國際SMA關愛日特輯：小鼠模型助力脊髓性肌萎縮癥的研究

你有想過，如果你不能奔跑、行走、
吞咽甚至呼吸，會怎么樣嗎？

對此，你是否難以接受？
然而，這些我們習以為常的“本能”，卻是有些人夢寐以求的事情。

有這樣一種疾病，由于編碼運動神經(jīng)元存活蛋白（Survival motor neuron protein, SMN）的SMN1基因第7號外顯子缺失，導致患者出現(xiàn)進行性的肌無力和肌萎縮，甚至危及生命——這便是脊髓性肌萎縮癥（Spinal muscular atrophy, SMA）。

自1996年起，每年的8月定為全球SMA關愛月；2018年中國SMA患者組織建議，將每年的8月7日設立為“國際SMA關愛日”。在這個特殊的日子，讓我們一起了解這種疾病，以及在藥物研發(fā)中做出重要貢獻的動物模型。

1/10000

全球范圍內(nèi)，SMA發(fā)病率為1/10000，是一種罕見��；但在正常人群中，SMA致病基因的攜帶率非常高，平均每50個普通人中就有一個是攜帶者。雖然高達94%的SMA患者攜帶SMN1基因突變，SMA的嚴重程度不完全相同，這是因為SMN2基因的拷貝數(shù)不同。SMN2基因也能編碼SMN蛋白，但由于同義點突變，在進行蛋白質(zhì)翻譯的時候有90%的概率跳過第7號外顯子，產(chǎn)生不穩(wěn)定的截短型蛋白，從而無法發(fā)揮SMN蛋白的生理作用。由于小鼠只具有人SMN1基因的同源基因Smn，因此往往采用轉(zhuǎn)基因的方式構建動物模型，使小鼠表達人源SMN基因，以更好模擬人類中SMN蛋白的合成過程。
 

SMN1及SMN2基因示意圖¹

基于發(fā)病年齡和未經(jīng)治療時患者能達到的最大運動功能，SMA被分為0-Ⅳ共5種類型。最常見的為Ⅰ型SMA：未經(jīng)治療的患兒即使在有輔助的情況下也無法達到坐著時所需要的肌力，通常于2歲前死亡。目前，F(xiàn)DA已批準3種藥物用于治療SMA。下面我們將按藥物類型進行簡要介紹，并帶大家一同了解用于藥物研發(fā)的動物模型。

1. 基因替代療法
2019年5月，美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration, FDA）正式批準由Novartis公司研發(fā)的Onasemnogene abeparvovec（商品名Zolgensma）上市，用于治療2歲以下的SMA患兒。這種基因療法利用scAAV9載體，將正常SMN1基因?qū)�入患者體內(nèi)，從而改善運動神經(jīng)元等受累細胞的功能。

該藥物的研發(fā)過程中，使用了獼猴和FVB.Cg
Grm7^{Tg(SMN2)89Ahmb} Smn1^tm1Msd Tg(SMN2*delta7)4299Ahmb/J (#005025)小鼠（通常稱為FVB.SMNΔ7;SMN2;Smn-小鼠）。

FVB.SMNΔ7;SMN2;Smn-小鼠攜帶兩個轉(zhuǎn)基因等位基因和一個無效突變，缺乏內(nèi)源性Smn基因的同時表達缺乏7號外顯子的人源SMN2 cDNA。在出生后，該品系小鼠的體型明顯小于正常幼崽，在出生后5天內(nèi)表現(xiàn)出肌無力的現(xiàn)象，并隨著年齡增加逐漸加劇。該品系小鼠14日齡時可檢測到腓腸肌萎縮，可以較好地模擬SMA患者的神經(jīng)病理表現(xiàn)和癥狀，最常用于與早期干預相關的療效研究。在Onasemnogene abeparvovec的臨床前研究中，出生后1天時給予SMA小鼠心內(nèi)注射AAV，可以挽救其運動功能、神經(jīng)肌肉電生理活動，并延長壽命。

2. 反義寡核苷酸（ASO）
由Biogen公司生產(chǎn)的Nusinersen（商品名Spinraza）是首個獲得FDA批準的用于治療SMA的藥物。這是一種ASO藥物，通過鞘內(nèi)給藥，Nusinersen可以與SMN2基因7號外顯子的剪切位點結合，降低其在剪切過程中被截短的比例，從而增加全長SMN蛋白的合成。

在該藥物的研發(fā)過程中，同樣使用了獼猴，以及另一種SMA模型小鼠——FVB.Cg-Smn1^tm1Hung Tg(SMN2)2Hung/J (#005058)小鼠。該品系小鼠攜帶Smn1^tm1Hung敲除等位基因，同時轉(zhuǎn)入整個人源SMN2基因編碼區(qū)及側翼序列。該品系半合子小鼠攜帶約2個轉(zhuǎn)基因拷貝，并且小鼠轉(zhuǎn)基因的拷貝數(shù)與神經(jīng)退行性表型的嚴重程度之間有很強的相關性：雙純合子小鼠表現(xiàn)出Ⅲ型SMA的癥狀，可出現(xiàn)脊髓前角運動大神經(jīng)元的丟失；而Smn1^tm1Hung純合Tg(SMN2)2Hung轉(zhuǎn)基因半合小鼠則表現(xiàn)出Ⅰ型SMA的癥狀，通常在約14天時死亡。研究者向新生鼠或成年小鼠側腦室注射Nusinersen后，可觀察到小鼠耳朵和尾部壞死情況有所改善。并且，成年小鼠相關研究結果顯示，該ASO藥物停藥后6個月仍能觀察到藥物的最大效應。

3. 小分子藥物
由PTC Therapeutics、非營利性SMA基金會和Roche公司三方聯(lián)合開發(fā)的Risdiplam (商品名Evrysdi)，因其便捷的口服給藥方式而受到大家的關注。Risdiplam是一種高效的SMN2剪接修飾劑，它可以穩(wěn)定7號外顯子5’端剪接位點與剪接體中U1小核核糖核蛋白（small nuclear ribonucleoprotein, snRNP)之間的相互作用，充當分子間的“膠水”，從而修飾剪接。

在Risdiplam的臨床前研究中使用了FVB.SMNΔ7;SMN2;Smn-小鼠(#005025)和FVB.129(B6)-Smn1^{tm5(Smn1/SMN2)Mrph}/J （#008604）小鼠（通常稱為Smn1C小鼠）。Smn1C小鼠含有兩個串聯(lián)的Smn1/SMN2雜交基因。由于7號外顯子來源于人SMN2基因，產(chǎn)生的Δ7-SMN基因產(chǎn)物比全長SMN產(chǎn)物優(yōu)先剪接，Smn1C/C小鼠表現(xiàn)出相對較輕的SMA表型。研究者發(fā)現(xiàn)，當口服Risdiplam后，兩種SMA小鼠模型的全長SMN蛋白水平得到恢復。同時，SMA模型小鼠的生存時間和體重均得到了不同程度的恢復。

4. 堿基編輯
2016年，劉如謙（David R. Liu）教授團隊開發(fā)了堿基編輯技術：依托于CRISPR的DNA定位能力，催化特定位置的C或A進行脫氨反應，轉(zhuǎn)變?yōu)閁或I，然后在DNA復制的過程中被當作T或G，從而實現(xiàn)C到T或A到G的轉(zhuǎn)換。SMN1基因與SMN2基因的差別在于7號外顯子第6位核苷酸處有C·G到T·A的轉(zhuǎn)變，導致mRNA中的7號外顯子跳躍，產(chǎn)生SMNΔ7截短蛋白。理論上，通過將SMN2基因中的T·A堿基對轉(zhuǎn)換為C·G對，能夠有效地將其轉(zhuǎn)化為SMN1基因的副本，從而治療疾病。體外研究表明，這種方式能有效增加SMN蛋白水平。研究者利用雙AAV載體，將腺嘌呤堿基編輯器（Adenine base editors, ABE）導入FVB.SMNΔ7;SMN2;Smn-小鼠(#005025)中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在進行治療后，F(xiàn)VB.SMNΔ7;SMN2;Smn-小鼠(#005025)的運動功能、存活率及壽命均有所改善。

目前，JAX可提供多種用于SMA研究的小鼠品系，活體品系如下：
 

若您對SMA疾病研究及藥物研發(fā)感興趣，可參看品系查詢，尋找適合的動物模型。

同時，杰克森實驗室也提供SMA體內(nèi)藥效研究服務，可協(xié)助您檢測各種SMA相關指標，包括體重、存活率、電生理活性、神經(jīng)肌肉接頭成熟度以及SMN水平等。

您可以聯(lián)系杰克森實驗室技術支持（micetech@jax.org.cn, 400-001-2626）獲取更多相關信息，我們將竭盡所能為您提供幫助。

參考文獻
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