腦疾病家犬模型成果發(fā)布，基因編輯突變?nèi)行?fù)現(xiàn)了孤獨(dú)癥病人的核心臨床表現(xiàn)

       2023年10月27日，由中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所主辦的腦疾病家犬模型成果研討會(huì)在北京成功舉辦。此次研討會(huì)匯集數(shù)十位專(zhuān)家學(xué)者，聚焦孤獨(dú)癥譜系障礙，共同探索利用家犬模型開(kāi)展腦疾病的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究。

       腦功能與腦疾病的研究離不開(kāi)合適的動(dòng)物模型。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所張永清團(tuán)隊(duì)與北京希諾谷生物科技有限公司及多家科研機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期協(xié)力攻關(guān)，在國(guó)際上始創(chuàng)孤獨(dú)癥家犬模型，同時(shí)，研發(fā)出適用于家犬模型瞳孔大小的實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)。該項(xiàng)突破于10月17日在Nature系列期刊Molecular Psychiatry雜志以姊妹篇文章在線發(fā)表，表明孤獨(dú)癥等腦疾病的家犬模型工作得到了國(guó)際同行的認(rèn)可，為下一步開(kāi)發(fā)利用家犬模型開(kāi)展腦疾病的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究奠定了基礎(chǔ)。

       在題為“Modeling SHANK3-associated Autism Spectrum Disorder in Beagle Dogs via CRISPR/Cas9 Gene Editing”論文中，張永清團(tuán)隊(duì)與北京希諾谷生物科技有限公司等經(jīng)過(guò)近八年的通力合作，利用CRISPR/Cas9技術(shù)成功構(gòu)建Shank3突變?nèi)⒎庇齻鞔?。突變?nèi)芎玫貜?fù)現(xiàn)了孤獨(dú)癥患者典型社交回避和緊張焦慮的臨床表現(xiàn)。

       張永清在研討會(huì)上對(duì)此項(xiàng)成果進(jìn)行了工作匯報(bào)，張永清表示，孤獨(dú)癥譜系障礙簡(jiǎn)稱(chēng)孤獨(dú)癥，是兒童和青少年常見(jiàn)的精神疾病，發(fā)病率約占適齡人口的1%，是科技創(chuàng)新2030-中國(guó)腦計(jì)劃重點(diǎn)關(guān)注的疾病之一。突觸后致密區(qū)支架蛋白SHANK3突變是導(dǎo)致孤獨(dú)癥最常見(jiàn)的突變之一。目前國(guó)際上常用小鼠作為孤獨(dú)癥研究模型。然而，小鼠（平滑腦）和人類(lèi)（溝回腦）在大腦結(jié)構(gòu)、功能和行為（小鼠主要依賴(lài)嗅覺(jué)，人主要依賴(lài)視覺(jué)處理社交信息）上存在明顯差異，這些差異大大限制了孤獨(dú)癥小鼠研究成果的臨床轉(zhuǎn)化。許多在小鼠神經(jīng)精神疾病模型上有效的藥物在病人上效果有限，凸顯了開(kāi)發(fā)其他動(dòng)物模型的必要性。近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)家在世界上始創(chuàng)了孤獨(dú)癥的非人靈長(zhǎng)類(lèi)模型。但非人靈長(zhǎng)類(lèi)成本高、繁殖慢，因而限制了靈長(zhǎng)類(lèi)模型的應(yīng)用潛力和規(guī)模。經(jīng)過(guò)幾萬(wàn)年的進(jìn)化和選育，家犬是與人類(lèi)最親近的伴侶動(dòng)物。家犬最顯著的生物學(xué)特點(diǎn)是高度發(fā)達(dá)的情感認(rèn)知功能，善于與人進(jìn)行親密有效的交流。

       合作團(tuán)隊(duì)利用基因編輯技術(shù)，充分發(fā)揮家犬豐富多樣的社交行為和高度發(fā)達(dá)的情感認(rèn)知功能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，以臨床上常見(jiàn)的Shank3基因突變?yōu)榍腥朦c(diǎn)在國(guó)際上始創(chuàng)孤獨(dú)癥家犬模型。研究結(jié)果顯示，Shank3突變?nèi)m然社交動(dòng)機(jī)正常，但發(fā)起社交接觸后表現(xiàn)出明顯的社交退縮行為，并且面對(duì)困難向人類(lèi)求助的主動(dòng)性也顯著降低。尾巴位置與擺動(dòng)能夠?qū)崟r(shí)反映家犬的心理狀態(tài)，突變?nèi)舶拖麓箠A于兩股之間，擺動(dòng)幅度與頻率大大降低，表明突變體在社交時(shí)處于焦慮與恐懼狀態(tài)。此外，放射 性免疫測(cè)定顯示與壓力相關(guān)的激素皮質(zhì)醇在突變體血清中顯著增加。

       在題為“Altered Pupil Responses to Social and Non-social Stimuli in Shank3 Mutant Dogs”論文中，張永清團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院蔚鵬飛研究員團(tuán)隊(duì)以及英國(guó)林肯大學(xué)郭昆教授等合作研發(fā)了適用于家犬的瞳孔測(cè)量?jī)x，使用人工智能輔助的瞳孔檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家犬瞳孔大小的實(shí)時(shí)測(cè)量。

       利用該測(cè)量?jī)x，合作團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了在不同刺激條件下的瞳孔大小變化。瞳孔的縮放除了與光線強(qiáng)度變化有關(guān)，還與心智負(fù)荷和情緒狀態(tài)有關(guān)。人類(lèi)在面對(duì)高價(jià)值的獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)瞳孔放大，這一規(guī)律被廣泛用于廣告宣傳。有趣的是，通過(guò)對(duì)Shank3突變?nèi)难芯浚芯繄F(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了與孤獨(dú)癥患者中相一致的瞳孔反應(yīng)異常。與正常對(duì)照相比，突變?nèi)谡Ｂ曇舸碳l件下瞳孔放大更明顯，提示對(duì)聲音更為敏感；在高分貝鞭炮聲刺激時(shí)，瞳孔更快速地放大且恢復(fù)到正?；€的時(shí)間明顯延長(zhǎng)，提示突變體被聲音驚嚇后瞳孔大小需要更長(zhǎng)時(shí)間恢復(fù)正常。人與犬同時(shí)佩戴瞳孔測(cè)量?jī)x時(shí)進(jìn)行社交互動(dòng)，正常犬與人互動(dòng)會(huì)出現(xiàn)瞳孔縮放的同步化，而突變?nèi)羞@種同步化破壞。上述突變體瞳孔反應(yīng)異常提供了一個(gè)全新的角度解析孤獨(dú)癥患者的感知覺(jué)異常，并為孤獨(dú)癥診斷和治療策略的研發(fā)提供了新的檢測(cè)體系。

       出席研討會(huì)的院士專(zhuān)家對(duì)此項(xiàng)成果進(jìn)行了點(diǎn)評(píng)，中國(guó)科學(xué)院院士、暨南大學(xué)粵港澳中樞神經(jīng)再生研究院院長(zhǎng)、香港大學(xué)講席教授蘇國(guó)輝表示實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)條件和重要保障，在我國(guó)實(shí)施的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略中發(fā)揮著重要作用，此次Shank3突變?nèi)Ｐ偷目蒲谐删哂型黄菩浴Ｖ袊?guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院院長(zhǎng)段樹(shù)民表示相對(duì)于小鼠模型，犬類(lèi)在情感方面與人類(lèi)更為接近，犬模型的建立對(duì)今后情感類(lèi)疾病研究，尤其是在藥物篩選上具有非常大的潛力。耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)系主任、教授姜永輝表示犬模型是其他動(dòng)物無(wú)法替代的，它不僅僅在情感和社交能力與人是最接近的，而且它的行為表現(xiàn)是可以被觀察的，因此在臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用的研究方面更具商業(yè)前景。首都醫(yī)科大學(xué)副校長(zhǎng)、吉訓(xùn)明教授表示大動(dòng)物模型最大的優(yōu)勢(shì)是在臨床疾病的診斷和治療的過(guò)程中更有利于觀察重要生命體征的變化，重要臨床癥候表型的變化，尤其對(duì)于原創(chuàng)性的藥物和醫(yī)療器械往臨床的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，是小動(dòng)物和人之間的重要過(guò)渡，對(duì)于降低臨床研究的成本，提高成功率至關(guān)重要。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授于翔在現(xiàn)場(chǎng)為大家展示了孤獨(dú)癥孩童感知下的世界，她說(shuō)多種測(cè)量人類(lèi)情感與互動(dòng)缺陷的方法可以用犬模擬，張永清團(tuán)隊(duì)的家犬模型成果對(duì)于我們進(jìn)一步研究分析細(xì)胞機(jī)制和對(duì)照組實(shí)驗(yàn)提供了非常多新的探索機(jī)會(huì)。

       北京希諾谷生物科技有限公司董事長(zhǎng)、總經(jīng)理米繼東在研討會(huì)上發(fā)表致辭，對(duì)張永清團(tuán)隊(duì)及項(xiàng)目組成員給予希諾谷的信任及認(rèn)可表示感謝。“自閉癥一直被認(rèn)為是一種無(wú)法康復(fù)的終身疾病，對(duì)于那些受其困擾的家庭來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一次巨大的打擊。今天我們的成果為這些家庭帶來(lái)了一線希望。國(guó)家、社會(huì)、科研院所，醫(yī)院和企業(yè)都沒(méi)有停止對(duì)這一疾病的研究，堅(jiān)信隨著對(duì)這項(xiàng)成果的深入研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用，我們將為自閉癥的藥物研發(fā)提供更多支持，為戰(zhàn)勝自閉癥貢獻(xiàn)更大力量！”米繼東說(shuō)。

       我國(guó)在家犬基因編輯和克隆技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域均處于國(guó)際領(lǐng)先地位，且擁有豐富的犬資源。家犬具有豐富的社交、情感和共情等特點(diǎn)，可以展開(kāi)社交和情感的基礎(chǔ)研究以及相關(guān)疾病的轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究。這不僅適用于自閉癥，還適用于更多的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。孤獨(dú)癥家犬模型的誕生有望在國(guó)際上開(kāi)創(chuàng)新的研究方向，為相關(guān)疾病的藥物研發(fā)提供不可或缺的實(shí)驗(yàn)體系，提高我國(guó)在該領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

       希諾谷依托公司建立的犬體細(xì)胞克隆技術(shù)和基因編輯技術(shù)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)基因編輯自閉癥模型犬、神經(jīng)發(fā)育障礙模型犬、精神分裂癥模型犬和阿爾茲海默癥模型犬等重大神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型，構(gòu)建更有效的實(shí)驗(yàn)體系來(lái)支持創(chuàng)新藥物研發(fā)和治療措施。未來(lái)也將進(jìn)一步擴(kuò)展犬模型的定制開(kāi)發(fā)研究，積極服務(wù)于腦疾病、遺傳疾病、罕見(jiàn)病等重大疾病的新藥研發(fā)，探索創(chuàng)新治療方法，為人類(lèi)健做出更大貢獻(xiàn)。