《脊髓性肌萎縮的發(fā)病機(jī)制及治療方法》孫致遠(yuǎn)

1、The Journal of Neuroscience, June 10, 2015 35(23):8691 8700 8691神經(jīng)科學(xué)雜志,2015年6月10日35(23):8691 - 8700×8691Disease Focus疾病的關(guān)注（部位疾病）Editors Note: Disease Focus articles provide brief overviews of a neural disease or syndrome, emphasizing potential links to basic neural mechanisms. They are presente

2、d in the hope of helping researchers identify clinical implications of their research. For more information, see /misc/ifa_minireviews.dtl. 編者按:部位疾病的文章提供神經(jīng)疾病或綜合征的簡要概述,強(qiáng)調(diào)潛在聯(lián)系的基本神經(jīng)機(jī)制。他們希望能幫助相關(guān)研究人員認(rèn)識到此項研究的臨床價值。有關(guān)更多信息,請參見/misc/ifa_minireviews.dtl。Disease Mec

3、hanisms and Therapeutic Approaches in Spinal Muscular Atrophy脊髓性肌肉萎縮癥的治療方法和發(fā)病機(jī)制校譯：孫致遠(yuǎn)Sarah Tisdale1,2 and Livio Pellizzoni1,21Center for Motor Neuron Biology and Disease and 2Department of Pathology and Cell Biology, Columbia University, New York, New York 10032運(yùn)動神經(jīng)元生物學(xué)疾病病理學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)中心,哥倫比亞大學(xué),紐約,紐約1003

4、2運(yùn)動神經(jīng)元疾病就是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生失常。其主要特點(diǎn)是脊髓的運(yùn)動神經(jīng)元發(fā)生變性、骨骼肌的萎縮和衰弱，這些運(yùn)動功能的障礙常常是致命的。脊髓性肌萎縮(SMA)是一種嚴(yán)重并且高發(fā)病率的常染色體隱形遺傳的運(yùn)動神經(jīng)元疾病，也是導(dǎo)致嬰兒死亡最常見的遺傳性疾病。SMA是由運(yùn)動神經(jīng)元存活基因1(SMN1)的基因突變和運(yùn)動神經(jīng)元存活基因2（SMN2）多保留了一個亞等位旁系同源基因?qū)е碌?。早期的研究建立了一個功能缺失的疾病機(jī)制，該機(jī)制涉及SMN的很多不足并且建議SMN作為一個可能的治療方法。近年來在SMA動物模型上SMN基因?qū)颂呛怂峒庸ぶ械年P(guān)鍵作用的試驗(yàn)，大大增強(qiáng)了我們對于該病的細(xì)胞以及分子基礎(chǔ)方面的了解。SMA正

5、成為一種RNA（核糖核酸）疾病不限于運(yùn)動神經(jīng)元細(xì)胞，甚至涉及到可能運(yùn)動電傳導(dǎo)的功能失常包含的多種亞神經(jīng)元以及另外的細(xì)胞種類。SMA研究進(jìn)展也導(dǎo)致一些可能有效治療的發(fā)展，比如證明對臨床試驗(yàn)中SMA的動物模型是有效的治療。這些動物替代試驗(yàn)對于這仍然無法治愈的神經(jīng)退行性疾病的治療提供前所未有的希望。Received Jan. 30, 2015; revised April 29, 2015; accepted May 5, 2015. The authors declare no competing financial interests.Correspondence should be addre

6、ssed to Livio Pellizzoni, Center for Motor Neuron Biology and Disease, Department of Pathology and Cell Biology, Columbia University, Physicians and Surgeons Building, Room 5-421, 630 West 168th Street, New York, NY 10032. E-mail: .DOI:10.1523/JNEUROSCI.0417-15.2015Copyright &

7、#169; 2015 the authors 0270-6474/15/358691-10$15.00/0收到2015年1月30日,修改后的4月29日,2015;接受5月5日,2015。作者聲明沒有交叉的經(jīng)濟(jì)利益。信件應(yīng)該寫給Livio Pellizzoni中心運(yùn)動神經(jīng)元生物學(xué)和疾病,病理和細(xì)胞生物學(xué),哥倫比亞大學(xué)內(nèi)科醫(yī)生和外科醫(yī)生,5 - 421房間,630西168街,紐約10032。電子郵件:。DOI:10.1523 / jneurosci.0417 - 15.2015版權(quán)©2015作者0270 - 6474/15/358691 -

8、10美元的15.00/0Tisdale and Pellizzoni Spinal Muscular AtrophyJ. Neurosci., June 10, 2015 35(23):8691 8700 7Introduction 引言人類所必須的一些行為例如吞咽，呼吸,運(yùn)動都依賴于精準(zhǔn)的運(yùn)行控制。在復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)中，運(yùn)動神經(jīng)元協(xié)調(diào)活動對于運(yùn)動系統(tǒng)功能是至關(guān)重要的。破壞了神經(jīng)網(wǎng)會導(dǎo)致對人的致命疾病如脊髓性肌萎縮(SMA)和脊髓側(cè)索硬化性肌萎縮性癥(ALS)，它們分別是嬰兒期以及成人期兩種最常見的運(yùn)動神經(jīng)元疾病。不斷有證據(jù)將這些疾病和核糖核酸加工基因聯(lián)系在一起，但這并不代表著解決它是治療SMA或

9、ALS的有效方式。社會及個人基金會和病患擁護(hù)的組織支持了學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)研究者們的努力，這些努力在SMA領(lǐng)域取得了巨大的科學(xué)進(jìn)步。在這里，我們討論對于SMA的分子和細(xì)胞的基本原理以及備選療法的發(fā)展，旨在不久的將來減輕破壞性運(yùn)動失常的造成的后果。Clinical features of SMA SMA的臨床表現(xiàn)SMA是一種主要影響兒童的遺傳性神經(jīng)肌肉疾病。它是嬰兒死亡的主要遺傳原因, 并且是繼囊性纖維化病之后第二大最常見的常染色體隱形基因缺陷疾病（Lunn and Wang, 2008)。每6000到10000個新生兒中就有一個受此疾病的影響，并且50個人中就會有1個攜帶者。SMA會導(dǎo)致脊髓前角細(xì)胞的

10、運(yùn)動神經(jīng)元發(fā)生退化和損失，導(dǎo)致肌無力，更嚴(yán)重的結(jié)局就是呼吸衰竭和死亡 (Crawford and Pardo, 1996).。近心端肌肉更容易受疾病的影響。比如較之下肢的肌肉，上肢就更容易受影響。SMA特異性易損性會導(dǎo)致運(yùn)動神經(jīng)元特有的癥狀，表明包含肋間，中軸肌以及橫膈膜相對狹窄，這就導(dǎo)致了特有的鐘狀胸和反常呼吸。根據(jù)發(fā)病年齡和疾病的嚴(yán)重程度對SMA曾做過廣泛的臨床試驗(yàn)，并且根據(jù)發(fā)病年齡和已獲得的最高的運(yùn)動技能時間表被分類為幾個不同的類型(Munsat and Davies, 1992)?；加袊?yán)重的I型,也是最常見形式的SMA患者,表現(xiàn)為：出生后不久(< 6個月大的時候)，無法坐起來,并

11、且無法活過兩歲?；加兄械瘸潭?II型)的患者，該疾病影響在孩子18個月之前,他們可以筆直地坐著,但無法站起來。較輕度的疾病(III型)2歲后可以自己獨(dú)立站立并且可以有一般人的壽命那么長。SMA其他的形式在最嚴(yán)重的兩個極端中都已被識別出來： SMA 0型是疾病的產(chǎn)前形式，無論是在子宮內(nèi)或者出生后幾個月都是同樣致命的(MacLeod et al., 1999)，IV型是SMA的成人年形式，有輕微的肌無力不過能活到一般人的壽命 (Lunn and Wang, 2008)。所有的SMA患者，臨床和電生理學(xué)研究與神經(jīng)性失常是一致的。在這種失常中，疾病癥狀出現(xiàn)以后，運(yùn)動單位的缺失和快速功能減退也會很快出現(xiàn)

12、，接著會有一段平臺期，在平臺期中，肌肉的力量會保持穩(wěn)定。(Crawford and Pardo, 1996; Ian- naccone et al., 2000; Swoboda et al., 2005)。較平和但不嚴(yán)重的SMA的形式可能是一些肌肉力量的保存和并行軸突生長以及肌纖維再生有聯(lián)系，這是由大量運(yùn)動單位和肌群纖維所體現(xiàn)出來的(Crawford and Pardo, 1996).。SMA的治療只限于癥狀和支持性治療。 Molecular genetics of SMA SMA的分子遺傳學(xué)雖然還沒有有效的治療方法可用于SMA患者。自從研究發(fā)現(xiàn)SMA是由純合子缺失或是SMN1（一種編碼了S

13、MN蛋白質(zhì)的基因）突變導(dǎo)致的，疾病的分子遺傳學(xué)已經(jīng)在二十年來被研究的很透徹了(Lefebvre et al., 1995)。由于染色體（5q）大量的反向復(fù)制，人類基因組包含兩個SMN-譯碼基因,SMN1 SMN2。盡管這兩個基因是幾乎相同的,SMN2的外顯子7 中單個的C組轉(zhuǎn)移到T組打亂了一個外顯子拼接，并且創(chuàng)造出一個外顯子拼接(Cartegni and Krainer, 2002; Kashima and Manley, 2003)。結(jié)果，單個基底重新定向了可變剪接，然后外顯子7被排除大多數(shù)的SMN2外(Lorson et al.,1999; Monani et al., 1999)。外顯子

14、7-排除 mRNA(SMN。17)編碼一個縮短了的SMN蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)迅速分級(Lorson and Androphy, 2000; Cho and Dreyfuss, 2010)。然而，一小部分來自SMN2的改版包括第7外顯子和編碼了功能完整的SMN。在SMA的情況下，其中SMN1突變或被消除提供了足夠多的SMN以防止破壞性，但還不足以完全彌補(bǔ)SMN1的損失，導(dǎo)致運(yùn)動神經(jīng)元疾病重要的是,由于5 q染色體復(fù)制內(nèi)在的不穩(wěn)定性，大量 SMN2的副本中出現(xiàn)在人類基因組并且SMN2復(fù)制數(shù)目與疾病嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)(McAndrew et al., 1997; Wirth et al., 2006)。在

15、一個SMN2疾病修飾能力的極端例子中，缺乏純合子SMN1的個體已被識別出，這些由于復(fù)制了5個SMN2而缺乏SMA癥狀(Prior et al., 2004)。進(jìn)一步來說， 包含了單核苷酸的SMN2的變異體提高了外顯子7內(nèi)含物的有效率，這些變異體能夠在有輕微顯性的SMA患者中被識別出，盡管只攜帶SMN2的兩種副本(Prior et al., 2009; Vezain et al., 2010)。因此，SMA的結(jié)論是功能性SMN蛋白質(zhì)缺乏-但不是功能性蛋白質(zhì)的完全缺失- SMN2是最有效的遺傳疾病的改性劑。Cellular basis of motor system dysfunction in

16、SMA SMA所致運(yùn)動系統(tǒng)功能紊亂的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)從疾病的波及的范圍來看，SMA典型的臨床特征是運(yùn)動功能障礙與運(yùn)動神經(jīng)元減少和骨骼肌萎縮聯(lián)系在一起。SMA的各種動物模型的進(jìn)展對于從細(xì)胞和分子基礎(chǔ)角度定義疾病的是至關(guān)重要的(Schmid and DiDo- nato, 2007; Burghes and Beattie, 2009)。和在人類一樣，動物模型中SMN的完全缺失是致命的，所有這些動物模型中只有單個SMN基因與SMN1等同，人類身體中至今還未發(fā)現(xiàn)SMN1和SMN2的雙重缺失。相比之下，嚴(yán)重的SMA患者的SMN可以減少至除了神經(jīng)系統(tǒng)以外大部分組織都可以容忍的程度中。(Burghes and

17、Beattie, 2009).。到目前為止，人類疾病的基因和表型特征最忠實(shí)地重現(xiàn)到了已被證明是用于闡明SMA病理機(jī)制的最有力的平臺上-老鼠身上(Burghes and Beattie, 2009; Sleigh et al., 2011)。通過類似的設(shè)計，含有人類SMN2轉(zhuǎn)基因并且祛除了單體老鼠SMN基因的并且顯示低含量SMN的第一個SMA小鼠模型被設(shè)計出來(Hsieh-Li et al., 2000; Monani et al.,2000).。這些SMA老鼠一出生顯性上是正常的，但是出生沒多久就開始顯示出嚴(yán)重的運(yùn)動缺陷，肌無力和體重下降并且一周后就會死亡 (Hsieh-Li et al .,

18、2000;Monani et al .,2000)。添加了SMN：17 cDNA轉(zhuǎn)基因能夠延長SMN：17的存活率，SMA老鼠能存活兩周 (Le et al .,2005)，由此產(chǎn)生了迄今為止研究最廣泛的SMA模型之一。祛除了SMN但帶有8個或者更多的SMN2副本的老鼠顯性上是正常的，所以證實(shí)了SMN2對改善病情的作用, (Monani et al .,2000)。細(xì)胞病理學(xué)的檢測揭示出SMA老鼠脊髓上運(yùn)動神經(jīng)元的選擇性缺失。(Hsieh-Li et al., 2000; Monani et al., 2000; Le et al., 2005; Mentis et al., 2011; Fi

19、g. 1)。有趣的是，SMA運(yùn)動神經(jīng)元顯示了縱軸上不同分段的缺陷(Mentis et al., 2011): 比起影響下肢的肌肉的L5區(qū)域，那些處于腰椎L1水平軸向支配和近心端肌肉會更早被受到影響，后者的影響更深刻，此外，影響中軸肌的運(yùn)動中柱上的運(yùn)動神經(jīng)元，較之于運(yùn)動后柱上的神經(jīng)元（影響下肢?。?，受到的影響更大，這些都和在SMA患者身上發(fā)現(xiàn)的相似。(Mentis et al., 2011)。通過細(xì)微篩選方式實(shí)現(xiàn)了既存在人類疾病又存在老鼠模型中的一些運(yùn)動神經(jīng)元池（*外導(dǎo)神經(jīng)元）提供了極其難得的機(jī)會來識別備選易損性或抗性因子，順利的運(yùn)用于ALS（脊髓側(cè)索硬化性肌萎縮性癥）。(Kaplan et a

20、l., 2014)。除了脊髓運(yùn)動神經(jīng)的凋亡之外，SMA在病理學(xué)上具有另外的缺陷，出現(xiàn)在突軸處撞擊到體細(xì)胞以及運(yùn)動神經(jīng)元的樹突的中部，神經(jīng)肌肉的連接處 (NMJ)(圖1)。NMJ（神經(jīng)肌肉的連接處）缺陷包括突觸前神經(jīng)的增加，減少的囊量和破損的突觸傳導(dǎo)，以及有缺陷的突觸后乙酰膽堿受體聚集和運(yùn)動終板的開放(Kariya et al., 2008; Murray et al., 2008; Kong et al., 2009; Ling et al., 2010; Ruiz et al., 2010; Lee et al., 2011)。此外，改變細(xì)胞內(nèi)鈣體內(nèi)平衡和有缺陷集群-Cav2.2在體內(nèi)和體外

21、的SMA運(yùn)動神經(jīng)元末端均被發(fā)現(xiàn)(Jablonka et al., 2007; Ruiz et al., 2010)。這些NMJ的形態(tài)和功能異常都有聯(lián)系。SMN有條件的修復(fù)或以一種依靠組織或時間的方式被消耗。這些研究表明，出生后SMN的增加仍然會在疾病出現(xiàn)后拯救患SMA小鼠 (Le et al .,2011;Lutz et al .,2011)。重要的是，出生后一周貯存SMN是無效的，這表明SMN在老鼠一出生就應(yīng)該被貯存 (Le et al .,2011;Lutz et al .,2011)。同時也發(fā)現(xiàn)，早期產(chǎn)后SMN 的損耗迅速引起了運(yùn)動顯性癥狀和死亡，而產(chǎn)后第二周后SMN的減少并沒有導(dǎo)致一個

22、明顯的SMA小鼠顯性癥狀(Le et al., 2011; Kariya et al., 2014)。因此, 在小鼠的胚胎和早期產(chǎn)后的發(fā)育，需要一個高水平的SMN才能產(chǎn)生一個成熟的運(yùn)動系統(tǒng)。除了SMN的短時間的癥狀，一些觀察表明SMA是影響運(yùn)動系統(tǒng)發(fā)展的疾病。雖然胚胎的具體情況和運(yùn)動神經(jīng)元表現(xiàn)正常(McGovern et al., 2008; Murray et al., 2010)，幾個突觸異常出現(xiàn)在產(chǎn)后早期發(fā)育，增加了延遲發(fā)育，減少肌纖維的大小和肌肉去神經(jīng)化，這些都是有據(jù)可查的，尤其贊成選擇易受傷害的肌肉組織(Kariya et al., 2008; Murray et al., 2008

23、; Kong et al., 2009; Ling et al., 2012).。除了運(yùn)動神經(jīng)元和肌肉之間正確的連接，運(yùn)動神經(jīng)元和其他神經(jīng)元的準(zhǔn)確的電傳導(dǎo)對于運(yùn)動行為是必要的，神經(jīng)元網(wǎng)異常很可能導(dǎo)致SMA。為了支持這一點(diǎn)，SMA運(yùn)動神經(jīng)元從本體感受感覺神經(jīng)細(xì)胞和脊髓中樞神經(jīng)元中接收更少的谷氨酸能突觸輸入(Ling et al., 2010; Mentis et al., 2011; Fig. 1)。此外，和本體感受突觸的嚴(yán)重功能失常相聯(lián)系的感覺運(yùn)動神經(jīng)傳遞在SMA小鼠身上有所顯現(xiàn)出來。(Mentis et al., 2011)。有趣的是,SMA的運(yùn)動神經(jīng)元增加固有的興奮性并且改變了臨界值(Me

24、ntis et al., 2011),可能反映了由SMN不足的運(yùn)動前神經(jīng)元導(dǎo)致的興奮性的降低的性狀穩(wěn)定?？傊@些數(shù)據(jù)表明，和SMA病理相聯(lián)系的嚴(yán)重的運(yùn)動紊亂一部分原因是突觸異常，由感覺運(yùn)動系統(tǒng)中的SMN不足所誘發(fā)導(dǎo)致。觀察發(fā)現(xiàn)感覺運(yùn)動聯(lián)系中的結(jié)構(gòu)和功能改變在運(yùn)動神經(jīng)缺失之前，進(jìn)一步支持了一個想法：這些早期的情況會導(dǎo)致運(yùn)動神經(jīng)紊亂和SMA中的死亡。這對于決定超興奮性是否和SMA運(yùn)動神經(jīng)元相聯(lián)系是很重要的。總之，SMA正成為一種以運(yùn)動系統(tǒng)多個組件的功能障礙為特征，而不是單獨(dú)運(yùn)動神經(jīng)元。此外，神經(jīng)系統(tǒng)之外組織的缺陷，如心臟、胰腺和肝臟,已經(jīng)在嚴(yán)重的SMA小鼠身上有所記錄(Bevan et al.,

25、 2010; Heier et al., 2010; Sha- babi et al., 2010; Hua et al., 2011; Bower- man et al., 2012b)，雖然SMA人類病理的外周組織功能失常的作用還有待確定。但一些評論都有提到這些缺陷(Hamilton and Gilling- water, 2013; Shababi et al., 2014)，因此將不會進(jìn)一步討論。Temporal and spatial requirement of SMN SMN的時間和空間要求蛋白質(zhì)的缺陷所造成的選擇性運(yùn)動系統(tǒng)病理結(jié)果就體內(nèi)SMN的時間和空間要求提出了關(guān)鍵性問題。這

26、些在SMA老鼠的動物模型身上也開始有所涉及。首先NMJ顯示出成熟較晚的跡象，沒能發(fā)展正確發(fā)展成為一個多孔的，玫瑰狀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及成熟為特征的神經(jīng)肌肉突觸。(Kariya et al., 2008; Kong et al., 2009)。第二,運(yùn)動神經(jīng)樹突上的本體感受突觸的數(shù)量的增加停止了。(Mentis et al., 2011)。最后, 在生理學(xué)上肌球蛋白重鏈和乙酰膽堿受體的胚胎到成人形式的基因的轉(zhuǎn)換，使SMA導(dǎo)致骨骼肌受損。(Avila et al., 2007; Kong et al., 2009)。SMA的運(yùn)動系統(tǒng)病理是只存在運(yùn)動神經(jīng)元中細(xì)胞缺陷的結(jié)果中嗎？建立SMN的空間要求是關(guān)鍵，

27、不僅從副作用中區(qū)分基本細(xì)胞缺陷，而且也是為了治療和識別細(xì)胞。早期工作表明SMN神經(jīng)元能夠充分拯救SMA老鼠的顯性疾病,而SMN在肌肉中的恢復(fù)沒有影響(Gavrilina et al., 2008)。雖然內(nèi)在肌肉缺陷后來被發(fā)現(xiàn)會導(dǎo)致肌肉營養(yǎng)不良(Martinez et al., 2012),這些發(fā)現(xiàn)表明SMA病理中神經(jīng)元功能失常的關(guān)鍵作用。令人驚訝的是，運(yùn)動神經(jīng)元中SMN的選擇性消耗導(dǎo)致了運(yùn)動神經(jīng)元的死亡，但只是輕微的顯性SMA (Park et al., 2010)。此外,運(yùn)動神經(jīng)元特有的SMN修復(fù)改善運(yùn)動神經(jīng)元消耗,但對于SMA老鼠的存活幾乎沒有作用(Gogliotti et al., 20

28、12; Martinez et al., 2012)。因?yàn)?，雖然運(yùn)動神經(jīng)元死亡似乎是細(xì)胞自發(fā)的，SMN缺陷肯定會在其他地方誘發(fā)缺陷,這些地方會導(dǎo)致SMA動物模型的運(yùn)動系統(tǒng)異常。最近的一項研究支持這個結(jié)論，這項研究使用SMA的果蠅模型,減少肌肉的生長和由SMN引起的缺陷運(yùn)動，減少的肌肉生長和缺陷運(yùn)動伴隨有畸變運(yùn)動神經(jīng)元輸出上升的NMJ神經(jīng)傳遞。(Imlach et al., 2012).。很明顯,在早期肌肉或運(yùn)動神經(jīng)元中SMN的貯存并沒有改變這些顯性癥狀，本體感受神經(jīng)元中SMN的選擇性表現(xiàn)和動力電傳導(dǎo)的中間神經(jīng)元足以矯正運(yùn)動神經(jīng)元和肌肉的缺乏(Imlach et al., 2012)，揭示了在此

29、運(yùn)動系統(tǒng)中這些非自主細(xì)胞異常狀況。迄今為止，本體感受神經(jīng)元和脊髓中間神經(jīng)元功能紊亂的證據(jù)在SMA老鼠模型上一直在積累(Ling et al., 2010; Mentis et al., 2011),但SMN的選擇性修復(fù)的影響在運(yùn)動神經(jīng)功能的前運(yùn)動神經(jīng)元和疾病表現(xiàn)型還有待評估?？偟膩碚f，這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)作為SMA病理的突出特征，運(yùn)動系統(tǒng)的失常，其中神經(jīng)元網(wǎng)的功能紊亂承擔(dān)著重要角色。在未來，運(yùn)動電傳導(dǎo)的特定神經(jīng)元的識別對于了解SMA動力系統(tǒng)功能紊亂的潛在機(jī)制和有效治療的發(fā)展是關(guān)鍵的。運(yùn)動電傳導(dǎo)內(nèi)SMN擔(dān)任著重要的作用，分子途徑和細(xì)胞活動都會被SMN缺陷所干擾。Molecular mechanisms

30、of SMA: dysregulation of RNA processing SMA的分子機(jī)制:RNA加工的失調(diào)在SMA引發(fā)疾病基因產(chǎn)物的SMN被識別后，幾個研究建立了SMN的基礎(chǔ)生物學(xué)功能并且開始觀察SMN缺陷如何引起運(yùn)動神經(jīng)元疾病。SMN保守的演化并且無處不在的表達(dá)蛋白質(zhì)，細(xì)胞質(zhì)和所有真核細(xì)胞的核心(Liu and Dreyfuss, 1996;Burghes and Beattie, 2009)。一系列的生化研究反映出SMN和8個核心蛋白成分 (Gemins2 - 8和分裂),構(gòu)成一個大型的、多蛋白的復(fù)合物。(Fischer et al., 2011; Li et al., 2014)

31、。SMN復(fù)合物最具特征的功能是聚集了主要的和微小的剪接體的小的核內(nèi)核糖核蛋白(Fischer et al., 2011; Li et al., 2014)。特別是，SMN是必不可少的。(Meister et al., 2001; Pellizzoni et al., 2002; Fig. 2A)這是在必要的核糖核蛋白拼接RNA的生物途徑上重要的一步。除了小核核糖和蛋白，SMN復(fù)合物也調(diào)節(jié)了處于U7 snRNA上的Sm和類似于Sm蛋白質(zhì)的不同核心。(Pillai et al., 2003; Tisdale et al., 2013; Fig.2A)U7 小核核糖核蛋白在特殊的組蛋白的加工中包含了

32、最多種類的無內(nèi)含子和多細(xì)胞動物中的非聚腺苷酸 。SMN缺陷損害了U7生物起源，導(dǎo)致了SMA組蛋白加工的受損。因此包含內(nèi)含子的mRNA后代和復(fù)制組蛋白依靠SMN運(yùn)動，以便正確加工和表現(xiàn)。SMN在許多其他的細(xì)胞形式中包含編碼和沒編碼的RNAs (Fallini et al., 2012; Li et al., 2014),有最突出的假定功能，和軸突輸送以及發(fā)展神經(jīng)元末端的mRNA有關(guān)。盡管對于核糖核酸的SMN功能的了解不斷加深，基因表達(dá)中的蛋白質(zhì)缺陷導(dǎo)致了SMA中選擇性的運(yùn)動功能紊亂還不是很能讓人理解。由于病理不限制于運(yùn)動神經(jīng)元，而且涉及到整個感覺運(yùn)動系統(tǒng)的損害。SMA可能不是由單個基于SMN的核

33、糖核酸途徑的擾亂造成的，可能是整個動力電傳導(dǎo)的多途徑擾亂造成的。定義這條由SMN缺陷干擾的特定途徑是了解分子機(jī)制的一項相當(dāng)有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。迄今為止,多條證據(jù)指向SMA中剪接體功能紊亂。小核核糖核蛋白的缺陷與疾病嚴(yán)重性相關(guān)并且導(dǎo)致了SMA老鼠模型的不穩(wěn)定狀態(tài)。(Gabanella et al., 2007; Zhang et al., 2008)這些改變都是組織特定的并且不是一致的 ，比起大多數(shù)剪接體，帶有基于U12拼接的輕微剪接體更加容易被影響。另外，SMA老鼠脊髓的神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞，SMN缺陷誘發(fā)了運(yùn)動神經(jīng)元上特定小核核糖核蛋白的減少。(Ruggiu et al., 2012; Fig.

34、 2B) 這導(dǎo)致了正常運(yùn)動神經(jīng)元SMN2上外顯子7包含物的減少，和自負(fù)反饋的激活，降低的小核核糖核蛋白進(jìn)一步減少SMA中外顯子7拼接(Jodelka et al., 2010; Ruggiu et al.,2012) 使得基于SMN的途徑功能更加紊亂，并且有助于SMA運(yùn)動神經(jīng)元的選擇性脆弱性。不同的改變-小核核糖核蛋白組織上的質(zhì)量和數(shù)量可以對減少的小核核糖核蛋白如何影響運(yùn)動系統(tǒng)提供解釋。小核核糖核蛋白的修復(fù)與動物模型外顯一致。(Winkler et al., 2005; Workman et al., 2009).。SMA研究中最大的挑戰(zhàn)就是識別特定的基于SMN的核糖核酸加工過程，會導(dǎo)致神經(jīng)元

35、紊亂和該疾病。近來一個研究將Stasimon確定為果蠅運(yùn)動神經(jīng)元中對普通突觸傳導(dǎo)有用的基因，功能由于基因內(nèi)缺陷而被干擾。(Lotti et al., 2012)重要的是，Stasimon修復(fù)保護(hù)了SMA動物模型運(yùn)動神經(jīng)元病理學(xué)的一些部分。包括NMJ神經(jīng)傳遞和肌肉大小的缺陷以及轉(zhuǎn)基因運(yùn)動軸索的過度生長(Lotti et al., 2012)因此，這項研究包含了神經(jīng)元回路干擾，這是SMA病理基因的重要因素，針對基于SMN核糖核酸拼接擾亂。另外的核糖核酸加工調(diào)節(jié)異常和其他一些SMN活動被現(xiàn)實(shí)有助于動物模型的SMA外顯?？偟脕碚f，這些發(fā)現(xiàn)表明SMA病理可能由不同細(xì)胞種類中特定的功能缺陷導(dǎo)致，每一個都是

36、由基因的改變引發(fā)的。這個情況在人類疾病史上不是前所未有的，因?yàn)樗推渌暮颂呛怂嵛蓙y有概念和機(jī)制上的相似性，比如機(jī)強(qiáng)直性營養(yǎng)不良，神經(jīng)病學(xué)綜合征與神經(jīng)拼接相聯(lián)系。(Darnell and Pos- ner, 2006; Ruggiu et al., 2009).。未來的研究旨在確定核糖核酸加工缺陷，這導(dǎo)致SMA病理學(xué)的進(jìn)一步研究，這將有助于建立動力電路功能和疾病核糖核酸全面的分子的觀點(diǎn)。每個個人貢獻(xiàn)的受SMN的疾病影響RNA通路表型小鼠模型將需要在多管齊下的方法進(jìn)行有選擇地增強(qiáng)RNP發(fā)生，修復(fù)，休眠，或著減少RNP周轉(zhuǎn)來彌補(bǔ)生物發(fā)展的不平衡引起的缺陷。Insights into SMA pat

37、hogenesis from disease modifiers 從疾病修飾符見解SMA發(fā)病機(jī)理基于SMN的核糖核酸途徑的分子研究的補(bǔ)充，在SMA中識別特定的細(xì)胞活動是一個關(guān)鍵?；瘜W(xué)和SMA外顯基因表達(dá)有助于識別疾病中干擾的細(xì)胞。一個顯著的例子是SMA突觸中被擾亂的肌動蛋白和細(xì)胞支架力學(xué)的顯現(xiàn)。一個在人類患者身上的研究確定了將增強(qiáng)的纖維狀肌動蛋白視為患者身上起保護(hù)作用的表達(dá)，該患者不含SMN1 但是含有SMN2(Oprea et al., 2008) 盡管更高含量在神經(jīng)肌肉外顯表達(dá)中被發(fā)現(xiàn)，由SMA有脊椎和無脊椎模型的SMN缺陷所引起。(Dimitriadi et al., 2010; Hao

38、 le et al., 2012; Ackermann et al., 2013). 在SMA老鼠中，人類絲束蛋白的超高含量提高了運(yùn)動神經(jīng)元的本體感受和乙酰膽堿的接受。(Ackermann et al., 2013)。 突觸絲束蛋白的穩(wěn)定性影響和較高含量的肌動蛋白前突觸相聯(lián)系，并且導(dǎo)致一部分NMJ神經(jīng)傳遞的改善和肌肉纖維尺寸的變大，不過對運(yùn)動功能和SMA老鼠的存活影響較小(Ackermann et al., 2013). 與這些觀察一致的是，另外一個研究結(jié)果揭示出SMN缺陷引起了RhoA的激活，即中等大小SMA老鼠模型肌動蛋白活性的調(diào)節(jié)器，(Bowerman et al., 2010) 有趣的

39、是，RhoA/ROCK藥理學(xué)抑制途徑能促進(jìn)NMJ的開發(fā)和肌纖維的大小，但不會導(dǎo)致運(yùn)動神經(jīng)元的遺失，并且可以延長SMA老鼠的存活期(Bowerman et al., 2010; Bowerman et al., 2012a). 總的來說這些發(fā)現(xiàn)暗示了SMA病理學(xué)中肌動蛋白突觸活性的調(diào)節(jié)異常，盡管缺陷之下的基質(zhì)很難捉摸。降低的運(yùn)動神經(jīng)元末端綜合肌動蛋白由擾亂了的SMN導(dǎo)致，該SMN處于軸突信使核糖核酸上，該減少的綜合體會影響到SMA中的肌動蛋白。(Ros- soll et al., 2003) 但是老鼠運(yùn)動神經(jīng)元上的基因缺失對神經(jīng)肌肉系統(tǒng)沒有外顯影響。(Cheever et al., 2011).

40、。旨在探索SMN的生物學(xué)和SMA病理學(xué)特征的努力非常難能可貴地洞察到一種現(xiàn)象，SMN的RNA加工被擾亂并且運(yùn)動系統(tǒng)中的功能缺陷是由SMN缺陷所誘發(fā)。同時也提到了補(bǔ)充SMN新穎的治療方式Advances toward SMA therapy SMA的治療進(jìn)展方向基于我們對SMA病因?qū)W的了解，SMN修復(fù)是治療疾病的最好方式。由于所有SMA患者帶有至少一個SMN2的副本，治療SMA最吸引人的方式就是使SMN2產(chǎn)出更多的SMN功能性蛋白質(zhì)。這可以通過幾種方式來實(shí)現(xiàn)，包括加強(qiáng)SMN2促進(jìn)劑，提升SMN2的外顯子7以及促進(jìn)SMN信使核糖核酸和蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。另外基因療法可以增強(qiáng)SMN表現(xiàn)。動物模型的基礎(chǔ)調(diào)

41、查和臨床研究顯示出這些方式的可靠性，導(dǎo)致了幾個正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn)(Fig. 3)。簡而言之，只有最先進(jìn)的備選療法在動物模型身上獲得了成功，以下就討論是將其用于臨床開發(fā)。要獲得更多臨床試驗(yàn)的信息和更新，可以參見www.clinicaltrials. gov 以及生物技術(shù)公司的網(wǎng)站也包含了這些藥物的開發(fā)項目。Gene therapy 基因治療SMN經(jīng)濾過性毒菌基因傳遞在臨床前研究中取得了顯著的成功。在自身組織和腦室中注射帶有自身補(bǔ)體的腺相關(guān)病毒（scAAV）的載體表達(dá)的SMN，顯示出老鼠和非人類靈長類動物運(yùn)動神經(jīng)元的高效轉(zhuǎn)導(dǎo)，以及完全的SMA外顯性。(Foust et al., 2010; Pas

42、sini et al., 2010; Valori et al., 2010; Dominguez et al., 2011).近來，類似于SMA外顯的外顯矯正對于表型改正有原則性的證據(jù)，通過在大量動物模型進(jìn)行運(yùn)動神經(jīng)元最低生存試驗(yàn)也證明了AAV-AMN基因傳輸。(Duque et al., 2014)AveXis公司正在患SMA I 型的嬰幼兒身上進(jìn)行第一階段的臨床基因治療，用來評估輕微SMA患者靜脈內(nèi)多劑量scAAV9- SMN的安全性，也計劃通過在較輕的病患身上進(jìn)行蛛網(wǎng)膜下腔滲透試驗(yàn)。除了安全性和有效性，潛在的SMN基因療法可能會用于治療更多SMA病患。Antisense oligonu

43、cleotides反義寡核苷酸可選擇的拼接外顯子7受制于包含多種因子的固有體系。(Singh and Singh, 2011)反義寡核苷酸(ASOs)尤其針對和阻止SMN2的內(nèi)含子7(Singh et al., 2006; Hua et al., 2008)。這些反義寡核苷酸(ASOs)在加快包含SMN2的外顯子7以及增加體內(nèi)和體外的SMN蛋白質(zhì)含量上尤其有效。重要的是，除了在CNS上高度穩(wěn)定了幾個月以及沒什么毒性外，一個拼接調(diào)適物使得疾病不那么外顯。(Hua et al., 2011; Porensky et al., 2012).迄今為止，ISIS-SMNRx, a 2-O-甲氧乙基改性

44、ASO(該種藥)還是比較安全并且在開放非盲的2期臨床試驗(yàn)中表現(xiàn)良好后被用于蛛網(wǎng)膜下腔滲透治療SMA I嬰幼兒和II 、 III型的兒童。在小鼠模型中，這種藥在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中分布性很廣，在治療范圍內(nèi)較SMN有較高的結(jié)合度。藥效的證據(jù)是初步的但是令人鼓舞的。相對參照組與經(jīng)治的患者的劑量相關(guān)的增加，在大量的運(yùn)動機(jī)能尺度中進(jìn)一步提示該藥還是很有效果。ISIS-SMNRx 當(dāng)前已進(jìn)入到三期臨床試驗(yàn)。Small molecules 小分子能夠口服的小分子生物藥由于便于輸送以及針對外圍和CNS特定方面疾病的能力在治療SMA上尤其有益。早期研究發(fā)現(xiàn)組蛋白脫乙酰酶抑制劑的治療潛力，并且利用這個能力通過核染色質(zhì)結(jié)

45、構(gòu)的修飾提高SMN2以及在SMA老鼠上形成一些顯性益處。然而這些在臨床上大部分是沒什么效果的。(Mohseni et al., 2013)?；诩?xì)胞的高通量屏用來識別小分子，其治療潛在性在SMA老鼠身上能夠發(fā)現(xiàn)。(Jarecki et al., 2005; Cherry et al., 2013; Naryshkin et al., 2014)。喹唑啉衍生物能夠抑制核糖核酸脫蓋清除劑酶的復(fù)方藥, (Singh et al., 2008),是第一個在高通量藥物篩選中確定的復(fù)方藥，作為SMN2的備選活化劑。(Jarecki et al., 2005)。(Butchbach et al., 2010

46、; Gogliotti et al., 2013; Van Meerbeke et al., 2013)。在廣泛的化學(xué)改進(jìn)，SMA老鼠治療中-包括最優(yōu)化的RG3039復(fù)方藥-只顯示出運(yùn)動神經(jīng)之上SMN和運(yùn)動功能的中等影響，因?yàn)榻Y(jié)合了RG3039治療和運(yùn)動神經(jīng)元SMN選擇性基因修復(fù)的SMA老鼠顯性改善的程度超出了所觀察到的情況(Van Meerbeke et al., 2013). 雖然RG3039 (PF- 06687859)在健康的自愿者體內(nèi)是安全的，但是輝瑞公司近來中止了和Repligen公司合作的該藥物的進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)，原因不明。包括瑞士羅氏制藥企業(yè)和SMA基因會的聯(lián)盟發(fā)展了口服的小分

47、子復(fù)方藥以及可以該藥可以調(diào)整SMN2。這些復(fù)方藥在SMA老鼠的臨床研究中效果良好，對于運(yùn)動功能和機(jī)體存活都有很好的幫助。(Naryshkin et al., 2014).。盡管對于復(fù)方藥的作用機(jī)制還不是很了解，但是以極大的熱情投入到整個染色體組分析對于治療相關(guān)性的研究表明該藥對SMN的特異性，對于其他mRNA的作用可以忽略不計。調(diào)查發(fā)現(xiàn)該復(fù)方藥的作用機(jī)制對于基本的生物都會有令人關(guān)注的影響。在人群試驗(yàn)中，由羅氏公司開發(fā)的備選臨床復(fù)方藥可以注入健康的生命體中，SMA患者身體中的安全和耐藥性以及運(yùn)動功能的有效性一直被評估著， (RO06885247)在健康個體良好的耐受性和安全性和耐受性目前正在SM

48、A患者進(jìn)行評估，以及運(yùn)動功能療效現(xiàn)狀及次要試驗(yàn)評估指標(biāo)。第一階段由諾華公司開發(fā)的口服SMN2開始在SMA1型的嬰兒中進(jìn)行試驗(yàn)。SMN-independent therapeutics SMN獨(dú)立療法如果在疾病的早期進(jìn)行防御，通過任何機(jī)制修復(fù)SMN都可能是有效的。這在老鼠模型身上有所顯示(Foust et al., 2010; Le et al., 2011; Lutz et al., 2011)。除了這一點(diǎn)，找到干擾SMN的分子途徑和細(xì)胞活動是尤其重要的。基于SMN的途徑與疾病相關(guān)是SMA療法發(fā)展的重要一點(diǎn)。另外一些依賴SMN并且可以提高動力電傳導(dǎo)功能的SMA治療方法也在研究中出現(xiàn)。奧利索西（Olesoxime）是由制藥公司開發(fā)的類似于膽固醇的神經(jīng)元保護(hù)復(fù)合藥物，旨在細(xì)胞壓力下保留神經(jīng)元線粒體的完整性，最初用來防止由于神經(jīng)營養(yǎng)因子的缺