2001年，浙江省溫州市文成縣的包家迎來了一個可愛的女嬰，包宗鋒夫婦給他們的寶貝女兒起名“包珍妮”。小珍妮長到8~9個月大的時候，父母都注意到女兒的小手伸出來拿東西的時候總是會不住地顫抖，開始懷疑女兒在肢體控制方面的發育有點小問題。過了周歲，小珍妮的病情更加嚴重了，她站立不穩，根本無法走路。

于是，包宗鋒夫婦帶女兒去了醫院。但診斷的結果卻讓他倆如雷轟頂：包珍妮患有脊髓性肌萎縮癥（Spinal Muscular Atrophy，縮寫“SMA”）。醫生還無奈地告訴他們，SMA是一種罕見病，無藥可治，大多數患兒的壽命不超過2歲，即使護理得當，最多活到4~5歲。

包宗鋒夫婦以前沒有聽說過這種怪病，不愿相信這是真的。在隨后的幾年里，又帶著女兒跑遍了上海、北京的大醫院，但結果都是一樣的。他們只能接受了這個令人心碎的事實，但是沒有認命也沒有放棄，而是更加精心地呵護著女兒越來越脆弱的生命。

兩歲那年，小珍妮的肺部嚴重感染，進了重癥監護室，隨后下肢完全失去了運動能力。父母的陪伴下，珍妮坐在輪椅上完成了小學學業。2013年開始，坐輪椅也不行了，珍妮只能輟學躺在家里。2014年又一次肺炎讓她喪失了基本的肺功能，開始依靠呼吸機維持生命。一個月后又能重新開口說話的珍妮告訴爸爸：

“我就是想活下去，就想看到新一天的太陽?！?/p>

運動神經元存活基因變異

就在珍妮姑娘被確診SMA的同一年，在地球另一邊的美國，一個出生比她早一年的小女孩艾莉亞·辛格（Arya Singh）也遭遇了同樣的不幸，被確診為SMA，漸漸失去了行動的能力。

有幸的是，艾莉亞的父母都是非常成功的投資銀行家。為了尋找治療SMA方法，幫助自己的女兒艾莉亞和其他所有 SMA 患者，夫婦倆在2003年捐出巨款，共同創建了 SMA 基金會。

今天，SMA 基金會是全球 SMA 研究的主要贊助者，迄今為止已經投入了大約 1.5 億美元已用于基礎、轉化和臨床研究，同時確保最新的研究成果可以以最低的成本和要求共享給每個研究SMA的科學家。SMA也終于從一個以前只有患兒的父母才知道的罕見病，進入了大眾的視野。

SMA是一種遺傳性的神經肌肉病，由于脊髓前角及延髓運動神經元變性，導致肌無力和肌萎縮。這是一種常染色體隱性遺傳病，也就是說父母雙方都必須攜帶致病基因，而且他們的子女只有在兩條染色體都存在致病變異時才會發病。根據排列組合原理，他們的后代中有25%不攜帶SMA致病基因，有50%是SMA基因攜帶者，但自身不會發病，只有余下的25%才會發病。

SMA患兒

SMA在全球活產新生兒中的發病率是10萬分之6，包括不同種族和性別，[1] 由此可推算出成年人中攜帶致病基因的比例不低于1/65。SMA被納入中國《第一批罕見病目錄》，據估計中國每年新發患者數大約為850，患者總人數在25000左右。

早在120多年前的1890 年代，一位名叫吉多·韋德尼格（Guido Werdnig）的奧地利科學家和約翰·霍夫曼（Johann Hoffman）的德國科學家就首先注意到有幾例患病的嬰兒在出生后的頭幾個月內出現了肌肉無力，他們還了解到這種情況似乎在家庭的其他成員中也出現過。

Guido Werdnig（左）和Johann Hoffman（右）

于是，科學家們對這種神秘而又可怕的疾病做了進一步的調查，病理解剖發現這些患病嬰兒的運動神經細胞發生了退變，特別是在被稱為前角（anterior horn）的脊髓部分，主要與骨骼肌群（skeletal muscles）相關。他們的研究工作使得脊髓性肌萎縮癥得以確認和診斷，所以1 型 SMA 通常也被稱為 Werdnig-Hoffman 病。

目前，基于癥狀開始的年齡和患者身體所能達到的運動狀態，我們把SMA分為4種類型 [2]：

- 1 型（Werdnig-Hoffman ?。┦亲畛Ｒ?nbsp;(60%) 的形式，通常在嬰兒出生后的 6 個月內發病，若無呼吸支持，患者通常于2歲前死亡；

- 2 型，通常在 6 個月至18月歲之間發病，多數患兒可以坐起，但不能獨立行走；

- 3 型（Kugelberg-Welander ?。?，通常在 18個月之后發病，有些甚至可能推遲到青春期，患兒能獨立行走；

- 4 型，非常罕見（< 1%），患者在成年后發病，進展緩慢。

在每種類型中，患者的運動能力也會因人而異。如果不進行治療，他們的肌肉將持續變弱，隨著時間的推移甚至完全失去運動能力，導致死亡。嬰幼兒期發病的1型SMA患兒很大概率無法活到2歲，被稱為2歲以下嬰幼兒的“頭號遺傳病殺手”。包珍妮是2型，艾莉亞是3型，所以她們能非常幸運地在父母的精心呵護下長大成人。

雖然專家們從一開始就注意到了這種罕見病的家庭遺傳特征，但是我們在基因層面發現SMA的遺傳缺陷已經是100多年之后了。

1995 年，法國女科學家朱迪思·梅爾基（Judith Melki）和她的研究團隊找到了與SMA相關的基因——運動神經元存活基因 1 (Survival of Motor Neuron 1，縮寫“SMN1”)，并確定了該基因的 DNA 堿基序列。[3] 他們的研究結果顯示：SMA患者5號染色體上的SMN1基因都出現了問題，其中超過90%是純合缺失（homozygous deletion）。也就是說，有關這個基因的兩個拷貝都出現了功能缺失性變異（只要有一個拷貝正常就不會發病，但仍舊是致病基因的攜帶者）。因此，最常見的SMA類型也被稱為5qSMA，此類型占SMA患者人群的95%。

既然是純合缺失，那為什么不同患者的發病時間和進程會出現這么大的差別呢？答案來自另一個運動神經元存活基因2——SMN2，一個與SMN1幾乎完全相同的“備用基因”，也是梅爾基團隊發現的。

在正常人的5號染色體長臂的13.2區域存在著一對高度同源的基因：在端粒（telomere）端的SMN1和在著絲點（centromere）端的SMN2。我們生存所必須的SMN蛋白質有85%~90%來自SMN1基因的表達，只有10%~15%來自SMN2基因。所有 SMA患者都缺乏功能正常的 SMN1 基因，只能依賴于SMN2基因來表達SMN 蛋白，低水平的SMN蛋白允許胚胎發育，但不足以維持脊髓運動神經元的存活，早晚會出現SMA。隨后的基因型與表型的相關分析發現，SMN2基因的拷貝數與該病癥的表型之間是負相關的，拷貝數高的表型比較溫和，發病也會晚一些。

運動神經元存活基因SMN1和SMN2的發現，為脊髓性肌萎縮癥通過基因檢測手段獲得遺傳學診斷提供了可靠的依據?；驒z測可用于受孕前的基因篩查，可用于受孕后的產前診斷，也可用于新生兒篩查。在此之前，脊髓性肌萎縮癥的診斷只能根據患者的典型體征和肌電圖。

SMN1和 SMN2基因的發現也為脊髓性肌萎縮癥的治療找到了新的切入點。

中國球迷和烏拉圭球迷的冷泉港之緣

1890年，也就是霍夫曼和韋德尼格發現脊髓性肌萎縮癥的同一年，位于美國紐約長島的冷泉港成立了一家非盈利性的生物醫藥學實驗室——冷泉港實驗室（Cold Spring Harbor Laboratory，縮寫CSHL）。從此，一代又一代杰出的科學家在冷泉港實驗室致力于基礎生命科學的研究，取得了多項舉世矚目的科學成就，在學術界樹立起了很高的威望，成為全球性的生命科學研究中心。

1986年，這所百年的實驗室迎來了彼時剛從哈佛大學獲得博士學位的阿德里安·克雷納（Adrian Krainer），而當時，他對SMA還幾乎一無所知。

1999年，克雷納博士作為RNA調控和剪接專家應邀參加了一個在NIH舉行的神經性疾病研討會。[4]“NIH 的研討會對我來說是一個重要的轉折。這些同行們觀察到的（SMN基因的）剪接問題與我一直在研究的課題非常類似?！?nbsp;克雷納博士后來回憶說。他當時的直覺認定，治療這個遺傳病的關鍵也許就是基因剪接的調控和修復，而他的團隊應該可以有所作為。于是他立刻付諸行動，開始招兵買馬。

真正的進展則在3年后。那個夏天正值2002世界杯期間，NIH的神經性疾病研討會又一次如期召開。當時正在麻州大學醫學院做研究的中國學者、愛好足球的華益民博士和克雷納研究員相遇了。

克雷納出生在烏拉圭，也是一個足球迷。共同的興趣把這兩位博士球迷拉到了一起，在研討會期間饒有興致地談論著世界杯，談論烏拉圭晉級的前景，談論中國隊進球的可能性，談論德國的“戰車”和巴西的“桑巴舞”……對了，足球之余，他們也談論了不少神經性疾病。

自從SMN1和 SMN2基因發現之后，有不少實驗室就開始研究這兩個重要基因的剪接和調控。華博士當時所在麻州大學醫學院的實驗室就是這個領域里的先驅，取得了不少重要的進展?？死准{實驗室進入這個領域相對較晚，非常需要華博士在SMA方面的工作經驗和實驗技能，于是他當即伸出了橄欖枝，邀請華博士加入他的實驗室，到冷泉港工作。

一年之后，華博士從麻州搬到了冷泉港，開始了與克雷納博士長達十多年的合作，而早期贊助這項研究、包括支付華博士本人工資的機構之一，正是艾莉亞父母共同創建的 SMA 基金會。

反義寡核苷酸的嶄露頭角

當時最新的研究結果顯示，SMN2之所以不能像SMN1那樣高效率表達正常的蛋白，是因為這個“備用基因”的840號位上的堿基與SMN1基因的堿基不一樣，也就是我們通常說“發生了變異”。這個單一堿基的變異導致了SMN2基因被剪接時會“跳過”一段被稱為“外顯子 7（exon 7）”的基因片段，少了一些密碼子，它所表達的SMN蛋白也就短了一截。這些短了一截的SMN蛋白質不具有生物功能，會被快速降解，只剩下10%~15%具有正常功能的 SMN 蛋白。5qSMA疾病患者的發病時間和嚴重程度與SMN2基因的拷貝數呈負相關，一般拷貝數越高SMA表型嚴重程度就越低。

真是無巧不成書，當時克雷納博士的團隊研究這個基因剪接回路的機理已經有好幾年了，非常熟悉許多相關的細胞因子。華益民博士加入他和團隊之后，與其他成員一起開始研究如何修復SMN2的基因剪接，并成功建立了一個名為“ASO步移法” 的實驗方法，在體外的細胞實驗中進行了大量的篩選，成功獲得了能在低劑量下修復SMN2基因剪接的分子。這個方法的核心是一項被稱為“反義寡核苷酸（antisense oligoneucleotide，縮寫ASO）”的RNA生物技術。[5]

隨著生命科學的發展，RNA在生命過程中的重要作用被越來越多地揭示出來，與RNA相關的生物技術也被越來越多應用到醫藥學的許多領域，發揮著重要的作用。

幾十年前就有科學家發現，將一段外源的mRNA注入小鼠的細胞內之后，經過培養，在這些細胞中檢測到了由這段mRNA編碼的外源的蛋白質。這是基因療法生產所需蛋白質的早期概念證明，在醫藥領域有巨大的實際應用潛力。最近取得突破的mRNA疫苗技術，就是將編碼新冠病毒刺突蛋白的mRNA經過化學修飾和“包裝”之后獲得成功的。它們進入人體之后，核心成分mRNA能被宿主細胞轉錄而表達出新冠病毒的刺突蛋白，從而激發免疫反應，產生相應的抗體。因為這段mRNA只攜帶刺突蛋白的編碼，并不能表達出完整的病毒，接種后沒有被感染的可能性。

除了在一定條件下能表達各種蛋白質之外，有些特殊的RNA也能抑制蛋白質的表達。1978 年，兩位美國科學家就發現了一種能夠抑制蛋白質合成的RNA片段。這種特殊的RNA片段不攜帶密碼子，它的堿基序列與某些攜帶密碼子的mRNA片段的序列互補（G對C，A對U），因此這些單鏈的RNA片段可以與某些特定序列的mRNA 雜交形成二聚體，從而使被雜交的mRNA不能繼續參與蛋白質合成的信息轉錄，起到了調節基因表達的作用。

因為這些RNA片段的堿基序列與密碼子相反，我們把這些特殊的RNA稱為“反義RNA（antisense RNA，縮寫asRNA）”或者“反義寡核苷酸（antisense oligoneucleotide，縮寫ASO）”。[6] 反義寡核苷酸技術的出現引起了醫藥界的廣泛注意，因為這樣一來，mRNA就有可能成為一大類潛在的藥物靶點。 

鑒于它們能夠在基因表達的水平上針對與疾病相關的蛋白質進行調控，有可能在包括癌癥、神經退行性疾病、呼吸系統疾病以及罕見遺傳病等治療領域里發生作用。于是從1980年代開始，制藥公司就開始投入資源，致力開發反義寡核苷酸藥物。

開發反義寡核苷酸藥物有一個很大的難題：藥物遞送。通常反義寡核苷酸是由12~25個核苷酸單元組成的單鏈RNA。如果不進行化學修飾，它們是不能滲透過細胞膜的，并且對各種核酸酶（包括內切酶和外切酶）的降解也非常敏感，即使注入體內之后的半衰期只有幾分鐘，沒有足夠的時間與靶點結合而起效。

1989年成立的Ionis制藥公司（原名Isis Pharmaceuticals）就是一家專注研發反義寡核苷酸藥物的生物技術公司。它從一家丹麥公司引進了RNA化學修飾的平臺化技術，可以系統性地高效合成新穎的RNA分子片段，同時還能更精準地控制產物的立體化學。

經過幾次迭代之后的寡核苷酸，在成藥性上有了很大的改善。新一代的寡核苷酸不容易被核酸酶降解，體內半衰期顯著延長，細胞毒性降低，具有更好的細胞靶向能力，被業界普遍看好。

與此同時，Ionis公司注意到了克雷納團隊在SMA領域里發表的一些早期研究結果，決定與之合作，把基礎研究的成果轉化為治療SMA的藥物。從2004年開始，他們系統性地設計反義寡核苷酸分子，在Ionis的獨家平臺上合成與純化，然后到冷泉港進行篩選，希望能從中找到安全有效的SMA治療藥物。

小鼠模型的重要發現

如果說系統性的合成與篩選是現代藥物研發必不可少的技術平臺，那么疾病的動物模型就是現代藥物研發繞不過去的一道坎。

克雷納團隊選定的靶點是SMN2基因上的一個特異性位點（ISS-N1）。他們的研究發現，通過反義寡核苷酸分子與這個基因位點的靶向結合，可以促進SMN2基因在轉錄時保留外顯子7，產生出全長的mRNA，從而提高功能性SMN蛋白的生成，具有非常精準的特性。

就在克雷納博士的團隊努力設法修復SMN2基因表達的同時，SMA的小鼠動物模型建成了。這是一個非常關鍵的突破性進展，這個動物模型的建立為各種實驗性療法提供了臨床前篩選的平臺，也為SMA發病機制和疾病調控提供了很好的研究對象。

在目前已知的所有物種里，只有人和巴諾布黑猩猩（Bonobo Chimpanzee）有SMN2基因，其它物種（包括普通的黑猩猩）都沒有。從進化的角度看， SMN2基因出現對物種生存顯然是有好處的。沒有SMN2基因的物種，只要SMN1出現功能喪失性突變，一定是致命的。小鼠沒有SMN2 基因，所以敲除小鼠的SMN1基因也是致命的，這就給建立小鼠的SMA疾病模型增加了不少技術難度。

實驗人員在敲除SMN1基因的同時，還必須人工植入（knock in）SMN2基因，小鼠才有可能存活。這樣做的好處是，植入的SMN2基因的拷貝數是可控、可增減的。實驗結果顯示：植入不同拷貝數的SMN2基因，培育出來的轉基因小鼠是很不一樣的。如果植入2個拷貝，小鼠能短暫地存活5天，而且會出現SMA的典型癥狀；如果植入8個拷貝，培育出來的轉基因小鼠就可以長時間存活，而且表型也基本正常。

這些重要的實驗結果給了項目團隊（Ionis制藥/冷泉港實驗室）極大的信心：如果能通過反義寡核苷酸藥物提高SMN2基因的正常表達，在小鼠的疾病模型上應該也能獲得成功。于是，華益民博士埋頭苦干，從2008年開始花了一年多時間，改進了當時已經發表的臺灣溫和型小鼠模型，在實驗室里成功培育出了存活率較高的適合做藥物篩選的轉基因小鼠（統稱“臺灣嚴重型模型”）。 

華博士開始在這些小鼠上做試驗，把精心設計的反義寡核苷酸分子注射到小鼠的腦脊液里，然后觀察它們的變化。結果顯示，反義寡核苷酸的干預可以在活體的細胞中糾正 SMN2基因的剪接錯誤，把SMN2的正常表達提高到接近SMN1的水平，但是這些小鼠的壽命卻只能延長大約1周，治療效果并不十分理想。

很有些沮喪的華博士在一次實驗后偶然發現，其中的兩只小鼠竟然奇跡般地活了好幾個月，整個團隊都為之興奮不已！原來，在給這兩只小鼠進行腦室注射時，反義寡核苷酸分子并沒完全進入腦室，有一小部分漏了出來，通過皮下進入了血液循環，這才出現了意想不到的結果。有了這個發現之后，他們意識到這些轉基因小鼠外周組織存在嚴重缺陷，這一點可能與人類SMA患者有差異。結果通過皮下注射的方式給藥，轉基因小鼠的壽命果然延長至原先的20倍以上。[7]

很快，項目組選定了一個代號為ASO-10-27的反義寡核苷酸分子作為候選藥物，由Ionis制藥接手啟動了試驗藥物授權研究（IND Enabling Studies），包括嚴格條件下的各種藥效學、藥代動力學、藥理和毒理學以及動物安評試驗等多項研究，為該化合物的申報和進入臨床試驗鋪平道路。

諾西那生鈉終成正果

2011年底，這一天終于來了。Ionis制藥在完成了ASO-10-27的臨床前研究之后，自籌資金開啟了SMA實驗藥物的Ⅰ期臨床試驗，藥物的代號為“ISIS-SMNRx”（后改名為“Nusinersen”）。

2012年，Ionis制藥開始與神經性疾病藥物開發方面經驗豐富的渤健生物制藥公司（Biogen, Inc.）合作，加速推動該項目的Ⅱ期臨床試驗。

考慮到SMA及其患者的特殊性，最先開始的是一項開放標簽（open label）的Ⅰ期臨床試驗，對28 名2~14 歲的SMA患者進行了不同劑量的單次鞘內注射（intrathecal injection）[8]。試驗結果顯示，受試患者對實驗藥物ISIS-SMNRx的 4 種遞增單劑量（1、3、6 和 9 毫克）都呈現出良好的耐受性，尤其是接受9 mg 劑量的受試患者還出現了一些可觀察到的臨床療效，非常令人鼓舞。隨后，開放標簽、劑量遞增的Ⅱ期臨床研究也進展順利。

緊接著，在名為ENDEAR的Ⅲ期隨機、雙盲、假操作對照的研究中，121例5qSMA嬰兒期發病型患兒參與了研究，其中諾西那生組80名。主要終點顯示用藥組達到運動里程碑反應的患兒百分比顯著高于對照組（51% vs. 0%）。

另外還有幾項關鍵性的臨床研究（CHERISH、NURTURE等）結果也都先后證實了ISIS-SMNRx實驗藥物能顯著增加SMA1型患者的生存時間，可以幫助改善各型SMA患者運動、呼吸功能，顯著改善I型患者呼吸、吞咽功能。尤其令人可喜的是，早期基因診斷后的癥狀前治療能改變SMA的自然進程，有可能使那些即將發展成為1型或2型SMA的患兒幾乎達到與正常兒童相似的運動發育水平。由此可見，早期的基因篩查對于SMA的有效治療有著非常重要意義，應該成為醫藥界的努力方向。

2015年，幾項關鍵的Ⅲ期臨床試驗尚未結束，但是其中的一項有關嬰兒患者的治療試驗被監管部門突然叫停了：原來，并不是出了問題，而是中期分析結果已經足以令人信服，不能讓對照組的受試嬰兒繼續使用安慰劑，因為留給那些患兒時間已經不多了，必須立刻改成藥物治療。

2016年，FDA批準了實驗藥物的上市，諾西那生鈉（Nusinersen Sodium，商品名Spinraza）注射液誕生了，用于5q SMA的治療。[9] 2019年諾西那生鈉注射液經快速審評審批通道獲得中國藥品監督管理局的上市批準。

沐浴在新一天的陽光里

故事又回到了我們開篇的SMA 2型患者、20歲的溫州女孩包珍妮。對她來說，每一天太陽的升起都是特別值得期待的。

滿懷著希望，她迎來了2022年的第一個日出。這一天，中國新版國家醫保藥品目錄落地執行，諾西那生鈉注射液赫然在列，而珍妮也在溫州醫科大學附屬第二醫院接受了諾西那生鈉的第一次注射。兩個多月后的今天，曾經僅一根手指能活動的她，現在整個手掌已經都能動了。

醫生在為包珍妮注射

大洋彼岸的艾莉亞從一開始就參加了諾西那生鈉的臨床試驗，雖然仍舊要坐輪椅，但她現在已經是耶魯大學的學生了。她感恩父母早年的愛心投資，創立了SMA基金會，為天下的SMA患者尋找治療方法，包括大力贊助冷泉港的研究項目，并最終獲得了成功。

目前關于諾西那生鈉的真實世界研究數據不斷增多，比較一致地反映了關鍵臨床研究的治療獲益，同時也在回答各種臨床實際治療中遇到的問題。截至2021年底，全球臨床使用經驗已經超過7年的時間，共計超過了11000名各種分型及年齡的SMA患者接受了治療。 

因為有了諾西那生鈉，越來越多的SMA患者跟包珍妮和艾莉亞一樣，正沐浴在新一天的陽光里。

2022年3月于新澤西

注釋

[1] Ingrid Verhaart, Agata Robertson, Ian Wilson, Annemieke Aartsma-Rus, Shona Cameron, Cynthia Jones, Suzanne Cook and Hanns Lochmüller, “Prevalence, incidence and carrier frequency of 5q–linked spinal muscular atrophy – a literature review”, Orphanet J. Rare Diseases, 2017, 12, 124.

[2] 脊髓性肌萎縮癥基金會官網：https://smafoundation.org/

[3] Lefebvre, S., Bürglen, L., Reboullet, S., Clermont, O., Burlet, P., Viollet, L., Melki, J. “Identification and characterization of a spinal muscular atrophy-determining gene”, Cell, 1995, 80(1), 155.

[4] 冷泉港實驗室官網：https://www.cshl.edu

[5] 前綴“oligo-”是希臘語“少”或“寡”的意思。

[6] Karishma Dhuri, Clara Bechtold, Elias Quijano, Ha Pham, Anisha Gupta, Ajit Vikram and Raman Bahal, “Antisense Oligonucleotides: An Emerging Area in Drug Discovery and Development”, J. Clin. Med., 2020, 9, 2004.

[7] Hua Y, Sahashi K, Rigo F, Hung G, Horev G, Bennett CF, Krainer AR. “Peripheral SMN restoration is essential for long-term rescue of a severe spinal muscular atrophy mouse model”, Nature, 2011, 478(7367), 123.

[8] 鞘內注射是一種特殊的給藥途徑，直接將藥物注射到脊柱椎管或蛛網膜下腔，使藥物能到達腦脊液，可用于脊髓麻醉、鎮痛、以及中樞神經疾系統病的治療。

[9] 在項目早期的篩選和優化過程中，一般以實驗記錄、合成日期等作為化合物的代號（ASO-10-27）；申報臨床試驗時，制藥公司一般會以公司名稱和適應癥的縮寫換一個代號（ISIS-SMNRx）；最后在藥物上市前，制藥公司會根據FDA提供的詞根起一個藥物名稱（Sodium Nusinersen），和一個自己起的商品名稱（Spinraza）。諾西那生鈉對非5qSMA不適用。