SMA疾病致病機(jī)理及基因治療方法的介紹

走進(jìn)「罕見病十宗罪」專欄，為你解密罕見疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制、行業(yè)研究進(jìn)展（基因治療等）、推動成果轉(zhuǎn)化的臨床前創(chuàng)新策略（模型構(gòu)建及藥物篩選等）。
 

SMA病人需要借助輪椅出行

每年的8月7日為“國際SMA關(guān)愛日”，脊髓性肌萎縮癥（Spinal Muscular Atrophy, SMA）是一種特征性累及脊髓前角運(yùn)動神經(jīng)元引起進(jìn)行性肌無力和肌萎縮的常染色體隱性遺傳病，是嬰幼兒期比較常見的致死性神經(jīng)遺傳病，人群發(fā)病率約為1/6000-1/10000。

針對SMA疾病，目前可用的藥物不多，基因治療一定程度上為該疾病患者帶來了福音。你知道嗎？據(jù)說在這種神奇療法的應(yīng)用中，基因SMN2起到了關(guān)鍵性作用，實現(xiàn)了一次由配角躍升為主角的逆襲。

SMA疾病的致病機(jī)理

人基因組中存在高度同源的SMN1基因和SMN2基因，它們僅存在幾個堿基的差異，而SMN2基因中7號外顯子中的一個關(guān)鍵堿基差異c.840C>T，使得兩個基因轉(zhuǎn)錄的pre-mRNA可變剪接不同，導(dǎo)致SMN2基因主要產(chǎn)生7號外顯子缺失的、不穩(wěn)定的SMNΔ7蛋白^[1]。

絕大多數(shù)SMA患者為SMN1基因突變，而高度同源的SMN2基因不能產(chǎn)生足量的全長SMN蛋白，不足以彌補(bǔ)SMN1基因功能缺失而導(dǎo)致疾病發(fā)生。因此，在產(chǎn)生SMN蛋白過程中，我們可以將SMN1視為主角，SMN2則是配角。
 

SMA疾病相關(guān)的基因治療

目前SMA的治療方式主要是補(bǔ)充療法，以及靶向SMN2改變其剪切方式以增加SMN全長蛋白表達(dá)量。在此過程中，配角（SMN2基因）經(jīng)過改造后會逆襲成為治療主力，表達(dá)SMN全長蛋白，如Ionis公司的ASO藥物諾西那生鈉，通過與SMN2基因轉(zhuǎn)錄形成的mRNA相結(jié)合，改變RNA的剪接過程，從而增加正常SMN蛋白的表達(dá)量^[2]。

在SMA相關(guān)的臨床前研究中，較常見的疾病模型為Δ7小鼠，這是一個三重純合的轉(zhuǎn)基因小鼠：Smn1^-/-；SMN2^tg/tg；SMNΔ7^tg/tg。為推動該疾病藥物研發(fā)，賽業(yè)生物自主研發(fā)了hSMN2全基因組人源化小鼠，將小鼠內(nèi)源性Smn1基因替換為人源SMN2基因全長片段，可以為研究人員提供更貼近真實世界生物機(jī)制的人源化疾病模型。
 

hSMN2全基因組人源化模型驗證數(shù)據(jù)

1.hSMN2全人源化小鼠hSMN2、mSmn1表達(dá)量檢測

hSMN2小鼠和野生型小鼠（B6N）人SMN2基因、小鼠Smn1基因mRNA表達(dá)量檢測

腦、肝臟組織qPCR檢測結(jié)果顯示，與對照組B6N相比，hSMN2小鼠成功在體內(nèi)表達(dá)人源hSMN2，不表達(dá)小鼠Smn1。（注：E7+& E7-代表所有hSMN2轉(zhuǎn)錄本；E7-代表缺失E7的hSMN2轉(zhuǎn)錄本）

hSMN2小鼠和野生型小鼠SMN蛋白表達(dá)檢測

hSMN2小鼠腦和肝中的SMN蛋白的表達(dá)明顯低于野生型小鼠，證明hSMN2小鼠合成SMN蛋白的能力降低。

2.hSMN2小鼠體型異常

小鼠身長對比圖

hSNM2小鼠（KI/KI）相較于同齡同窩雜合子（KI/+）表現(xiàn)出肌肉萎縮，站立不穩(wěn)，體型較小，身長較短，尾巴出現(xiàn)斷尾現(xiàn)象。

3.hSMN2小鼠肌肉組織異常

肌肉組織HE染色

相對于B6N野生型小鼠，hSMN2小鼠肌肉組織可見少量肌細(xì)胞壞死，胞質(zhì)崩解，伴有極少量的淋巴細(xì)胞浸潤（藍(lán)色箭頭），周圍可見肌細(xì)胞萎縮，體積減小，肌細(xì)胞間隔增寬，排列疏松（黑色箭頭）。

綜上所述，hSMN2小鼠成功表達(dá)人源SMN2基因，且出現(xiàn)SMN蛋白表達(dá)顯著降低，hSMN2小鼠肌肉組織及體型發(fā)育異常，成功模擬SMA患者部分表型。
 

HUGO-GT^TM 全基因組人源化模型構(gòu)建計劃

不僅是脊髓性肌萎縮癥（SMA），針對視網(wǎng)膜色素變性（RP）、黃斑變性（AMD）、帕金森�。≒D）等多種疾病類型，如果要深入研究其致病機(jī)理，長片段甚至全基因組人源化小鼠是更好的選擇。但全基因組替換所需的技術(shù)難度高，大規(guī)模引入的外源序列可能會影響原本基因的表達(dá)調(diào)控。

為此，賽業(yè)生物啟動了HUGO-GT^TM計劃，基于自主研發(fā)的TurboKnockout-Pro技術(shù)，對鼠源基因?qū)崿F(xiàn)原位替換，成功構(gòu)建了涵蓋更豐富干預(yù)靶點的全基因組人源化小鼠。HUGO-GT^TM小鼠搭載了更高效的大片段載體融合技術(shù)，可以作為萬能模板進(jìn)行針對性的突變定制服務(wù)，是更貼近真實世界生物機(jī)制的藥物臨床前研究模型。

注：HUGO-GT^TM即Humanized Genomic Ortholog for Gene Therapy

「罕見病十宗罪」專欄精彩內(nèi)容預(yù)告
1.印記基因UBE3A異常導(dǎo)致的天使綜合征（AS）
2.不同重復(fù)序列致病的罪魁禍?zhǔn)?mdash;—ATXN3、TCF4等

參考文獻(xiàn)：
[1]Gladman JT, Chandler DS. Intron 7 conserved sequence elements regulate the splicing of the SMN genes. Hum Genet. 2009 Dec;126(6):833-41. doi: 10.1007/s00439-009-0733-7. PMID: 19701774; PMCID: PMC2891348.

[2]Hill SF, Meisler MH. Antisense Oligonucleotide Therapy for Neurodevelopmental Disorders[J]. Dev Neurosci. 2021;43(3-4):247-252. doi: 10.1159/000517686.