综述：精准医疗治疗肌萎缩侧索硬化时代的到来

本综述系统探讨了精准医疗原则在ALS药物开发中的实施进展。随着靶向SOD1基因的疾病修饰疗法Qalsody(tofersen)的成功，ALS治疗正进入新时代。文章重点阐述了ALS复杂遗传架构的最新认识、长读长测序技术对基因发现的革命性影响、多组学数据在患者分层中的应用，以及关键伦理考量，为实现"在正确时间给正确患者正确药物"的精准医疗目标提供了全面路线图。

精准医疗治疗ALS：我们准备好了吗？

精准医疗被定义为在正确时间给正确患者正确治疗。过去20年，精准医疗在肿瘤学领域取得显著进展，这主要得益于多组学技术的进步和对不同肿瘤分子特征理解的深入。随着靶向SOD1基因RNA产物的疾病修饰疗法Qalsody(tofersen)在ALS中被证明有效，神经退行性疾病领域也迎来了精准医疗时代。

Qalsody是首个针对ALS遗传定义亚群(SOD1变异患者，占1-2%)的疗法，基于替代疗效生物标志物神经丝轻链(NFL)获得批准。重要的是，Biogen公司启动了ATLAS III期研究，评估Qalsody在具有高外显率和快速进展SOD1变异的无症状个体中延迟疾病临床表现的能力。

Aldesleukin是一种重组人IL-2，先前已获FDA批准用于治疗转移性黑色素瘤和肾细胞癌。基于神经炎症在ALS所有阶段的作用，特别是神经炎症与ALS疾病严重程度和进展的相关性，该药物被重新用于ALS治疗。低剂量IL-2已被证明能增强调节性T细胞(Treg)功能，这对控制导致神经元损伤的炎症机制至关重要。

锂碳酸盐是一种已获批用于治疗精神疾病的药物，已被证明影响ALS相关的多种通路。虽然锂碳酸盐在一般ALS人群中被认为没有生存益处，但2017年对三项锂碳酸盐临床试验的荟萃分析显示，携带UNC13A(C/C)ALS风险基因型的患者表现出生存改善。这一发现将在III期MAGNET试验中得到验证。

这些临床项目说明了整合遗传信息(即遗传定义的亚组)、早期纳入生物标志物和明确精准医疗策略在临床试验期间识别和富集潜在应答者的重要性。

ALS复杂遗传架构的现有认识

ALS是一种异质性疾病，患者表现出可变的临床特征，包括疾病发病部位、发病年龄、认知和行为变化以及不同的生存期。这种表型异质性背后是复杂遗传架构的相互作用，包括罕见致病变异、结构变异以及非编码基因组、表观遗传和环境/生活方式因素的变化。

ALS通常被分类为家族性(有家族史)或散发性(无家族史)。随着ALS靶向治疗的出现，遗传检测预计将成为所有ALS患者的标准实践，分类将转向关注变异状态(已知与未知)。超过50个基因已被确定与ALS相关，其中C9orf72、SOD1、FUS和TARDBP变异是ALS最常见的原因。

ALS相关基因的变异在其致病性上有所不同，有些具有高外显率，其他仅影响个体一生中患病风险。因此，遗传变异存在效应大小和相对变异频率的连续性。罕见变异通常具有大效应大小，常见变异具有低或可忽略的效应大小，跨多个基因的许多变异的多基因风险评分贡献小效应大小。

ALS的多步骤模型表明，驱动疾病发生的一系列连续步骤，由随时间发生的遗传和环境损伤引起。在欧洲和亚洲人群中，多步骤模型表明表现疾病需要多达六个步骤，携带高外显率致病变异的患者需要更少步骤。

ALS患者遗传检测的重要性

遗传检测实践因国家而异，专家间没有正式共识。虽然许多诊所提供遗传检测，但这传统上保留给<40岁且有明确家族史的患者。这种传统方法因影响阳性家族史分类的因素数量和某些ALS连锁变异不完全外显的额外复杂性而变得复杂。

影响临床可操作结果产量的另一个重要因素是检测面板中包含基因的变异。在评估14个临床面板时，只有50%提供包含C9orf72重复扩展(ALS最常见原因)的选项。随着ALS相关基因数量的增长，这也对变异未知意义(VUS)的识别、多基因风险的贡献以及遗传咨询期间该信息的临床解释和管理提出了重大挑战。

长读长测序将彻底改变我们对ALS的理解

短读长测序技术在过去10年主导了该领域。虽然无PCR文库制备的实施减少了扩增偏倚的影响，但该方法的主要限制与单个读长长度的尺寸有关，导致基因组图像 skewed，侧重于单核苷酸变异(SNV)、插入缺失(Indel)和拷贝数变异(CNV)，但在解析其他基因组特征方面面临挑战。

近年来，长读长测序在测序基因组方面表现出卓越性能。PacBio Hifi测序具有任何测序平台最高的中位准确性(99.9%)。Hifi测序是用于生成人类基因组完整序列的使能技术，为人类基因组序列贡献了额外的~8%。随后，它被用于创建第一个人类全球和人群特异性泛基因组参考，添加了数亿个在人类基因组参考中不存在的碱基，从而突出了跨人群遗传变异的全部范围，涵盖所有类型的遗传变异。

长读长测序机器能够使用天然未处理的DNA，除了四个规范碱基外，还输出5mC(甲基化)作为标准序列，允许在功能和遗传变异的高分辨率视图中连接表观遗传测序和DNA测序。长读长测序在罕见和复杂疾病中具有潜力，因为我们知道90%的常见疾病易感性编码在调控DNA而非编码DNA中。

长读长测序已开始用于ALS研究。Hifi测序已用于许多研究，通过全基因组测序或无扩增靶向测序，解析C9orf72基因中的六核苷酸GGGGCC重复，证明了重复长度的等位基因分辨测序，以及它们的单分子分辨长度分布和相关甲基化状态。

生物标志物发现和患者分层的多组学方法

多组学方法包括检测和/或量化多个生物系统，包括基因(基因组学)、mRNA(转录组学)、蛋白质(蛋白质组学)、表观遗传因素(表观基因组学)和代谢物(代谢组学)，提供不同生物学层次的复杂整合，可以提供复杂疾病的整体图景。

一项研究使用基于患者表型信息的无监督机器学习。Spargo、Marriott进行了迄今为止最大规模的研究，证明ALS患者可以聚类为五个不同的表型定义亚组(无论临床诊断如何)，每个亚组显示不同的遗传架构。有趣的是，C9orf72扩展在聚类1中更常见，SOD1变异在聚类2中过度表达，某些聚类还与帕金病较高多基因风险评分相关，证明其他神经退行性疾病风险基因的重叠可能仅在特定患者亚组中相关。

利用ALS患者运动皮层和血液的RNAseq数据，使用无监督机器学习方法研究了分子亚组。基于基因表达谱的聚类确定了三个不同的分子亚组，包括(1)突触和神经肽信号传导，(2)氧化应激和凋亡，以及(3)神经炎症，每个分子表型通过与每个患者聚类内识别通路相关的细胞组成得到加强。

ALS药物开发中的患者分析

随着长读长测序的可负担性和采用度提高，检测新遗传变异的能力将提高十倍，提供短读长测序技术以前无法访问的数据。为了利用这些新的遗传信息，必须拥有改进的参考基因组，捕获不同祖先的广泛遗传变异谱，以便在我们进入精准医疗时代时，不遗漏任何患者。

能够进行深度变异搜寻和优先排序以帮助预测遗传和表观遗传变化功能后果的生物信息学工具，对于ALS中VUS的优先排序至关重要。这将有助于选择实验验证的遗传候选物，以及识别为个体患者量身定制的新治疗靶点的潜力。

虽然我们对ALS分子亚组的理解继续提高，这将有助于根据患者的遗传和分子特征定制治疗。在我们继续解开这些复杂性的同时，应在患者来源运动神经元的药物体外测试期间捕获全组学数据。这应与早期临床研究同时进行，并将有助于识别应答者与非应答者亚组，并允许在患者参加临床试验期间捕获额外信息。

伦理考量

尽管对其病理学的理解取得了进展，但ALS的治疗选择仍然有限且主要是姑息性的。然而，遗传评估和干预方面的新兴工具提供了一个有希望的机会，既可以加深对ALS的理解，又可以将这些知识转化为变革性治疗。

伦理仁慈确立了必须解决现有知识差距，以巩固改进诊断准确性、识别风险人群和推进精准靶向个性化治疗的相对好处。这种全面的遗传评估可以揭示新的遗传模式、复杂的基因-环境相互作用和疾病机制。扩大遗传评估的重点、范围和可用性很好地符合正义原则。

新的遗传信息应用于开发人群特异性治疗代表了变革性机会，将ALS护理从症状管理转向解决疾病的病理病因基础。反义寡核苷酸(ASO)、CRISPR-Cas9基因编辑和基因治疗等技术有希望减轻或克服致病变异的影响。

重要的是，ALS的遗传评估和基于基因的治疗对患者及其家人有许多影响，主要涉及自主权和知情同意问题。伦理法律对自主权的尊重要求有能力个体有权行使对其健康相关决策的控制，包括遗传检测和参与基于基因的治疗。知情同意是这种情况下尊重自主权的基础。

除了明显的特殊伦理考虑，新兴评估和治疗工具与技术的开发、阐述和提供必须在更广泛的系统视角中考虑。与遗传评估的新方法和靶点一样，新兴治疗应可用于需要它们的患者。