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新综述 | 脊髓性肌萎缩症的治疗方法
作者:章嫣 马文豪 来源:瑞希罕见病所 2017-06-06

 

译者的话

 

    北京瑞希罕见病基因治疗技术研究所专注于单基因遗传病的基因治疗研究,在研项目之一是脊髓性肌萎缩症(SMA)的基因替代治疗药物研发。SMA基因缺陷在人群中携带率非常高,预计中国的SMA患者有3~5万人,并且一直无药可治。开发有效的治疗药物迫在眉睫。

最近Gene Therapy杂志上刚接收了一篇脊髓性肌萎缩症治疗方法的综述,报道了SMA治疗上的进展。瑞希所SMA项目组的小伙伴们把该文全文翻译出来,希望对国内SMA患者和公众了解相关进展有所帮助。



 

摘要:

脊髓性肌萎缩(SMA)是隐性常染色体神经退行性遗传疾病,其特征是运动神经机能严重障碍,进而导致进行性肌肉萎缩和肌肉功能丧失,归因于SMN1基因中的突变。SMN2是另一个靠近丝粒的基因,在所有患者中都是完整的,但外显子7中包含有一处点突变(C>T),产生了剪接增强信号并使得大部分转录物中都缺失外显子7,导致SMN2产生了不稳定蛋白质,因此SMN2不能代替SMN1基因行使原本的功能。

过去十年里,随着对疾病模型和SMN功能的密集研究,靶向SMN2上调SMN蛋白被认为是可行的治疗方法。最近,我们见证了一个历史性转折点——第一个SMA疾病修饰疗法获得了美国食品和药物管理局(FDA)的批准,目前对于广大的患者而言这一药物是可用的。这个创新型疗法的核心是一种反义寡聚核苷酸,经鞘内注射后可以增加SMN2 mRNA中外显子7的包含率,增加完整功能性SMN蛋白的数量。其他几种先进疗法,例如病毒载体介导的基因治疗和口服的小分子药物在早期临床实验阶段也呈现出可喜的成果。

 


 

译文

 

脊髓性肌萎缩(SMA)是一种单基因常染色体隐性遗传性疾病,活产新生儿发病率是1/10000。自从1995年确定了SMA的致病基因后,近期关键性治疗的突破都是基于SMA的发病机制、遗传生物学和细胞机制相关的重要认识所致。过去,SMA的治疗方式分为两种:一是临床护理优化,二是实验性疗法。Cochrane在一篇近期综述中认为,目前还没有一种针对性的药物能够被证明具有实际疗效。

但是近期在治疗方面发生了巨大的变化:20161223日,一种称为Spinraza的寡核苷酸药物已被FDA批准用于治疗SMA。在众多试验性治疗化合物中,Spinraza是第一个通过前期各项评价并进入FDA审批流程的药物。同时,还有许多引人注目的治疗策略来提升SMN蛋白水平(比如口服生物可利用的小分子药物调节SMN2的剪接;使用病毒载体替换SMN1基因)或是作为神经保护药物来提高运动神经元的存活率。

在这篇文章中,我们回顾了最近的、最有前途的脊髓性肌萎缩症的治疗方法(fig.1)。


 

 

获批的、以增加SMN蛋白水平为目的的实验性治疗

过去二十年里,我们对SMA的分子机制有了更深刻的了解。以增加SMN蛋白为目的的相关研究进展集中于以下几种方式:增加SMN2转录产物中外显子7的包含量,增强SMN2基因表达,稳定SMN蛋白,或替换SMN1基因。

有剪切调节作用的反义寡核苷酸(ASOs)是一种可以干扰外显子生理剪接的人工合成RNA分子。 ASOs既可以被设计用于去除pre-mRNA中的外显子(如在杜氏肌营养不良症中使用的外显子跳跃策略的情况)也可以诱导保留住会被删除的外显子(如SMN2的情况)。事实上,所有SMA患者都携带至少一份SMN2拷贝,但剪切增强位点上的单核酸改变会引起90%的转录产物缺失外显子7,翻译出非功能性蛋白。依靠剪切作用增加SMN2pre-mRNA中外显子7的方法,不失为一种引人注目的治疗方案,不仅因为它适用于所有SMA患者,也因为SMN2所得的mRNA产物和最终蛋白质产物与SMN1完全相同。 ASOs能够高效地促进外显子7SMN2转录物中的包含率,且于体内、外均能提高SMN蛋白水平,但ASOs不能穿过血脑屏障,因此需要进行反复地鞘内注射。ASOs Spinraza(也称为Isis 396443SMNRxnusinersen)早期开放标签的临床试验证明了它对于I型和IISMA患者个体具有良好的安全性和鼓舞人心的疗效。

随后进行的大型随机双盲对照临床实验(ENDEAR)中,7个月龄以下的ISMA婴儿接受了Spinraza治疗或模拟治疗(对照组),得到了正性临床效果,并因此提前中断了实验,所有参与者得以转入开放标签研究中(称为SHINE)。这项研究所带来正性结果促使进其向FDA提交了新药申请。该药物目前在美国已获得许可用于治疗SMA患者,并且已经向欧洲药品管理局(EMA)提交了申请,该药物的投资者Biogen公司已经向多个欧洲国家的临床试验点提出通过EAP计划招募更多ISMA患者的可能性。(欲了解更多信息,请访问www.biogen.comIISMA患者的随机对照研究的中期结果,以及开放性试验项目中Spinraza对早期症状婴儿的药效研究均非常顺利。

 

小分子

有许多低分子量的药物能够通过不同机制提升SMN蛋白水平,激活SMN2启动子以增加其表达;或迫使SMN2转录翻译。这些药物正处于积极研究之中。

组蛋白脱乙酰酶抑制剂可以增加SMN2 mRNA总体水平,在SMA患者细胞系和小鼠模型中都表现出有效的结果,但是苯丁酸钠,丙戊酸和羟尿酸这几种抑制剂,它们临床测试结果或是微乎其微,或是根本没有效果(临床试验编号分别是NCT00485511; NCT00568698; NCT00528268; NCT00439218; NCT00439569; NCT00227266)。

其他小分子药物,如氨基糖苷类能加强核糖体对SMNΔ7转录产物的翻译能力,翻译至终止密码子的位置(通读作用),产生的SMN蛋白变异体相比SMN2基因的天然产物更加稳定。皮下注射“诱导通读化合物”(TC007)虽然不延长转基因SMA小鼠的存活时间,但确实使其的运动功能增强。

最近,开发出了一种类型不同但更有效的药物,它能够有效地改变SMN2转录物的剪接模式,以防止外显子7的缺失。这种药物目前正在进行早期临床实验,其改善SMA转基因小鼠的疗效方面具非常显著。

这种小分子药物是PTC Therapeutics公司使用高通量药物筛选平台得到的,并在临床前试验中,证明其对SMA转基因小鼠有明确的功效。罗氏公司进一步对化合物进行化学优化,并将其作为口服药物加入临床实验。 2015年,在多个医疗研究中心开展了1期随机双盲安慰剂对照研究,以调查成人和儿童SMA患者(MOONFISH; NCT02240355)使用RG7800治疗12周后的安全性,耐受性,药代动力学和药效学。招募第一批患者后,由于在平行慢性临床前毒理学研究中观测到RG7800对患者眼睛的健康存在意想不到的威胁,赞助商只能将实验搁置在临床阶段。这个临床实验最后被终止了。最近,罗氏公司发起了两项临床I/II期实验,来研究类似的化合物——RG7916。患有ISMA的婴儿(firefishNCT02913482),以及患有II型和IIISMA的婴儿(sunfishNCT02908685),罗氏将分别研究RG7916对他们的安全性,耐受性,药代动力学和药理药效。这两项研究目前正在进行中,并招募患者参与。

诺华公司也正在实施一个相似的策略:在SMA转基因小鼠的实验中,这种小分子能够增加SMN2外显子7的保留概率并能够大大增加SMA转基因小鼠的预期寿命; SMA I型婴儿口服LMI070的开放标签的I/II期临床研究于20154月在欧洲四个国家启动(NCT02268552)。 在2016年的年中,平行慢性临床前毒理学研究表明,持续一年内每天用一次药比每周用药一次具有预计之外的伤害,包括外周神经和脊髓,睾丸和肾脏中的血管。药物赞助商决定暂停实验扩大计划。自以上结果宣布以来,所有参加实验的患者均受到密切观察,目前研究还在进行中,但不再招募参与者。

 

病毒载体基因治疗

作为单基因疾病,SMA非常适合基于载体介导的基因替代疗法,以恢复患者体内正常状态的SMN1基因。病毒介导的SMN基因转移疗法在临床前研究中已取得显著的成功。表达SMN蛋白的自身互补腺相关病毒载体(scAAV)经全身注射或脑室内注射,均在小鼠和非人灵长类动物中的运动神经元中表现出有效的转导效率,几乎完全纠正了具有SMA表型的小鼠模型。

在选择用于转移SMN1基因的潜在载体时,腺相关病毒载体(AAV)血清型8和血清型9成为了极好的竞争者,这是由于它们在给模型小鼠全身给药(静脉内注射)后,AAV8AAV9可以穿透血脑屏障。

在美国,Avexis公司正在推进SMA的基因治疗(NationwideChildrens Hospital),这也是Avexis公司唯一的项目。SMA基因治疗临床I期需要评估静脉注射scAAV9-SMNSMAI型新生儿体内的安全性。(NCT02122952)这一开放标签的、剂量递增的、通过外周静脉给药的AVXS-101临床试验正在进行中,但不继续招募患者。目前,共计15名新生儿已接受AVXS-101治疗并登记入名,参与研究的患者被分为两组,分别接受 6.7×1013vg/kg3名)和2.0×1014 vg/kg12名)两种给药剂量,均采用单一的静脉注射方式给药。

当患者到达13.6月龄时,将会对AVXS-101的有效性做初步分析评估,并最终于201712月完成评估工作。

2016年,这令人鼓舞的初期工作成果展示在了许多的国际会议上,Avexis公司正计划一项更大的、涉及多个医学中心的临床III期研究,使用静脉注射一次性给药基因替代疗法,这一研究项目针对美国和欧洲的SMA I型患儿公开招募。

 

其他治疗方法:

 

神经保护化合物

奥利索西(Olesoxime)是另一种分子化合物,在许多体内、体外研究中,它均展现出神经保护的作用,促进神经突生长,并与线粒体通透性转换孔相互作用。在体外神经元细胞死亡研究中,奥利索西展现出一种剂量依赖性的功能,这一功能可以增加营养因素剥夺检测中的细胞存活率。此外,SOD1基因93GA突变的ALS模型小鼠中,使用奥利索西治疗能阻止体重下降、严重的肌肉功能减退,相比对照组可增加10%的生存期。

这种药物已经在2013年于多个医学实验中心完成了临床II期实验,这一实验采用的是随机双盲对照法,并使用安慰剂作为对照组。共计从欧洲的23个地点(法国、德国、意大利、英国、波兰、荷兰、比利时)招募了165名非流动性SMAIIIII型患者,年龄范围在325岁之间,进行了为期大约2年的实验研究。实验方案的随机比率为2:1,有108名患者接受剂量为10mg/kg的奥利索西治疗,其余57名患者安排为安慰剂对照组。这两年的初步研究结果表明奥利索西能够维持病人的运动能力,并提高整体的健康状态。

目前,由霍夫曼-拉罗氏制药(Hoffmann-LaRoche)资助的开放标签的临床试验研究项目(OLEOS;NCT02628743)登记了多名SMA患者,这些患者将会参与奥利索西临床II期有关长期安全性、耐受性和有效性的实验。此项评估实验的终止日期为202012月。

 

骨骼肌肌钙蛋白激活法

这种治疗方法使用了另一种小分子药物,目的是减缓用于调节肌钙蛋白复合物对钙离子的释放速度,这一蛋白复合物存在于快速骨骼肌纤维中,这一小分子化合物也许能够提升SMA患者的肌肉功能和身体活动能力。AstellasCytokinetics公司的合作中,开发出了CK-2127107CK-107)化合物,这是一种新型骨骼肌肌钙蛋白调节剂,在SMA实验动物的临床前实验表明,CK107可以增加神经元骨骼肌力的极限强度,延迟并减少肌肉疲劳程度。

CK-2127107药物研究工程目前正在美国和加拿大地区招募流动和非流动的SMAIIIIIIV型患儿,参与临床II期的随机双盲对照试验,届时将进行两组加大剂量试验。

 

沙丁胺醇(Albuterol

沙丁胺醇是一类β-肾上腺素拮抗剂,研究发现它在健康人体内有促进生物合成的作用。这一特性已在SMAIIIII型患者身上得以评估,6个月的用药后,病人的肺活量和骨密度出现了明显的提升。随后展开了一项口服舒灵(salbutamol)的试点性研究。舒喘灵是沙丁胺醇的一种形态,在服用舒喘灵6~12个月后,能提升HammersmithFunctional Motor ScaleHFMS)的功能性评分。体外实验研究也证明舒喘灵可以促进外显子7的包含,增加全长SMNmRNA转录物比例、SMN蛋白数量、宝石体的数量,并且这一影响被发现与SMN2基因的拷贝数直接相关。

 

干细胞

移植干细胞的原因之一是为了补充内源性的运动神经元,并通过神经保护药物递送这些干细胞。理论上,也能部分修复神经和非神经细胞。从脊髓获得的神经干细胞经鞘内注射进入到SMA模型鼠后,神经干细胞迁移进软组织细胞合适的位置,其中一小部分形成了运动神经元。这些治疗过的小鼠的运动单元和神经肌肉功能得以提升,并且提高了38%的生存期。

尽管小鼠中的神经干细胞移植实验结果是积极的,但它对于人类的影响仍是不明确的。另一种方法是使用胚胎干细胞或者诱导性多能干细胞,这两种干细胞均已在动物实验上尝试过。这些细胞有能力在体外、体内分化成为神经干细胞和运动神经元。(32-34)免疫抑制疗法可能是这一移植策略成功的关键。

在对SMA小鼠鞘内移植经胚胎干细胞分化的神经干细胞后,发现其减轻了SMA小鼠的表型,研究发现神经干细胞向脊髓内目标组织有适当地迁移,起到了神经保护作用并延长了58%的生存期。

SMA患者体测试神经干细胞的一项方案正于FDA等候执行,而用于人的临床实验仍然有很远的路要走。

同样的,移植同种异体的间叶细胞也是一个饱受争议的方法。2014年,一家意大利私营企业经意大利卫生部专家小组审批后启动了间叶细胞移植实验,通过静脉和鞘内注射的方法移植同种异体的间叶细胞,但这些给患者输入的间叶干细胞并没有按照欧洲严格的质量控制标准生产。产生这一乱象的原因是缺乏有效药物,同时也没有深切关注这一类药物的质量监管。

尽管SMA研究领域中,以上所有的治疗方法进展迅速、值得期待,并且Spinraza这一药物成功地完成临床III期实验也是鼓舞人心的,然而,有几个问题仍未解决。第一个问题直指运动神经元的生长和逐渐死亡。对于患者的最佳干预时间仍是不确定的,在特别的情况下,一些不可逆的病理将会阻碍任何有意义的治疗方案。治疗干预的时机和疗效反馈之间的确有着紧密的关系,在许多SMA模型鼠研究中均被验证,而在人身上是否存在这一结论却还是未知的。随着时间的推移,这些治疗方法的疗效是否清晰?尤其对在生长中的儿童是否会产生影响?另外,动物模型和有限的病例证实了SMA的病理并不仅影响运动神经元,还包括骨骼肌、感觉器官、神经肌肉接头、中间神经元和感觉神经之间的传递等等复杂的病理影响。全身器官的功能障碍或是结构改变在大多数严重的SMA患者终末期都有被记录。这些信息透露出一些不确定的因素:即治疗策略能否仅针对运动神经元而非全身组织?这是否会导致朝有一日患者的多器官发生系统性的功能障碍?像“什么时候治疗”“如何治疗”“哪些细胞应该作为治疗靶点”这些残存的问题对于设计出创新的治疗策略仍是极其关键的。特别是和靶向外周组织和中枢神经系统相比,仅靶向中枢神经系统潜在的治疗优势都是什么?这些都要一一被展现出来。就目前开发的治疗手段而言,很有可能以上的问题都会从未来多年的临床试验中得到答案。

 

(章嫣 马文豪 译,马文豪 校)


原文:M Scoto, R S Finkel, E Mercuri, F Muntoni, Therapeutic approaches for spinal muscular atrophy (SMA), Gene Therapy accepted article preview 31 May 2017; doi: 10.1038/gt.2017.45.