Shank3-KO 基因敲除小鼠

Shank3，也称为SH3和多个锚蛋白重复域3，是一种突触脚手架蛋白，富集于兴奋性突触的突触后密度。它在突触的形成、成熟和维护中发挥着重要作用。Shank3基因的杂合子不足会导致一种发育障碍，即22q13.3缺失综合征（也称为Phelan-McDermid综合征），其特征是严重的语言和言语延迟、肌张力减退、全身发育迟缓和自闭症行为。由于在自闭症谱系障碍（ASD）患者的特定表型群体中发现了多种SHANK3突变，因此SHANK3被认为与ASD的发病机制和神经病理学有关[1]。在SHANK3基因中已鉴定出五个CpG岛，SHANK3的组织特异性表达由DNA甲基化以表观遗传方式调节。累积证据表明，几种SHANK3变异体在发育中的啮齿动物大脑中表达，并且它们的表达受内基因启动子的DNA甲基化调节。在鼠脑中，我们鉴定了新的SHANK3转录本，其转录从CpG岛2附近开始。Shank3突变小鼠表现出自闭症样行为，包括社交互动受损和刻板行为[1]。此外，Shank3突变小鼠表现出自伤性刻板梳理和社交互动缺陷。细胞、电生理和生化分析揭示了Shank3突变小鼠纹状体突触和皮层-纹状体回路中的缺陷。这些发现表明，SHANK3在神经元连接的正常发育中起着关键作用，并建立了Shank3基因破坏与小鼠自闭症样行为发生之间的因果关系[2]。

此外，Shank3基因多态性与自闭症的发生风险有关。例如，rs9616915 SNP被发现与自闭症的发生风险增加有关[3]。SHANK3在脑缺血再灌注后对神经元损伤的保护作用也得到了研究。研究发现，Shank3在脑缺血再灌注后在小鼠海马神经元中表达下调，而Shank3条件性敲除（cko）在神经元中导致神经元损伤加剧。Shank3通过直接结合STIM1并随后通过蛋白酶体介导的STIM1降解，抑制了缺血再灌注后的氧化应激和炎症反应。STIM1下调导致下游Nrf2 Ser40的磷酸化，随后Nrf2转位到细胞核，进一步增加HT22细胞中抗氧化基因如NQO1和HO-1的表达。在体内，研究进一步证实，Shank3cko小鼠中Shank3和Stim1的双敲除减轻了缺血再灌注后的氧化应激和炎症[4]。因此，Shank3可能在缺血再灌注后神经保护方面发挥作用。

Shank3基因在动物模型中的研究也取得了一些进展。例如，通过CRISPR/Cas9技术对斑马鱼shank3a基因的突变导致社交传染能力下降，这表明shank3突变可能通过注意力缺陷导致社交传染能力下降[5]。此外，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，成功构建了携带Shank3突变的比格犬模型，该模型表现出明显的社会行为缺陷，包括社交退缩和与人类的社交互动减少，以及在不同实验环境中的焦虑感增加[6]。这些动物模型为研究Shank3基因在自闭症中的功能和作用机制提供了有价值的工具。

总的来说，Shank3基因在自闭症的发病机制和神经病理学中起着重要作用。Shank3基因突变与自闭症的发生风险增加有关，并且Shank3在神经元连接、突触功能和大脑发育中起着关键作用。此外，Shank3在脑缺血再灌注后对神经元损伤的保护作用也得到了研究。Shank3基因在动物模型中的研究为深入理解自闭症的发病机制和开发治疗方法提供了有价值的工具。未来的研究可以进一步探索Shank3基因在自闭症中的具体作用机制，以及开发针对Shank3基因的治疗策略。