Modern approaches to the treatment of spinal muscular atrophy


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Spinal muscular atrophy (SMA) is an autosomal recessive neurodegenerative disease. The cause of the disease is the presence of mutations in the SMN1 gene, which lead to a decrease in the expression of the SMN protein. Loss of more than one function of the SMN protein contributes to the degeneration of motor neurons. Understanding the molecular genetic cause of spinal muscular atrophy made it possible to develop and start using Nusinersen, Onasemnogene Abeparvovec and Risdiplam drugs in clinical practice for the treatment of this disease. The main approaches to the treatment of SMA are either modifying the splicing of the SMN2 gene, which, due to a point mutation in exon 7, is unable to express the full-length SMN protein, or viral delivery of a functional copy of the SMN1 gene. Approved drugs differ in peculiarities of use, which are associated, in particular, with the route of administration, adverse reactions and restrictions on use, including restrictions associated with the socio-economic burden of patients with SMA.

The development and use of domestic products for the treatment of SMA with a comparable clinical effect and at a lower price would reduce the cost of drug therapy for severe forms of the disease.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Спинальная мышечная атрофия (СМА) – это моногенное наследственное нейродегенеративное заболевание. Спинальная мышечная атрофия – наиболее распространенная причина детской смертности, связанная с наследственными заболеваниями. СМА возникает в результате недостатка функционального белка SMN (Survival of Motoneuron), вызванного мутациями в гене SMN1. Существует гомологичный ген SMN2, отличающийся от гена SMN1 точечной заменой цитозина на тимин в 7 экзоне. Такая замена приводит к вырезанию 7 экзона во время сплайсинга мРНК гена SMN2, продукт экспрессии – белок SMNΔ7 [1, 2]. Белок SMNΔ7 в отличие от полноразмерного SMN белка быстро разрушается. Предполагается, что пропуск экзона 7 приводит к более раннему распознаванию мотива из четырех аминокислот Glu-Met-Leu-Ala (EMLA), кодируемого экзоном 8, что служит сигналом деградации [3]. 

Количество копий гена SMN2 определяет тяжесть заболевания СМА, поскольку ген SMN2 способен производить около 10–15% (относительно SMN1) функционально активного белка SMN. Принято выделять 4 типа спинальной мышечной атрофии. Клинические симптомы СМА 1 типа (болезнь Верднига-Гофмана) проявляются до 6 месяцев и характеризуются параличом мышц конечностей и туловища, вовлеченных в дыхательную работу. Дети с типом 1 не могут самостоятельно сидеть, держать голову. Пациенты 1 типа обычно имеют 2-3 копии гена SMN2 и погибают в первые 2-3 года жизни. Иногда выделяют СМА 0 типа (или типа 1а) с проявлением клинических симптомов в пренатальный период. Такие пациенты имеют 1 копию гена SMN2 и живут не более нескольких месяцев после рождения [1, 2, 4].

При СМА 2 типа (промежуточная форма, или болезнь Дубовица) симптомы проявляются в период от 6 до 18 месяцев. Пациенты со 2 типом имеют 3 копии гена SMN2. Больные могут самостоятельно сидеть, но никогда не достигают способности самостоятельно ходить. Летальный исход зависит от степени вовлеченности в патологический процесс дыхательной мускулатуры [1, 4].

Симптомы спинальной мышечной атрофии 3 типа (болезнь Кугельберга–Веландера) проявляются после 18 месяцев. Пациенты имеют 3-4 копии гена SMN2, как правило могут самостоятельно стоять и ходить, имеют нормальную продолжительность жизни [1, 4].

СМА 4 типа – медленно прогрессирующее заболевание. Симптомы проявляются на втором или третьем десятке жизни и не влияют на продолжительность жизни. Больные имеют 4 копии гена SMN2, могут самостоятельно ходить, в некоторых случаях больные испытывают лишь незначительную мышечную слабость [1, 4].

Следует отметить, что белок SMN – многофункциональный белок, выполняющий различные функции в клетке, и ген SMN2 не способен полностью компенсировать утрату гена SMN1.

Цель данного обзора – систематизация и представление современных данных о причинах развития спинальной мышечной атрофии, о механизме действия современных препаратов для терапии наследственного заболевания, а также обобщение результатов клинического применения препаратов для лечения СМА.

 

ФУНКЦИИ БЕЛКА SMN

Белок SMN локализуется в ядре, цитоплазме, аксонах и нервно-мышечном соединении, где выполняет множество ключевых функций. Утрата более одной функции SMN белка способствует дегенерации моторных нейронов [1].

 

Сборка snRNP комплексов

В сплайсинге пре-мРНК принимают участие малые ядерные РНК (snRNA), которые в комплексе с белками образуют малые ядерные рибонуклеопротеиновые комплексы (snRNP). Сборка snRNP комплексов – одна из важнейших функций SMN белка [5, 6].

Все snRNP имеют общий состав: семь белков Sm (Sm D1; D2; F; E; G; D3; B), образующие кольцо (ядро) вокруг малой ядерной РНК. Сборка snRNP комплексов – многоступенчатый процесс, в котором на данный момент принято выделять ранний и поздний этап [7, 8].

На раннем этапе сборки (рис.1) проходит подготовка Sm белков к началу сборки snRNP ядра, при помощи комплекса PRMT5 (протеин-аргинин-метилтрансфераза 5), состоящего из PRMT, WD45 и pICln [9]. Сперва комплекс pICln с SmD1/D2 связывается с метилосомой PRMT5, после чего метилируется белок SmD1 и присоединяется SmF/E/G с образованием гексамерного комплекса pICln/D1(met)/D2/F/E/G (комплекс 6S). Комплекс 6S вытесняется молекулами pICln, pICln/D1/D2 или pICln/D3/B.

Параллельно с образованием комплекса 6S, белки SmD3/B захватываются pICln и связываются с PRMT5 для последующего метилирования SmD3 и SmB. Связь Sm белков с pICln препятствуют связыванию с любыми РНК. Высвобождение SmD3(met)/B(met) с pICln, по-видимому, происходит подобно вытеснению гексамерного (6S) комплекса [7, 9].

Рис. 1. Ранний этап сборки snRNP комплекса.

Fig. 1. Early stage of snRNP complex assembly.

 

На позднем этапе (рис.2) основная роль отводится комплексу SMN, состоящему из SMN белка, Gemin2-8 и unrip белков [8]. Вспомогательный комплекс SMN определяет специфичность сборки snRNP на целевых snRNA. Белки Sm не способны участвовать в специфической сборке snRNP комплексов, так как могут связываться c рибосомными РНК (5S и 5,8S) и транспортными РНК [7, 10, 11]. Для образования гептамерного кольца Sm достаточно коротких олигонуклеотидов со специфичным сайтом связывания PuAUUUNUGPu [8].

При взаимодействии S6 c SMN комплексом C-концевой домен белка Gemin2 связывает Sm D1(met)/D2, а N-концевой домен связывает Sm F/E/G [8, 12]. Такое связывание обеспечивает стягивание кольца Sm между белками D1 и G и способствует высвобождению pICln. N-концевой домен Gemin2 может блокировать сайт связывания Sm белков (A126 – SmE; U127 – SmG; U128 – SmD3; U129 – SmB; G130 – SmD1; U131 – SmD2; G132 – SmF), что предотвращает завершение сборки гептамерного кольца Sm белков на неспецифических РНК [13]. Взаимодействие со специфичной snRNA идёт по принципу отрицательной обратной связи, то есть уменьшение стягивания пентамера Sm позволяет раскрыть D1(met)/D2/F/E/G для присоединения SmD3(met)/B(met) [8]. Присоединение происходит через взаимодействие RG-хвостов SmD3(met)/B(met) с Tudor-доменом SMN белка [12].

Рис. 2. Поздний этап сборки snRNP комплекса.

Fig. 2. Late stage of snRNP complex assembly.

 

По завершению сборки SMN комплекс может диссоциировать, если далее snRNP не транслоцируется в ядро [8]. При недостатке SMN белка происходит снижение общего количества snRNP комплексов.

 

Транслокация snRNP к тельцам Кахаля

Собравшиеся snRNP комплексы далее направляются в ядро к тельцам Кахаля (Cajal bodies, CBs), где завершается биогенез snRNP. Тельца Кахаля состоят из белков коилина, SMN, а также малых ядрышковых рибонуклеопротеинов, специфичных для CBs (Cajal body-specific RNPs, scaRNPs), которые участвуют в 2'-O-метилировании и псевдоуридилировании snRNA [14, 15, 16].

Белок коилин может взаимодействовать как с Sm белками через C-концевой домен, так и с SMN белком посредством RG-участка C-концевого домена, специфичность такого взаимодействия зависит от степени фосфорилирования C-концевого домена коилина. Гиперфосфорилированный коилин предпочтительно связывает белки Sm, а взаимодействие коилин-SMN усиливается за счет дефосфорилирования коилина. Такое взаимодействие позволяет привести к диссоциации комплекса SMN от гептамерного кольца Sm на snRNA [17].

Снижение уровня SMN белка приводит к снижению CBs, к нарушению транслокации snRNP в ядро для завершения процессинга snRNA.

 

Репарация двуцепочечных разрывов

Снижение продукции SMN приводит к снижению уровня SETX и нарушению локализации SETX с SMN в субъядерных тельцах. В результате происходит увеличение R-петель, что приводит к накоплению двуцепочечных разрывов (Double-Strand Breaks, DSB) [18, 19]. В делящихся клетках механизм репарации DSB идёт по направлению гомологичной репарации (Homology repair, HR) или по направлению негомологичного соединения концов (Non-Homologous End-Joining, NHEJ) повреждённых цепей. В неделящихся клетках, например, моторных нейронах, восстановление DSB идёт преимущественно по NHEJ пути [18].

Репарация по пути HR – это многоступенчатый процесс и включает следующие этапы [20]:

1)           Одна цепь с каждого конца расщепляется экзонуклеазами, и новообразованная область одноцепочечной ДНК (single-stranded DNA, ssDNA) образует комплекс с репликативным белком А (Replication protein A, RPA);

2)           Белки BRCA рекрутируются на связанную с RPA ssDNA и помогают присоединить белок RAD51;

3)           RAD51 олигомеризуется и заменяет комплекс RPA на ssDNA;

4)           Комплекс одноцепочечной ДНК с RAD51 (RAD51-ssDNA) соединяется с гомологичными областями двуцепочечной ДНК (double-stranded DNA, dsDNA);

5)           Комплекс белков с SMN увеличивает ассоциацию RAD51-ssDNA с гетерологичной двуцепочечной ДНК [20];

6)           Поврежденная цепь восстанавливается на матрице гомологичной последовательности.

В репарации DBS по пути NHEJ участвует белок DNA-PKcs, уровень которого снижается при нарушении продукции SMN. Невозможность использовать HR и NHEJ пути репарации DBS приводит к значительному накоплению двуцепочечных разрывов и является одной из основных причин нейродеградации при СМА [18].

 

Регуляция сигнального пути mTOR

Дефицит SMN приводит к нарушению регуляции экспрессии и локализации микро-РНК семейства 183 (microRNA 183, miRNA-183) в нейральных клетках у пациентов со СМА. Предполагается, что снижение SMN приводит к неправильному сплайсингу мРНК генов, важных для биогенеза miRNA-183 [21].

Накопление miRNA-183 нарушает активность пути mTOR, поскольку miRNA-183 способна связываться с 3′-нетранслируемыми областями (3′-untranslated region, 3'UTR) транскрипта mTOR, что приводит к нокдауну гена. В результате нокдауна mTOR снижается уровень фосфорилированной киназы-S6 белка (p-S6K) и соответственно уровень фосфорилированного белка S6 (p-S6). Снижение уровня p-S6 может приводить к нарушению процессов трансляции, так как этот белок входит в состав 40S рибосомы [22].

Нарушение продукции белка mTOR приводит к нарушению развития аксонов. Такой эффект подтверждается тем, что нокдаун генов miRNA-183 приводит к восстановлению белков пути mTOR, а таже улучшению двигательных функций мышиных моделей со СМА [21, 22].

 

Регуляция ROCK киназы

Полимеризация G-актина в F-актин – важнейший клеточный механизм, обеспечивающий регуляцию подвижности моторных нейронов, роста нейритов, стабильности синаптических связей. Взаимодействие с актином осуществляется посредством фосфорилирования/дефосфорилирования белков кофилина (сofilin), профилина2а (profilin2a), фосфатазы легкой цепи миозина (Myosin-light-chain phosphatase, Myosin-LCPase), миозина-2 [23, 24, 25].

Кофилин (Cofilin) является белком, расщепляющим F-актин, который увеличивает скорость полимеризации легко доступного АТФ-G-актина. Миозин-2 способствует распаду филаментов и рециркуляции G-актина [23, 24, 25].

Обратная функция связана с работой белка профилина2а. Профилин2а в основном нарабатывается в клетках нервной системы и связывает мономерный глобулярный G-актин, тем самым регулируя его полимеризацию в филаментный F-актин. Фосфатаза легкой цепи миозина способствует снижению активности миозина-2 [24, 25].

Процесс регуляции фосфорилирования обеспечивается RhoA ассоциированной киназой (RhoA kinase, ROCK) либо путём прямого фосфорилирования белков профилина2а, миозина-2, фосфатазы легкой цепи миозина, либо путём фосфорилирования Lim киназы (Lim kinase, LIMK), фосфорилирующей белок кофилин [23, 25].

ROCK – это GTP связывающий белок, который взаимодействует с активным (GTP-связанным) RhoA белком, для реализации своей функциональной активности [26]. При нормальном уровне SMN белка обеспечивается необходимый уровень соотношения фосфорилирования белков, участвующих в регуляции актина. SMN белок связывается через поли-L-пролиновую область (poly-L-proline, PLP) с профилином2а, тем самым блокируя сайт фосфорилирования ROCK (рис.3) [23, 27, 28].

Рис. 3. Путь ROCK при нормальной продукции SMN белка.

Fig. 3. The ROCK pathway in normal production of the SMN protein.

 

При снижении SMN белка активируется актин-связывающий белок профилин2а путём его фосфорилирования ROCK [23, 25, 27]. Гиперфосфорилирование профилина2а и одновременно гипофосфосфорилированное состояние кофилина, фосфатазы легкой цепи миозина (Myosin-LCPase), миозина-2 приводит к увеличению ингибирующей активности профилина2а в отношении регуляции подвижности и роста нейритов (рис.4) [24, 25].

Рис. 4. Путь ROCK при снижении уровня SMN белка.

Fig. 4. The ROCK pathway in SMN protein deficiency.

 

Такое влияние SMN белка было показано на клетках линии U87MG после нокдауна SMN c помощью shRNA и клетках пациентов со СМА, которые демонстрировали сниженную подвижность [24].

 

Сплайсинг гена SMN2

Различия в одном нуклеотиде в гене SMN2 по сравнению с геном SMN1 усиливают сайты связывания для гетерогенной ядерной рибонуклеопротеиновой частицы A1 (heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A1 or A2, hnRNP A1 или hnRNP A2) в экзоне 7 и в нижележащем интронном сайленсере сплайсинга N1 (Intronic Splicing Silencer N1, ISS N1) в пре-мРНК SMN2 [29, 30]. Связывание hnRNP A1 (или hnRNP A2) ингибирует сайт сплайсинга с 5’-конца (5'-splice site, 5'-SS) для связывания U1 snRNP в пре-мРНК SMN2, который находится вблизи последовательности ISS-N1. В результате комплекс сплайсинга не распознаёт 7 экзон, что приводит к его вырезанию из транскрипта пре-мРНК [1, 29, 30].

 

ТЕРАПИЯ СМА

Установление связи между СМА и белком SMN определило стратегию терапии СМА. Современные терапевтические подходы направлены на увеличение продукции функционально активного белка SMN. На сегодняшний день Минздравом Российской Федерации, управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (Food and Drug Administration, FDA) и Европейским агентством по лекарственным средствам (European Medicines Agency, EMA) одобрено три терапевтических препарата для лечения СМА: Нусинерсен (Spinraza), Онасемноген абепарвовек (Zolgensma), Рисдиплам (Evrysdi) [31]

Стратегия терапии СМА заключается в увеличении уровня функционально активного белка SMN путём модификации сплайсинга гена SMN2 (Нусинерсен, Рисдиплам) или с помощью вирусной доставки гена SMN1 (Онасемноген абепарвовек).

Нусинерсен (Spinraza, Biogen) – первый одобренный препарат для лечения СМА, представляет собой модифицированный 2'-O-метоксиэтил (2'MOE) антисмысловой олигонуклеотид, который предназначен для интратекального введения (инъекции в спинномозговой канал). Препарат ингибирует ISS N1, что приводит к улучшению связывания U1 snRNP и энхансерных факторов сплайсинга, как следствие, распознаванию 7 экзона и включению его в транскрипт (рис.5) [1].

 

Рис. 5. Механизм действия Нусинерсена.

Fig. 5. Nusinersen mechanism of action.

 

Онасемноген абепарвовек (Zolgensma, Novartis) – второй одобренный препарат для лечения СМА, механизм действия которого основан на доставке функционального гена SMN1 рекомбинантным вектором на основе аденоассоциированного вируса 9 серотипа (AAV9). Трансген доставляется в клетки-мишени в виде самокомплементарной молекулы ДНК. Экспрессия трансгена управляется конститутивным гибридным промотором β-актина цыплёнка с цитомегаловирусным энхансером, что приводит к непрерывной и устойчивой наработке полноразмерного и функционально активного белка SMN [31].

Рисдиплам (Evrysdi, Roche) последний одобренный препарат для лечения СМА. Рисдиплам – производное пиридазина, стабилизирующее неспаренный аденин в соединении 5’-SS сайта связывания с U1 snRNP. Положительно заряженная пиперазиновая часть Рисдиплама связывается с рибозо-фосфатным остовом U1 snRNP, а пиридо[1,2-а]пиримидин-4-он вставляется между C8 и C9, образуя прямую водородную связь с аденином 5’-SS сайта экзона 7 SMN2, способствуя включению 7 экзона в транскрипт SMN2 (рис.6) [32].

Рис. 6. Механизм действия Рисдиплама.

Fig. 6. Risdiplam mechanism of action.

 

Следует отметить, что помимо усиления 5’-SS 7 экзона гена SMN2, Рисдиплам активно взаимодействует с энхансером экзонного сплайсинга (Exonic Splicing Enhancer, ESE), с которым связаны два активатора сплайсинга Tra2-β и hnRNP G, способствующие включению экзона 7 [33]. В присутствии Рисдиплама связывание Tra2-β с ESE не изменяется, в то время как hnRNP G частично вытесняется. Предполагается, что молекула Рисдиплам реорганизует позиционирование hnRNP G на экзоне 7, что может привести к рекрутированию других сплайсинговых энхансеров [34].

 

КЛИНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ СМА

Нусинерсен. В открытом исследовании безопасности и переносимости препарата Нусинерсен (NCT01494701, NCT01780246) участвовали 28 пациентов в возрасте от 2 до 14 лет со СМА 2/3 типа. Однократное интратекальное введение нусинерсена было переносимым, частота нежелательных явлений, связанных с люмбальной пункцией, у детей со спинальной мышечной атрофией была аналогична ранее проводившимся исследованиям и в основном ограничивалась головной болью, болью в спине [35]. Уже в более длительном исследовании 1/2 фазы (NCT01703988) было показано, что лечение в течение 3 лет приводит к улучшению двигательных функций [36]. Результаты открытого исследования 2 фазы (NCT01839656) введения Нусинерсена 20-ти младенцам со СМА 1 типа в возрасте от 3 недель до 6 месяцев с 2/3 копиями SMN2 показали приемлемую безопасность и переносимость, соответствующую предполагаемому механизму действия, и обнадеживающую клиническую эффективность: 15 из 20 детей были живы, у 13 участников неврологическое состояние по шкале HINE-2 (Hammersmith Infant Neurological Examination) постоянно увеличивалось с исходного среднего значения 1,46 до 11,86 на 1135-й день [37, 38].

На основе исследований 1 и 2 фазы были проведены рандомизированные контролируемые клинические испытания фазы 3 ENDEAR и CHERISH (NCT02193074 и NCT02292537 соответственно). В исследовании ENDEAR принимали участие 122 пациента со СМА 1 типа, из которых 80 получали препарат в дозе 12 мг, а 41 – плацебо в течение 302 дней. В результате 51% участников по сравнению с группой-плацебо продемонстрировали улучшение моторного развития. Группа пациентов, получившая препарат в более раннем возрасте, с большей вероятностью выживали и демонстрировали улучшение двигательной функции К концу эксперимента умерли 16% в группе Нусинерсена и 39% в контрольной группе. В испытаниях CHERISH принимали участие 126 пациентов со СМА 2 типа (с более поздним проявлением симптомов), где 84 получали Нусинерсен по 12 мг, 42 получали плацебо в течение 274 дней. К 15-му месяцу исследования 57% участников испытуемой группы против 26% контрольной группы продемонстрировали значительное улучшение моторных функций не менее чем на 3 балла по шкале HFMSE (Hammersmith Functional Motor Scale Expanded). Участники в количестве 21, не попавшие в исследования ENDEAR, CHERISH, с менее четко определенными клиническими симптомами СМА участвовали в исследовании EMBRACE. Результаты EMBRACE подтвердили опыт CHERISH и ENDEAR [31, 40].

В настоящее время 229 участников всех вышеописанных испытаний Нусинерсена являются частью крупнейшего расширенного исследования SHINE (NCT02594124) [31]. Следует отметить, что также проводили испытания NURTURE (NCT02386553) на младенцах с предсимптоматическим проявлением СМА (2-3 копии SMN2) с целью выявления профилактического потенциала Нусинерсена. Все участники достигли способности сидеть без поддержки, 92% смогли ходить с посторонней помощью, 88% имели возможность самостоятельно ходить. Улучшение моторных функций сохранялось в среднем в течение 3 лет наблюдения. Однако из-за отсутствия контрольной группы эти результаты могут быть переоценены

Онасемноген абепарвовек. Первая фаза клинического исследования (START, NCT03421977) началась в 2014 году и продолжалась 5 лет. В испытании принимали участие 15 пациентов со СМА 1 типа с 2 копиями SMN2. В результате испытания была подобрана терапевтическая доза 2.0 × 1014 вг/кг (вирусных геномов на килограмм тела). При такой дозировке 11 из 12 пациентов (остальным вводилась более низкая доза препарата) смогли сидеть без посторонней помощи, говорить и принимать перорально пищу, а 2 пациента к 20 месяцам смогли ходить [42].

Вдохновляющие результаты по улучшению моторных функций у пациентов позволили ускорить клинические испытания до 3 фазы STR1VE-US, STR1VE-EU, STR1VE-AP и SPR1NT (NCT03306277, NCT03461289, NCT03837184 и NCT03505099) [31]. В исследованиях STR1VE-US, EU принимали участие 22 и 32 пациента соответственно с симптомами СМА 1 типа с 1 или 2 копиями SMN2 [43, 44]. В испытании SPR1NT участвовали 30 пациентов со СМА 1 типа с 2/3 копиями SMN2 в предсимптоматическом состоянии [45]. В результате проведения STR1VE-US и STR1VE-EU 44% и 59% пациентов соответственно смогли сидеть без посторонней помощи в течение 10 секунд через 18 месяцев. Несмотря на улучшение моторного развития у пациентов в процессе проведения STR1VE-US И STR1VE-EU по сравнению с контрольной группой, испытания привели к двум смертям. Кроме того, один пациент нуждался в постоянной вентиляции легких, а 61% пациентов STR1VE-EU нуждались в постоянной поддержке дыхания. Результаты STR1VE-AP не опубликованы [31, 43, 44].

В испытании SPR1NT 71% пациентов с 2 копиями SMN2 могли сидеть без посторонней помощи в течение 30 с и 53% пациента с 3 копиями SMN2 могли сидеть самостоятельно. На протяжении всего исследования SPR1NT у 57% диагностировали побочные эффекты, связанные с применением препарата [45].

Рисдиплам. Клинические испытания Рисдпиплама начались с исследований FIREFISH (NCT02913482) и SUNFISH (NCT02908685), в которых оценивалась безопасность и эффективность у 41 пациента со СМА 1 типа с 2 копиями SMN2 и 180 пациентов со СМА 2, 3 типа соответственно [46, 47]. На данный момент в исследовании FIREFISH было показано, что спустя 24 месяца 59% пациентов могут сидеть самостоятельно в течение 5 секунд, также 90% демонстрируют улучшение моторных функций. В исследовании SUNFISH оценивали пациентов в возрасте от 2 до 25 лет, в результате которого показали увеличение моторных функций по сравнению с контрольной группой (плацебо). В настоящее время исследования продолжаются [31, 46, 47].

С 2017 года ведутся исследования JEWELFISH (NCT03032172) и RAINBOWFISH (NCT03779334), в которых оценивают эффективность у пациентов со СМА 1-3 типа (6 месяцев – 60 лет) и пациентов со СМА 1 типа с предсимптомным состоянием в возрасте до 6 недель соответственно. Исследование продолжается, промежуточные результаты не опубликованы [31].

ОГРАНИЧЕНИЯ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ СМА

Современные терапевтические препараты для лечения СМА показали свою клиническую эффективность, однако у инновационных препаратов существуют серьёзные ограничения и недостатки.

Препарат Нусинерсен предназначен для многократного интратекального введения (непосредственно в спинномозговую жидкость) каждые 4 месяца. Такой способ инъекции пациентам сопровождается специфичными побочными эффектами: респираторные проблемы, боли в спине, головные боли. Также имеются ограниченные данные по использованию препарата у пациентов со СМА разных типов и возрастов. Серьёзным ограничением интратекального введения Нусинерсена является то, что препарат может распространяться только по ЦНС, в то время как на долгосрочный положительный эффект оказывают влияние периферические органы [48, 49].

Для препарата Онасемноген абепарвовек требуется однократное внутривенное введение, однако сложно говорить о достаточности такого способа применения, поскольку отсутствуют данные долгосрочных исследований. В результате системного распространения препарата по организму эписомальная ДНК SMN1 будет со временем терять эффективность в делящихся клетках, что может привести к снижению терапевтического эффекта в периферических органах, оказывающих значительное влияние на развитие заболевания. Также препарат оказывает серьёзное токсическое действие на печень, сердце, провоцирует тромботическую микроангиопатию, тромбоцитопению [31, 49, 50].

Рисдиплам противопоказан пациентам с нарушениями функции печени средней и тяжелой степени. Данный препарат не показал таких значительных улучшений моторных функций, которые описаны при применении его аналогов Нусинерсен и Онасемноген абепарвовек [31].

При терапии СМА не менее важным ограничением является дороговизна лечения. Пациенты со СМА нуждаются в медицинской и социальной помощи, требующих высоких затрат со стороны государства, благотворительных фондов. При оценке экономического бремени заболевания учитываются прямые медицинские затраты (затраты на диагностику, лечение, реабилитацию), прямые немедицинские затраты (выплата пенсий и пособий) и непрямые затраты (недополученный ВВП). Основная доля затрат приходится на лекарственную терапию СМА и составляет более 50% от общих затрат [51, 52].

В России разрабатывается отечественный препарат next-in-class компании БИОКАД для лечения СМА 1 типа на основе рекомбинантного аденоассоциированного вируса 9 серотипа. Предполагается, что разработанный препарат будет значительно дешевле аналогичного препарата Онасемноген абепарвовек. Более низкая цена препарата в сочетании с предполагаемыми сопоставимыми показателями эффективности и безопасности позволила бы снизить затраты на лекарственную терапию. Высвободившиеся средства могут быть перераспределены между основными сметами затрат, например, в пользу прямых медицинских затрат, связанных с реабилитационными мероприятиями или стационарным лечением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Глубокое понимание причины возникновения и развития СМА позволило определить стратегию терапии спинальной мышечной атрофии, которая направлена на восстановление продукции функционально активного SMN белка посредством модификации сплайсинга мРНК гена SMN2 или вирусной доставки копий функционального гена SMN1. Препараты Нусинерсен, Онасемноген абепарвовек и Рисдиплам продемонстрировали значительное улучшение моторных функций пациентов со СМА и в настоящее время используются на территории Российской Федерации.

Тем не менее, на сегодняшний день одним из важных остаётся вопрос о снижении стоимости использования препаратов. Разработка отечественных продуктов с терапевтическим эффектом и механизмом действия, аналогичным уже одобренным препаратам позволило бы снизить социально-экономическое бремя пациентов со СМА и, возможно, расширить исследования по терапии пациентов с менее тяжёлыми формами СМА.

×

About the authors

Evgeny M Rodenkov

Санкт-Петербургский химико-фармацевтический университет; ОА "БИОКАД"

Author for correspondence.
Email: rodenkov.evgenij@pharminnotech.com
ORCID iD: 0009-0007-7295-2405
Russian Federation

Natalya V Kozhemyakina

Email: Kozhemyakina@biocad.ru
ORCID iD: 0009-0002-5951-4973

Yulia A Zonis

Email: zonis@biocad.ru
ORCID iD: 0009-0003-6537-3705

Pavel M Gershovich

Email: gershovich@biocad.ru
ORCID iD: 0000-0002-1202-6721

Boris Y Lalaev

Email: boris.lalaev@pharminnotech.com
ORCID iD: 0000-0002-5714-2443
SPIN-code: 4030-3540

References

  1. Talbot K, Tizzano EF. The clinical landscape for SMA in a new therapeutic era. Gene Ther. 2017;24(9):529-533. doi: 10.1038/gt.2017.52.
  2. Al-Zaidy SA, Mendell JR. From Clinical Trials to Clinical Practice: Practical Considerations for Gene Replacement Therapy in SMA Type1. Pediatric Neurology. 2013;100:3-11. DOI: doi.org/10.1016/j.pediatrneurol.2019.06.007.
  3. Cho S, Dreyfuss G. A degron created by SMN2 exon 7 skipping is a principal contributor to spinal muscular atrophy severity. Genes Dev. 2010;24(5):438-442. doi: 10.1101/gad.1884910.
  4. dnalab.ru/diseases-diagnostics/spinal-muscular-atrophy [Internet]. Center for Molecular Genetics [cited 19 April 2023]. Available from: http://www.dnalab.ru/diseases-diagnostics/spinal-muscular-atrophy.
  5. Li DK, Tisdale S, Lotti F, Pellizzoni L. SMN control of RNP assembly: from post-transcriptional gene regulation to motor neuron disease. Semin Cell Dev Biol. 2014;32:22-29. doi: 10.1016/j.semcdb.2014.04.026.
  6. Stewart M. Nuclear export of mRNA. Trends Biochem Sci. 2010;35(11):609-617. doi: 10.1016/j.tibs.2010.07.001.
  7. Raker VA, Plessel G, Lührmann R. The snRNP core assembly pathway: identification of stable core protein heteromeric complexes and an snRNP subcore particle in vitro. EMBO J. 1996;15(9):2256-2269.
  8. Yi H, Mu L, Shen C, et al. Negative cooperativity between Gemin2 and RNA provides insights into RNA selection and the SMN complex's release in snRNP assembly. Nucleic Acids Res. 2020;48(2):895-911. doi: 10.1093/nar/gkz1135.
  9. Neuenkirchen N, Englbrecht C, Ohmer J, Ziegenhals T, Chari A, Fischer U. Reconstitution of the human U snRNP assembly machinery reveals stepwise Sm protein organization. EMBO J. 2015;34(14):1925-1941. doi: 10.15252/embj.201490350.
  10. Raker VA, Hartmuth K, Kastner B, Lührmann R. Spliceosomal U snRNP core assembly: Sm proteins assemble onto an Sm site RNA nonanucleotide in a specific and thermodynamically stable manner. Mol Cell Biol. 1999;19(10):6554-6565. doi: 10.1128/MCB.19.10.6554.
  11. Pellizzoni L, Yong J, Dreyfuss G. Essential role for the SMN complex in the specificity of snRNP assembly. Science. 2002;298(5599):1775-1779. doi: 10.1126/science.1074962.
  12. Zhang R, So BR, Li P, et al. Structure of a key intermediate of the SMN complex reveals Gemin2's crucial function in snRNP assembly. Cell. 2011;146(3):384-395. doi: 10.1016/j.cell.2011.06.043.
  13. Weber G, Trowitzsch S, Kastner B, Lührmann R, Wahl MC. Functional organization of the Sm core in the crystal structure of human U1 snRNP. EMBO J. 2010;29(24):4172-4184. doi: 10.1038/emboj.2010.295.
  14. Lafarga M, Tapia O, Romero AM, Berciano MT. Cajal bodies in neurons. RNA Biol. 2017;14(6):712-725. doi: 10.1080/15476286.2016.1231360.
  15. Meier UT. RNA modification in Cajal bodies. RNA Biol. 2017;14(6):693-700. doi: 10.1080/15476286.2016.1249091.
  16. Hebert MD, Szymczyk PW, Shpargel KB, Matera AG. Coilin forms the bridge between Cajal bodies and SMN, the spinal muscular atrophy protein. Genes Dev. 2001;15(20):2720-2729. doi: 10.1101/gad.908401.
  17. Toyota CG, Davis MD, Cosman AM, Hebert MD. Coilin phosphorylation mediates interaction with SMN and SmB'. Chromosoma. 2010;119(2):205-215. doi: 10.1007/s00412-009-0249-x.
  18. Kannan A, Bhatia K, Branzei D, Gangwani L. Combined deficiency of Senataxin and DNA-PKcs causes DNA damage accumulation and neurodegeneration in spinal muscular atrophy. Nucleic Acids Res. 2018;46(16):8326-8346. doi: 10.1093/nar/gky641.
  19. Sharma A, Singh K, Almasan A. Histone H2AX phosphorylation: a marker for DNA damage. Methods Mol Biol. 2012;920:613-626. doi: 10.1007/978-1-61779-998-3_40.
  20. Godin SK, Sullivan MR, Bernstein KA. Novel insights into RAD51 activity and regulation during homologous recombination and DNA replication. Biochem Cell Biol. 2016;94(5):407-418. doi: 10.1139/bcb-2016-0012.
  21. Kye MJ, Niederst ED, Wertz MH, et al. SMN regulates axonal local translation via miR-183/mTOR pathway. Hum Mol Genet. 2014;23(23):6318-6331. doi: 10.1093/hmg/ddu350.
  22. Querfurth H, Lee HK. Mammalian/mechanistic target of rapamycin (mTOR) complexes in neurodegeneration. Mol Neurodegener. 2021;16(1):44. doi: 10.1186/s13024-021-00428-5.
  23. Nölle A, Zeug A, van Bergeijk J, et al. The spinal muscular atrophy disease protein SMN is linked to the Rho-kinase pathway via profilin. Hum Mol Genet. 2011;20(24):4865-4878. doi: 10.1093/hmg/ddr425.
  24. Caraballo-Miralles V, Cardona-Rossinyol A, Garcera A, et al. SMN deficiency attenuates migration of U87MG astroglioma cells through the activation of RhoA. Mol Cell Neurosci. 2012;49(3):282-289. doi: 10.1016/j.mcn.2011.12.003.
  25. Hensel N, Claus P. The Actin Cytoskeleton in SMA and ALS: How Does It Contribute to Motoneuron Degeneration? Neuroscientist. 2018;24(1):54-72. doi: 10.1177/1073858417705059.
  26. Tanna AP, Johnson M. Rho Kinase Inhibitors as a Novel Treatment for Glaucoma and Ocular Hypertension. Ophthalmology. 2018;125(11):1741-1756. doi: 10.1016/j.ophtha.2018.04.040.
  27. Coque E, Raoul C, Bowerman M. ROCK inhibition as a therapy for spinal muscular atrophy: understanding the repercussions on multiple cellular targets. Front Neurosci. 2014;8:271.doi: 10.3389/fnins.2014.00271.
  28. Walter LM, Franz P, Lindner R, et al. Profilin2a-phosphorylation as a regulatory mechanism for actin dynamics. FASEB J. 2020;34(2):2147-2160. doi: 10.1096/fj.201901883R.
  29. Brooks AN, Aspden JL, Podgornaia AI, Rio DC, Brenner SE. Identification and experimental validation of splicing regulatory elements in Drosophila melanogaster reveals functionally conserved splicing enhancers in metazoans. RNA. 2011;17(10):1884-1894. doi: 10.1261/rna.2696311.
  30. Singh NN, Howell MD, Androphy EJ, Singh RN. How the discovery of ISS-N1 led to the first medical therapy for spinal muscular atrophy. Gene Ther. 2017;24(9):520-526. doi: 10.1038/gt.2017.34.
  31. Reilly, A., Chehade, L. & Kothary, R. Curing SMA: Are we there yet? Gene Ther. 2023;30:8–17. https://doi.org/10.1038/s41434-022-00349-y.
  32. Campagne, S., Boigner, S., Rüdisser, S. et al. Structural basis of a small molecule targeting RNA for a specific splicing correction. Nat Chem Biol. 2019;15:1191–1198. https://doi.org/10.1038/s41589-019-0384-5.
  33. Singh RN, Singh NN. Mechanism of Splicing Regulation of Spinal Muscular Atrophy Genes. Adv Neurobiol. 2018;20:31-61. doi: 10.1007/978-3-319-89689-2_2.
  34. Sivaramakrishnan M, McCarthy KD, Campagne S, et al. Binding to SMN2 pre-mRNA-protein complex elicits specificity for small molecule splicing modifiers. Nat Commun. 2017;8(1):1476. doi: 10.1038/s41467-017-01559-4.
  35. Haché M, Swoboda KJ, Sethna N, et al. Intrathecal Injections in Children With Spinal Muscular Atrophy: Nusinersen Clinical Trial Experience. J Child Neurol. 2016;31(7):899-906. doi: 10.1177/0883073815627882.
  36. Darras BT, Chiriboga CA, Iannaccone ST, et al. Nusinersen in later-onset spinal muscular atrophy: Long-term results from the phase 1/2 studies. Neurology. 2019;92(21):2492-2506. doi: 10.1212/WNL.0000000000007527.
  37. Finkel RS, Chiriboga CA, Vajsar J, et al. Treatment of infantile-onset spinal muscular atrophy with nusinersen: a phase 2, open-label, dose-escalation study. Lancet. 2016;388(10063):3017-3026. doi: 10.1016/S0140-6736(16)31408-8.
  38. Finkel RS, Chiriboga CA, Vajsar J, et al. Treatment of infantile-onset spinal muscular atrophy with nusinersen: final report of a phase 2, open-label, multicentre, dose-escalation study. Lancet Child Adolesc Health. 2021;5(7):491-500. doi: 10.1016/S2352-4642(21)00100-0.
  39. Finkel RS, Mercuri E, Darras BT, et al. Nusinersen versus Sham Control in Infantile-Onset Spinal Muscular Atrophy. N Engl J Med. 2017;377(18):1723-1732. doi: 10.1056/NEJMoa1702752
  40. Mercuri E, Darras BT, Chiriboga CA, et al. Nusinersen versus Sham Control in Later-Onset Spinal Muscular Atrophy. N Engl J Med. 2018;378(7):625-635. doi: 10.1056/NEJMoa1710504.
  41. De Vivo DC, Bertini E,Swoboda KJ, et al. Nusinersen initiated in infants during the presymptomatic stage of spinal muscular atrophy: Interim efficacy and safety results from the Phase 2 NURTURE study. Neuromuscular Disorders. 2019;29(11):842-856. doi:https://doi.org/10.1016/j.nmd.2019.09.007.
  42. Mendell JR, Al-Zaidy SA, Lehman KJ, et al. Five-Year Extension Results of the Phase 1 START Trial of Onasemnogene Abeparvovec in Spinal Muscular Atrophy. JAMA Neurol. 2021;78(7):834-841. doi: 10.1001/jamaneurol.2021.1272.
  43. Day JW, Finkel RS, Chiriboga CA, et al. Onasemnogene abeparvovec gene therapy for symptomatic infantile-onset spinal muscular atrophy in patients with two copies of SMN2 (STR1VE): an open-label, single-arm, multicentre, phase 3 trial. Lancet Neurol. 2021;20(4):284-293. doi: 10.1016/S1474-4422(21)00001-6.
  44. Mercuri E, Muntoni F, Baranello G, et al. Onasemnogene abeparvovec gene therapy for symptomatic infantile-onset spinal muscular atrophy type 1 (STR1VE-EU): an open-label, single-arm, multicentre, phase 3 trial. Lancet Neurol. 2021;20(10):832-841. doi: 10.1016/S1474-4422(21)00251-9.
  45. Strauss KA, Swoboda KJ, Farrar MA, et al. Onasemnogene abeparvovec gene-replacement therapy (GRT) in presymptomatic spinal muscular atrophy (SMA): SPR1NT study update. Neurological Sciences. 2019;405:268-269. doi:https://doi.org/10.1016/j.jns.2019.10.1317.
  46. Darras BT, Masson R, Mazurkiewicz-Bełdzińska M, et al. Risdiplam-Treated Infants with Type 1 Spinal Muscular Atrophy versus Historical Controls. N Engl J Med. 2021;385(5):427-435. doi: 10.1056/NEJMoa2102047.
  47. Mercuri E, Deconinck N, Mazzone ES, et al. Safety and efficacy of once-daily risdiplam in type 2 and non-ambulant type 3 spinal muscular atrophy (SUNFISH part 2): a phase 3, double-blind, randomised, placebo-controlled trial. The Lancet Neurology. 2022;21(1):42-52. doi:https://doi.org/10.1016/S1474-4422(21)00367-7.
  48. Hua Y, Sahashi K, Rigo F, et al. Peripheral SMN restoration is essential for long-term rescue of a severe spinal muscular atrophy mouse model. Nature. 2011;478(7367):123-126. doi: 10.1038/nature10485.
  49. Chaytow H, Faller KME, Huang YT, Gillingwater TH. Spinal muscular atrophy: From approved therapies to future therapeutic targets for personalized medicine. Cell Rep Med. 2021;2(7):100346. doi: 10.1016/j.xcrm.2021.100346.
  50. Van Alstyne M, Tattoli I, Delestrée N, et al. Gain of toxic function by long-term AAV9-mediated SMN overexpression in the sensorimotor circuit. Nat Neurosci. 2021;24(7):930-940. doi: 10.1038/s41593-021-00827-3.
  51. Kolbin AS, Vlodavets DV, Kurylev AA. et al. Analysis of the socioeconomic burden of spinal muscular atrophy in the Russian Federation. Pharmacoeconomics. Modern pharmacoeconomics and pharmacoepidemiology. 2020;13(4):337-354. (In Russ).
  52. Kolbin AS, Kurylev AA, Balykina YuE. et al. Pharmacoeconomic evaluation of risdiplam in patients with spinal muscular atrophy. PHARMACOECONOMICS. Modern pharmacoeconomics and pharmacoepidemiology. 2021;14(3):299-310. (In Russ).

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) Eco-Vector


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 85657 от 21.07.2023 от 11.03.2014.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies