脑功能与脑疾病的研究离不开合适的动物模型。中国科学院遗传与发育生物学研究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，同时，研发出适用于家犬模型瞳孔大小的实时测量技术。
脑功能与脑疾病的研究离不开合适的动物模型。中国科学院遗传与发育生物学研究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，同时，研发出适用于家犬模型瞳孔大小的实时测量技术。该项突破于10月17日在Nature（《自然》）系列期刊Molecular Psychiatry（《分子精神病学》）杂志以姊妹篇文章在线发表，表明孤独症等脑疾病的家犬模型工作得到了国际同行的认可，为下一步开发利用家犬模型开展脑疾病的基础和转化研究奠定了基础。
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通力合作，利用CRISPR/Cas9技术成功构建Shank3突变犬并繁育传代。突变犬很好地复现了孤独症患者典型社交回避和紧张焦虑的临床表现。
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，这些差异大大限制了孤独症小鼠研究成果的临床转化。许多在小鼠神经精神疾病模型上有效的药物在病人上效果有限，凸显了开发其他动物模型的必要性。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。但非人灵长类成本高、繁殖慢，因而限制了灵长类模型的应用潜力和规模。经过几万年的进化和选育，家犬是与人类最亲近的伴侣动物。家犬最显著的生物学特点是高度发达的情感认知功能，善于与人进行有效的交流。
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的独特优势，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。尾巴位置与摆动能够实时反映家犬的心理状态，突变犬尾巴下垂夹于两股之间，摆动幅度与频率大大降低，表明突变体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体血清中显著增加。
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，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。
利用该测量仪，合作团队检测了在不同刺激条件下的瞳孔大小变化。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。人类在面对高价值的奖励时会出现瞳孔放大，这一规律被广泛用于广告宣传。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中相一致的瞳孔反应异常。与正常对照相比，突变犬面对正常声音刺激瞳孔放大更明显，提示对声音更为敏感；面对高分贝鞭炮声刺激时，瞳孔更快速地放大且恢复到正常基线的时间明显延长，提示突变体被声音惊吓后瞳孔大小需要更长时间恢复正常。人与犬同时佩戴瞳孔测量仪时进行社交互动，正常犬与人互动会出现瞳孔缩放的同步化，而突变犬中这种同步化破坏。上述突变体瞳孔反应异常提供了一个全新的角度解析孤独症患者的感知觉异常，并为孤独症诊断和治疗策略的研发提供了新的检测体系。
家犬性格温顺，配合度高，便于开展行为学研究，是理想的研究精神疾病的动物模型。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。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。
图1. CRISPR/Cas9靶向Shank3获得多个F0代突变犬
图2. 突变犬尾巴摇摆减少，血清皮质醇升高
图3. 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。
北京新闻广播记者 蔡贺涓
