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学术前沿

运动神经元病2016年度研究进展

发表者:樊东升 人已读

2016年8月,Nat Commun发表Arthur等的研究结果,预测全球运动神经元病(ALS/MND)患者将从2015年的222,801人,在25年后增加到2040年的376,674人,增加率高达69%;主要原因是人口老龄化,其中尤以发展中国家增长为最快。自2014年起,“冰桶挑战”用于全球ALS的研究资金已增至一亿四千万美元,这种没有先例的研究资金的增长,已经开始呈现出显著的成就。

一、新致病基因的发现、鉴定与病生理机制研究北京大学第三医院神经内科樊东升

ALS大型基因组学研究,经全基因组关联分析新发现了3个新基因。这篇发表于Nature Genetics的文章,是由Van Rheenen等利用1246例ALS和615例对照数据通过全基因组测序戏剧性地提高了通过基因测序筛选出低频率致病变异的灵敏度。颇为可观的870,000个SNP被编码为基因型,共7763例ALS和4669例对照,联合其他41个ALS遗传学研究的基因型数据,一项全部达12,577例ALS及23,475例对照的Meta分析,最终显现出3个有全基因组意义、与ALS风险相关的新的独立位点:C27orf2、MOBP和SCFD1;在后续2579例ALS和2767例对照分析中进一步验证出相同结果。与此同时,其他三个曾经报道过的基因(C9orf72,SARM1和UNC13A)也获得验证重复。

RNA结合蛋白水平或基因异常和包括ALS在内的许多神经变性疾病相关。核内不均一核糖核蛋白(hnRNP)指一组RNA结合蛋白家系,包括FUS/TLS、TDP-43和hnRNPA2/B1。hnRNPA2/B1基因D290V是ALS的致病基因,然而具体机制不清。Martinez等在Neuron新发表的研究中,利用四位突变患者和两位健康对照者的皮肤细胞诱导转变的运动神经元,证明该基因异常的突变扰乱RNA加工,并最终导致运动神经元死亡,这些发现可能为开发以RNA为靶点的ALS治疗方法提供新依据。国内崔丽英/张学研究组在一个连枷臂型ALS家系确定了hnRNPA1致病基因。他们首先除外了24个已知的ALS致病基因,进而采用全外显子测序发现hnRNPA1一个错义突变。通过转染突变hnRNPA1至海拉细胞中检测突变的表达和定位进行功能确定,并在另外的251例ALS(其中7例为散发FAS)患者中进行验证。结果发现,该基因c.862/1018C.T(p.P288S/P340S)突变在该家系中共分离。该家系先证者为FAS表型,进展超过5年,其他3名患者在30~35岁时上肢起病,病程均超过30年,且均表现为FAS。该突变位点高度保守并编码PY核定位序列,突变的基因在转染细胞中造成蛋白分布异常,并在胞浆中形成包涵体且与应激颗粒共定位。在其他ALS和FAS患者中筛查hnRNPA1基因时发现两个新的罕见突变(VOUS),均位于朊蛋白样区域,但表达该区域的hnRNPA1蛋白亚型在中枢神经系统中并无表达。国内笔者研究组则在一例父母为近亲的隐性遗传的青少年患者中,确定DDHD1基因的一个新突变(c.1483A>G)可能与青少年型ALS的发病有关。

ALS的主要特点的运动神经元的变性死亡,然而,ALS患者神经肌肉接头的失神经支配早于且分布更广于运动神经元的变性丢失,这提示神经末梢变性可能是ALS的始动因素,许多证据提示胶质细胞在神经元死亡过程中发挥重要作用。日本Ito等8月份在Science发表的一项研究提示,作为ALS致病基因之一的OPTN,正常状态下具有抑制受体相互作用激酶1(RIPK1)的活性;当OPTN功能障碍时,RIPK1活性增强,小胶质细胞激活,释放TNF-α等炎性因子。这些细胞因子又可激活少突胶质细胞内的RIPK1和RIPK3,同时加上少突胶质细胞内的缺陷OPTN对RIPK1和RIPK3的抑制作用减弱,两者共同导致RIPK1和RIPK3活性增强,进而导致少突胶质细胞出现坏死性凋亡,最终神经元脱髓鞘及变性坏死,因此,抑制RIPK1和RIPK3活性,可能是未来治疗ALS的新靶点。另一方面,如果运动神经轴索变性可以直观观察,将大大促进ALS的研究及干预方法的进展。10月份Nat Commun发表了Tian等应用受激拉曼散射(stimulated Raman scattering, SRS)成像在ALS小鼠模型及ALS患者病理标本中可敏感检测出周围神经变性的结果,发现在临床前期的小鼠模型即可看到显著的周围神经变性且与最早期的肌肉失神经支配同时出现,其改变早于运动功能的减退症状。

 Hadzipasic等早前对症状性成年ALS小鼠的脊髓切片行全细胞膜片钳记录,发现运动神经元中是以快速放电的类型优先丢失的;2016年他们在体内环境下进一步验证了这种现象。通过对清醒状态的ALS小鼠进行自发的走车轮试验,对脊髓前角对应小腿屈、伸肌的运动神经元的神经外膜进行记录,并在相应部位的肌肉进行EMG检查。结果发现在肌电图的步周期和步进变异中,运动神经元高频放电缺失或减少,屈肌和伸肌共同兴奋。这一结果表明,ALS早期症状的产生部分与高频放电的神经元缺失有关,对于进一步深入认识ALS的病理生理机制及新的治疗靶点,有重要的科学意义。

二、流行病学、环境及相关因素的研究

Roberts等基于美国国家纵向死亡率研究数据库,收集1979年至2011年全美超过200万人的死亡数据,其中包括1299例ALS死亡患者,分析了美国不同人种和社会经济水平与ALS死亡率的关系,结果发现白人相较于黑人、西班牙裔、和非西班牙裔的其他人种具有更高的发生率和风险。而一项在意大利进行的基于人群的队列研究,在入组时收集了ALS患者患病前是否有吸烟史。发现相比于之前有吸烟史和从未吸烟的患者来说,目前仍然吸烟患者的生存期明显缩短(1.9年,IQR 1.2-3.4,p=0.001)。该研究在较大型的基于人口的ALS队列中显示吸烟是缩短ALS患者生存时间的独立危险因素,且存在量效关系。重要的是,将队列按照是否患有慢性阻塞性肺病(COPD)分层后,这种负相关性仍存在,说明吸烟所致的不利影响不仅仅是造成了呼吸衰竭,其作用机制与患者是否患有COPD或诊断时呼吸功能无关。无论外在因素影响疾病表型的机制为基因相关或外因相关,对于该机制的研究是今后ALS重要且值得关注的问题。Mostafalou系统总结了农药的长期暴露与ALS的关系,显示长期农药暴露可将ALS患病率提升1.1~6.9倍,死亡风险提升3.4倍。

既往研究显示家族性ALS患者具有较高的自身免疫病发病率,且ALS病理显示在运动神经元病灶区域存在CD8+细胞,这同时也是多肌炎(PM)的特点,此外,临床不论在ALS和PM患者均可检测到血浆IL-6水平增高。为了探索这两种疾病间的潜在关系,Tseng等对1998-2011年所有台湾地区新发PM以1:5匹配性别、年龄、入组日期的对照,采用K-M法计算两组的累积ALS发病率,并以log-rank法检验其差异性,结果发现在总共1778例PM患者和8124对照组中,前者ALS的累积发病率明显高于后者,以不同年龄段分组及校正性别、年龄、自身免疫病后,这种差异仍然存在,提出今后需进一步研究明确其发生机制。另一方面,ALS患者中精神症状较普通人群常见,Turner等利用英国基于医院的数据库,比较了诊断精神疾病的患者和非精神疾病人群在数年后发生ALS的差别,发表在10月份的Ann Neurol上的结果显示,所有精神疾病患者1~4年后发生ALS的比率较其他人群显著增高,5年后抑郁症患者发生ALS的机率远高于非精神疾病人群,该结果证实了ALS和FTD在临床病理方面的重叠性。

三、临床特征、临床评价方法与预后研究

Kiernan研究组采用前瞻性观察研究方法,收集2005-2015年间共1834名ALS患者并定期随访,描述了澳大利亚ALS患者的临床模式、病程关键点和预后特点。结果发现,1834患者中90%可明确分为球部起病、颈段起病、腰骶段起病、连枷臂/腿综合征及原发性侧索硬化(PLS)等5种类型,其中,球部起病ALS较其他类型生存期显著缩短。ALS平均诊断延迟时间为12个月,连枷臂/腿综合征则为18个月,PLS平均19个月。78-85%的澳大利亚患者应用利鲁唑治疗,开始应用利鲁唑治疗时间为症状出现后的10~12个月,连枷臂/腿综合征则为15~18个月。8-36%的ALS和2-9%的连枷臂/腿综合征患者应用PEG,16-22%的ALS和21-29%的连枷臂/腿综合征患者应用NIPPV。该研究对于比较不同国家与种族间数据有重要意义。

关于PLS这一罕见类型,目前临床上究竟是将其认定为一个独立的疾病还是ALS的一种亚型,尚存在不同意见。Wais等通过回顾性分析4个运动神经元病中心的76例PLS患者的临床、疾病进展、电生理等特点,指出既往的PLS诊断标准(Pringle criteria)并不能很好的描述该疾病特点,不能满足临床上对该病的诊断需求。作者认为PLS应是ALS的一个临床亚型,但还需要更多证据证明,其中,TDP-43被认为是未来PLS临床病理研究的主要关注点。

ALSFRS-r评分是目前临床最常应用的ALS功能评分,但是,单独比较总分并不足以有效评价疾病进展的特点,为此,Rooney等探索了ALSFRS-r总分和各个分项评分与ALS进展速度的关系。他们将ALSFRS-r分为3个部分,分别评价球部、运动以及呼吸功能,并比较这3部分的评分下降曲线与总分下降曲线。结果发现,纳入的407例ALS患者球部评分和运动评分相比于总分能更准确的反映疾病的进展,而呼吸部分评分的下降则在球部或肢体起病间无明显差异,即:对于球部或肢体起病的患者,相对应的ALSFRS-r球部或运动部分评分能够更早的反映疾病的进展,这提示ALSFRS-r应以各分项评分评定不同起病类型,以更好地反映疾病的变化情况。

Mishra-Kalyani等采用Bayesian模型评估ALS患者经皮胃造瘘术(PEG)的效果,结果显示PEG对患者良好预后具有显著意义。早期使用无创通气(NIV)可改善ALS患者的呼吸功能及延长生存期,但目前NIV开始使用的时间尚不明确,Jacobs等进行了一项单中心、随机、双盲、安慰剂对照的前瞻性试验,探索ALS患者早期(在目前指南推荐之前)NIV的可行性及耐受性,并评估无效NIV(shame NIV)能否作为合理对照。研究共纳入54例受试者,其中试验组28例,对照组26例。结果在第一次随访时,发现对照组呼吸功能较基线无差异,但试验组的MEP、MIP均有显著改善,且试验组FVC下降显著低于对照组,但两组生存时间及MIP、MEP无显著差异。该结果提示进一步研究是可行的,且此后的试验中设立无效NIV作为对照是合理的。Quaranta等在一项回顾性队列研究中,对42例ALS患者根据阻塞性睡眠呼吸暂停/低通气指数(AHIo)分为2组:20例AHIo≥5,22例AHIo<5。比较了两组患者的人口学因素、多导睡眠图、呼吸功能参数以及ALS的特征因素,结果发现:AHIo≥5的ALS患者的平均生存期明显缩短(P=0.0237),与经鼻吸气压力检测与AHIo、血氧饱和度低于90%的时间、血氧不饱和指数显著相关(P<0.0001)。该研究突显了在ALS患者中早期筛查和处理OSA的重要性,对伴OSA表型(AHIo≥5)的ALS患者的及时识别和处理,可避免这样的病人预后更差。

呼吸衰竭是ALS患者最主要的死亡原因,膈肌起搏系统被认为可能改善呼吸功能,从而推迟NIV的使用。为此,在英国开展了一项随机对照试验,但结果却表明相对于仅使用NIV的对照组,使用NIV+膈肌起搏的治疗组生存更差。这项发表在11月份Lancet Neurol上名为RespiStimALS的试验是一项三盲随机对照试验,研究对象为呼吸功能中度受累,使用NIV治疗前的ALS患者,治疗组使用膈肌刺激,对照组使用假刺激。试验因中期分析时显示出治疗对生存的反作用而被叫停。

四、治疗药物的探索与试验

动物实验方面,Kato等应用口服黄嘌呤氧化还原酶(XOR)抑制剂,可明显推迟G1H-G93A的转基因ALS小鼠起病时间,延长其生存期和疾病各期别的持续时间,并改善临床症状,减轻体重下降,且在运动测试中显示出运动功能的显著改善。组织病理学显示接受治疗的小鼠运动神经元保存更好,包涵体数量更少。此研究表明,XOR抑制剂可能通过嘌呤补救合成途径增加了高能化合物的供给,进而对运动神经元起到保护作用。

磷酸芬戈莫德是首个临床获批治疗多发性硬化的口服药物。Potenza等将其用于G93A小鼠,试验结果显示芬戈莫德可改善ALS小鼠的神经功能并延长生存期。该结果与ALS运动皮层和脊髓内的神经炎性基因和保护基因的调节有关,芬戈莫德的这种保护性作用可能是通过小胶质细胞激活和固有免疫的调节而得以实现的。

临床研究方面,国内笔者研究组通过一项真实世界队列研究,首次证明中国ALS患者在使用利鲁唑累积剂量超过16,800 mg时,与未使用的患者及不足该剂量的患者之间,其生存时间存在显著统计学差异(p=0.001)。干细胞治疗在ALS研究中一直备受关注及争议,鉴于间充质干细胞(MSC)可分泌神经源性生长因子和细胞因子,调节免疫系统,从而可能影响ALS病程进展,Neurology刊登了Staff等通过鞘内注射同源脂肪来源MSC治疗ALS患者的临床研究报告。该研究为I期安全性试验,共纳入27例确诊级ALS患者,FVC均>65%预测值,病程1~2年。全部受试者被分为5组,依剂量递增分别为:1*107(单次)、5*107(单次)、5*107(每月1次,共2次)、1*108(单次)、1*108(每月1次,共2次)。MSC来源为治疗前至少8周取自患者本人腹部的脂肪组织,给药方式为腰穿鞘注。治疗后每周一次面访,之后每3月一次随访,持续2年。结果显示,治疗的不良反应主要有头痛、腰背和腿部根性疼痛。所有病人治疗后症状仍逐渐进展,但进展并未额外加快。治疗后脑脊液中蛋白、单核细胞数增加,糖轻度下降;MRI显示腰骶神经根增粗伴强化,提示存在蛛网膜炎,且随剂量增加而加重。随访期间4例患者死亡(分别在治疗后31天~54周),但尸检时并未见肿瘤形成或蛛网膜炎。该I期安全性试验的结论认为试验剂量的治疗是安全的,可以作为后续II期有效性试验的依据。计划II期试验的起始剂量为1*108,但出现疼痛时方案可灵活调整。此试验的证据分类为IV级。

原载《中华医学信息导报》2016年12月27日第31卷第24期第10-11版

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发表于:2017-07-01 16:35

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