# 遺伝医学アップデート：基礎医学から臨床現場まで
## （3）脊髄筋萎縮症の原因遺伝子と疾患修飾治療薬の開発

\author{
東京女子医科大学ゲノム診療科 \\ サイトゥカ 斎藤加代子
}

（受理 2023 年 3 月 27 日）

Genetic Medicine Update: From Basic Research to Clinical Care

(3) Genes Responsible for Spinal Muscular Atrophy and Development of Disease-Modifying Therapy

## Kayoko Saito

Institute of Medical Genetics, Tokyo Women's Medical University, Tokyo, Japan

\begin{abstract}
Spinal muscular atrophy (SMA) is a lower motor neuron disease characterized by muscle atrophy and progressive muscle weakness due to the degeneration and loss of anterior horn cells of the spinal cord. For a long time, it was a disease that received only care in hospitals and at home as a disease without cure. SMA is caused by the deletion or mutation of the survival of motor neuron 1 (SMN1) gene, therefore only a small amount of functional full-length survival motor protein (SMN) protein is produced from the SMN2 gene. There are three diseasemodifying therapies that increase the production of the SMN protein: nusinersen, a nucleic acid drug with an exon inclusion mechanism; risdipram, a small molecule-drug with a similar mechanism; and onasemnogene abeparvovec, an adeno-associated virus 9 vector containing the SMN gene. Each drug was listed on the national health insulance (NHI) drug price based on the success of global clinical trials in which the author acted as the principal investigator. With the development of these effective therapeutic agents, early diagnosis and early treatment are essential. By administering the drug before the symptoms appear, it is possible to suppress or reduce the symptoms of SMA, and newborn screening at a nationwide level is expected to realized.
\end{abstract}

Keywords: spinal muscular atrophy, survival motor neuron protein, disease-modifying therapies, newborn screening, pre-symptomatic treatment

## 緒言

脊髄性筋 萎縮症（spinal muscular atrophy： SMA）は春髄前角細胞の変性・消失による筋萎縮と 進行性筋力低下を特徴とする下位運動ニューロン病 である. 長い間, 治療法のない疾患として, 入院や 在宅においてケアを受ける疾患であった。SMAで
は, survival motor neuron 1（SMN1）遺伝子欠失ま たは変異を原因とするため，機能性の全長 SMN 夕 ンパク質産生量はSMN2 遺伝子からのわずかのみ である. SMN タンパク質の産生を増やす疾患修飾治療法として, エクソンインクルージョンを機序と する核酸医薬品ヌシネルセン, 同様の機序を有する

kayoko@twmu.ac.jp

doi: $10.24488 /$ jtwmu.93.3_75

Copyright (C) 2023 Society of Tokyo Women's Medical University. This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution License (CC BY), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original source is properly credited.

Table 1. Therapeutic agents for spinal muscular atrophy.

 \\

Product name & Spinraza & Evrysdi & Zolgensma \\
Category & Antisense nucleic acid & Small molecules & Gene therapy \\
Mechanism & SMN2 splicing & SMN2 splicing & SMN gene transfer \\
Route of administration & modification & modification & Intravenous \\
& Intra-thecal & Oral administration & administration \\
& Infant type: every 4 M & Once a day & Single dose \\
Target age & Non-infant type: every 6 M & 2 months or older & Under 2 years old \\
Insurance coverage & No age limit & No & Yes* \\
for pre-symptomatic & SMN2 copy number $\leqq 3$ & & SPR1NT study \\
Clinical trials & NURTURE study & RAINBOWFISH study & \\
for pre-symptomatic & & & \\

* No clinical findings have been expressed, but some are predicted to develop SMA by genetic testing. SMA, spinal muscular atrophy; SMN, survival of motor neuron; M, month.

Table 2. Classification of spinal muscular atrophy.

 & Subtypes & Acquired motor function &  \\

SMA, spinal muscular atrophy; SMN, survival of motor neuron; M, month.

低分子医薬品リスジプラム，SMN 遺伝子搭載アデ ノ随伴ウイルス 9型 (adeno-associated virus 9: AAV9) ベクター製剤オナセムノゲンアベパルボベ クの 3 種類がある（Table 1)，それぞれ，著者が治験責任医師を担った国際共同治験後に薬価収載され た.これらの有効な治療薬の開発により, 早期診断・早期治療が重要となってきた. 症状顕在化の前の投与により症状の発現の抑制, 軽減化が可能となり,全国レベルの新生児スクリーニング (newborn screening : NBS）の実現が期待されてきている.

## SMA について

SMA は, SMN1 遺伝子欠失や点変異などの機能表失型変異による SMN タンパク産生の低下を病因 とした脊髄運動神経細胞の変性・消失による筋萎縮 と進行性筋力低下を特徵とする下位運動ニューロン 病である. 発症年齢と最高到達運動機能により 0 型, I 型, II 型, III 型, IV 型に分類される (Table 2).
0 型は胎坚期の発症で出生直後から人工呼吸管理を 必要とする最重症型 ${ }^{11}$, I 型は新生览期から乳児期の 発症で，人工呼吸管理をしない場合には 2 歳までに 大半が呼吸不全で死亡する重症型, II 型は幼坚期の 発症で，頸定と独座を獲得するも生涯歩行不可能， III 型は歩行機能を獲得するが, 幼坚期から小监期に 次第に歩行困難, IV 型は成人発症で最も緩徐な経過 を辿る。日本の有病率は約 10 万人に 1.17 人 [ $95 \%$ confidence interval (CI), 0.89-1.45] である。発生率 は 1 万人出生に 0.51 人 $(95 \% \mathrm{CI}, 0.32-0.71)$, I 型では 1 万人出生に 0.27 人 $(95 \% \mathrm{CI}, 0.89-1.45)$ であり, $\mathrm{SMA}$出生の全体の約半数が I 型と言える ${ }^{2)}$. I 型は新生児,乳児におけるフロッピーインファントの代表格であ る。人工呼吸管理をしない場合には 2 歳までに $90 \%$以上が呼吸不全で死亡する重篤な疾患であり，長い 間その根本治療が望まれてきた. SMA の発症年齢別分布をみると, 遺伝学的検査により SMA と診断

Ito M, et al. Epidemiological investigation of spinal muscular atrophy in Japan. Brain Dev. 2022;44:2-16

Figure 1. Distribution of patients according to age of onset ${ }^{22}$.

Distribution according to the age of onset of 486 patients with 5 q- spinal muscular atrophy (SMA) from whom we received the personal questionnaires. Of the 486 patients, 439 were examined after excluding 47 patients whose answers were unknown. Three hundred and sixty-three patients $(82.7 \%)$ had an age of onset less than 2 years and $88(20.0 \%)$ had an age of onset of 2 months old or under.

された 439 例中, 363 例 $(82.7 \%)$ は 2 歳未満, 88 例（20.0\%）は 2 か月以内の発症であり，SMAの多 くは小児期発症であると言える (Figure 1 $)^{2)}$.

## SMA の確定診断としての遺伝学的検査

SMA の原因遺伝子領域には，責任遺伝子 SMN1 遺伝子と, 修飾遺伝子 $S M N 2$ 遺伝子が存在する ${ }^{3}$. SMN1 遺伝子の欠失または変異による SMA 患者で は SMN2 遺伝子のコピー数は多いほど軽症の傾向 がある (Table 2). SMA の確定診断は, 原因遺伝子 SMN1 のエクソン 7,8の欠失を polymerase chain reaction (PCR) 法で解析する方法で行われてきた. SMN2 のコピー数と臨床との関係が明らかになる にしたがって，病型の予測や重症度を判定するため に, 定量 quantitative PCR (qPCR), デジタル PCR, multiplex ligation-dependent probe amplification （MLPA）などによるSMN1 および SMN2 のコピー 数同定を実施するようになった．MLPAでは修飾遺伝子 neuronal apoptosis inhibitory protein （NAIP）遺伝子コピー数も同時に判定できる市販 キットがあり, 保険収載されている (保険点数 5,000 点, 遺伝カウンセリング加算 検查前後に実施 1,000 点).

## 疾患修飾治療薬のメカニズムと臨床試験と実臨床

1. 核酸医薬品：ヌシネルセンナトリウム(スピン ラザ®)

呼吸筋の筋力低下による呼吸不全を乳児期から生 じる致死的疾患である I 型, 進行性の運動機能表失,関節拘縮，脊柱変形を来たす II 型，III 型のSMA に対して, 治療薬の開発研究および臨床試験(治験) は 2000 年代に活発に行われた. しかし, 明確な有効性を示して承認される薬剤はなかった。

SMA における治療メカニズムとして, SMN2 遺伝子が注目された. SMN2 遺伝子ではイントロン 7 にスプライシングサイレンサー領域があり, mRNA エクソン 7 がスキップされる。 そのため完全長の機能性 SMN タンパク質ではなく, 不安定な短縮型非機能性タンパク質となる. Antisense oligonucleotide （ASO）が pre-mRNA において同領域に結合するこ とにより，エクソン 7 のスキップが抑制される。エ クソンインクルージョンにより完全長の SMN タン パク質が合成される。この機序で, ASO 髄腔内投与 による SMN2 遺伝子由来の完全長 SMN タンパク 質合成が増加し, SMA の病態に対する治療となる。

日本を含む 15 か国, 東京女子医科大学病院を含む 36 医療施設参加の国際共同治験ヌシネルセンナト リウム（以下ヌシネルセンと略）髄腔内投与による
実薬 : 偽薬 $=2: 1$ の第 3 相臨床試験を二重盲検ラ ンダム化比較対照試験が I 型を対象に実施され有効性が示された4). II, III 型における又シネルセンの国際共同治験についても, 東京女子医科大学病院を含 む国際共同治験がなされ，実薬群における有効性が 示されだ．又シネルセン髄腔内投与によるSMA の新規治療の有効性と安全性が I, II, III 型において 示され, 米国食品医薬品局（FDA）に引き続き, 欧州医薬品庁 (EMA) および我が国の医薬品医療機器総合機構（PMDA）において承認された.

実臨床の報告は相次いでいる．Pane ら゙ は，生後 2 か月 15 歳の胃㾇による栄養や人工呼吸器管理の 患者を含む I 型 85 例で, 若年ほど運動機能改善を示 した. Coratti ら7) はヌシネルセン治療を受けた II 型および III 型患者の運動機能に関する実臨床デー タのメタアナリシスの結果を報告した。観察期間 10 14 か月において, II 型, III 型の患者の運動機能 に良好な結果をもたらすこと，未治療の患者は各年齢で一貫して運動機能表失を示し，又シネルセン治療を受けたコホートでは年齢による程度の差はある ものの一貫して運動機能獲得を示した．実臨床では 有害事象として, 交通性水頭症が問題とされた ${ }^{899}$. 未治療のSMA でも水頭症の合併が稀ではあるが存在 し, 対照に比して治療歴のないSMA で有意に神経炎症性マーカーである chitotriosidase 1 (CHIT1) が 高く, ヌシネルセン髄腔内投与前後で CHIT1 が有意に上昇することが報告されており，免疫応答のよ うなオフターゲット反応を示している可能性があ $り^{10)}$, さらなる検討が必要である.

症状顕在化する前のSMA のヌシネルセン臨床試験（NURTURE 試験）の結果は De Vivo ら ${ }^{11}$ が報告 した. 第 II 相非盲検試験で，対象は症状が出現して おらず，SMN1 遺伝子欠失または変異を認め，かつ SMN2 遺伝子が 2 コピーまたは 3 コピーの 25 例で ある。主要評価項目は死亡または呼吸障害への治療 （1日 6 時間以上かつ 7 日以上）が必要になった時点 とした。副次評価項目は運動機能, 運動発達, 体格 を設定した．投与開始時の日齢中央値（幅）は 22 （3～42）日であり，最終評価は $34.8(25.7 \sim 45.4)$ か 月に実施した。本治験で死亡に至った患者はなく， 4 例 $(16.0 \%)$ で呼吸障害の治療を行ったが，いずれ も可逆性の急性疾患であった。治験期間中に全例が 介助なく座位を獲得し 23 例（92.0\%）が独歩を獲得 した。わが国では 2022 年 3 月「臨床所見は発現して いないが遺伝子検査により発症が予測される脊髄性筋萎縮症」に適応が拡大された。ただし,「効能・効果に関連する注意」として，SMN2 遺伝子のコピー 数が 4 以上の患者については, 遺伝子検査により SMN1 遺伝子の欠失又は変異を有していたとして も, 臨床所見が発現する前からは投与せず, 臨床所見の発現後に, 本剤投与のリスクとベネフィットを 考慮した上で投与の必要性を判断すること，とされ ている.

2. 低分子医薬品: リスジプラム（エブリス ディ ${ }^{\circledR}$

作用部位は異なるがスシネルセンと同様, SMN2 遺伝子の mRNA 前駆体に結合し，エクソンインク ルージョンにより SMN タンパク質の産生を増加さ せる機序をもつ経口薬としてリスジプラムが開発さ れた. 分子量は 401.45 の低分子化合物である。 日本 を含志国際共同治験として生後 1 ７ か月齢の I 型 41 例を対象のオープンラベル試験12) がなされた. 投与 12 か月後に主要評価項目の支えなし座位 5 秒間 を達成した例は自然歴 5\% に対して 29.3\%（12/ 41）と有意に高かった. Children's Hospital of Philadelphia Infant Test of Neuromuscular Disorders （CHOP-INTEND）にて 4 点以上の上昇は $90 \%$ で あった. 2〜25歳の歩行不可能な II 型, III 型 180 例の患者対象の二重盲検試験 ${ }^{13}$ が実施され, 主要評価項目の Motor Function Measure (MFM) -32 にお いてプラセボ群に比較して有意な改善を示した。こ れらの有効性と安全性により米国，欧州に引き続き 2021 年に日本でも承認され実臨床が始まった。

## 3. 遺伝子治療薬 : オナセムノゲンアベパルボベ

## ク (ゾルゲンスマ $\circledR$

米国で自己補完的アデノ随伴ウイルス血清型 9 （scAAV9）べクターを介した SMN 遺伝子（scAAV 9-SMN）の静脈内単回投与の治験が I 型患览 15 例で 実施された. 3 例は低用量, 12 例は高用量の投与で あった。主要評価項目は安全性であり, 副次的評価項目は，死亡するまでの時間または恒久的な換気補助の必要性であった。探索的評価では, 高用量群と 低用量群における運動発達指標と運動機能 CHOPINTEND スケールのスコア比較であった. 20 か月 の時点においてイベントフリーで全例が生存という 報告がなされた. 具体的には, 高用量投与において, CHOP-INTEND スコアのベースラインからの急激 な増加を示し, 1 か月で 9.8 ポイント, 3 か月で 15.4 ポイントの増加であった. 高用量を投与された 12 例のうち, 11 例は支持なし座位獲得, 9 例は寝返り
獲得, 11 例は経口食事摂取可能で, 話すことも可能, 2 例は独歩を獲得した ${ }^{14}$. 血清アミノトランスフェ ラーゼ値の上昇が 4 例で発生し，プレドニゾロンに より減弱したほか, 安全性の問題はみられなかった。 この結果により国際共同治験（SPR1NT 試験）が実施され日本からは同胞が I 型で, 遺伝学的検査によ り SMA 症状発現前の新生坚 3 例が参加し, 3 例と も独歩可能となった. 米国に続き我が国でもオナセ ムノゲンアベパルボべク(以下オナセムノゲンと略) が承認され, 臨床使用開始となった。

実臨床における有害事象として, 投与 $3 \sim 4$ 日目以降の発熱, 嘔吐, 肝機能障害, 血小板減少症がある.米国からの実臨床の 21 例の報告では, 生後 6 か月以下の乳览では肝機能障害も軽度であったが, 生後 8 か月以上, 体重 $8 \mathrm{~kg}$ 以上では AST, ALT, $\gamma \mathrm{GTP}$ の上昇がみられ，プレドニゾロンの投与期間が長期 となった. AST, ALTの上昇は投与ウイルスベク ター量が増えるためだろうと考察している。投与 7 日目に 21 例中 19 例 (90.5\%) で血小板減少が認めら れたが無症状で, 個人の AAV9 に対する免疫反応が 関与している可能性があり，プレドニゾロンのみで コントロールされたと報告している ${ }^{15)}$.オナセムノ ゲンの実臨床における有効性に関しては, 投与後 4 か月までに 19 例中 17 例 $(89.5 \%)$ が運動機能評価指標の CHOP-INTEND スコアが 1 ポイント以上改善, そのうち 12 例 $(70.6 \%)$ が 3 ポイント以上改善 であった。

治験では認められなかった副作用として，オナセ ムノゲン投与後に溶血性貧血, 血小板減少腎機能障害を特徴とする血栓性微小血管症（thrombotic microangiopathy: TMA)が報告された ${ }^{16)}$. オナセムノ ゲン投与前の感染症やワクチン接種による免疫系の 活性化がある場合に TMA のリスクが高くなる可能性がある。投与後 1 週間頃より, 嘔吐, 高血圧,

尿量減少などの症状と溶血性貧血, 血小板减少, 補体 (C4, C3) の低値, LDH 高値, 蛋白尿・血尿など の所見が出現した。

$
\text { バイオマーカーの開発 }
$

治療の進歩に伴い, 有効性評価のバイオマーカー が必須となる. 年齢や臨床症状の程度が幅広い SMA では, 臨床的に均一の評価が困難である. 我々 の開発したイメージングフローサイトメトリーによ る血液細胞中の SMN タンパク質測定は, 長期にわ たる治療の有効性の指標として有用であり, さらな る開発を目指している ${ }^{17)}$.

## NBS 検査により診断，早期治療の開始

米国には, 保健社会福社省 (Department of Health and Human Services：HHS) 長官が, 州の NBS プロ グラムの一環として，スクリーニング推奨の疾患の リストを Recommended Uniform Screening Panel (RUSP)としている．RUSP の疾患は NBS 検査のべ ネフィット, 州の実施能力, 有効な治療法の利用の 有無により選択される。すべての新生児は RUSP のすべての疾患についてスクリーニングされること が推奖されている ${ }^{18} .2018$ 年, SMA はRUSP として 認められ, NBS プログラムに含めることが推奖され 現在, 米国の新生児の $98 \%$ がSMA の NBSを受け るようになった $\left(\right.$ Figure $2{ }^{19}$. ドイツでは, Vill ら ${ }^{20}$ が NBS で診断に至った症例への又シネルセン投与 を行った症例を報告している。165,525 人の NBS で 22 例の SMA 患者が診断に至った. SMN2 遺伝子の コピー数は $2 \sim 4$ コピーであった. 22 例中 10 例が又 シネルセン投与を行い，うち 7 例が未発症での投与 であった. 観察期間は 1 か月 1 年であったが, 投与症例で筋力低下は認めないという結果であった。 Dangouloff ら ${ }^{21}$ は, 2020 年 11 12月に, 152 か国の SMA 専門家にアンケートを取り 87 の回答を得て 世界的な NBS の実施状況を調查した. 当時, 日本で も既に千葉県でSMA の NBS が始まっており，日本 を含む 9 か国において， 8,100,090 人の出生のうち 3,674,277 人が NBS を受けていた. 288 人が陽性であ り, 出生 12,758 人に 1 人の発生率であることがわ かった.

ヌシネルセン, オナセムノゲン, リスジプラムと もに非常に高額な薬価である。費用対効果に関する 議論は薬価収載の際に活発であった，我が国におけ る SMA 発生頻度は 10,000 人出生に 0.51 人であり,年間 80 万人の出生数と仮定して年間 40 人ほどが SMA をもつ新生览として出生する. NURTURE 試験およびSPR1NT 試験の結果, 未発症における治療 により, 正常発達に極めて近い発達を示し ${ }^{22)}$, 特に遺伝子治療では新生児期の投与により薬剤の副作用が 抑えられる ${ }^{15)}$. 我が国の多くの自治体で従来の NBS にSMA を加えた拡大 NBS が始まり, 東京女子医科大学病院㧍よび足立医療センターもパイロット試験 に参加する計画である. SMA において，ケアを受け るはずの人がケアを提供する側になるという新たな 時代が始まりつつある。

## 結 論

SMA の今後の治療・発症予防として, SMAの

Figure 2. Areas where spinal muscular atrophy (SMA) newborn screening tests were performed in the United States (U.S.) ${ }^{19}$.

Ninety-eight percent of infants born in the U.S. are now screened for SMA at birth.

NBS を拡充し, 遺伝子変異を示す例に対して, 速や かな治療薬投与により発症抑制を行うことが望まれ る. 米国では出生新生览の $98 \%$ が SMA の NBS を 受け, 診断後の治療が開始されている. 治療法の進歩により, SMA の症状の進行を停止させる可能性,早期投与により改善する可能性, さらには発症させ ない可能性が出てきている.

## 謝辞

春髄性筋萎縮症における日本初の臨床試験は, 東京女子医科大学病院ゲノム診療科, 小児科, リハビリテー ション科, 循環器小览科, 産科母子センター, 新生坚科,放射線科, 中央検査部, 薬剂部, 中央放射線部, 感染制御科, 研究推進センターの横断的な協力により成された ことを記し，ここに深謝する。本研究の一部は，AMED の課題番号 JP22ek0109472 および, 厚生労働科学研究費補助金難治性疾患政策研究事業 $\lceil$ 神経変性疾患領域にお ける基盤的調査研究班」(研究代表者中島健二) の助成を 受けて実施した。

筆者は, 利益相反として, ノバルティスファーマ(株)
より講演料, 原稿料, バイオジェンジャパン（株）より 講演料, 原稿料, 受託研究費, 中外製薬 (株) より講演料，原稿料を受領したことを開示する。

$
\text { 文献 }
$

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Tokyo Women's Medical University