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

       腦功能與腦疾病的研究離不開合適的動(dòng)物模型。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所張永清團(tuán)隊(duì)與北京希諾谷生物科技有限公司及多家科研機(jī)構(gòu)長期協(xié)力攻關(guān)，在國際上始創(chuàng)孤獨(dú)癥家犬模型，同時(shí)，研發(fā)出適用于家犬模型瞳孔大小的實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)。該項(xiàng)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(dú)癥等腦疾病的家犬模型工作得到了國際同行的認(rèn)可，為下一步開發(fā)利用家犬模型開展腦疾病的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究奠定了基礎(chǔ)。

       在題為“Modeling SHANK3-associated Autism Spectrum Disorder in Beagle Dogs via CRISPR/Cas9 Gene Editing”論文中，張永清團(tuán)隊(duì)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(shù)成功構(gòu)建Shank3突變?nèi)⒎庇齻鞔?。突變?nèi)芎玫貜?fù)現(xiàn)了孤獨(dú)癥患者典型社交回避和緊張焦慮的臨床表現(xiàn)。

       張永清在研討會(huì)上對(duì)此項(xiàng)成果進(jìn)行了工作匯報(bào)，張永清表示，孤獨(dú)癥譜系障礙簡稱孤獨(dú)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(jì)劃重點(diǎn)關(guān)注的疾病之一。突觸后致密區(qū)支架蛋白SHANK3突變是導(dǎo)致孤獨(dú)癥最常見的突變之一。目前國際上常用小鼠作為孤獨(dú)癥研究模型。然而，小鼠（平滑腦）和人類（溝回腦）在大腦結(jié)構(gòu)、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(dú)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(dòng)物模型的必要性。近年來，我國科學(xué)家在世界上始創(chuàng)了孤獨(dú)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(yīng)用潛力和規(guī)模。經(jīng)過幾萬年的進(jìn)化和選育，家犬是與人類最親近的伴侶動(dòng)物。家犬最顯著的生物學(xué)特點(diǎn)是高度發(fā)達(dá)的情感認(rèn)知功能，善于與人進(jìn)行親密有效的交流。

       合作團(tuán)隊(duì)利用基因編輯技術(shù)，充分發(fā)揮家犬豐富多樣的社交行為和高度發(fā)達(dá)的情感認(rèn)知功能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，以臨床上常見的Shank3基因突變?yōu)榍腥朦c(diǎn)在國際上始創(chuàng)孤獨(dú)癥家犬模型。研究結(jié)果顯示，Shank3突變?nèi)m然社交動(dòng)機(jī)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(duì)困難向人類求助的主動(dòng)性也顯著降低。尾巴位置與擺動(dòng)能夠?qū)崟r(shí)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(dòng)幅度與頻率大大降低，表明突變體在社交時(shí)處于焦慮與恐懼狀態(tài)。此外，放射 性免疫測(cè)定顯示與壓力相關(guān)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(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院蔚鵬飛研究員團(tuán)隊(duì)以及英國林肯大學(xué)郭昆教授等合作研發(fā)了適用于家犬的瞳孔測(cè)量儀，使用人工智能輔助的瞳孔檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家犬瞳孔大小的實(shí)時(shí)測(cè)量。

       利用該測(cè)量儀，合作團(tuán)隊(duì)檢測(cè)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(qiáng)度變化有關(guān)，還與心智負(fù)荷和情緒狀態(tài)有關(guān)。人類在面對(duì)高價(jià)值的獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)會(huì)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(duì)Shank3突變?nèi)难芯?，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了與孤獨(dú)癥患者中相一致的瞳孔反應(yīng)異常。與正常對(duì)照相比，突變?nèi)谡Ｂ曇舸碳l件下瞳孔放大更明顯，提示對(duì)聲音更為敏感；在高分貝鞭炮聲刺激時(shí)，瞳孔更快速地放大且恢復(fù)到正常基線的時(shí)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(shí)間恢復(fù)正常。人與犬同時(shí)佩戴瞳孔測(cè)量儀時(shí)進(jìn)行社交互動(dòng)，正常犬與人互動(dòng)會(huì)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(yīng)異常提供了一個(gè)全新的角度解析孤獨(dú)癥患者的感知覺異常，并為孤獨(dú)癥診斷和治療策略的研發(fā)提供了新的檢測(cè)體系。

       出席研討會(huì)的院士專家對(duì)此項(xiàng)成果進(jìn)行了點(diǎn)評(píng)，中國科學(xué)院院士、暨南大學(xué)粵港澳中樞神經(jīng)再生研究院院長、香港大學(xué)講席教授蘇國輝表示實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)條件和重要保障，在我國實(shí)施的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)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(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院院長段樹民表示相對(duì)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(duì)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(xué)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)系主任、教授姜永輝表示犬模型是其他動(dòng)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(yīng)用的研究方面更具商業(yè)前景。首都醫(yī)科大學(xué)副校長、吉訓(xùn)明教授表示大動(dòng)物模型最大的優(yōu)勢(shì)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(duì)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(dòng)物和人之間的重要過渡，對(duì)于降低臨床研究的成本，提高成功率至關(guān)重要。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授于翔在現(xiàn)場(chǎng)為大家展示了孤獨(dú)癥孩童感知下的世界，她說多種測(cè)量人類情感與互動(dòng)缺陷的方法可以用犬模擬，張永清團(tuán)隊(duì)的家犬模型成果對(duì)于我們進(jìn)一步研究分析細(xì)胞機(jī)制和對(duì)照組實(shí)驗(yàn)提供了非常多新的探索機(jī)會(huì)。

       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(huì)上發(fā)表致辭，對(duì)張永清團(tuán)隊(duì)及項(xiàng)目組成員給予希諾谷的信任及認(rèn)可表示感謝。“自閉癥一直被認(rèn)為是一種無法康復(fù)的終身疾病，對(duì)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(huì)、科研院所，醫(yī)院和企業(yè)都沒有停止對(duì)這一疾病的研究，堅(jiān)信隨著對(duì)這項(xiàng)成果的深入研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)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(xiàn)更大力量！”米繼東說。

       我國在家犬基因編輯和克隆技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域均處于國際領(lǐng)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(diǎn)，可以展開社交和情感的基礎(chǔ)研究以及相關(guān)疾病的轉(zhuǎn)化應(yīng)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(dú)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(guān)疾病的藥物研發(fā)提供不可或缺的實(shí)驗(yàn)體系，提高我國在該領(lǐng)域的核心競爭力。

       希諾谷依托公司建立的犬體細(xì)胞克隆技術(shù)和基因編輯技術(shù)平臺(tái)，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(gòu)建更有效的實(shí)驗(yàn)體系來支持創(chuàng)新藥物研發(fā)和治療措施。未來也將進(jìn)一步擴(kuò)展犬模型的定制開發(fā)研究，積極服務(wù)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(xiàn)。