孩子為什么沉默不語？中科院遺傳發(fā)育所許執(zhí)恒團(tuán)隊(duì)揭示Sh3rf3缺陷通過突觸前功能障礙引發(fā)自閉癥機(jī)制

2025年11月26日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所許執(zhí)恒教授等在《Molecular Psychiatry》發(fā)表：Sh3rf3 Deficiency drives autism-like behaviors via presynaptic dysfunction in mice，揭示了Sh3rf3缺陷通過突觸前功能障礙導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)自閉癥樣行為。

自閉癥譜系障礙（ASD）具有強(qiáng)遺傳基礎(chǔ)，SH3RF3是其候選基因之一，但機(jī)制尚不清楚。本研究發(fā)現(xiàn)，SH3RF3作為突觸前支架蛋白，通過橋接激酶BRSK1/SAD-B與ASD相關(guān)蛋白RIM1促進(jìn)RIM1磷酸化，從而穩(wěn)定突觸囊泡錨定并支持高效釋放。Sh3rf3敲除破壞該復(fù)合物導(dǎo)致RIM1磷酸化減少、囊泡數(shù)量和可釋放池縮小、補(bǔ)充變慢，最終削弱前額葉皮層興奮性傳遞，破壞興奮-抑制平衡引發(fā)自閉癥樣行為。在前額葉特異性恢復(fù)Sh3rf3表達(dá)可逆轉(zhuǎn)這些缺陷。

圖一 Sh3rf3缺失導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)自閉癥樣表型

為探究Sh3rf3缺失的小鼠是否表現(xiàn)出自閉癥樣行為，作者構(gòu)建了Sh3rf3敲除小鼠并對成年雄性和雌性同窩小鼠進(jìn)行了一系列行為學(xué)測試。

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結(jié)果：

在三箱社交實(shí)驗(yàn)中，野生型和敲除小鼠均更傾向于待在有陌生小鼠的隔間而非空籠一側(cè)。然而，敲除小鼠在社交新奇辨別方面存在缺陷，未能表現(xiàn)出對新陌生小鼠比對熟悉小鼠更強(qiáng)的互動(dòng)偏好。在五次社交習(xí)慣化/識別任務(wù)中，敲除小鼠與陌生小鼠的互動(dòng)時(shí)間顯著減少，社交認(rèn)知指數(shù)也明顯降低。在鉆管實(shí)驗(yàn)中，野生型小鼠在社會(huì)等級優(yōu)勢上明顯優(yōu)于敲除小鼠。在曠場實(shí)驗(yàn)中，敲除小鼠在場地中央停留的時(shí)間更少，提示其焦慮水平升高。在埋珠實(shí)驗(yàn)中，敲除小鼠表現(xiàn)出更多的重復(fù)挖掘行為。此外，在家籠環(huán)境中觀察自發(fā)行為時(shí)，敲除小鼠的重復(fù)直立行為次數(shù)顯著增加，進(jìn)一步支持其存在刻板行為。雌性敲除小鼠在Von Frey實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出對觸覺刺激的高敏感性。盡管約三分之一的ASD患者伴有智力障礙，但新物體識別和Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)顯示敲除小鼠并無學(xué)習(xí)或記憶缺陷。綜上所述，Sh3rf3敲除小鼠重現(xiàn)了自閉癥樣核心行為特征，包括社交障礙、焦慮、重復(fù)/刻板行為以及感覺異常。

圖二 Sh3rf3缺乏導(dǎo)致mPFC興奮性突觸傳遞減弱

作者進(jìn)一步探究與自閉癥樣行為相關(guān)的腦區(qū)，利用LacZ報(bào)告系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)Sh3rf3在小鼠腦內(nèi)廣泛表達(dá)，尤其富集于前額葉皮層的興奮性神經(jīng)元。作者在四周齡小鼠雙側(cè)mPFC注射Sh3rf3 shRNA病毒，三周后觀察到社交互動(dòng)時(shí)間及社交認(rèn)知指數(shù)顯著下降，提示社交退縮，但未出現(xiàn)焦慮或刻板行為。電生理記錄顯示，第五層錐體神經(jīng)元的自發(fā)性興奮性突觸后電流頻率降低、誘發(fā)性電流幅度減小，而抑制性電流無變化，表明興奮/抑制平衡被打破。這些結(jié)果說明，前額葉皮層Sh3rf3對維持正常興奮性突觸功能和社交行為至關(guān)重要。

圖三 Sh3rf3調(diào)控突觸囊泡錨定，維持興奮性傳遞

為了弄清mPFC興奮性突觸傳遞為何受損，研究人員比較了野生型和Sh3rf3敲除小鼠的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能。

結(jié)果：

神經(jīng)元的樹突分支復(fù)雜度、樹突棘總數(shù)、突觸數(shù)量、神經(jīng)元興奮性以及AMPA受體的狀態(tài)均未明顯改變，說明突觸后部分基本正常。進(jìn)一步檢測突觸前功能時(shí)，常規(guī)刺激下表現(xiàn)正常，但在高頻刺激下，敲除小鼠的可釋放囊泡池變小、補(bǔ)充速度變慢。透射電鏡圖像更直觀地顯示：在突觸活性區(qū)周圍200納米內(nèi)，尤其是緊貼活性區(qū)的囊泡數(shù)量顯著減少。綜合來看，Sh3rf3缺失并未破壞突觸的整體結(jié)構(gòu)或突觸后響應(yīng)，而是擾亂了突觸囊泡在活性區(qū)附近的精確定位和儲備，導(dǎo)致在高需求時(shí)無法及時(shí)釋放神經(jīng)遞質(zhì)，從而削弱了興奮性傳遞。這揭示了Sh3rf3在突觸前囊泡錨定和功能維持中的關(guān)鍵作用。

圖四 Sh3rf3缺失削弱了SAD-B/BRSK1對RIM1的磷酸化作用

突觸前蛋白的功能常受磷酸化調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，Sh3rf3缺失雖不改變其互作蛋白的總量，卻導(dǎo)致900種蛋白磷酸化水平異常，且多富集于突觸囊泡釋放相關(guān)通路。ASD相關(guān)蛋白RIM1的磷酸化在Sh3rf3敲除小鼠前額葉皮層中下降約50%。進(jìn)一步研究表明，Sh3rf3能同時(shí)結(jié)合激酶BRSK1/SAD-B和RIM1，起到支架作用，促進(jìn)BRSK1對RIM1的磷酸化。在敲除小鼠中，BRSK1與RIM1的結(jié)合減少80%；而在細(xì)胞中過表達(dá)Sh3rf3則使二者結(jié)合增強(qiáng)2倍。這說明Sh3rf3通過橋接BRSK1和RIM1，驅(qū)動(dòng)RIM1磷酸化，從而調(diào)控突觸前囊泡的錨定與釋放。

總之，本研究確立了Sh3rf3作為內(nèi)側(cè)前額葉皮層突觸前功能的關(guān)鍵調(diào)控因子，揭示其缺失通過破壞BRSK1/RIM1信號通路和囊泡動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致自閉癥樣行為。本研究首次闡明了興奮/抑制（E/I）平衡失調(diào)的突觸前起源并提出了靶向突觸囊泡釋放通路以恢復(fù)神經(jīng)元通訊的創(chuàng)新治療策略。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41380-025-03370-w

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