自然史研究在脊髓性肌萎縮癥中的應用

葛繡山 宋昉

[摘要] 兒童脊髓性肌萎縮癥（SMA）是常見的致死性常染色體隱性遺傳病，運動神經元存活基因1（SMN1）是其致病基因。結合其典型的臨床表現、肌電圖等輔助檢查，尤其是基因分析，大多數患者能夠確診并分型，目前其可及性高的干預手段有限。疾病自然史是疾病臨床研究的重要組成部分，其在臨床表現描述及致病機制研究中的作用是基礎性的。本文就SMA的疾病自然史研究加以詳述，包括自然史概念與價值、SMA患者自然史資料、研究的作用等有關內容。SMA自然史研究能夠為該病的臨床診斷、治療研究甚至預防提供有力的理論依據和有效的探索思路。

[關鍵詞] 脊髓性肌萎縮;運動神經元存活基因;自然史;兒童

[中圖分類號] R714.5? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）05（c）-0177-04

Application of natural history research in spinal muscular atrophy

GE Xiushan1? ?SONG Fang2▲

1.Department of Neurology， Children Hospital Affiliated to Capital Institute of Pediatric， Beijing? ?100020， China; 2.Department of Medical Genetics， Capital Institute of Pediatric， Beijing? ?100020， China

[Abstract] Spinal muscular atrophy （SMA） in children is a common fatal autosomal recessive genetic disease， and motor neuron survival gene 1 （SMN1） is its pathogenic gene. Combined with its typical clinical manifestations， electromyography and other auxiliary examinations， especially gene analysis， most patients can be diagnosed and classified. Currently， the interventions with high accessibility are limited. The natural history of disease is an important part of the clinical study of disease， and its role in the description of clinical manifestations and pathogenesis is fundamental. This paper will elaborate on the natural history of SMA， including the concept and value of natural history， natural history data of SMA patients， and the role of the study. The study of natural history of SMA can provide a strong theoretical basis for the clinical diagnosis， treatment and even prevention of SMA.

[Key words] Spinal muscular atrophy; Survival motor neuron gene; Natural history; Children

脊髓性肌萎縮癥（SMA）是較常見的造成嬰幼兒死亡的常染色體隱性遺傳病，主要特點是進行性脊髓前角運動神經元退化和近端肌肉萎縮，SMA的致病基因SMN1以純合缺失為主。在西方其發病率為1/6 000～1/10 000，攜帶率為1/38～1/50。結合發病年齡和運動功能，SMA被分為不同臨床類型：嚴重型（Ⅰ型）：通常生后即發病，患兒不能獨坐和獨立行走;中間型（Ⅱ型）：7～18個月發病，患者能獨坐，但不能獨立行走;輕型（Ⅲ型）：通常具有獨立行走的能力。近年更趨向于通過患者的最佳運動水平（如坐、走）來確定SMA分型。本病的臨床分型和預后判斷的主要依據為疾病自然史研究。

1 疾病自然史概念

疾病自然史是指在不施行任何治療或干預措施的情況下，疾病從發生、發展到結局的整個過程。包括以下幾個時期：①生物學發病期。病原體或致病因素作用于人體引起有關器官的生物學反應性病變;②臨床前期。病變的器官損害加重，出現了臨床前期的改變，患者通常沒有或僅有輕微癥狀、體征，可為“健康”狀態，但如果采用某些實驗室或特殊的特異性高的診斷手段檢查，則可以發現疾病所引起的器官損害而被早期診斷;③臨床期。患者的病變器官損害更重，呈現顯著的解剖學及器官功能障礙，臨床上出現明顯癥狀、體征和實驗室檢查異常指標;四、結局。疾病經歷了上述過程，發展到終末的結局，患者可表現為痊愈、殘疾或死亡等。疾病的預防策略就是依據疾病自然史，在不同時期采取不同的策略[1]，在罕見病領域，尤其是針對發病機制不明和治療手段有限的疾病開展此項工作具有標桿式或基準性的重要意義[2-3]。

2 疾病自然史研究在醫學遺傳學中的作用

Hall早在1988年就提出在醫學遺傳學的領域中進行疾病自然史的研究是非常重要的，尤其是在以下5個領域中：①疾病的診斷[4];②疾病異質性和疾病的表達[5-6];③早期缺陷性疾病的確定;④疾病管理[7];⑤遺傳咨詢。

對疾病自然史的評價可以通過使用傳統的流行病學研究設計，如隊列研究和病例對照研究來實現。在隊列研究中，臨床結局的測量是在患病組和無病組中分別進行的，計算的指標包括發生率、累計發生率以及疾病和結局之間的關聯指標。而在病例對照研究中，病例指的是有研究結局的人，而對照指的是無研究結局的人。在病例和對照中將進行以前疾病頻率的比較以及關聯指標的計算。尤其要注意，對疾病自然史的研究也是進行疾病異質性研究的重要方法之一。如果某個疾病根據其是否具有某個臨床癥狀、遺傳特征、流行病學特征或實驗室特征而分成不同的亞組，而這些亞組又具有不同的自然史，則可能提示了不同的生物學機制[8]。

3 國外SMA自然史資料

SMA患者的自然史信息因型別不同而不同。分型是人為地對連續進展的病程加以區分。同一型的患者其病情進展和預期壽命同發病年齡相關。發病年齡越早，其臨床表現越重，壽命也越短。Zerres等[9]對197例不能坐的Ⅰ型SMA患者進行分析，發現其2、4、10年和20年生存率分別是32%、18%、8%和0%。Richard等[10]對34例Ⅰ型患者進行前瞻性分析認為，此型患者入組及進行1年隨訪是可行的，由此得到的生存時間、不同發病年齡組存活率等數據可應用于臨床試驗。而240例能坐不能走的Ⅱ型患者其5年和25年生存率分別是98.5%和68.5%。有研究將Ⅲ型患者（329例）定義為發病在30歲之前并且具有行動能力，3歲之前的為Ⅲa（195例）而3歲之后的為Ⅲb（134例），Ⅲ型患者預期壽命與正常人并沒有明顯差異;Ⅲa患者發病后10年和40年仍具有生存能力的概率為70.3%和22.0%，Ⅲb患者則分別為96.7%和58.7%。3歲前后發病的Ⅲ型患者其預后不同[11]。Rudnik-Schoneborn等[12]研究中175例Ⅱ型患者73%在正常年齡能坐（9個月），其余的患者則在10～30個月內完成獨坐的功能。以18個月為正常上限的話，266例Ⅲ型患者中10%會延遲，而Ⅲa患者中則為16%（坐的年齡中位數是13個月，范圍9～53個月）。Ⅲ型患者中遲坐和遲走是相關聯的，大部分遲走的患者都是9個月后才能坐的。而在遲走和正常行走的Ⅲ型患者中，坐輪椅的年齡中位數并沒有差異（10.2年比10.5年）。按照達到的運動功能和早期發病原則歸為Ⅱ型的患者，隨著隨訪時間的增加又被證實為Ⅲ型。在2～4歲期間進一步評價患者是否能夠獨立行走很重要，因為與不能行走不同，遲走與早走患兒其運動功能結局比較一致。Russman等[13]研究發現能夠獨立行走且發病于2歲之前的SMA患者，中位行走年齡是12歲，而2～6歲發病的同型患者其中位數為44歲。需要輔助才能行走的患者其中位數為7歲，且最大輔助行走年齡不超過14歲。能夠獨坐的患者中75%在7歲時仍然能坐，50%可坐至14歲。能走的患者85%不扶欄桿的話無法上樓梯，此類患者能夠舉手過頭直到喪失行走功能。能夠獨坐的患者中只有1例能夠自行坐起，也只有2例患者能夠舉手過頭。所有SMA患者運動功能隨時間延長而喪失。該過程發生緩慢并且與最大功能相關。發病年齡能夠為預測獨立行走能力喪失提供重要信息。

由于Ⅱ、Ⅲ型患者病情進展相對緩慢，近年來關于此兩型患者的疾病自然史的研究更加深入。Petra等[14]通過橫斷面分析發現，Ⅱ、Ⅲ型患者復合運動動作電位、DXA去脂肪質量指數、SMN2拷貝數等指標以及肌力水平與運動功能是相關的，運動及呼吸功能隨時間延長而下降，但較Ⅰ型病情進展慢。上述指標在臨床試驗中將發揮作用，并且可能成為重要的標志物。Sonia等[15]對31例Ⅱ、Ⅲ型患者進行為期10年的隨訪，在對比肺功能、血氣分析、肌力等多項指標后發現，用力肺活量（FVC）、鼻吸氣壓（SNIP）是最有價值的無創指標，Ⅱ型患者上述指標惡化更早，尤其是對于低年齡兒童而言，操作性和依從性較高。

型別相同的同胞其病程和發病年齡相似，即使不同的話，型別也比較接近，同胞分別為Ⅰ和Ⅲ型的情況比較少見。與發病年齡不同，死亡年齡患者之中差異極大，尤其是Ⅱ和Ⅲ型患者，一般不能作為評價臨床試驗的有效參數。由于在某些年齡組患者中性別會影響病程（女性癥狀輕），在臨床試驗時性別也應該被考慮。

4 中國SMA自然史研究

關于遺傳性罕見病（包括脊髓性肌萎縮癥）的自然史研究在國內報道并不多見，目前的研究重點多集中于疾病的診斷方法、新突變的確定及驗證、發病機制或者治療方法的探索。自然史資料在罕見疾病的認識和探索中的作用是基礎性和工具性的。Chung等[16]對22例Ⅰ型中國患者臨床信息進行總結發現，其中位生存時間為10個月，1、2、4、10、20年生存率分別為50%、40%、30%、30%、30%。葛繡山等[17]通過回顧性分析237例中國北方SMA患者，發現Ⅰ～Ⅲ型患者發病平均年齡分別為（3.1±2.7）、（8.7±3.8）、（21.1±11.7）個月;Ⅰ型患者中位生存時間為10個月，1、2、5年生存率分別為44.9%、38.1%、29.3%;Ⅱ型患者則分別為100%、100%、97%;所有Ⅲ型患者均存活。2個月前后發病患者死亡年齡比較，差異有統計學意義（P < 0.05）。對比發現，Ⅰ型患者2年生存率較白種人略好。利用上述研究數據進一步研究發現，SMN1-SMN2-NAⅠP基因拷貝數越少，發病年齡越早，而生存能力越差;三拷貝SMN2者多0拷貝NAⅠP者少，這可能是中國Ⅰ型SMA患者生存狀況較好的遺傳學因素。另外，可以預期該數據庫將在SMA生存管理研究以及未來的治療干預研究中發揮基礎作用。

5 SMA疾病自然史研究的作用

SMA自然史研究的上述結果在疾病診斷、認識以及遺傳咨詢等方面發揮基礎作用。除此之外，該研究對于疾病分型方法確定和修改、分子致病機制探索和臨床干預措施效果評價等工作也具有重要作用。

通過自然史研究深入，SMA分類標準也在不斷完善。以Ⅰ型患者為例，此型患者的分類經歷了如下過程，見表1。其中SMA國際聯合會的診斷標準受到較高認可。但是1995年Zerres等[9]學者在445例SMA患者的基礎上進行了自然史研究，認為聯合會的分類標準具有如下缺點：按照發病年齡、運動功能和死亡年齡3個指標，24%病例無法分類;嚴格分型后，部分重型或中型患者隨著時間延長存在分型錯誤的情況，需要二次分型;壽命描述自然史的效率低于預期壽命等。針對其建議，歐洲神經肌肉病中心（ENMC）第59次研討會將SMA診斷標準作了修改，其中主要依據運動功能和預期壽命進行分型，而發病年齡僅作為參考[18]。Borkowska等[19]則明確提出應主要以運動功能情況作為SMA的分類標準。

以自然史資料（如發病年齡、死亡年齡、存活時間等）作為表型指示指標，可分析不同基因型患者臨床表型的差異。Rudnik-Schoneborn等[25]研究發現，經過嚴格分型后，Ⅰ型患者中，SMN2兩拷貝者其平均發病年齡為1.3個月，而三拷貝者為3.4個月;發生疾病結果事件的年齡中位數，兩拷貝者為6.5個月，三拷貝患者截至研究結束時全部存活，年齡在10～55個月。另外，自然史信息還可用于生存現狀調查、對比[26]和干預措施效果的評價。隨著非侵入性通氣等干預措施的開展，SMA患者自然史情況發生明顯改善，主要體現為1995～2006年間的Ⅰ型患者生存狀況明顯好于1980～1994年的同類型患者。評估臨床試驗的有效性需要自然史數據來提供支持[27]。推廣護理標準的共識改變了該病的自然史（生活質量、生存狀態等），但這些是相對短效的，真正的長遠獲益亟需諸如寡核苷酸這樣更有效的干預手段，而這需要包括臨床專家、科學人員、醫藥公司、政府、志愿組織等進行全球范圍的合作。此外，目前SMA治療或管理手段逐漸豐富，符合嚴格自然史標準病例的下降，此時開展的自然史研究更具有真實世界研究的性質[28-29]。自然史研究往往在疾病認識的早期階段更具有天然優勢，但是隨著診斷、評估手段、治療方法的進步其不足也會逐漸顯現。此時，開展的自然史研究，受限于醫學倫理、入組標準等科學問題，與前期自然史研究的可比性面臨挑戰，但仍有必要在進行校正的基礎上積極開展[30]。

SMA是臨床相對常見的常染色體隱性遺傳病，致死率高，嚴重影響嬰幼兒群體生命質量，因而越來越受到醫學研究領域的重視。另外該病的核心分子學機制相對明確，并且具有可被利用獨特規律。經過國內外學者長期的研究，對SMA的認識（包括自然史、發病機制、臨床護理管理）已經發生了深刻的變化，且隨著研究的深入，該病的預防、康復甚至治療都是有希望的。對自然史問題的持續重視和探索將有助于加快分子致病機制和治療方法的研究，進而實現患者分類管理和個體化治療。

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（收稿日期：2020-02-11? 本文編輯：封? ?華）