自闭症新研究！Science子刊发表自闭症基因的新发现

　　原创文章，未经许可，请勿转载
　　商务合作敬请联系：neurosmart@163.com
　　本期解读嘉宾：袁老师
　　■     哈佛大学医学院脑科学博士后
　　■     哈佛大学附属BWH脑科学专家
　　■     小小神经元首席脑科学家
　　我们每一次思考、每做一个动作都离不开大脑信号的传导。大脑中，神经元和神经元之间的链接就像一条条＂高速公路＂，而信号则像一辆辆＂小轿车＂在这些高速公路上奔驰，这个过程就是信号在大脑中的传导。
　　这些小小的神经元在我们体内织起一张巨大的信息网络——神经系统，好似一张庞大复杂的＂道路体系＂，上面跑满了＂小轿车＂，一辆＂小车＂在神经系统＂道路体系＂上从出发点到终点，就是信息在大脑中传递的过程，也是我们大脑行使各种功能、协调身体的各个部位的生理基础。
　　神经元与神经元传导信息
　　而 当神经元的传导出现故障时，就会引起神经系统的紊乱和故障，进而引发神经疾病。 目前的科学研究已发现，自闭症与神经元中的基因突变密切相关，所以星宝会表现出认知障碍、刻板行为等症状。
　　因此，早期干预就是通过改善后天的成长与教育环境，加强对社交、语言、行为、认知等能力的训练刺激，利用 后天环境的力量 让这些神经系统的先天发育障碍和功能紊乱 得到缓解。
　　除此之外，科学家们也一直致力于研究创新方法来修复神经元中出现异常的部位，从而恢复神经系统功能，进而改善自闭症等神经疾病的症状。
　　最近，医学转化领域的顶级期刊 《SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE》 上刊登了一篇科研文章，题为《自闭症基因SHANK3突变可损伤神经肌肉接头并影响横纹肌的成熟》（Autism-associated SHANK3 mutations impair maturation of neuromuscular junctions and striated muscles）。
　　该研究发现了 自闭症发病相关基因SHANK3敲除后，导致外周骨骼肌肉组织结构缺陷的机制，首次揭示了该基因在神经系统以外的外周组织中的作用，为自闭症临床研究和未来的治疗方向带来新的指导。
　　《SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE 》（中文译名：科学转化医学）是医学转化领域顶级期刊，是著名期刊《Science》（中文译名：科学）的子刊。该杂志的愿景是：将医学、工程和科学相结合以促进人类健康（integrating medicine, engineering and science to promote human health）。
　　本文涉及专业内容，阅读难度较大，家长们可选择  加粗的重点内容  进行浏览
　　研究团队介绍
　　该篇论文来自 德国乌尔姆大学解剖学和细胞生物学研究所的Tobias M. B ö ckers教授团队 。
　　乌尔姆大学（德文：Universität Ulm，英文：Ulm University）是位于德国巴登-符腾堡州乌尔姆市的一所国立大学，成立于1967年，是巴登-符腾堡州最年轻的大学，创建之初为一所医学和自然科学大学。
　　乌尔姆大学至始定位为一个研究型大学。由于其跨学科合作的工作方法，乌尔姆大学已经能够建立许多研究方向以及合作研究中心，无论在基础研究还是应用研究方面，都取得成功的结果。 世界年轻大学排名中，乌尔姆大学排名德国第一，世界第八。
　　Tobias M. Böckers教授的研究团队成立于1983年，教授本人是自闭症研究领域的知名学者 ，在Nature, Science, Nature neuroscience等著名期刊已发表142篇论文，同时担任众多国际学术期刊和专业书籍的主编及编委。
　　2019年孤独症国际论坛Böckers教授作大会报告（Böckers教授为大会副主席）
　　Böckers教授是研究shank基因在自闭症领域的开创者 ，他率先创建了shank相关转基因动物模型，研究发现shank基因家族的突变或缺失会导致神经元之间的功能异常，并进一步影响肌肉功能，在自闭症、发育迟缓等疾病中发挥极其重要的作用。
　　同时Böckers教授也在临床上试图解释患者症状并积极开发治疗新方法，曾获得德国多项科研荣誉。
　　前面我们已经了解了＂我们的动作离不开大脑信号的传导，而大脑信号传导主要依靠的就是神经元和神经元之间的信号传导＂。
　　而 SHANK3蛋白就是信号传导中的关键蛋白之一 ，有了它，神经信号传导才能顺顺利地进行。因此，当SHANK3蛋白丢失或者突变时，就好像大脑中的＂高速公路＂断开一样，神经信号无法正常传导，发生各种故障，从而引发神经疾病 。
　　在本研究中，Böckers教授首次发现了该蛋白丢失会进一步引发骨骼肌肌肉和肌肉神经 接点 的外周结构缺陷， 通俗的说法就是影响骨骼肌肉的正常功能 。
　　图片来源于Pexels，与文章内容无关研究内容及成果
　　Böckers教授团队首先构建了正常人和Phelan-McDermid（PMDS）病人的多功能神经干细胞（hiPSC），并通过免疫组化染色的方法，验证了它们在体外被诱导成运动神经元（Motoneuron d42）。
　　研究人员发现在PMDS病人的体外诱导运动神经元中，和正常人一样，SHANK3蛋白都定位在突触前，然而PMDS病人的SHANK3蛋白表达量则明显更低。同时，SHANK3表达更少，PMDS病人诱导的运动神经元缺乏在人肌管中诱导乙酰胆碱簇的能力。
　　为了更进一步研究SHANK3基因在外周肌肉组织中的作用，Böckers教授团队将正常人和PMDS病人的多功能神经干细胞再次诱导为成肌细胞（myoblasts），并将之诱导形成肌小管（myotubes）。
　　与体外诱导的运动神经元结果类似，PMDS病人的成肌细胞SHANK3蛋白低表达。同时，作者们进一步发现了，PMDS病人成肌细胞和肌小管成熟异常。
　　为了验证PMSD病人体外诱导细胞的病理情况是否真由SHANK3基因引起， 研究人员利用锂元素恢复PMSD病人SHANK3蛋白的表达水平 ，结果验证了Böckers教授的猜想， 由于SHANK3蛋白低表达引起的病理变化都得到了逆转 。
　　那么SHANK3有如此作用的原因是什么呢？
　　通过研究人员的不断努力，他们发现SHANK3的功能和a-actinin及MHC蛋白相关。
　　共聚焦显微镜及高分辨率电镜显示，SHANK3蛋白和a-actinin及MHC共定位在 肌节 处，其中a-actinin位于Z-disc，MHC蛋白位于A-band处。
　　再根据R语言中的Otsu方法分析SHANK3和a-actinin强度，同时应用 EBImage工具箱的配置文件的特征计算方法时，研究人员发现了两者荧光强度的一致性振荡。密度点图显示 Shank3 和 a-actinin之间的相关性皮尔森相关系数为 0.524 ± 0.006 （+SEM）。
　　体外实验结果明确了SHANK3蛋白的作用，那么体内实验呢？
　　Böckers教授利用了SHANK3异构体敲除小鼠，即Shank3∆11(−/−) 小鼠。他们发现，该小鼠复角运动神经元中，SHANK3蛋白水平，体细胞大小和突触可塑性都显著减小。同时，肌肉层中的SHANK3蛋白水平也显著降低，且该小鼠肌肉组织切片中，也发现了SHANK3蛋白与a-actinin蛋白的共定位现象。此外，从该小鼠中也观察到了更小的神经肌肉 接点 ，肌节的超微结构变化及肌张力的减退。
　　最后，Böckers教授的团队也在PMDS病人的肌肉切片中验证了他们的猜想。从3个不同年龄，展现自闭症临床症状的病人 活 组织检测中，该团队发现了和小鼠结果一致的现象。 以上结果共同验证了SHANK3蛋白在外周肌肉组织中的作用 。
　　未来研究方向
　　虽然关于SHANK3基因的研究有了新的突破，但该项研究也存在有待完善的地方。例如研究人员只取得了三个PMDS病人的样本，即使获取临床样本比较困难，但仅三个病人的数据还不足推广该结论。
　　此外，文章中，研究人员也试用了2个药物Tirasemtiv和锂（lithium），然而这两个药物的临床安全性还有待评估，它们在临床上的给药时间等细节有待进一步研究。
　　图片来源于Pexels，与文章内容无关
　　Böckers教授的团队为SHANK3基因研究领域带来了新的希望， 未来可能会有更好的针对SHANK3蛋白的药物出现，能够缓解因SHANK3蛋白缺失而导致的自闭症相关症状。
　　各位星爸星妈，让我们 紧跟科学的最新发展， 相信在不久的将来，科学一定会拉近我们与星宝的距离，让星星不再遥远，让干预更加有效！
　　参考文献
　　[1]Lutz, A. K. , Pfaender, S. , Incearap, B. , Ioannidis, V. , & Boeckers, T. M. . (2020). Autism-associated shank3 mutations impair maturation of neuromuscular junctions and striated muscles. ence translational medicine, 12(547), eaaz3267.