Shank3 调控 Rpl3 表达和蛋白质合成新机制：为 Phelan McDermid 综合征治疗带来曙光

研究针对 Shank3 基因缺陷引发的相关疾病，开展 Shank3 与 Rpl3 及 mGlu5 关系研究，发现新调控机制，为相关疾病治疗提供方向。

　　

探索 Shank3 基因奥秘：为神经发育障碍疾病治疗寻新机

在神经科学的研究领域中，自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder，ASD）和 Phelan McDermid 综合征（Phelan McDermid syndrome，PMS）一直是备受关注的难题。其中，PMS 是一种会引发 ASD 和智力残疾的神经发育障碍疾病，而 Shank3 基因的缺失或突变在这两种疾病的发病机制中扮演着关键角色，这一发现为解开疾病的谜团带来了一丝曙光，但背后仍隐藏着诸多未知。

以往研究表明，Shank3 基因的异常与神经精神症状紧密相关，它作为一种位于谷氨酸能突触后致密区（PSD）的支架蛋白，在调节突触成熟和功能方面发挥着重要作用。然而，尽管科学家们已经发现 Shank3 基因敲除（KO）小鼠的不同脑区存在突触功能障碍和连接改变，但 Shank3 基因究竟通过何种其他机制来调控神经元功能，进而导致 ASD 和 PMS 等疾病的发生，依然是一个未解之谜。这个未解之谜就像一层迷雾，笼罩在神经科学研究的道路上，阻碍着人们对这些疾病的深入理解和有效治疗。

为了驱散这层迷雾，来自意大利神经科学研究所（1CNR）、德国 DZNE 乌尔姆站点、美国范德堡大学等多个研究机构的科研人员携手合作，展开了一项深入且意义重大的研究。他们的研究成果发表在《Molecular Psychiatry》杂志上，为我们揭示了 Shank3 基因的全新奥秘，也为相关疾病的治疗提供了新的方向和希望。

在这项研究中，研究人员运用了多种先进的技术方法。RNA 测序（RNA-seq）技术帮助他们分析成年 Shank3 KO 小鼠大脑皮层和纹状体中的基因表达变化，从而找出受 Shank3 基因缺失影响的关键基因。免疫印迹（Western blot）技术则用于检测蛋白质的表达水平，使研究人员能够直观地观察到 Rpl3 等蛋白质在不同条件下的变化情况。此外，他们还进行了行为学实验，如自我梳理测试、社交性和社交新奇偏好测试等，通过观察小鼠的行为表现来评估基因变化对其行为的影响。同时，研究人员利用了病毒载体介导的基因传递技术，将特定的基因导入小鼠体内，以研究基因表达改变对蛋白质合成和行为的影响。

研究结果

1. Shank3 KO 小鼠皮层和纹状体中 Rpl3 表达及蛋白质合成减少：研究人员通过 RNA-seq 分析，发现 Shank3 KO 小鼠的大脑皮层和纹状体中，Rpl3 基因的表达显著下调。Rpl3 基因编码核糖体蛋白，是 60S 亚基的组成部分，在核糖体生物发生和功能中具有重要作用。进一步的免疫印迹实验证实，Rpl3 蛋白在 Shank3 KO 小鼠的总裂解物和突触体中表达均减少。SUnSET 实验表明，Shank3 KO 小鼠大脑皮层和纹状体中的整体蛋白质翻译水平明显降低，这表明 Shank3 基因的缺失导致了 Rpl3 表达减少，进而影响了蛋白质合成。
2. 恢复 Rpl3 表达改善 Shank3 KO 小鼠的重复行为：研究人员发现，在 Shank3 KO 小鼠的纹状体中特异性下调 Shank3，会导致小鼠的重复行为增加，如过度梳理毛发。而通过病毒载体将 Rpl3 基因导入 Shank3 KO 小鼠的纹状体，恢复 Rpl3 的表达后，不仅能够挽救蛋白质合成，还能显著减轻小鼠的过度梳理行为。这一结果表明，Shank3 缺失导致的 Rpl3 下调与蛋白质合成减少和行为缺陷之间存在因果关系。
3. 慢性抑制 mGlu5 受体活性通过下调 Rpl3 影响蛋白质合成：已知 I 组代谢型谷氨酸受体（mGlu1 和 mGlu5）的激活可调节神经元中的蛋白质合成，且 Shank3 缺失会损害 mGlu5 的细胞内信号传导。研究人员通过实验发现，慢性抑制 mGlu5 的活性会显著降低 Rpl3 的表达，进而损害蛋白质合成。相反，使用 mGlu5 正向别构调节剂 VU0409551 进行慢性治疗，能够恢复 Rpl3 的表达和蛋白质合成水平。在 PMS 患者来源的神经元中，也观察到了类似的现象，即 SHANK3 缺陷会导致 Rpl3 表达和蛋白质合成减少，而 VU0409551 治疗可以挽救这一缺陷。
4. 慢性治疗 VU0409551 对 Shank3 KO 小鼠行为的长期改善作用：研究人员对 Shank3 KO 小鼠进行了为期 15 天的 VU0409551 慢性治疗，发现这种治疗不仅能够恢复 Rpl3 表达和蛋白质合成，还能长期改善小鼠的行为缺陷。在新颖物体识别测试中，VU0409551 治疗使 Shank3 KO 小鼠的记忆能力得到显著改善；在梳理行为测试中，治疗后的小鼠过度梳理行为明显减少，且这种改善效果可持续至停药后 4 周。此外，急性给予 VU0409551 也能暂时改善 Shank3 KO 小鼠的行为，如提高社交能力、减少攻击行为和改善认知灵活性等，但这种改善作用是短暂的，且不涉及蛋白质合成的恢复。

研究结论与讨论

综合上述研究结果，研究人员发现了 Shank3 在调节 Rpl3 蛋白质表达、核糖体功能和蛋白质合成方面的新作用机制。Shank3 基因缺失导致 mGlu5 受体活性下调，进而引起 Rpl3 表达减少和蛋白质合成受损，这一系列变化与自闭症相关的行为缺陷密切相关。而通过慢性激活 mGlu5 受体，如使用 VU0409551 进行治疗，能够恢复 Rpl3 表达和蛋白质合成，从而改善 Shank3 KO 小鼠的行为缺陷。这一发现为治疗由 Shank3 基因缺陷引起的神经发育障碍疾病提供了新的潜在策略。

此外，研究还表明，在幼年小鼠中恢复 Rpl3 蛋白质表达和蛋白质合成，对 Shank3 KO 小鼠的行为具有长期的改善作用，且不会产生明显的副作用。这一结果强调了早期干预在治疗神经发育障碍疾病中的重要性，为未来的临床治疗提供了新的思路和方向。

然而，研究也存在一些局限性。虽然研究揭示了 Shank3、mGlu5 和 Rpl3 之间的关系，但具体的分子机制仍有待进一步深入研究。例如，慢性调节 mGlu5 活性如何精确调控 Rpl3 水平，以及 Rpl3 表达减少影响蛋白质合成的具体方式等问题，都需要更多的实验来解答。

总体而言，这项研究为我们理解 Shank3 基因缺陷与神经发育障碍疾病之间的关系提供了重要的线索，为开发针对这些疾病的新疗法奠定了坚实的基础。未来，研究人员将继续深入探索相关机制，期望能够找到更有效的治疗方法，为那些受神经发育障碍疾病困扰的患者带来新的希望。