脊髓性肌萎缩症（SMA）[3]——携带不同SMN2拷贝数的人源化小鼠模型
脊髓性肌萎缩症（Spinal Muscular Atrophy，SMA）是由SMN1基因突变引发的遗传性神经肌肉疾病，导致SMN蛋白缺乏，脊髓前角运动神经元退化，造成肌无力和肌萎缩。作为婴幼儿最常见的致死性遗传病，SMA发病越早病情越重，2岁以下儿童中位生存期仅约10个月[1]。在上两期疾病科普中（脊髓性肌萎缩症（SMA）[1]、脊髓性肌萎缩症（SMA）[2]），我们了解了SMA的基本信息、常用模型、诊疗指南等。今天，我们来继续了解人体内存在与SMN1高度同源的SMN2基因，虽产生的功能性SMN蛋白较少，但SMN2拷贝数越多，患者症状通常越轻。因此，调控SMN2表达已成为SMA治疗的重要方向，旨在增加功能性SMN蛋白来缓解症状[2]。
图1 SMA的疾病自然史及疗法[2]
一、致病机理
运动神经元存活基因1（SMN1）在人体全身广泛表达，尤其在脊髓中含量丰富。其编码的SMN蛋白被誉为细胞生存的“管家蛋白”，在剪接体蛋白复合体的组装中扮演关键角色，直接影响运动神经元的存活、功能及神经突起的发育[3-4]。当SMN1双拷贝缺失时，SMN蛋白的严重缺乏会导致脊髓运动神经元RNA剪接异常和功能障碍，引发神经元退化和肌肉失去神经支配，最终导致肌无力和萎缩，极大威胁患者的运动能力和生命[3-4]。因此，早期干预至关重要——在神经元不可逆丢失前启动治疗，才能有效挽救生命并促进运动功能的恢复。
图2 SMN蛋白对于剪接体snRNPs组装至关重要，其缺失会影响mRNA剪接和表达[5]
二、SMN2基因拷贝
除了SMN1，人体内还存在与其高度同源的SMN2基因，二者仅在少数核苷酸上有所不同[6]。然而，SMN2基因在第7号外显子剪接增强子处存在c.840C＞T的点突变，破坏了剪接增强子或形成剪接抑制子，导致大部分通过SMN2前体mRNA剪接生成的成熟mRNA缺失第7号外显子，生成的截短SMN蛋白功能丧失且迅速降解[7]。仅约10%的SMN2前体mRNA能够生成全长、功能性SMN蛋白[8]。在约95%的SMA患者中，SMN1双拷贝缺失使得SMN2成为功能性SMN蛋白的唯一来源，但其产量不足以完全代偿SMN1缺失，导致疾病发生[6-8]。
图3 第7号外显子剪接增强子处的差异致使SMN2生成的功能性SMN蛋白远低于SMN1[9]
研究表明，SMN2拷贝数是SMA严重程度的关键“调节器”。患者体内SMN2拷贝数通常在1至6个之间，拷贝数越高，全长SMN蛋白越多，临床症状往往越轻[10-11]。
图4 SMN2拷贝数与SMA严重程度（Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型）之间的负相关关系[2]
基于SMN2的潜力，调控其剪接或表达以增加功能性SMN蛋白已成为SMA治疗的热点方向。目前获批的三款SMA药物中，两款靶向SMN2：Biogen的反义寡核苷酸药物Nusinersen和罗氏的口服剪接调节剂Risdiplam，均通过调节SMN2剪接增加功能性蛋白的生成[12]。2024年，这两款药物的销售额分别达到15.7亿美元和近18亿美元，凸显了其临床价值和市场潜力[12]。
图5 靶向调控SMN2 mRNA剪接模式是SMN依赖性疗法的主要方式[9]
三、小鼠模型
与人类不同，小鼠仅拥有单一SMN基因（Smn1），其敲除会导致胚胎致死，难以直接模拟SMA的致病机制及SMN2的补偿作用[13]。构建既能反映SMA致病机制（尤其是SMN2拷贝数的影响）又符合人类病程发展的人源化小鼠模型，对于开发和验证SMN2靶向疗法具有重要意义。联盟单位赛业生物采用两种策略构建了SMN2人源化基础品系，并通过繁育获得携带不同SMN2拷贝数的SMA小鼠模型。
● Smn1hSMN2/hSMN2小鼠：将小鼠Smn1双拷贝基因原位替换为人类SMN2双拷贝，模拟携带2拷贝SMN2的SMA患者；
●ROSA26hSMN2/hSMN2小鼠：在小鼠ROSA26安全位点上插入双拷贝人源SMN2基因。
通过多代繁育，最终获得Smn1缺失背景下携带2、3和4拷贝SMN2的SMA小鼠模型，分别为B6-2*hSMN2小鼠（产品编号：C001504）、B6-3*hSMN2小鼠（产品编号：C001681）和B6-4*hSMN2小鼠（产品编号：C001682）。
*B6-hSMN2：https://www.cyagen.cn/mice-products/C001504
*B6-3*hSMN2：https://www.cyagen.cn/mice-products/C001681
*B6-4*hSMN2：https://www.cyagen.cn/mice-products/C001682
综上，B6-2*hSMN2（产品编号：C001504）、B6-3*hSMN2（产品编号：C001681）和B6-4*hSMN2（产品编号：C001682）小鼠在完全缺失鼠源Smn1基因表达的情况下，分别携带2、3和4拷贝人源SMN2基因，分别模拟人类Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型SMA的遗传特性。数据表明，这些小鼠在全长SMN2转录本及功能性SMN蛋白表达、生长发育和生存情况等方面，与携带相应SMN2拷贝数的人类SMA患者病程大致匹配。因此，此类人源化小鼠模型不仅能较好地模拟SMA病因，特别是SMN2拷贝数对疾病进展的影响，同时为研究SMA发病机制及开发针对人源SMN2的治疗策略提供了宝贵工具。
四、参考文献
[1]Mercuri E, Sumner CJ, Muntoni F, Darras BT, Finkel RS. Spinal muscular atrophy. Nat Rev Dis Primers. 2022 Aug 4;8(1):52.
[2]Wirth B. Spinal Muscular Atrophy: In the Challenge Lies a Solution. Trends Neurosci. 2021 Apr;44(4):306-322.
[3]Wirth B, Karakaya M, Kye MJ, Mendoza-Ferreira N. Twenty-Five Years of Spinal Muscular Atrophy Research: From Phenotype to Genotype to Therapy, and What Comes Next. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2020 Aug 31;21:231-261.
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[12]FiercePharma. (2025, February 12). Roche nabs FDA nod: Evrysdi tablets gaining potential convenience edge over SMA meds Biogen. Retrieved March 20, 2025, from https://www.fiercepharma.com/pharma/roche-nabs-fda-nod-evrysdi-tablets-gaining-potential-convenience-edge-over-sma-meds-biogen
[13]Edens BM, Ajroud-Driss S, Ma L, Ma YC. Molecular mechanisms and animal models of spinal muscular atrophy. Biochim Biophys Acta. 2015 Apr;1852(4):685-92.
来源：赛业生物
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