脊髓性肌萎缩症（SMA）全谱系模型：携带不同SMN2拷贝数的人源化小鼠

脊髓性肌萎缩症（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]。与此同时，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]。

 

SMN1双等位基因缺失：SMA的致病根源

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]。

 

SMN2基因拷贝：疾病的“调节器”与治疗的“钥匙”

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]。

 

赛业生物SMA小鼠模型：重现人类疾病的利器

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。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。

 

• Smn1^hSMN2/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；
• ROSA26^hSMN2/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）。

 

部分验证数据如下，更多数据可参阅品系说明书。

 

• 人源SMN2基因和鼠源Smn1基因表达

B6-2*hSMN2、B6-3*hSMN2和B6-4*hSMN2小鼠体内均检测到全长人源SMN2转录本表达，而鼠源Smn1基因表达完全缺失。随着SMN2拷贝数增加，全长SMN2转录本表达水平逐步升高。

 

图6. 野生型（WT）、B6-2*hSMN2、B6-3*hSMN2和B6-4*hSMN2小鼠各组织基因表达对比。

 

• SMN蛋白表达

SMN蛋白水平与全长SMN2转录本表达趋势一致，均随SMN2拷贝数的增加而逐步上升。

图7. 野生型（WT）、B6-2*hSMN2、B6-3*hSMN2和B6-4*hSMN2小鼠体内人源SMN蛋白表达。

 

• 生长曲线

 

图8. 野生型小鼠（Control）、B6-3*hSMN2小鼠和B6-4*hSMN2小鼠生长曲线对比。

 

• 尾巴长度

大部分B6-3*hSMN2小鼠在10周龄左右尾巴完全消失，B6-4*hSMN2小鼠亦出现断尾现象，但从8周龄左右开始尾巴长度基本保持恒定。

 

 

图9. 野生型对照小鼠（Control）、B6-3*hSMN2小鼠和B6-4*hSMN2小鼠尾巴长度对比。

 

• 常见疾病症状发生情况

B6-3*hSMN2小鼠表现出较B6-4*hSMN2小鼠更为严重的疾病症状，表明增加的SMN2拷贝数可缓解疾病进展。

 

图10. 野生型（Control）、B6-3*hSMN2和B6-4*hSMN2小鼠外部疾病症状对比。

 

• 不同SMA小鼠疾病表型进展总结

 

 

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。

 

参考文献

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