一、总述
脊髓性肌萎缩（Spinal Muscular Atrophy，SMA）是一种基因突变导致脊髓前角细胞变性引起肌无力和肌萎缩等临床症状的一组疾病。根据疾病严重程度及发病年龄，1992年在欧洲神经肌肉疾病中心召开的SAM国际研讨会将其分为4个类型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）。据统计，新生儿SMA发病率为1/6000~1/10000，居致死性常染色体遗传病第二位，仅次于囊性纤维化。SMA是由运动神经元存活基因（Survival Motor Neuron，SMN）的变异所致，随着对SMN的特性及其编码蛋白（SMN蛋白）功能的深入研究，多种治疗策略的临床试验正在推进中。
二、临床症状与分型
SMA主要以进行性、对称性肢体近端和躯干肌肉无力、萎缩为主要表现，患者最终死于呼吸衰竭和严重的肺部感染。病情会危及到身体广大部位，引起周身性的反应，如图1所示。
图1 SMA引起全身性的损害
根据患者发病年龄和病情严重程度，将SMA分为４型。如表1所示。SMA-I型是最常见的一种亚型，占比约50%，起病急，病情重，患者一般在2岁内去世；Ⅱ型SMA患儿虽然较I型病情稍轻，但患儿仍然会面临诸如坐立、进食、呼吸等方面的困难；III型患者发病时期较为宽泛，早至1岁，晚至青春期都可能发病。一般III型患者早期的运动指标正常，但随着年龄增长会逐渐出现运动机能衰退的迹象；IV型患者的症状通常始于35岁后，较其它类型要少见，其典型特征是隐形发病，病情发展非常缓慢。
表1 SMA各亚型基本状况
SMA分型
别名
发病时期
临床表现
预后
急性婴儿型（SMA-I）
Werdnig–Hoffmandisease
0-6个月
起病急、病程进展快，表现为严重的全身肌无力和肌张力不全，不能独坐或行走。
常于2岁内死于呼吸麻痹或肺部感染等。
慢性婴儿型（SMA-II）
Dubowitzdisease
6-18个月
发病较Ⅰ型稍迟，进展缓慢。多发性微小肌阵挛是主要表现。许多Ⅱ型患儿可独坐，少数甚至可以在别人的帮助下站立或行走。
本型具有相对良性的病程，生存期超过4年，某些个例可存活至青春期以后。
少年型（SMA-III）
Kugelberg–Welanderdisease
2-17岁
病程进展缓慢，多数表现为轻度肌力减弱。能独立行走的时间较健康儿童延迟，且不能跑。约1/4病例伴腓肠肌假性肥大，1/2病例可见肌束震颤。
起病后逐渐失去行走能力，可存活至成年。
成人型（SMA-IV）
>30岁
缓慢发生、逐渐加重的肢体近端无力、肌肉萎缩，可伴肌束震颤。以骨盆带肌和肩胛带肌为著，出现上楼困难以及梳头无力等。
本型预后良好，
基本不影响生存。
三、分子遗传学和病因
运动神经元存活基因（Survival Motor Neuron，SMN）位于5q11.2–q13.3，负责编码SMN蛋白，若SMN发生变异，则SMN蛋白含量和活性降低，脊髓前角细胞无法耐受而大量凋亡，从而导致SMA疾病。
SMN基因有两个高度同源的拷贝：SMN1和SMN2。SMN1和SMN2的主要功能差别在于7号外显子。它们7号外显子的起始处存在一个核苷差异（SMN1是C，SMN2是T）。因为RNA的剪接的原因，SMN1编码全长的SMN转录产物（SMN-fl），而SMN2编码生成大量跳跃外显子7的选择性转录产物（SMNΔ7）和少量SMN-fl。SMN-fl含有7号外显子，SMNΔ7不含7号外显子。而7号外显子对于制造稳定的具有完全功能的SMN蛋白是必不可少的。因此SMN1能编码完整功能的SMN蛋白，而SMN2无法独自提供足够的维持人体运动神经元生存所必需的全功能SMN蛋白。
SMN蛋白包含294个氨基酸，分子量为38kD。广泛分布于全身组织中，表达水平各异，其中脑、脊髓和肌肉中的表达水平最高。SMN基因缺失或突变时，其表达产物SMN蛋白数目、结构、功能均异常。SMN蛋白数量低于运动神经元所需最低含量时，将发生运动神经元变性。如图2所示。
SMN1最常见的3种突变类型：(a)代表SMN1基因的缺失，(b)代表SMN1基因被转变成类似SMN2的基因，这两种情占全部变异的95%。(c)代表SMN1基因内点突变，目前国际上共发现约50余种点突变，突变类型主要有错义突变、移码突变、无义突变和剪接位点突变等。如图3所示。
SMN1基因缺失或基因内突变造成SMA表型，但其与临床表型的严重性不相关；SMN2基因缺失不造成SMA表型，但其拷贝数的多少与SMA表型的轻重相关，SMN2拷贝数越多，产生的SMN蛋白也越多，病情越轻。大部分Ⅰ型患者有２个拷贝数，Ⅱ型患者有３个拷贝数，Ⅲ型和Ⅳ型有３-４个拷贝数。
图2 基因SMN1和SMN2功能示意图
图3 SMN1基因突变的3种类型
四、临床诊断
SMA的主要临床表现是进行性、对称性肢体近端和躯干肌肉无力、萎缩。但有很多其它的疾病也会导致类似症状，比如先天性肌肉疾病(congenital myopathies)、神经性疾病(neuropathies)、神经肌肉节点疾病(neuromuscular junction diseases)、代谢紊乱(metabolic disorders)、染色体三倍体症(trisomies and other chromosomal disorders)、大脑畸形(structural anomalies of the brain)等，如图4所示。
对于疑似SMA患者，需要采取一些检测手段，包括肌酸激酶含量测定(creatinekinase quantification)、电生理学分析(electrophysiologic alanalyses)、影像学研究(MRI)、以及特殊的基因和代谢产物检测(specific genetic and metabolic assessment)。
图4 疑似SMA患者诊断鉴定
4.1 辅助检查
当基因检测结果阴性时，进一步进行实验室相关检查，包括肌酸激酶（creatinekinase）、肌电图（Electromyography，EMG）和神经传导检测。如果EMG检测提示为运动神经元疾病，则需进一步进行SMN1突变检测。SMA常用的诊断流程如图6所示。
图5 SMA诊断流程
4.2 基因检测
在SMA患者中最常见的突变是SMN1基因的纯合缺失，大部分携带者可检测到SMN1基因中一个等位基因的缺失，对SMN1基因外显子７、８进行检测，是SMA基因诊断和产前诊断的首选方法。
基因缺失的检测方法包括基于聚合酶链式反应（Polymerasechainreaction，PCR）的试验、变性高效液相色谱(DHPLC)、多重依赖性探针扩增法(MPLA)等。PCR-PFLP是最初，也是最常用于确定SMA治病基因的基因检测方法，其检测结果如图6所示。在图6中，第1列，是正常人的检测结果，SMN1和SMN2都存在；第2列是SMA患者的检测结果，SMN1缺失；第3列是SMN2缺失，但并不会导致SMA的情况。PCR-PFLP的局限性在于，不能检出SMA携带者，也不能检出那些SMN1点突变型SMA患者。
图6 PCR-PFLP的诊断结果
4.3 携带者筛查与产前诊断
SMA是常见遗传性疾病之一，携带者频率约为1/50，进行携带者基因筛查和必要的产前诊断是公认的预防措施。曾经生育过SAM患儿的夫妇，SMA患儿的再发风险为25%，在以后的每次妊娠期间均需进行产前诊断。可通过绒毛活检术、羊膜腔穿刺术或脐静脉穿刺术对胎儿进行取样，并对胎儿样品进行SMN基因检测，对于确诊的SMA胎儿，可通过知情同意择时实施终止妊娠，以达到防治出生缺陷，提高人口素质的目的。
图7 SMA携带者筛查结果
图7表示1个正常人和两个携带者基因筛查结果，通过对SMN1和SMN2的定量检测，可以看出，正常人SMN1/CF的比值是携带者的2倍。A表示正常人的检测结果：SNM1和SNM2的拷贝数均为2；B表示的携带者检测结果：SMN1拷贝数为1，SMN2拷贝数为2；C表示的携带者检测结果：SMN1拷贝数为1，SMN2拷贝数为1。
五、治疗
SMA患者缺乏SMN蛋白，因此，最终的治疗目的就是增加SMN蛋白的含量。基于这个目标，可以采用的策略是：替换或者修正变异的SMN1基因；矫正基因拼接过程中的负/正调节来促进SMN2基因中外显子7的转录；增加SMN2基因转录启动子的活性；保护SMN蛋白和SMNΔ7蛋白，并提高其稳定性。
目前在研的主要治疗方式包括：基因治疗(Genetherapy)、反义寡核苷酸药物(Antisense oligonucleotides，ASOs)、小分子药物(Small molecules)和一些辅助性治疗方式(干细胞、肌肉增强治疗、神经保护治疗)。如图8所示。
图8 目前SMA的治疗策略
5.1 基因治疗
目前唯一一个进入临床阶段的基因治疗项目是AveXis,Inc.的AVXS-101。AVXS-101已经获得了治疗SMA的孤儿药资格认定(Orphan Drug Designation)，同时获得了治疗SMA-I的突破疗法认定(Breakthrough Therapy Designation)和快速审评通道认定(Fast Track Designation)。
该疗法以血清型为9的腺相关病毒(adeno-associatedsero type 9 virus，AAV9)为载体，将人类SMN基因导入到运动神经元细胞。因为AAV9能够透过血脑屏障，AVXS-101可采取鞘膜内注射给药或静脉注射给药。导入的人全功能SMN基因，是一个互补的（self-complementary，sc）双链分子，这就跳过了一般单链遗传物质病毒，需要经宿主细胞调控合成双链这一限速步骤，直接编码SMN蛋白，迅速起效。此外，AVXS-101还引入精心设计的混合巨细胞病毒的控制增强器/chicken-β-actin启动子，以保证SMN基因持续稳定地编码SMN蛋白。如图9所示。
为了考察AVXS-101的安全性和耐受性，由9名SMA患者(0-9个月)参加的I期临床试验正在进行，目前尚未披露相关结果信息。
该项目的一个潜在隐忧是，虽然通过鞘内注射可以降低病毒载体使用量，但将SMN基因导入神经系统仍需要大量的病毒载体。
图9 AVXS-101示意图
5.2 反义寡核苷酸药物
利用小分子RNA对异常mRNA进行间接重排，这是包括SMA在内的常见遗传性疾病的扩展研究领域的焦点。调节SMN2的mRNA可恢复适当的SMN蛋白的表达，从而达到改善SMA患者症状的目的。
本领域的研究主要围绕反义寡核苷酸(ASOs)展开。SMN2上存在特定序列，该序列调控SMN2编码缺失7号外显子的mRNA。ASOs直接与该特定序列结合，抑制其调控作用，促使SMN2编码全功能SMN蛋白。一项实验表明，根据SMN2基因的结构特点，利用ASOs拼接结合成双功能RNA基团，在小鼠模型侧脑室内注射这些双功能RNA基团，可使鼠脑内SMN蛋白含量增加。
一些临床前的试验表明，2'-O-甲氧乙基（2'-O-methoxyethyl，MOE）和吗啉基ASOs可以与SMN2基因自身的的拼接沉默序列N1(ISS-N1)紧密结合。试验表明，这两种ASOs都能减轻SMA模型小鼠的相关症状。
值得一提的是，Isis Pharmaceuticals(Carlsbad,CA,USA)公司将MOE-ASO候选药物ISIS-SMNRx推向临床，I、II期试验证实其具有良好的安全性和潜在功效。两个III期临床试验ENDEAR和CHERISH也都取得了满意的结果。
图10 Nusinersen分子结构
2016年12月该药获FDA批准上市，商品名Nusinersen，成为第一个上市的治疗SMA的特效药物。Nusinersen采取鞘内注射给药，每四个月一次，每次剂量为12mg(5mL)。药物的主要副作用是：血小板减少，凝血异常以及肾脏毒性。Nusinersen分子式为C234H323N61O128P17S17Na17，分子量为7501.0。其化学结构如图10所示。
ASOs治疗策略的优点是，产品结构简单清晰、良好的安全性、明显的治疗效果、作用专一以及副作用较小。同时，ASOs与SMN2基因作用可逆，不引入外来基因。ASOs目前面临的问题是，需要重复剂量给药，药物在神经系统的生物分布及其效能不均衡。
5.3 小分子药物
过去数年，一系列能增加SMN蛋白的小分子化合物被高通量筛选的方法鉴定出来，这些分子能够增加SMA模型小鼠神经元细胞的活性和寿命。目前在研的小分子如表2所示。小分子药物的优势是结构简单，口服给药方便。缺点是专一性不强，副作用严重。
表2 小分子候选药物汇总
药物分类
候选药物
作用机理
SMA临床效果
组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACI）
丁酸、苯丁酸和丙戊酸
有效通过血脑屏障进入到中枢神经系统，激活SMN2基因的转录。
虽然早期数个小样本的实验显示苯丁酸可以增加SMA患者SMN蛋白表达并增加运动功能，但意大利所作的随机双盲安慰剂对比的多中心研究（107例）结果却显示无效。
钠氢交换抑制剂（EIPI）
很多生物体内研究显示，细胞内pH值微环境可能是调节pre-mRNA剪接的重要因素，而细胞内的pH值主要依赖于细胞膜的钠氢交换蛋白。有研究发现EIPI能提高SMA细胞中SMN2的mRNA中外显子７的包含率及SMA蛋白含量。
尚未开展临床试验。
神经保护剂
利鲁唑、加巴喷丁
利鲁唑是FDA批准惟一治疗肌萎缩侧索硬化（ALS）的药物，是具有神经保护作用的兴奋性氨基酸毒性抑制剂。
加巴喷丁是谷氨酸合成抑制剂，是一种抗惊厥药物，通过抑制支链氨基酸转移酶阻断谷氨酸的生物合成，从而起到神经保护作用。
有研究显示，利鲁唑可提高Ⅰ型SMA患者的生存时间，但不能改善症状，不提高SMN2的mRNA的转录及SMN蛋白量。
2008年美国一项以加巴喷丁为研究对象，以Ⅰ、Ⅱ型SMA患者和健康人为受试人群的临床对照试验，结果显示治疗组和对照组效果无明显差异。
吲哚布洛芬和一些氨基糖甙类抗菌药物
阿米卡星、妥布霉素
提高神经细胞中SMN蛋白量，但因其很难通过血脑屏进入到中枢神经系统，从而限制了其临床应用。
尚未进行临床试验。
羟基脲（HU）
羟基脲是惟一用于临床的核糖苷酸还原酶抑制剂类抗肿瘤药物，具有基因调控作用，已在治疗血液系统遗传病中得到广泛应用。
有4项临床研究证实HU治疗SMA有效，不良反应主要是骨髓抑制和消化道症状。
六、临床试验
根据 https://www.clinicaltrials.gov和 http://www.curesma.org的统计数据，与SMA有关的临床试验登记共163个，目前有46个处于招募或即将招募状态，临床试验地理分布如图11所示。从图中可以看出，目前欧洲和美国是开展SMA研究比较深入的地区。
图11 SMA临床试验登记地理分布
七、就医大数据
借助知网数据库，以“脊髓性肌萎缩症”为关键词进行主题检索，得到281条文献资料。分别提取文献中的作者单位和作者，得到诊治SMA的医院和研究SMA的研究院所(依据文献发表数目进行排序，排序不代表实际意义)。
表3 诊治SMA的医院
医院
文献数
医院
文献数
福建医科大学附属第一医院
31
南京医科大学第二附属医院
3
中南大学湘雅医院
19
解放军总医院
3
解放军第81医院
6
郑州大学第一附属医院
3
浙江大学医学院附属儿童医院
6
南京医学院第二附属医院
3
南京军区南京总医院
6
山西医科大学第一医院
2
南京医科大学第一附属医院
5
解放军第463医院
2
四川省人民医院
5
河北医科大学第三医院
2
天津市儿童医院
4
解放军第202医院
2
首都儿科研究所附属儿童医院
4
中国医学科学院北京协和医院
2
北京协和医院
4
安徽医科大学第一附属医院
2
复旦大学附属儿科医院
3
中山大学附属第一医院
2
上海交通大学新华医院
3
广西医科大学第一附属医院
2
长治医学院附属和平医院
3
广西医科大学第四附属医院
2
表4 SMA科研机构
研究机构
文献数
中南大学
12
首都儿科研究所
8
北京市首都儿科医学研究所
7
南方医科大学
5
福建省神经病学研究所
5
福建医科大学
4
浙江大学
4
复旦大学
3
南昌大学
3
中国医科大学
3
遵义医学院
2
美国纽约冷泉港实验室
2
安徽省计划生育科学技术研究所
2
青岛医学院
2
