關于SMA治療，基因SMN2如何實現一場配角式逆襲
走進「罕見病十宗罪」專欄，為你解密罕見疾病的發(fā)生發(fā)展機制、行業(yè)研究進展（基因治療等）、推動成果轉化的臨床前創(chuàng)新策略（模型構建及藥物篩選等）。往期回顧：
?與漸凍癥息息相關ALS息息相關的致病基因TARDBP是天使還是魔鬼？
SMA病人需要借助輪椅出行
每年的8月7日為“國際SMA關愛日”，脊髓性肌萎縮癥（Spinal Muscular Atrophy, SMA）是一種特征性累及脊髓前角運動神經元引起進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？據說在這種神奇療法的應用中，基因SMN2起到了關鍵性作用，實現了一次由配角躍升為主角的逆襲。
SMA疾病的致病機理
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鍵堿基差異c.840C>T，使得兩個基因轉錄的pre-mRNA可變剪接不同，導致SMN2基因主要產生7號外顯子缺失的、不穩(wěn)定的SMNΔ7蛋白[1]。
絕大多數SMA患者為SMN1基因突變，而高度同源的SMN2基因不能產生足量的全長SMN蛋白，不足以彌補SMN1基因功能缺失而導致疾病發(fā)生。因此，在產生SMN蛋白過程中，我們可以將SMN1視為主角，SMN2則是配角。
SMA疾病相關的基因治療
目前SMA的治療方式主要是補充療法，以及靶向SMN2改變其剪切方式以增加SMN全長蛋白表達量。在此過程中，配角（SMN2基因）經過改造后會逆襲成為治療主力，表達SMN全長蛋白，如Ionis公司的ASO藥物諾西那生鈉，通過與SMN2基因轉錄形成的mRNA相結合，改變RNA的剪接過程，從而增加正常SMN蛋白的表達量[2]。
在SMA相關的臨床前研究中，較常見的疾病模型為Δ7小鼠，這是一個三重純合的轉基因小鼠：Smn1-/-；SMN2tg/tg；SMNΔ7tg/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制的人源化疾病模型。
hSMN2全基因組人源化模型驗證數據
1
hSMN2全人源化小鼠hSMN2、mSmn1表達量檢測
腦、肝臟組織qPCR檢測結果顯示，與對照組B6N相比，hSMN2小鼠成功在體內表達人源hSMN2，不表達小鼠Smn1。（注：E7+& E7-代表所有hSMN2轉錄本；E7-代表缺失E7的hSMN2轉錄本）
hSMN2小鼠腦和肝中的SMN蛋白的表達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
hSNM2小鼠（KI/KI）相較于同齡同窩雜合子（KI/+）表現出肌肉萎縮，站立不穩(wěn)，體型較小，身長較短，尾巴出現斷尾現象。
3
hSMN2小鼠肌肉組織異常
相對于B6N野生型小鼠，hSMN2小鼠肌肉組織可見少量肌細胞壞死，胞質崩解，伴有極少量的淋巴細胞浸潤（藍色箭頭），周圍可見肌細胞萎縮，體積減小，肌細胞間隔增寬，排列疏松（黑色箭頭）。
綜上所述，hSMN2小鼠成功表達人源SMN2基因，且出現SMN蛋白表達顯著降低，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-GTTM
全基因組人源化模型構建計劃
不僅是脊髓性肌萎縮癥（SMA），針對視網膜色素變性（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調控。
為此，賽業(yè)生物啟動了HUGO-GTTM計劃，基于自主研發(fā)的TurboKnockout-Pro技術，對鼠源基因實現原位替換，成功構建了涵蓋更豐富干預靶點的全基因組人源化小鼠。HUGO-GTTM小鼠搭載了更高效的大片段載體融合技術，可以作為萬能模板進行針對性的突變定制服務，是更貼近真實世界生物機制的藥物臨床前研究模型。
注：HUGO-GTTM即Humanized Genomic Ortholog for Gene Therapy
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「罕見病十宗罪」專欄精彩內容預告
?印記基因UBE3A異常導致的天使綜合征（AS）
?不同重復序列致病的罪魁禍首——ATXN3、TCF4等
參考文獻：
[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.?
