《Molecular Psychiatry》：“SHANK3 deficiency alters early progenitor dynamics and reveals shared pathways with neurodegeneration”
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本研究针对Phelan-McDermid综合征（PMS）中SHANK3单倍体不足的致病机制，整合了患者来源iPSC诱导的神经元转录组学、体外功能学及患者脑电图分析。研究发现SHANK3缺陷导致神经祖细胞增殖异常、神经元形态简化及突触功能紊乱，并首次在患者中观察到高频脑网络超连接。研究揭示了SHANK3在神经发育早期的重要作用，并提示其与神经退行性变存在共同通路，为理解PMS病理机制和开发治疗策略提供了新视角。
在探索神经发育障碍奥秘的科学征程中，Phelan-McDermid综合征（PMS）作为一个与自闭症谱系障碍（ASD）密切相关的疾病模型，吸引了越来越多研究者的目光。这种主要由SHANK3基因单倍体不足引起的综合征，患者不仅面临发育迟缓、智力障碍等挑战，更令人困惑的是，他们在向成年期过渡时，常常出现显著的认知和神经功能退化，这种退化现象背后的生物学机制一直模糊不清。为什么一个突触支架蛋白的缺失会导致如此复杂的神经精神症状？是否SHANK3的紊乱会触发一系列连锁反应，最终影响整个大脑网络的发育与功能？这些悬而未决的问题，正是驱动本研究深入探索的核心动力。
研究人员利用来自PMS患者的诱导多能干细胞（iPSC）分化为神经元，结合转录组测序、体外神经元功能分析以及患者脑电图（EEG）记录，构建了一个从基因到行为的多层次研究框架。他们发现，SHANK3单倍体不足不仅仅影响突触，更在神经发育的早期阶段就扰乱了神经祖细胞的增殖动力学，并揭示了与神经退行性变共享的分子通路。这些发现表明，PMS的病理机制可能根植于神经发育的最初阶段，而成年期的功能退化或许与这些早期的发育缺陷密切相关。这项发表于《Molecular Psychiatry》的研究，为我们理解SHANK3相关障碍的完整病理生理过程提供了全新视角。
主要技术方法概述
本研究关键技术包括：对9例SHANK3突变PMS患者和7例对照来源的iPSC进行皮质神经诱导分化（60天）；使用RNA测序（RNA-seq）进行转录组分析，并采用加权基因共表达网络分析（WGCNA）识别疾病相关基因模块；通过免疫荧光染色量化神经元形态、突触 puncta（Synapsin 1/Homer1共定位）和细胞增殖（Ki-67/EdU标记）；利用多电极阵列（MEA）记录神经元网络电活动；对20例PMS患者和30例对照进行128导脑电图（EEG）记录，并采用去偏加权相位滞后指数（dwPLI）和基于网络的统计（NBS）分析脑功能连接。
研究结果
SHANK3单倍体不足神经元的转录组失调涉及细胞周期与DNA修复通路
对分化60天的神经元进行RNA测序分析显示，与对照组相比，SHANK3突变神经元中有903个基因存在差异表达。上调基因显著富集于细胞周期、DNA复制和修复等相关通路。加权基因共表达网络分析进一步识别出三个与疾病状态显著相关的基因模块：Lightgreen模块（正相关）、Royalblue模块（正相关）和Turquoise模块（负相关）。这些模块的基因不仅与PMS的临床衰退相关，也富集了与其他神经发育障碍（如ASD、注意力缺陷多动障碍ADHD）和神经退行性疾病（如阿尔茨海默病AD）相关的基因。
SHANK3缺陷改变早期神经祖细胞动力学
功能实验证实了转录组分析的发现。流式细胞术分析显示，SHANK3突变神经 cultures中增殖性顶端祖细胞（PAX6+/Ki-67+）的比例显著增加。同时，S期中间祖细胞（TBR2+/EdU+）也增多，表明特定祖细胞亚型的细胞周期动力学发生了改变。细胞周期相位分布分析也显示出S期和G2/M期细胞比例增加的趋势。这些结果说明SHANK3单倍体不足导致了神经祖细胞增殖的失调。
SHANK3单倍体不足导致神经元形态缺陷和突触异常
免疫荧光形态学分析发现，SHANK3突变神经元的平均胞体面积和神经突触点附着指数均显著减小，表明神经元形态复杂性降低。在突触水平上，SHANK3突变神经元表现出 postsynaptic puncta（Homer1+）密度降低的趋势，但存留的突触 puncta（包括 presynaptic Synapsin 1和postsynaptic Homer1）的平均面积却异常增大。多电极阵列记录显示，突变神经元的每个 burst内的放电次数增加，提示神经元网络存在超兴奋性。
PMS患者表现出高频脑网络超连接
对PMS患者的静息态脑电图分析揭示了大规模脑功能网络的改变。基于网络的统计分析显示，与对照组相比，PMS患者在alpha、beta和gamma频段存在超连接网络，而在theta频段则表现为连接不足。全脑连接分析进一步证实了PMS患者在gamma频段的相位同步性显著增强。这种高频超连接的模式与体外观察到的神经元超兴奋性相呼应，可能构成了PMS患者神经精神症状的生理基础。
研究结论与意义
本研究通过整合多层次证据，描绘了SHANK3单倍体不足如何从早期神经发育阶段开始扰动大脑发育轨迹。研究结果表明，SHANK3的缺失不仅损害突触的成熟与功能，更在神经发生早期就破坏了神经祖细胞的增殖动力学，这可能是PMS大脑发育异常的根源。此外，转录组分析揭示了SHANK3缺失与神经退行性变在分子通路上的重叠，为理解PMS患者中观察到的退行性症状提供了潜在解释。最后，在患者中发现的脑网络高频超连接，为解释其神经系统症状（如癫痫、ASD特征）提供了潜在的生物标志物。这项研究深化了对SHANK3相关障碍病理机制的理解，将研究视角从单纯的“突触病”扩展到了“神经发育轨迹紊乱”，并强调了早期干预的重要性，为未来开发针对PMS的疗法指明了新的可能靶点。
