Shank3-KO 基因敲除小鼠

SHANK3，也称为SH3和多个锚蛋白重复结构域3，是一种在兴奋性突触的突触后密度中富集的突触脚手架蛋白。它在突触的形成、成熟和维护中起着重要作用。SHANK3基因的杂合子不足会导致一种称为22q13.3缺失综合征（也称为Phelan-McDermid综合征）的发育障碍，其特征是严重的表达性语言和言语延迟、肌张力低下、全身发育迟缓和自闭症行为。由于在自闭症谱系障碍（ASD）患者的特定表型组中已鉴定出几个SHANK3突变，因此SHANK3被强烈怀疑参与ASD的发病机制和神经病理学。SHANK3基因中有5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。累积的证据表明，几种SHANK3变体在发育中的啮齿动物脑中表达，并且它们的表达受内基因启动子DNA甲基化的调节。已鉴定出新的SHANK3转录物，其转录起始于小鼠脑中CpG岛2附近。Shank3突变小鼠表现出自闭症样行为，包括社交互动受损和重复行为。在本文中，我们将回顾关于SHANK3在高级脑功能中的作用、SHANK3表达的表观遗传调节和SHANK3相关ASD的最新发现，这些发现是通过ASD患者的遗传分析、使用发育小鼠脑的分子生物学研究以及Shank3突变小鼠的研究获得的[1]。

具有Shank3基因缺失的小鼠表现出自我损伤的重复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质纹状体通路中的缺陷。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，并在Shank3基因的破坏与小鼠自闭症样行为的产生之间建立了因果关系[2]。

自闭症谱系障碍（ASD）和自闭症都是指一组复杂的脑发育障碍。这些障碍的特点是社会互动困难、言语和非言语沟通障碍以及重复行为。许多基因已被证明与自闭症有关。SHANK3（SH3和多个锚蛋白重复结构域3）是高度保守的突触脚手架蛋白Shank/ProSAP家族的成员。SHANK3被建议为自闭症发病机制的一个强候选基因，其缺失导致突触功能中断。rs9616915 SNP，直接影响SHANK3基因剪接调节和蛋白质结构损伤的功能，是在第6个外显子中发现的非同义SNP（T>C），导致异亮氨酸到苏氨酸的替代。本研究旨在评估SHANK3 rs9616915多态性是否与自闭症的易感性相关。从90名被诊断为自闭症的患者和100名对照组受试者中收集了样本，并通过聚合酶链反应-限制性片段长度多态性（PCR-RFLP）进行基因分型。本研究的结果表明，在病例和对照组之间存在显著的基因型分布相关（P=0.0001）。我们的发现揭示了携带TC基因型的个体与自闭症障碍的风险增加相关（OR=4.35，95% CI：2.15-8.80，P=0.0001），但在等位基因分布中没有发现显著差异（P=0.1）。我们的结果表明，SHANK3 rs9616915多态性与自闭症的风险增加相关。需要更大规模的研究，包括更多患者和对照组，以证实这些结果[3]。

自闭症谱系障碍（ASD）包括一系列疾病，这些疾病具有广泛的社会交往、沟通缺陷以及限制性兴趣和重复行为的核心神经行为缺陷。这些异常行为的神经学基础和回路机制尚不清楚。SHANK3是一种突触后蛋白，其基因水平的破坏被认为是22q13缺失综合征（Phelan-McDermid综合征）和其他非综合征性ASD发展的原因。在这里，我们表明，具有Shank3基因缺失的小鼠表现出自我损伤的重复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质纹状体通路中的缺陷。我们的发现表明，SHANK3在神经元连接的正常发育中起着关键作用，并在Shank3基因的破坏与小鼠自闭症样行为的产生之间建立了因果关系[4]。

自闭症谱系障碍（ASD）的核心临床特征是社会缺陷，但其背后的神经机制仍然在很大程度上不清楚。我们证明，在Shank3基因发生突变的Shank3突变小鼠的前扣带回皮层（ACC）的锥体神经元的谷氨酸能突触中存在结构和功能障碍。在ACC中条件性敲除Shank3足以产生兴奋性突触功能障碍和社交互动缺陷，而ACC活性的选择性增强、ACC中SHANK3表达的重现或α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体阳性调节剂的全身给药可以改善Shank3突变小鼠的社交行为。我们的研究结果为ACC在调节小鼠社交行为中的作用提供了直接证据，并表明ACC功能障碍可能参与ASD中的社会障碍[5]。

遗传研究表明，精神疾病的风险基因之间存在显著的重叠。然而，尚不清楚同一基因的不同突变如何导致不同的疾病。我们表征了两种具有与ASD和 schizophrenia相关的Shank3突变的突变小鼠。我们发现，这两种突变小鼠都具有共同的和不同的突触和行为表型。具有与ASD相关的InsG3680突变的小鼠在断奶前表现出纹状体突触传递缺陷，并且社交互动受损，这与ASD症状的早期发病相一致。另一方面，携带与 schizophrenia相关的R1117X突变的小鼠在成年后表现出前额叶皮层中的深度突触缺陷和社交优势行为。此外，我们发现这两行中Shank3 mRNA的稳定性和SHANK1/2的上调存在差异。这些数据表明，同一基因的不同等位基因可能在小鼠的分子、突触和回路水平上具有不同的表型，这可能为探索人类患者中的这些关系提供信息[6]。

SHANK3突变的缺失导致局部和远端前额叶和前额叶纹状体功能连接的破坏。我们发现前额叶低连接性与短程皮质投射密度和灰质体积的减少相关。最后，我们表明前额叶断开与社交沟通缺陷相关，这通过超声波发声记录来评估。总的来说，我们的结果表明SHANK3在发育中的前额叶解剖和功能中起着关键作用，并表明SHANK3缺乏可能通过调节高级皮层连接性来导致智力残疾和社会沟通障碍。SHANK3缺乏导致前额叶解剖和功能的异常，并与社会沟通缺陷密切相关。我们的发现表明，SHANK3是前额叶功能的关键组织者，前额叶区域连接性受损可能是导致SHANK3突变携带者社会沟通障碍的基础[7]。

由于自闭症谱系障碍（ASD）的患病率不断上升，因此需要增加医疗关注度。心血管疾病（CVD）和高脂血症与成年自闭症密切相关。Shank3在自闭症中发挥着关键的遗传作用。我们假设Shank3促进年轻自闭症患者CVD的发展。在本研究中，我们研究了Shank3是否促进动脉粥样硬化的发生。使用基因集富集分析软件（版本号：GSEA-4.0.3），我们分析了从Shank3敲除小鼠（基因表达综合数据库）获得的数据、来自台湾国家健康保险研究数据库的人类人群研究队列以及