作者:孙自法 来源:中国新闻网 发布时间:2023/10/27 16:13:57
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中国科学家通过基因编辑技术建立孤独症家犬模型

 

作为儿童和青少年常见的一种精神疾病,孤独症(又称自闭症)致病机理及医疗研究长期以来备受学界和社会广泛关注。

中国科学院遗传与发育生物学研究所(遗传发育所)10月27日在北京举行脑疾病家犬模型成果研讨会宣布,该所张永清团队联合中外多家科研机构长期协力攻关,在国际上首创孤独症家犬模型,基因编辑突变犬有效复现孤独症患者的核心临床表现即社交障碍,并建立了适用于家犬模型的表型检测体系如瞳孔大小实时测量技术。

CRISPR/Cas9靶向Shank3获得多个F0代突变犬。中国科学院遗传发育所 供图

这项孤独症研究重要突破成果近日在施普林格·自然旗下专业学术期刊《分子精神病学》(Molecular Psychiatry)以姊妹篇论文形式在线发表,表明中国科学家家领导开展的孤独症家犬模型工作得到国际同行认可,也为下一步开发利用家犬模型开展脑疾病的基础和转化研究奠定了基础。

中国脑计划重点关注疾病之一

论文共同通讯作者张永清研究员介绍说,孤独症全称孤独症谱系障碍(Autism spectrum disorder, ASD),是一种由脑部发育障碍所导致的疾病,突触后致密区支架蛋白SHANK3基因突变是导致孤独症最常见的突变之一。

目前,中国儿童的孤独症患病率约为1%,迄今尚无有效治疗方法,严重影响患者的日常生活与社交能力,因而是中国脑计划重点关注的疾病之一。

家犬是精神疾病理想动物模型

张永清指出,脑功能与脑疾病的研究离不开合适的动物模型。目前国际上常用小鼠作为孤独症研究模型。然而,小鼠(平滑脑)和人类(沟回脑)在大脑结构、功能和行为(小鼠主要依赖嗅觉而人主要依赖视觉处理社交信息)上存在明显差异,这些差异大大限制了孤独症小鼠模型研究成果的临床转化。许多在小鼠神经精神疾病模型上有效的药物在病人上效果有限,凸显了开发其他动物模型的必要性。

近年来,中国科学家在世界上已首创孤独症的非人灵长类模型,但非人灵长类成本高、繁殖慢,因而限制了灵长类模型的应用潜力和规模。

张永清表示,经过几万年的进化和选育,家犬是与人类最亲近的伴侣动物,其最显著的生物学特点是高度发达的情感认知功能,善于与人进行有效的交流。家犬性格温顺,配合度高,便于开展行为学研究,因其具备丰富的社交、情感和共情特征等优势,也是帮助科学家攻克社交和情感等相关神经精神疾病的理想动物模型。

突变犬尾巴摇摆减少,血清皮质醇升高。中国科学院遗传发育所 供图

此外,家犬繁殖周期短(8-12个月性成熟,孕期2个月,两年生三胎,4-8只/窝),因而可在短时间内繁育足量突变体动物。犬类作为模式动物拥有悠长的研究历史,合作研究团队预期,这次孤独症犬模型的成功构建,将促进其病理生理机制的阐明,并为开发新的药物和治疗措施提供新的实验体系。

国际上首创孤独症家犬模型

张永清团队长期致力于研究基因突变导致孤独症的神经机制,这次研究中,他们与北京希诺谷生物科技有限公司、中国科学院广州生物医药与健康研究院、中国科学院昆明动物研究所、中国科学技术大学生命科学与医学部、美国耶鲁大学医学院等单位通力合作,历时近8年,利用基因编技术CRISPR/Cas9成功构建Shank3基因突变犬并繁育传代,目前该突变犬很好复现了孤独症患者典型社交回避和紧张焦虑的临床表现。

孤独症突变犬对社会与非社会刺激瞳孔反应异常。WT,野生型对照;Mut,突变体。中国科学院遗传发育所 供图

在发表的其中一篇论文中,合作团队利用基因编辑技术,充分发挥家犬丰富多样的社交行为和高度发达的情感认知功能的独特优势,以临床上常见的Shank3基因突变为切入点在国际上首创孤独症家犬模型。研究结果显示,Shank3基因突变犬虽然社交动机正常,但发起社交接触后表现出明显的社交退缩行为,并且面对困难时向人类求助的主动性也显著降低。

尾巴位置与摆动能够实时反映家犬的心理状态,突变犬尾巴下垂夹于两股之间,摆动幅度与频率大大降低,表明突变体在社交时处于焦虑与恐惧状态。此外,放射性免疫测定显示与压力相关的激素皮质醇在突变体血清中显著增加。

研发出适用家犬的瞳孔测量仪

在另一篇论文中,张永清团队与中国科学院深圳先进技术研究院蔚鹏飞研究员团队、英国林肯大学郭昆教授合作研发出适用于家犬的瞳孔测量仪,使用基于人工智能的瞳孔检测算法,实现了对家犬瞳孔大小的实时测量。

瞳孔大小的缩放除了与光线强度变化有关外,还与心智负荷和情绪状态有关。利用该瞳孔大小实时测量仪,合作团队发现突变体的瞳孔在不同刺激条件下的反应异常。例如,人与犬同时佩戴瞳孔测量仪时进行社交互动,正常犬与人互动会出现瞳孔缩放的同步化,而突变犬中这种同步化被破坏。

突变体的瞳孔反应异常提供了一个全新的范式解析孤独症患者的感知觉异常,并为孤独症诊断和治疗策略的研发提供新的检测体系。合作团队表示,期望本项研究成果能成功转化应用,快速推动孤独症的治疗研究,早日攻克治愈孤独症。(完)

 

 
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