《Frontiers in Human Neuroscience》：Therapeutic strategies for spinal muscular atrophy: the history and future perspective
脊髓性肌萎缩症（SMA）是一种破坏性的常染色体隐性遗传性神经肌肉疾病，其特征为下运动神经元的进行性变性，导致肌肉无力和萎缩，主要发生在儿童期。该病由生存运动神经元1（SMN1）基因的纯合缺失或功能丧失性突变引起，而几乎相同的SMN2基因作为疾病严重程度的关键修饰因子。自1891年首次临床描述和1995年致病基因鉴定以来，该领域经历了变革性的治疗进展。2016年美国食品药品监督管理局（FDA）批准了nusinersen（一种靶向SMN2剪接的反义寡核苷酸），标志着首个疾病修饰疗法，随后于2019年批准了基因替代疗法onasemnogene abeparvovec，2020年批准了口服小分子剪接修饰剂risdiplam。这些SMN靶向疗法显著改善了生存和运动功能结局，特别是在日益广泛的新生儿筛查项目使得症状前给药时效果更佳。然而，相当一部分患者，尤其是迟发性疾病患者和成人，表现出有限反应，且现有疗法无法逆转已形成的神经变性或肌肉病理。在本综述中，研究人员追溯了SMA研究和疗法发展的历史，批判性比较了三种获批疗法，并讨论了关键未解决的挑战，包括治疗转换标准、晚诊断患者的管理，以及生物标志物（如神经丝轻链和复合肌肉动作电位）的新兴作用。研究人员进一步探索了针对PTEN、plastin 3、神经钙蛋白δ、肌肉生长抑制素和神经炎症的非SMN治疗策略，并检验了将SMN恢复与肌肉和神经保护剂相结合的联合方法的理论基础。最后，研究人员讨论了涵盖精准医学、下一代基因编辑和生物标志物驱动试验设计的未来方向。虽然SMA已从一种致命的儿童期疾病转变为可治疗疾病，但为所有患者实现根治仍是正在进行和未来研究的目标。
**1 Introduction**
脊髓性肌萎缩症（SMA）是一种罕见的单基因常染色体隐性遗传神经肌肉疾病，由存活运动神经元1（SMN1）基因突变引起，SMN2基因作为严重程度修饰因子。发病率约为1/6000–10000活产，携带者频率约1/40–70。SMA传统上分为5种亚型（0–IV型），基于发病年龄和运动功能。三种获批疗法——nusinersen（2016）、onasemnogene abeparvovec（2019）和risdiplam（2020）——显著改善了预后，但仍有残余缺陷，需探索组合策略。
**2 SMA genetics**
**2.1 The history of SMA**
SMA研究分为三个时期：第一时期（1891–1995）为临床认识和染色体5q13定位；第二时期（1995–2016）为SMN1/SMN2基因克隆和早期药物探索；第三时期（2016年至今）为FDA批准nusinersen、onasemnogene abeparvovec和risdiplam，以及新生儿筛查的推广。
**2.2 Classification of the SMA**
SMA分为0型（产前发病，存活数周），I型（<6个月发病，不能独坐，SMN2拷贝数2–3），II型（<18个月发病，能独坐但不能独走，SMN2拷贝数3），III型（>18个月发病，能独走，SMN2拷贝数3–4），IV型（成年发病，进行性近端无力，SMN2拷贝数≥4）。
**2.3 Genetics of the SMA**
**2.3.1 SMN gene**
SMN1基因位于染色体5q13，含9个外显子，编码全长SMN蛋白（294个氨基酸，约38 kDa）。98.7%的SMA患者存在SMN1纯合缺失，其余为基因内突变。
**2.3.2 The SMN protein**
SMN蛋白定位于细胞质、核仁、核内Gems和Cajal小体、神经元生长锥和突起。其功能涉及肌动蛋白细胞骨架动力学、mRNA运输、生物能量通路、RNA代谢、泛素稳态和突触囊泡释放，以及前体mRNA剪接和snRNP生物发生。SMN缺乏破坏多种细胞通路。
**2.3.3 SMA pathology**
SMA病理涉及骨骼肌、神经肌肉接头（NMJ）和下运动神经元。SMN与异质核糖核蛋白R（hnRNP R）复合物影响β-肌动蛋白mRNA转运。在NMJ，AChR簇形成和突触传递受损。plastin 3（PLS3）过表达可恢复NMJ功能，神经钙蛋白δ（NCALD）抑制有保护作用。骨骼肌中SMN选择性缺失导致肌纤维萎缩、线粒体异常和凋亡。
**3 SMN2**
**3.1 The gene**
SMN2与SMN1几乎相同，但外显子7第6位核苷酸为C→T转换，导致约10–15%的转录本产生全长SMN蛋白，大部分产生跳过外显子7的截短异构体。引入人SMN2基因可挽救小鼠胚胎致死性，但产生严重SMA样表型。
**3.2 Splicing**
C→T转换破坏外显子剪接增强子（ESE）基序，干扰丝氨酸/精氨酸丰富剪接因子SF2/ASF（SRSF1）的结合，导致外显子7主要被跳过。Δ7-SMN蛋白寡聚化困难，且被泛素-蛋白酶体系统更快降解。
**3.3 Severity and copy number of SMN2**
SMN2拷贝数与疾病严重性相关：1个拷贝对应0型，2–3个对应I型，3个对应II型，3–4个对应III型，≥4个对应IV型。但此关系非绝对，存在表型变异。
**3.4 SMA phenotype and other genetic modifiers**
PLS3被鉴定为保护性修饰因子，其高表达促进轴突伸长和NMJ完整性。NCALD低表达与较轻表型相关，其抑制可改善运动神经元存活和疾病进展。这些修饰因子独立于SMN2拷贝数，为组合疗法提供依据。
**3.5 Epigenetic regulation of SMN2 expression**
SMN2表达受组蛋白乙酰化和DNA甲基化调控。组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）如丙戊酸（VPA）可增加SMN2转录，但临床疗效不一致。SMN2启动子区域CpG甲基化与疾病严重性相关，甲基化CpG结合蛋白2（MeCP2）以甲基化依赖性方式结合。全基因组甲基化分析显示SMA患者与健康对照在Rab和Rho GTP酶相关基因座存在差异。长读长测序发现SMN2甲基化存在组织特异性，但血液DNA甲基化与疾病严重性或治疗反应无关联，而与年龄相关。
**4 Drug development**
**4.1 Therapeutic choices**
靶向SMN2增加SMN蛋白是潜在策略。早期概念验证显示，增加SMN表达可挽救严重SMA小鼠模型。1995年至2016年的研究最终促成了nusinersen的批准。
**4.2 Targets for SMN2 splicing**
SMN2外显子7的剪接受多个顺式元件和反式因子调控。外显子特异性剪接增强子（ESSENCE）和靶向寡核苷酸剪接增强子（TOES）可促进外显子包含。靶向内含子7中的剪接沉默子ISS-N1的反义寡核苷酸有效恢复外显子包含，增加SMN蛋白。
**4.3 Cellular and animal models**
诱导多能干细胞（iPSC）来源的运动神经元和多种小鼠模型用于研究SMA病理和评估疗法。iPSC技术允许直接观察神经元机制，并分化出心肌细胞、内皮细胞等非神经元细胞。小鼠模型通过遗传修饰模拟不同严重程度。
**4.4 Gene therapy for SMA**
**4.4.1 Lentiviral vectors**
2004年首次概念验证：慢病毒载体表达SMN通过逆行轴突运输治疗小鼠模型。
**4.4.2 AAV vector**
2009年，自互补腺相关病毒血清型9（scAAV9）可穿越血脑屏障，转导广泛神经元和胶质细胞。2010年，静脉注射scAAV9-coSMN挽救严重SMA小鼠模型，建立AAV9基因疗法。
**4.4.3 Non-SMN targets emerging from SMA pathology**
SMN依赖疗法在症状前给药最有效，但不能完全恢复。非SMN靶点包括RhoA-ROCK级联、内质网蛋白stasimon、细胞周期蛋白依赖性激酶5（Cdk5）、泛素样修饰激活酶Uba1。PTEN、PLS3和NCALD因其与患者严重性直接关联，成为组合疗法候选。
**4.4.4 Therapeutic rationale for PTEN, PLS3, and NCALD as adjunctive targets**
磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）负调控PI3K/AKT/mTOR通路，SMA中PTEN升高抑制AKT活性。PTEN敲低恢复轴突生长。PL3S编码F-肌动蛋白捆绑蛋白，其过表达挽救NMJ完整性和突触传递。NCALD是钙结合蛋白，其抑制改善运动神经元存活。这些修饰因子为SMN增强疗法提供附加靶点。
**4.5 Existing medications for SMA**
早期药物如加巴喷丁、羟基脲、阿柔比星、利鲁唑、促甲状腺激素释放激素（TRH）、丙戊酸（VPA）和沙丁胺醇等被重新定位。阿柔比星和PTK-SMA1可增加SMN蛋白，但毒性限制开发。VPA增加SMN2转录和剪接，但随机对照试验未显示一致临床获益，且存在肝毒性等副作用。
**4.6 Branaplam and other discontinued splicing modifiers**
Branaplam（LMI070）是口服小分子剪接修饰剂，促进外显子7包含。1/2期MOONFISH试验在I型SMA婴儿中进行，但诺华于2021年终止开发，因治疗格局快速演变，branaplam无法提供足够差异化。其后转向亨廷顿病研究，证明可降低huntingtin（HTT）转录水平。
**5 FDA-approved drugs for SMA**
**5.1 Nusinersen**
Nusinersen是首个FDA批准的反义寡核苷酸（ASO），靶向ISS-N1，促进外显子包含，通过鞘内注射给药。3期ENDEAR和CHERISH试验显示运动功能改善，NURTURE试验在症状前婴儿中最大化运动获益。长期随访显示效果受SMN2拷贝数影响，且不能完全预防脊柱侧弯等并发症。
**5.2 Onasemnogene abeparvovec**
基因替代疗法，通过scAAV9载体递送功能SMN1，单次静脉注射。START和SPR1NT试验显示显著生存和运动里程碑改善，但存在肝毒性、血栓性微血管病等不良反应，且年龄和体重影响疗效。
**5.3 Risdiplam**
口服小分子剪接修饰剂，作用于SMN2前体mRNA的两个位点，系统分布。FIREFISH、SUNFISH和RAINBOWFISH试验显示运动功能改善，死亡率降低，但长期治疗中运动功能可能稳定或平台期，且存在发热、感染等副作用。
**5.4 Biomarkers for SMA diagnosis, progression, and treatment monitoring**
**5.4.1 SMN protein and SMN transcripts**
外周血单个核细胞中SMN蛋白水平与SMN2拷贝数和表型严重性相关。全血中SMN2全长与跳过外显子7的转录本比率作为剪接修饰剂的药效学终点。
**5.4.2 Neurofilament proteins**
血清和脑脊液中神经丝轻链（NfL）在未治疗的I型SMA患者中升高，治疗后迅速下降，与运动里程碑改善相关。磷酸化神经丝重链（pNfH）在脑脊液中有类似轨迹。
**5.4.3 Compound muscle action potential (CMAP)**
CMAP波幅和运动单位数目估计（MUNE）反映功能运动单位完整性，症状前已降低，治疗后稳定或部分恢复。
**5.4.4 Emerging biomarkers**
MicroRNA如miR-146a作为免疫调节生物标志物，iPSC衍生参数如轴突长度用于药物筛选。
**6 Emerging and adjunctive therapeutic strategies**
**6.1 Apitegromab**
抗肌肉生长抑制素单克隆抗体，抑制潜伏性肌肉生长抑制素激活，促进骨骼肌生长。2期TOPAZ试验显示与nusinersen联用改善HFMSE评分。
**6.2 Reldesemtiv**
快速骨骼肌肌钙蛋白激活剂（FSTA），增加钙敏感性，增强肌肉收缩力。2期试验显示6分钟步行距离改善，但长期疗效未达终点，开发于2021年终止。
**6.3 BVS857**
工程化IGF-1模拟物，促进肌肉生长。2期试验在脊髓延髓肌萎缩症中无显著获益，且高免疫原性（70%患者产生抗药抗体），开发终止。
**6.4 Neuroinflammation**
神经炎症在SMA病理中起作用，IL-6和TNF-α水平升高，nusinersen可降低微胶质激活。miR-146a作为内源性炎症抑制因子，有待临床转化。
**6.5 Autophagy and ER stress**
SMN缺乏损害未折叠蛋白反应（UPR），导致内质网应激和凋亡，同时mTOR失调抑制自噬。小分子如salubrinal和Ceapins在临床前模型中有效调节UPR，尚未进入临床试验。
**6.6 AAV-based gene delivery**
下一代AAV衣壳具有改善中枢神经系统趋向性和降低免疫原性的潜力，可避免重复给药限制，仍处于临床前阶段。
**7 Newborn screening for SMN mutations**
**7.1 Pre-symptomatic screening**
症状前筛查至关重要，因早期治疗可最大化运动功能改善。临床试验显示，预测为II型的患者若在症状前接受治疗可独立行走。
**7.2 Prevention of delayed diagnosis of SMA**
新生儿筛查可避免诊断延迟，使治疗及时，改善运动功能恢复。肌张力低下和呼吸问题婴儿应怀疑SMA。
**7.3 Strategies for SMA treatments**
2018年发布的治疗算法基于SMN2拷贝数，2020年修订版建议无论拷贝数如何尽早治疗。德国筛查中40%的阳性病例有4个或更多SMN2拷贝。
**7.4 Challenges for SMA screening**
新药成本高、公众认知不足是挑战。四拷贝患者的管理存在伦理困境：部分可能多年无症状，但等待观察有不可逆神经元损失风险。需更好的风险分层工具（如NfL、PLS3、NCALD）和共享决策框架。
**8 Discussion**
**8.1 A critical perspective on current SMA therapeutics**
SMN靶向疗法是基础，但症状前治疗获益最大，迟发性患者疗效有限。组合策略是未来方向，将SMN恢复与保护神经肌肉轴和抑制继发级联反应的药物结合。
**8.2 Current challenges with treatment choices and switching**
缺乏全球共识指南指导治疗转换。现有数据不支持直接比较，转换决策基于个体因素如脊柱畸形、疗效平台期和患者偏好。
**8.3 Therapeutic options for adults with SMA**
成人患者对nusinersen和risdiplam反应有限，治疗负担和心理压力影响依从性。转换案例中，从nusinersen转至risdiplam常因有效性和成本，相反方向则因副作用。
**8.4 Technical barriers on durability and delivery**
基因替代疗法中AAV载体以附加体形式存在，在分裂细胞中可能稀释，长效性存疑。高剂量病毒递送存在安全性问题，如血栓性微血管病。需稳定基因组整合技术，如CRISPR-Cas9介导的HITI。
**8.5 Future prospects for SMA therapies**
**8.5.1 Precision medicine and genotype-guided treatment**
整合SMN2拷贝数、PLS3、NCALD和生物标志物进行风险分层，指导个体化治疗。
**8.5.2 Rationale for combination therapy**
SMN疗法与抗肌肉生长抑制素、HDACi等联合，在临床前和早期临床中显示潜力。
**8.5.3 Next-generation gene editing and delivery**
基因编辑技术（如碱基编辑、先导编辑）可直接纠正SMN2突变，Gene-DUET策略实现稳定整合。
**8.5.4 Biomarker-driven trial design**
NfL、pNfH和CMAP等生物标志物可早期评估疗效、优化剂量和患者分层，提高试验效率。
**9 Conclusion**
SMA已从致命疾病转变为可治疗状态，但预后取决于早期诊断和症状前治疗。三种获批疗法各有优势，但SMN恢复不足以完全治愈。组合策略、精准医学和生物标志物驱动的试验设计是未来方向，最终目标是实现所有患者的根治。
