自闭症可能不只是神经元的问题！乌尔姆大学团队揭示Shank3缺失通过Wnt5a-Erk轴抑制少突胶质细胞成熟机制

2025年11月7日，德国乌尔姆大学解剖学与细胞生物学研究所Anne-Kathrin Lutz团队在《Molecular Psychiatry》发表：Shank3 related oligodendrocyte alterations in autism are restored by Erk pathway inhibition，揭示了自闭症中与Shank3相关的少突胶质细胞异常可通过Erk通路抑制得以恢复。

在Shank3相关的自闭症谱系障碍（ASD）中白质异常被一致观察到，然而少突胶质细胞功能障碍和髓鞘形成缺陷的潜在机制仍不清楚。本研究发现，Shank3缺失会破坏少突胶质细胞的发育：一方面促进少突胶质前体细胞（OPC）的增殖，另一方面却损害其功能性成熟及髓鞘形成。Shank3缺失导致Wnt5a上调，异常激活Erk信号通路，从而抑制少突胶质细胞成熟并引起髓鞘形成不足。抑制Erk可恢复少突胶质细胞发育、改善髓鞘缺陷并部分缓解Shank3缺失小鼠的自闭症样行为和运动障碍，揭示Wnt5a-Erk轴是治疗Shank3相关白质异常的关键靶点。

图一 Shank3基因敲除小鼠胼胝体中少突胶质细胞的年龄依赖性功能障碍

为了研究Shank3基因敲除小鼠胼胝体中的少突胶质细胞，作者采用了RNAscope技术和抗MBP免疫染色，首先分析了出生后第7天时MBP阳性成熟少突胶质细胞的总数。

结果：

与野生型相比，Shank3敲除小鼠在出生后第7天（P7）胼胝体中MBP阳性细胞总数和信号强度均增加，但髓鞘化少突胶质细胞比例反而显著降低，提示大量细胞处于非髓鞘化状态。谱系分析显示，P7时敲除小鼠中CC1⁺/Olig2⁺成熟少突胶质细胞占比高于野生型，但到P21和P140时该比例显著下降，表明其少突胶质细胞成熟呈现“早期加速、后期衰退”的异常模式。RNAscope和免疫染色显示，Shank3在少突胶质前体细胞中高表达并随分化成熟而下调，在髓鞘形成高峰期（P21）表达最强。P7时Ki67⁺增殖细胞增多且非胶质来源，提示Shank3缺失促进少突胶质谱系增殖；综上，Shank3缺失导致少突胶质细胞早期过度增殖和短暂提前成熟，但后期成熟受阻，最终造成髓鞘形成缺陷。

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图二 Shank3基因敲除原代少突胶质细胞培养中少突胶质细胞谱系细胞的增殖、分化和成熟受损

为了进一步阐明Shank3缺失对所观察到的体内表型所产生的发育影响，作者建立了源自出生后0至2天Shank3野生型和敲除小鼠皮层的原代少突胶质细胞培养体系。使用Olig2、O4和MBP的表达作为标志物来界定少突胶质细胞的发育阶段。

结果：

在敲除培养体系中，Ki67阳性且Olig2阳性的细胞比例显著高于野生型，表明少突胶质前体细胞的增殖增强。这一发现提示，Shank3缺失可能导致少突胶质前体细胞群体的扩增。利用O4作为标志物检测未成熟少突胶质细胞时，发现敲除培养体系中O4阳性细胞数量增加。这些O4阳性细胞的典型形态在野生型与敲除条件下存在明显差异，敲除细胞表现出更不连续的O4点状结构，说明未成熟少突胶质细胞的数量增多。在体外培养中，尽管Shank3敲除组MBP阳性细胞数量增多，但其胞内MBP表达水平和细胞表面积均显著低于野生型，提示髓鞘生成能力和成熟度受损。形态学分析显示，从培养第14天到第20天，野生型细胞中具有膜片结构的成熟少突胶质细胞比例持续增加，而敲除组始终偏低；同时，MBP信号强度在第14–20天逐渐弱于野生型，进一步证实成熟障碍。免疫染色显示Shank3在少突胶质细胞中表达，但不与MBP、PLP或CNPase共定位，表明其可能通过非直接方式调控少突胶质细胞发育。

图三 出生后第7天Shank3基因敲除小鼠胼胝体中Erk及其磷酸化形式的上调

作者在Shank3敲除小鼠的胼胝体、皮层和纹状体中，于出生后第7天（P7）、第21天（P21）和第140天（P140）检测Erk通路活性。

结果：

结果显示，胼胝体中p-Erk及p-Erk/Erk比值在P7呈上升趋势，但在P21和P140显著下降，与MBP表达变化高度一致。RNAscope分析表明，Shank3 mRNA在胼胝体的O4⁺、GFAP⁺和小Iba1⁺中均有表达。免疫染色进一步揭示，P7时总Erk和p-Erk在敲除小鼠中整体升高，但细胞类型特异性明显：星形胶质细胞中p-Erk显著增加；未成熟少突胶质细胞中p-Erk反而减少；小胶质细胞无p-Erk信号。同时，Wnt5a蛋白在P7胼胝体中上调，P21和P140下调，其动态变化与Erk和MBP高度同步，提示Wnt5a可能作为上游因子驱动Erk异常激活。综合来看，Wnt5a–Erk–MBP轴在时间与细胞类型上呈现协调调控，揭示了Shank3缺失通过该通路导致少突胶质细胞成熟障碍和髓鞘缺陷的机制。

综上所述，本研究为Shank3缺失小鼠中少突胶质细胞成熟及髓鞘形成的年龄依赖性失调提供了新的机制性见解。通过整合体内与体外分析，发现Wnt5a–ERK信号轴是少突胶质细胞谱系异常进展和髓鞘形成受损的核心调控通路。尤为重要的是，药理学抑制ERK信号能够挽救髓鞘形成缺陷，提示该策略有望用于治疗SHANK3相关神经发育障碍中的白质异常。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41380-025-03333-1

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