Shank3B基因缺失导致前扣带回皮层PV中间神经元早期功能异常及其在自闭症谱系障碍中的作用机制研究

本研究针对自闭症谱系障碍(ASD)中前扣带回皮层(ACC)环路发育异常的机制问题，通过Shank3B-/-小鼠模型系统揭示了PV中间神经元(PVINs)在出生后早期即出现兴奋性降低、HCN通道病(Ih电流减少)及抑制功能缺陷，并发现成年期出现兴奋/抑制平衡的代偿性重组。该研究为SHANK3相关神经发育障碍提供了早期干预靶点，发表于《Molecular Psychiatry》。

　　

自闭症谱系障碍(ASD)患者常表现出社交认知缺陷和癫痫样活动，其中前扣带回皮层(ACC)的功能异常被认为是核心病理特征。然而，ACC神经环路在发育早期的异常如何导致ASD症状仍不清楚。更关键的是，作为ASD高风险基因的SHANK3编码突触支架蛋白，其缺失为何会同时影响兴奋性和抑制性神经元功能？这些问题的解答对理解ASD发病机制至关重要。

研究人员通过Shank3B^-/-小鼠模型，综合运用病毒标记、电生理记录和双光子钙成像等技术，系统研究了ACC第2/3层(L2/3)锥体神经元(PYRs)和PV中间神经元(PVINs)的发育轨迹。研究发现：在出生后15天(P15)，PVINs即表现出兴奋性降低和HCN通道介导的I_h电流减少，同时PVINs对PYRs的抑制功能受损，但此时PYRs的突触输入仍正常。至成年期，两种神经元均出现显著的突触输入减少，但PVINs兴奋性反常增强，PYRs则转为低兴奋性。这些发现揭示了SHANK3缺失导致神经环路异常的时序特征和代偿机制。

主要技术方法包括：(1)AAV9-S5E2病毒特异性标记PVINs；(2)全细胞膜片钳记录分析神经元兴奋性和突触电流；(3)光遗传学刺激量化PVINs抑制输出；(4)双光子钙成像监测活体神经元活动；(5)免疫组化验证PV表达。

正常AMPAR介导的突触功能和P15 Shank3B^-/-小鼠ACC L2/3 PYRs的兴奋性
电生理记录显示P15时PYRs的AMPA受体(mEPSCs)振幅和频率与对照组无差异，电流-电压关系(I-V)和动作电位发放(I-F)曲线也正常，表明早期PYRs功能未受影响。

P15 Shank3B^-/-小鼠ACC L2/3 PVINs兴奋性降低但AMPAR突触输入正常
通过S5E2增强子特异性标记PVINs发现，虽然mEPSCs参数正常，但PVINs的基强度电流(rheobase)显著增加，I-F曲线右移，显示兴奋性降低。

Shank3缺失减少P15时期PVINs对L2/3 PYRs的抑制
光遗传激活PVINs诱导的抑制性突触后电流(oIPSCs)振幅降低47%，丘脑髓板内核(MD)输入的兴奋/抑制(E/I)比值升高，表明前馈抑制(FFI)功能受损。

P15时期ACC L2/3 PVINs和PYRs的HCN电流减少
电压钳记录显示两种神经元的I_h电流密度均显著降低，最大电流密度下降30-40%，提示早期HCN通道病。

成年Shank3B^-/-小鼠ACC L2/3 PYRs突触输入减少和兴奋性降低
成年期PYRs的mEPSCs振幅减小，上升速度减慢，I-F曲线下移，但PV免疫反应性和细胞密度无变化。

成年期L2/3 ACC PVINs的突触和兴奋性适应
与P15相反，成年PVINs表现为mEPSCs频率降低40%但兴奋性增强，oIPSCs振幅恢复至正常水平，显示显著的代偿重组。

P15-P17 Shank3B^-/-小鼠ACC PVINs钙瞬变频率降低
活体成像显示PVINs的GCaMP8s信号事件频率减少33%，而PYRs活动无显著变化，证实早期PVINs功能抑制。

这项研究首次描绘了SHANK3缺失导致的ACC神经环路发育异常时序图谱：早期PVINs的HCN通道病和兴奋性降低是原发性缺陷，随后引发突触和兴奋性的代偿性改变。特别重要的是，研究发现PVINs功能障碍先于PYRs突触异常出现，这为ASD的早期干预提供了新思路——靶向HCN通道或PVINs兴奋性可能比调节突触蛋白更有效。此外，成年期E/I平衡的代偿机制解释了为何不同发育阶段需要差异化治疗策略。这些发现不仅深化了对SHANK3相关ASD病理机制的理解，也为临床治疗时机的选择提供了重要依据。