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

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來源：藥渡Daily

2023-10-30

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

腦功能與腦疾病的研究離不開合適的動物模型。中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所張永清團隊與北京希諾谷生物科技有限公司及多家科研機構長期協(xié)力攻關，在國際上始創(chuàng)孤獨癥家犬模型，同時，研發(fā)出適用于家犬模型瞳孔大小的實時測量技術。該項突破于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，表明孤獨癥等腦疾病的家犬模型工作得到了國際同行的認可，為下一步開發(fā)利用家犬模型開展腦疾病的基礎和轉(zhuǎn)化研究奠定了基礎。

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

學術論文

張永清在研討會上對此項成果進行了工作匯報，張永清表示，孤獨癥譜系障礙簡稱孤獨癥，是兒童和青少年常見的精神疾病，發(fā)病率約占適齡人口的1%，是科技創(chuàng)新2030-中國腦計劃重點關注的疾病之一。突觸后致密區(qū)支架蛋白SHANK3突變是導致孤獨癥最常見的突變之一。目前國際上常用小鼠作為孤獨癥研究模型。然而，小鼠（平滑腦）和人類（溝回腦）在大腦結(jié)構、功能和行為（小鼠主要依賴嗅覺，人主要依賴視覺處理社交信息）上存在明顯差異，這些差異大大限制了孤獨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，凸顯了開發(fā)其他動物模型的必要性。近年來，我國科學家在世界上始創(chuàng)了孤獨癥的非人靈長類模型。但非人靈長類成本高、繁殖慢，因而限制了靈長類模型的應用潛力和規(guī)模。經(jīng)過幾萬年的進化和選育，家犬是與人類最親近的伴侶動物。家犬最顯著的生物學特點是高度發(fā)達的情感認知功能，善于與人進行親密有效的交流。

張永清進行工作匯報

合作團隊利用基因編輯技術，充分發(fā)揮家犬豐富多樣的社交行為和高度發(fā)達的情感認知功能的獨特優(yōu)勢，以臨床上常見的Shank3基因突變?yōu)榍腥朦c在國際上始創(chuàng)孤獨癥家犬模型。研究結(jié)果顯示，Shank3突變?nèi)m然社交動機正常，但發(fā)起社交接觸后表現(xiàn)出明顯的社交退縮行為，并且面對困難向人類求助的主動性也顯著降低。尾巴位置與擺動能夠?qū)崟r反映家犬的心理狀態(tài)，突變?nèi)舶拖麓箠A于兩股之間，擺動幅度與頻率大大降低，表明突變體在社交時處于焦慮與恐懼狀態(tài)。此外，放射性免疫測定顯示與壓力相關的激素皮質(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，張永清團隊與中國科學院深圳先進技術研究院蔚鵬飛研究員團隊以及英國林肯大學郭昆教授等合作研發(fā)了適用于家犬的瞳孔測量儀，使用人工智能輔助的瞳孔檢測算法，實現(xiàn)了對家犬瞳孔大小的實時測量。

利用該測量儀，合作團隊檢測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度變化有關，還與心智負荷和情緒狀態(tài)有關。人類在面對高價值的獎勵時會出現(xiàn)瞳孔放大，這一規(guī)律被廣泛用于廣告宣傳。有趣的是，通過對Shank3突變?nèi)难芯浚芯繄F隊發(fā)現(xiàn)了與孤獨癥患者中相一致的瞳孔反應異常。與正常對照相比，突變?nèi)谡Ｂ曇舸碳l件下瞳孔放大更明顯，提示對聲音更為敏感；在高分貝鞭炮聲刺激時，瞳孔更快速地放大且恢復到正?；€的時間明顯延長，提示突變體被聲音驚嚇后瞳孔大小需要更長時間恢復正常。人與犬同時佩戴瞳孔測量儀時進行社交互動，正常犬與人互動會出現(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異常提供了一個全新的角度解析孤獨癥患者的感知覺異常，并為孤獨癥診斷和治療策略的研發(fā)提供了新的檢測體系。

CRISPR/Cas9靶向Shank3獲得多個F0代突變?nèi)? src=

突變?nèi)舶蛽u擺減少，血清皮質(zhì)醇升高

孤獨癥突變?nèi)畬ι鐣c非社會刺激瞳孔反應異常。WT，野生型對照；Mut，突變體

出席研討會的院士專家對此項成果進行了點評，中國科學院院士、暨南大學粵港澳中樞神經(jīng)再生研究院院長、香港大學講席教授蘇國輝表示實驗動物是技術創(chuàng)新的基礎條件和重要保障，在我國實施的創(chuàng)新驅(qū)動發(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?。中國科學院院士、復旦大學腦科學轉(zhuǎn)化研究院院長段樹民表示相對于小鼠模型，犬類在情感方面與人類更為接近，犬模型的建立對今后情感類疾病研究，尤其是在藥物篩選上具有非常大的潛力。耶魯大學醫(yī)學遺傳學系主任、教授姜永輝表示犬模型是其他動物無法替代的，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)化應用的研究方面更具商業(yè)前景。首都醫(yī)科大學副校長、吉訓明教授表示大動物模型最大的優(yōu)勢是在臨床疾病的診斷和治療的過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，尤其對于原創(chuàng)性的藥物和醫(yī)療器械往臨床的轉(zhuǎn)化過程中，是小動物和人之間的重要過渡，對于降低臨床研究的成本，提高成功率至關重要。北京大學生命科學學院教授于翔在現(xiàn)場為大家展示了孤獨癥孩童感知下的世界，她說多種測量人類情感與互動缺陷的方法可以用犬模擬，張永清團隊的家犬模型成果對于我們進一步研究分析細胞機制和對照組實驗提供了非常多新的探索機會。

北大于翔教授現(xiàn)點評

北京希諾谷生物科技有限公司董事長、總經(jīng)理米繼東在研討會上發(fā)表致辭，對張永清團隊及項目組成員給予希諾谷的信任及認可表示感謝。“自閉癥一直被認為是一種無法康復的終身疾病，對于那些受其困擾的家庭來說，這無疑是一次巨大的打擊。今天我們的成果為這些家庭帶來了一線希望。國家、社會、科研院所，醫(yī)院和企業(yè)都沒有停止對這一疾病的研究，堅信隨著對這項成果的深入研究和轉(zhuǎn)化應用，我們將為自閉癥的藥物研發(fā)提供更多支持，為戰(zhàn)勝自閉癥貢獻更大力量！”米繼東說。

米繼東董事長現(xiàn)場致辭

我國在家犬基因編輯和克隆技術應用領域均處于國際領先地位，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，可以展開社交和情感的基礎研究以及相關疾病的轉(zhuǎn)化應用研究。這不僅適用于自閉癥，還適用于更多的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。孤獨癥家犬模型的誕生有望在國際上開創(chuàng)新的研究方向，為相關疾病的藥物研發(fā)提供不可或缺的實驗體系，提高我國在該領域的核心競爭力。

希諾谷依托公司建立的犬體細胞克隆技術和基因編輯技術平臺，開發(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，構建更有效的實驗體系來支持創(chuàng)新藥物研發(fā)和治療措施。未來也將進一步擴展犬模型的定制開發(fā)研究，積極服務于腦疾病、遺傳疾病、罕見病等重大疾病的新藥研發(fā)，探索創(chuàng)新治療方法，為人類健做出更大貢獻。

希諾谷