脑功能与脑疾病的研究离不开合适的动物模型。10月27日，记者从中国科学院遗传与发育生物学研究所召开的“脑疾病家犬模型成果研讨会”上获悉，该所张永清团队与国内外多家科研机构长期协力攻关，在国际上首创孤独症家犬模型，并研发出适配家犬模型瞳孔大小的实时测量技术，为下一步利用家犬模型开展脑疾病基础研究和临床转化奠定基础。相关成果10月17日在《自然》系列期刊《分子精神病学》以姊妹篇文章形式在线发表。
利用基因编辑技术“诞下”孤独症犬
在题为“利用CRISPR/Cas9技术构建Shank3孤独症模型犬”论文中，张永清团队与北京希诺谷生物科技有限公司等经过近八年的合作，利用CRISPR/Cas9技术成功构建出Shank3突变犬并繁育传代。突变犬复现了孤独症患者典型社交回避和紧张焦虑的临床表现。
CRISPR/Cas9靶向Shank3获得多个F0代突变犬。
张永清介绍，孤独症谱系障碍简称孤独症，是儿童和青少年常见的精神疾病，发病率约占适龄人口的1%，是科技创新2030-中国脑计划重点关注的疾病之一。突触后致密区支架蛋白Shank3突变是导致孤独症最常见的突变之一。
目前，国际上常用小鼠作为孤独症研究模型。然而，小鼠（平滑脑）和人类（沟回脑）在大脑结构、功能和行为（小鼠主要依赖嗅觉，人主要依赖视觉处理社交信息）上存在明显差异，限制了孤独症小鼠研究成果的临床转化，凸显了开发其他动物模型的必要性。
张永清介绍，近年来，我国科学家在世界上首创了孤独症的非人灵长类模型。由于成本高、繁殖慢，灵长类模型的应用潜力和规模受限。家犬是与人类最亲近的伴侣动物，且繁育快、成本低，作为新型脑疾病研究模型具有独特优势。
合作团队利用基因编辑技术，充分发挥家犬丰富多样的社交行为和高度发达的情感认知功能等独特优势，以临床上常见的Shank3基因突变为切入点，在国际上首创孤独症家犬模型。
研究结果显示，Shank3突变犬虽然社交动机正常，但发起社交接触后表现出明显的社交退缩行为，并且面对困难向人类求助的主动性也显著降低。一般来说，尾巴位置与摆动能够实时反映家犬的心理状态，而突变犬尾巴下垂夹于两股之间，摆动幅度与频率大大降低，表明突变犬在社交时处于焦虑与恐惧状态。此外，放射性免疫测定显示，与压力相关的激素皮质醇在突变犬血清中显著增加。
突变犬尾巴摇摆减少，血清皮质醇升高。
突变犬瞳孔反应与孤独症患者一致
70%的孤独症病人表现出感知觉异常，Shank3突变犬感知觉是否异常呢？
在题为“Shank3突变犬在社交和非社交刺激下瞳孔反应异常”论文中，张永清团队与中国科学院深圳先进技术研究院蔚鹏飞研究员团队以及英国林肯大学郭昆教授等合作，研发了适用于家犬的瞳孔测量仪，并使用人工智能辅助的瞳孔检测算法，实现了对家犬瞳孔大小的实时测量。
瞳孔的缩放除了与光线强度变化有关，还与心智负荷和情绪状态有关。张永清介绍，利用该测量仪，合作团队检测了突变犬在不同刺激条件下的瞳孔大小变化。
“‘见钱眼开’，人类在面对高价值的奖励时会出现瞳孔放大。有趣的是，通过对Shank3突变犬的研究，研究团队发现了与孤独症患者相一致的瞳孔反应异常。”张永清说，与对照组相比，突变犬在正常声音刺激条件下瞳孔放大更明显，提示对声音更为敏感；面对高分贝鞭炮声刺激，突变犬瞳孔更快速地放大，且恢复到正常基线的时间明显延长，提示突变犬被声音惊吓后瞳孔大小需要更长时间恢复正常。
孤独症突变犬对社会与非社会刺激瞳孔反应异常。WT，野生型对照；Mut，突变体。
张永清表示，家犬性格温顺，配合度高，便于开展行为学研究，是研究精神疾病的理想动物模型。此外，家犬繁殖周期短（8—12个月性成熟，孕期2个月，两年生三胎，4—8只/窝），因而可在短时间内繁育足量突变体动物。
中国科学院院士、暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院院长苏国辉等专家认为，孤独症犬模型的成功构建，将促进其病理生理机制的阐明，并为开发新的药物和治疗措施提供新的实验体系。
（受访对象供图）
