肌萎縮性脊髓側索硬化症的診斷與治療
肌萎縮性脊髓側索硬化症的診斷與治療
Diagnosis and Therapeutic Approaches of Amyotrophic Lateral Sclerosis
季康揚1, 2
1台北榮民總醫院神經醫學中心周邊神經科
2國立陽明交通大學醫學院生理學研究所
摘要
肌萎縮性脊髓側索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)，俗稱漸凍人，是一種不可逆的神經退化性疾病。ALS會逐漸造成脊髓與腦幹的下運動神經元以及腦部的上運動神經元退化。ALS常見的臨床表徵有肢體肌肉無力與萎縮﹑呼吸困難，吞嚥困難等。ALS患者發病後的平均存活時間為5-6年。在台灣，根據先前的文獻統計，ALS的平均發生率約為十萬分之0.6，平均發病年齡為52.5歲。截至目前為止（2023年7月），ALS有四種藥物獲得美國食品藥物管理局核准，分別是Riluzole，Edaravone，Relyviro (sodium phenylbutyrate and taurursodiol)以及Tofersen。前三種藥物對所有ALS患者均適用，但效果仍相當有限。因此，許多研究團隊正積極探索ALS的致病機轉並根據其致病機轉設計相對應的治療藥物。其中，ALS致病基因的研究是一個重要的方向。目前為止已經有超過五十個ALS相關的致病基因被發現。類似於標靶治療的概念，目前有多種針對特定基因型的試驗藥物正進行臨床試驗中。上述的第四種藥物Tofersen即是SOD1基因的反義核苷酸（antisense oligonucleotide; ASO），其作用原理是透過藥物與SOD1基因所產生的信使RNA（messenger RNA）結合，進而促進其分解，並藉此減少SOD1的蛋白產量。Tofersen已於2023年獲得FDA有條件核准上市，也是第一個針對特定基因治療的ALS藥物。根據第三期臨床試驗的結果，雖然尚無法顯著改善ALS患者的整體功能，但可以有效降低腦脊髓液內的SOD1或血液中輕鏈神經纖維(neurofilament light, Nfl)蛋白質含量量。其他針對不同基因（如FUS，C9ORF72）的試驗療法目前也在積極進行臨床試驗中。ALS已經步入基因標靶治療的時代，希望帶有常見基因突變的ALS患者在未來皆能將有機會接受相應的治療。
關鍵字
肌萎縮性脊髓側索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis)，運動神經元(motor neuron)，神經退化性疾病(neurodegenerative disease)
前言
漸凍人，是肌萎縮性脊髓側索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)的俗稱，是一種不可逆的神經退化性疾病。此疾病會造成腦部的上運動神經元與脊髓腦幹的下運動神經元的漸進性退化。ALS患者的主要的臨床症狀為肢體及軀幹的肌肉萎縮無力、因延髓（bulbar）退化造成口齒不清、吞嚥困難，最終因橫膈無力而引發呼吸困難等。ALS患者平均發病後的平均存活時間約為五至六年，大多數的患者死於呼吸衰竭或感染等併發症。就其遺傳性而言，大部分的ALS是偶發的（sporadic），佔90%左右，少數則是家族遺傳的，約佔10％1。根據先前的研究，2000年1月到2005年12月間，台灣ALS的平均發生率約是十萬分之0.6，平均發病年齡為52.5歲2，而最常見的發病年齡是位於65到69歲之間2。目前ALS共有四種藥物獲得美國FDA核准上市，分別為Edaravone，Relyviro (sodium phenylbutyrate and taurursodiol)以及Tofersen。前三種藥物對所有ALS患者均適用，但效果仍相當有限。Tofersen則是針對帶有SOD1基因突變的患者所設計的藥物，而帶有此基因突變的患者佔所有ALS的比率小於5%。因為治療選擇及療效有限，目前對ALS的治療主要是針對病人症狀，以支持性療法為主，並引入跨團隊照護的概念，多方介入以維持患者的生活品質，並在必要時使用管路灌食與陽壓呼吸器或氣切等方法維持生命。近年來，除了可以用Tofersen治療的SOD1基因以外， ALS的相關研究發現了多種可能的致病基因，國外已經有多個針對特定基因型的標靶藥物之臨床試驗在進行中。因此，為了讓病人在未來有機會接受相應的標靶治療或參與相關臨床試驗，針對ALS患者進行基因診斷的重要性也逐漸增加。
臨床表現
ALS的典型症狀是漸進性的肢體無力與肌肉萎縮，可能伴隨吞嚥困難和言語構音困難。，病人因手腳逐漸無力，隨著疾病進展而喪失行動能力，也會因呼吸與吞嚥困難而產生可能危及生命的併發症。值得一提的是，患者在此疾病進展造成肌肉逐漸萎縮無力的同時，即使完全失去活動能力，甚至處於呼吸器依賴狀態，大多數的ALS患者仍保有完整的認知與感覺功能，有如被枷鎖的靈魂。病人也長期承受莫大的苦痛，對其生活品質，精神狀態都有巨大的影響。
ALS的診斷主要根據神經學症狀與電生理檢查。ALS的診斷標準在過去50年間歷經多次沿革，目前較廣泛採用的診斷標準是參考2019年提出的Gold Coast criteria3。目前ALS的診斷均以病史，臨床症狀配合肌電圖檢查為主。生物指標（biomarker），病理檢驗或是影像檢查目前仍侷限於實驗階段，尚無法作為有效可靠的診斷依據。目前診斷標準雖能可靠並正確的診斷ALS，但臨床上肌電圖檢查發現大量的肌纖維顫動(fasciculation)或正陡波(positive sharp wave)時，神經往往已經承受較大破壞。目前的診斷標準尚無法在疾病早期快速偵測。近年來有研究團隊嘗試使用肌肉切片觀察神經束(nerve bundle)上的TDP-43沈積用以早期診斷ALS。在小規模的實驗中達到將近100%的診斷率4，但此技術是否能大規模用以早期診斷ALS仍待後續研究發展。
ALS可以根據其不同的臨床表現進一步分類。根據不同ALS病患的起始症狀，可以把ALS分為：(1)漸進性肌肉萎縮症（progressive muscular atrophy），這類患者常以肌肉癱軟無力(flaccid)，肌肉顫動（fasciculation）來表現，其神經退化主要侷限於下運動神經元， (2)原發性側索硬化症（primary lateral sclerosis-like, PLS-like），這類病人的臨床表現以肌肉僵直（spasticity）為主，並可能伴隨肌腱反射增強，其神經退化主要以上運動神經元為主。但隨著疾病的演進，病人仍會同時具有上，下運動神經元病灶病徵，方能符合ALS診斷標準。另外，也可以根據ALS患者的症狀起始的身體部位，分為以肢體軀幹無力等症狀為主起始的脊髓起始型(spinal onset)，以及以口咽無力，吞嚥及語言困難等症狀起始的延髓起始型（bulbar onset）。5。
根據世界多個大規模的臨床資料，ALS患者發病後的平均存活時間為5-6年，存活時間與性別無顯著關係6，但發病年齡越大與起始症狀發生在口咽肌肉的患者被認為是較差的預後因子7。目前最廣泛被使用來評估ALS患者的功能性量表是修訂版的ALS功能性量表（The Revised Amyotrophic Lateral Sclerosis Functional Rating Scale, ALSFRS-R）8。此量表有12個項目，每一項目滿分4分，症狀由最重到最輕的分數範圍為0-48分，分數越低代表受疾病影響越嚴重。根據我們在民國105年至110間，對258位ALS患者每半年一次的ALSFRS-R追蹤評估，患者平均每月ALSFRS-R分數退步1分左右。少部分的ALS的病人也可能出現認知功能退化或精神行為異常的症狀。大約13%左右的ALS病人會同時患有額顳葉型失智症（frontotemporal dementia, FTD）1。這群病人病情進展也較為快速，且平均存活時間較短。雖然ALS和FTD兩種疾病的臨床特徵有極大差異，但C9ORF72等數種ALS致病基因發生突變時都可以單獨產生FTD或ALS或同時產生FTD與ALS兩種病症，顯示兩者之致病機轉有密切關連。
致病機轉
目前對於ALS致病機轉仍不全然清楚。但隨著近年來的基因學研究所累積的知識，我們也漸漸對ALS的致病模式有更多的認識。自從第一個ALS的致病基因SOD1在1993年被發現以來，已經有超過五十個致病基因被發現。在家族性ALS患者中，大約有70%可以找到致病突變，同時也在約10%的散發性ALS病人中發現致病基因突變9。致病的基因突變在不同的國家有相當差異，例如，在歐美國家中，最常見的基因突變為C9ORF72 基因中的GGGGCC六核苷酸序列重複擴增，在亞洲國家C9ORF72 基因突變則較為少見10。各地的研究發現不同國家與人種所帶有的致病基因突變不盡相同。
以台灣為例，我們在民國89至110年間共收案了525位ALS患者。其中帶有SOD1突變及C9ORF72 基因中GGGGCC六核苷酸序列重複擴增突變的各有22位、16位帶有TARDBP 基因突變及9位帶有FUS 基因突變。帶有四大基因突變的患者佔了所有家族性以及非家族性ALS病友的13.1%。我們的研究結果也說明了台灣ALS患者所帶有致病基因和歐美國家略有不同。舉例來說，我國最見的ALS致病基因是SOD1以及C9ORF72，兩者病人之數量相當。不同於歐美洲地區最常見的致病基因突變是C9ORF72，約佔所有基因突變的40%，而在其他亞洲國家的中國，韓國，日本C9ORF72的患者則佔不到所有ALS病人的1%11-13。
隨著越來越多ALS的致病基因被發現，根據這些基因的功能或其突變後所產生的的蛋白質變異，我們可以觀察其在運動神經元內所造成的影響，並藉此瞭解ALS致病的成因及其相關分子機轉。舉例來說，SOD1和TARDRP的致病突變會產生對細胞有害的突變蛋白SOD1及TDP-43，當這些蛋白在細胞質內堆積，則會產生無法溶解的沈積物，進而產生導致細胞死亡6。其他的基因則有截然不同的致病機轉，例如TUBA4A是形成是細胞微管（microtubule）的重要物質，DCTN1則在協助神經細胞軸突(axon)的物質運輸。此類突變會破壞細胞骨架及軸突的運輸功能，造成神經的破壞6。最常見的致病突變，C9ORF72的GGGGCC六核苷酸序列重複擴增突變則同時影響了多個不同的致病機轉：第一，六核苷酸序列會產生大量的重複雙肽(dipeptide)，這些帶有重複雙肽的蛋白質沈積在細胞內會造成神經細胞毒性。第二：此突變基因所轉錄出帶有GGGGCC六核苷酸序列重複擴增的RNA會造成RNA結合蛋白(RNA binding proteins, RBP)的耗損隔離（sequestration）進而影響細胞的RNA轉譯效率。第三：C9ORF72蛋白均參與細胞內的自體吞噬作用（autophage）及胞吞作用(endocytosis)，因此C9ORF72的突變則導致此類功能的受損並影響細胞的正常功能14。第四：此突變也被認為會影響細胞核孔（nuclear pore）的物質傳遞15。
根據多種不同ALS致病基因相關研究可以發現，雖然臨床表現相似，但其背後的病生理機轉仍有相當差異，因此，ALS可能是一群致病因由不同，但臨床症狀相似的疾病之集合。也因為缺乏專一的治療標的，經過數十年來的研究至今仍未研發出ALS的特效藥。
治療
因為醫學界對於ALS的致病機轉仍未有充分的瞭解，因此對ALS的治療仍然相當有限。目前ALS共有四種藥物獲得美國FDA核准上市，分別為Edaravone，Relyviro (sodium phenylbutyrate and taurursodiol)以及Tofersen。Riluzole在1995年上市，是第一個被核准治療ALS的藥物，也是目前台灣唯一有健保給付的ALS藥物。此藥是一種穀氨酸(glutamate)的拮抗劑，它會抑制運動神經元釋放穀氨酸，並且和穀氨酸競爭NMDA受體，藉此降低運動神經元的興奮性毒性。根據1994年進行的臨床試驗，使用Riluzole每日100mg的實驗組病人在12個月後的存活率顯著高於對照組（74% vs. 58%, p = 0.014）。此外，此研究也發現，Riluzole對延髓起始型(bulbar onset)的ALS患者有較好的效果（使用Riluzole與安慰劑的病人12個月存活率分別為35%及73%, p = 0.014）。對於脊髓起始型的病人，使用Riluzole相比於對照組，對於12個月存活率則無顯著差異（74% vs. 64%, p = 0.17）16。儘管臨床實驗證明有效，但Riluzole只能延長患者大約三個月的壽命（試驗組與對照組的平均存活天數分別為449及532天）16。為了方便吞嚥困難的患者服藥，國外有推出不同劑型的Riluzole，例如Tiglutik是液體狀的水劑，Exservan則是一種舌下含片的形式，含在嘴巴裡就會自行溶解吸收。台灣近期通過Tiglutik的健保給付，對吞嚥功能不佳的患者將是一大福音。
Edaravone則是在2017年得到FDA核准上市，目前在台灣尚未有健保給付也尚未上市，但可以用專案用藥進口的方式接受此藥物的治療。因為價格昂貴，且此藥為靜脈注射劑型，只有少數臺灣ALS患者自費使用。Edaravone是一種抗氧化劑。在第三期臨床試驗發現，發病時間小於兩年的早期的ALS患者使用Edaravone六個月以後，以ALSFRS-R功能性量表評估患者的退化速度略小於對照組（-5.01分vs. -7.5分, p = 0.001）17。在之後的開放性延伸試驗中（open label extension），進一步讓兩組病人再接受6個月的Edaravone，全程使用Edaravone的病人其ALSFRS-R退化速度和前半年使用安慰劑後半年使用Edaravone的病人相比也是略為緩慢（-8.0分 vs. -10.9分）。但尚無臨床試驗的證據證明Edaravone可延長存活時間。
第三種藥物Relyviro（sodium phenylbutyrate和taurursodiol的複方藥）在2022年獲得美國FDA核准上市。根據2020年發表的第三期臨床試驗結果發現，137位發病18個月內且緩慢肺活量（slow vital capacity, SVC）超過60%的ALS患者，使用Relyviro的ALS患者，在24週後其ALSFRS-R分數的退步較對照組緩慢（實驗組平均每月退化1.24分，相對於對照組每月1.66分，p = 0.03）18。
另一類的試驗藥物則是針對特定基因突變的ALS患者所設計的標靶治療。目前發展進度最快的是針對SOD1致病基因突變的藥物Tofersen，已經在2023年獲得FDA核准上市，適用於帶有SOD1致病基因突變的ALS患者。Tofersen是SOD1基因的反義核苷酸（antisense oligonucleotide; ASO），其作用機制是透過藥物與SOD1基因所產生的信使RNA（messenger RNA）結合，加速其分解，進而減少SOD1的蛋白質產量，減少突變的蛋白質在細胞內堆積並減少運動神經元的破壞。Tofersen在2021年第三期的VALOR臨床試驗中，將帶有SOD1致病突變的ALS患者分為慢速退化組（48人）以及快速退化組（60人），並以2:1的比例隨機雙盲分配至Tofersen試驗組及安慰劑。在治療28週之後，快速退化組與慢速退化組中使用Tofersen的患者，其ALSFRS-R分數分別較對照組高出1.2及1.4分，但兩組與對照組間ALSFRS-R分數的差異並未達到統計學上的顯著意義。在之後的開放式延伸試驗（open label extension）中，Tofersen實驗組與對照組間的ALSFRS-R分數亦無顯著差異。雖然兩組病人的臨床功能並未因使用藥物而有顯著差異，但在此研究也發現，使用Tofersen的試驗組的患者，其腦脊髓液中的SOD1蛋白濃度均顯著的較對照組低。此外，快速退化組的患者在使用Tofersen之後，血液中的NfL濃度也比對照組的患者顯著降低。由於SOD1蛋白被認為是導致SOD1基因突變患者致病的毒性蛋白質產物，而NfL則被認為能反應運動神經受損的程度，且較高的NfL濃度在先前的研究中被認為和不良的預後有關7，因此在第三期的VALOR試驗中，雖然沒有證據說明Tofersen可以顯著改善帶有SOD1突變的ALS患者之臨床功能，它確實可能在分子層面減少毒性的SOD1蛋白產生且可能有助於減緩運動神經元的破壞。因此，未來值得進一步研究的方向是開始用藥的時機與使用藥物的劑量是否可以稍做修正以獲得更好的療效。當此類病人產生肌肉無力萎縮的症狀時，其運動神經元已經有相當程度的破壞，在此時介入治療可能已經難以逆轉病程。因此，找尋臨床前期的診斷標的幫助篩選適合的病人早期介入治療將成為日後基因標靶療法的發展重點。
除了Tofersen，許多針對其他基因突變的標靶治療也在積極進行臨床試驗中。例如ION363是FUS基因的反義核苷酸，藉由相似的原理，用以治療帶有FUS基因突變的ALS患者19。ION363於2021年7月開始進行大規模的第三期臨床試驗（NCT04768972），預計2024年完成臨床試驗。但針對世界上最常見的ALS致病基因C9ORF72所研發的反義核苷酸，BIIB078則因療效不佳提前終止。雖然臨床藥物的研發具有相當的不確定性，但可預期的，針對特定基因突變的精準醫療是未來治療ALS的重要趨勢之一，將有更多針對不同致病基因突變的藥物治療被發展出，而明確知道致病基因突變的ALS病人很可能是第一批能接受良好治療方式的病人。因此對每個新診斷的ALS病患進行基因診斷變得日漸重要。
除了上述療法以外，目前仍有許多藥物及基因療法正在被研究中，隨著對ALS的致病機轉及基因型的瞭解增加，可預見未來將會有更多的ALS藥物可以來幫助患者。
結論
ALS會造成患者漸進性，不可逆的肌肉萎縮無力。ALS發病後平均存活時間為5-6年，大多數病患死於呼吸衰竭及感染等併發症。Edaravone，Relyviro (sodium phenylbutyrate and taurursodiol)以及Tofersen。Riluzole是目前被美國FDA核准治療ALS的日娵藥物。目前已經有超過50種基因被發現與ALS有關。在台灣最常見的致病基因是SOD1及C9ORF72。隨著對ALS的致病機轉及基因型的瞭解增加，多種針對特定基因型的標靶藥物正進行臨床試驗，未來將會有更多的藥物來幫助ALS患者。
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