利用Shank3B敲除小鼠探究Shank3在不同发育阶段对树突形态与突触功能的影响
Deciphering the Role of Shank3 in Dendritic Morphology and Synaptic Function Across Postnatal Developmental Stages in the Shank3B KO Mouse
杨静1* • 马乖乖2* • 杜晓慧1 • 解进祎2 • 王梦梦2 • 王文挺2 • 郭保霖2# • 武胜昔2#
1浙大城市学院医学院基础医学系，杭州 310015，中国
2空军军医大学基础医学院神经生物学教研室，西安710032，中国
第一作者：杨静、马乖乖
通讯作者：郭保霖、武胜昔
孤独症谱系障碍（ASDs）是一种复杂的神经发育性疾病，其特征为社交互动障碍、沟通技能受损、重复行为及兴趣狭隘。尽管ASDs的病理机制尚未完全阐明，研究表明，遗传和环境因素在早期发育中对其形成起着关键作用。Shank3基因作为ASDs风险基因之一，其编码的蛋白在兴奋性突触的形成及维持谷氨酸受体功能中发挥重要作用。
本研究通过Shank3B敲除（KO）小鼠模型，探索了Shank3在神经发育中的功能，特别是其在前扣带回皮层（ACC）对树突形态与突触功能的影响。
首先，通过免疫荧光染色法分析SHANK3蛋白的表达分布模式，研究人员发现SHANK3在成年小鼠大脑皮层中的表达具有表达区域特异性，尤其在前扣带回皮层（ACC）和体感皮层（S）中表达较高。进一步利用免疫荧光、Western Blot及Q-PCR研究人员系统观察了Shank3在小鼠出生后的不同发育阶段于大脑皮层中的时空表达特征。而后，为了探讨Shank3在不同发育阶段对神经元发育的功能影响，运用高尔基染色技术研究人员观察了Shank3B KO小鼠在出生后各阶段ACC区域内树突形态的变化，并通过电生理实验记录相应的突触功能改变。结果显示，在出生后一周时，Shank3B KO小鼠的神经元形态与野生型（WT）小鼠相比无显著差异。然而，出生后2-3周时，KO小鼠表现出树突长度、分支及树突棘密度的显著减少，表明Shank3在树突生长及形态维持中起着关键作用。同时，在2-3周时，KO小鼠的突触功能出现显著异常，表现为自发性兴奋性突触后电流（sEPSCs）频率和幅度的减少，以及突触后AMPA受体和NMDA受体介导的电流比值（AMPAR/NMDAR比值）下降，这反映了兴奋性突触后功能受损（图1）。
图1 Shank3基因敲除对出生后3周小鼠ACC脑区锥体神经元树突形态和突触功能的影响。
综上所述，本研究系统观察了ASDs风险基因Shank3在不同发育阶段的时空表达特征，研究了Shank3B敲除在不同发育期对树突结构及突触功能的影响。研究结果进一步明确了Shank3在神经发育关键时期对神经元和突触成熟过程的重要作用。通过深入探究在不同发育阶段Shank3的功能，对于理解ASD不同阶段的发育异常，开发靶向关键发育期的干预策略有重要的科学和临床意义。
关键词：孤独症；Shank3; 神经元发育；树突发育；突触功能
