研究目的:孤独症谱系障碍是一种以神经心理和行为缺陷为特征的复杂发育障碍,其核心特征为社交障碍和重复刻板行为模式,伴随认知障碍、运动功能障碍、智力低下、多动症、强迫症和注意力障碍等Conditioned Media精神或神经性疾病。Shank3基因突变动物模型的相关研究均证实了Shank3与孤独症谱系障碍之间紧密的联系。突触信号传递是神经递质的信号分子由一个神经元(突触前神经元)的轴突终端释放,并与不远处的另一个神经元(突触后神经元)的树突上的受体结合并发生反应。在孤独症谱系LBH589障碍患者中已经发现了一些神经递质系统的异常,包括谷氨酸、γ-氨基丁酸、多巴胺、血清素、阿片类和催产素的异常。代谢物是生物过程的中间或最终产物。它们的特性和丰度直接反映了生物学变化,这些变化主要来自基因组、转录组和蛋白质组的集体内部变化。因此,对中枢神经系统调查的一个新兴领域是对代谢组的研究和表征,代谢物水平的变化可能是反应孤独症谱系障碍疾病发病机制的重要因素。在一些单基因孤独症谱系障碍动物模型的中枢发现了代谢物的异常。雷特综合征是导致孤独症谱系障碍的单基因因素之一,基于氢核磁共振的雷特综合征小鼠脑提取物的代谢分析显示了谷氨酰胺和谷氨酸代谢的改变。脆性X染色体综合征是最常见的遗传性智力障碍,也是最常见的孤独症谱系障碍的遗传原因。对脆性X染色体综合征小鼠模型各个脑区进行的综合代谢组学研究显示了区域特异性的代谢特征,其中小脑和大脑皮层是受影响最大Methylation抑制剂的区域,各种神经递质,包括γ-氨基丁酸、谷氨酸、牛磺酸和乙酰胆碱被扰乱。另外,在脆性X染色体综合征小鼠的皮层中检测到脂质氧化物的水平增加,表明氧化应激增加。这种代谢情况与雷特综合征小鼠模型中检测到的模式有惊人的重叠。在前期研究中,Shank3基因敲除大鼠表现出社交障碍与刻板行为,早期游泳干预可以改善其行为异常,并发现了这些行为的变化与纹状体的转录组异常密切相关。本研究采用代谢组学的方法,进一步探讨Shank3基因敲除和早期游泳干预对大鼠纹状体代谢物的影响。研究方法:采用Shank3基因11-21号外显子敲除雄性8日龄SD大鼠为实验对象,Shank3Δe11-21大鼠通过CRISPR-Cas9技术删除种系中的Shank3 11-21号位点产生。大鼠每笼2-4只饲养,保持12:12小时光/暗循环,室温20-25摄氏度,湿度45-55%,自由饮食和饮水。根据基因型结果将其随机分为3组:Shank3基因敲除对照组(KC)、同窝野生型对照组(WC)、Shank3基因敲除游泳组(KS),每组各三只。在幼仔产后第8天时,对游泳组大鼠进行8周游泳训练,每周游泳5天,休息2天。水温提前预热,控制在32±1℃。出生8-10天进行第一周适应训练。出生13后,在直径为150 cm的圆形水箱中进行游泳干预,水位保持在50 cm。运动组大鼠8日龄起进行8周早期游泳干预,干预后取各组大鼠大脑的纹状体组织,采用GC/MS代谢组学技术检测纹状体组织代谢物变化。研究结果:基因敲除对照组与同窝野生型对照组差异代谢物17个(14个下调),基因敲除游泳组与基因敲除对照组差异代谢物19个(18个上调),基因敲除游泳组与同窝野生型对照组组差异代谢物22个(18个上调)。差异代谢物代谢网络分析发现,基因敲除对照组与同窝野生型对照组差异代谢物富集的通路主要有谷氨酸能突触、γ-氨基丁酸能突触、丙氨酸和天冬氨酸和谷氨酸代谢、谷氨酰胺和谷氨酸代谢、铁死亡、近端小管碳酸氢盐再生、牛磺酸和亚牛磺酸代谢、氮代谢、精氨酸生物合成、谷胱甘肽代谢;基因敲除游泳组与基因敲除对照组差异代谢物富集的通路主要有谷氨酸能突触、γ-氨基丁酸能突触、丙氨酸和天冬氨酸和谷氨酸代谢、谷氨酰胺和谷氨酸代谢、铁死亡、近端小管碳酸氢盐再生、癌症中的碳代谢、精氨酸生物合成;基因敲除游泳组与同窝野生型对照组差异代谢物富集的通路主要有谷氨酸能突触、γ-氨基丁酸能突触、丙氨酸和天冬氨酸和谷氨酸代谢、谷氨酰胺和谷氨酸代谢、近端小管碳酸氢盐再生、癌症中的碳代谢、精氨酸生物合成、谷胱甘肽代谢、胰高血糖素信号通路。研究结论:Shank3基因敲除孤独症谱系障碍模型大鼠纹状体组织代谢组紊乱,参与突触形态结构、谷氨酸能突触和γ-氨基丁酸能突触功能相关通路的代谢物发生了异常。早期游泳干预调节了孤独症谱系障碍模型大鼠的纹状体代谢组,差异代谢物主要参与神经发育、突触膜结构和突触信号传递过程。