反映与治疗相关的动态反应。成人患者中MSTN水平与HFMSE在基线和治疗结束时显著相关，但HFMSE变化与MSTN FC间无关联，提示在成人中MSTN可能主要反映疾病严重程度和残余肌肉质量，而非SMN靶向治疗的动态反应指标。MSTN和Smad3变化与应答状态无关联，且独立于治疗类型。
研究主要局限性包括样本量相对较小和队列组成异质性，可能限制亚组分析的统计效力；缺乏儿童健康对照也限制了对MSTN和Smad3基线表达水平的解读。儿童与成人间的差异可能反映疾病分期、SMA亚型分布、基线运动功能、残余肌肉质量、病程、治疗时机和治疗反应等多重因素的相互作用，而非单纯的年龄依赖性生物学机制。
总体而言，研究结果支持MSTN作为成人和儿童SMA患者疾病严重程度和功能状态的生物标志物，并提示MSTN可能作为儿童患者疾病进展的动态生物标志物，不受治疗影响。Smad3作为SMA生物标志物的作用较为有限，需进一步研究明确其磷酸化/活化形式的信息价值，因为总循环Smad3可能无法准确反映组织特异性Smad3活性或下游信号传导。未来需在更大规模、独立且理想情况下多中心的纵向队列中验证这些发现，并进一步明确MSTN及相关生物标志物在不同DMTs下的反应模式。
