SHANK3是一种重要的兴奋性突触后支架蛋白，其突变导致包括自闭症谱系障碍（ASD）、PhilanMcDirmid综合征（PMS）和智力残疾（ID）在内的神经发育障碍类疾病。而早期预防和治疗对Shank3基因突变病具有重要意义。对于脑部疾病，早期诊断和干预也可以产生更好的预后。研究表明，游泳可以改善认知和心理健康，经过长期的定期游泳运动后，ASD患者的水运动技能和自发的社交行为显著增加，其刻板行为的频率明显降低。因此，应更加注意早期游泳的影响。
年10月11日，北京师范大学甄志平与北京大学张嵘课题组联合在CNSNeuroscienceTherapeutics发文，揭示了游泳运动对Shank3大鼠模型自闭症样行为的缓解作用。
首先，课题组将大鼠分为4组：野生型不游泳组——WC、野生型游泳组——WS、SHANK3缺陷型不游泳组——KC、SHANK3缺陷型游泳组——KS。课题组对KS组和WS组的幼崽进行为期8周的早期游泳训练后进行行为学测试，结果显示：KC组大鼠在三箱社交第一阶段对物体和陌生鼠的探索时间没有差异，表现出社交缺陷；在第二阶段对陌生鼠和熟悉鼠的探索时间也没有差异，表现出社交新颖性缺陷；而早期游泳显著缓解了SHANK3缺陷鼠的上述社交障碍。
图1
三箱社交结果分析
进一步的巴恩斯迷宫测试结果显示：KC组大鼠穿过目标象限的次数减少，到达目标区域的延迟增加，即表现出空间记忆障碍，而游泳训练显著改善了此记忆缺陷。此外，KC组大鼠在新物体识别测试中对陌生物体和熟悉物体的探索时间没有差异，表现出认知记忆障碍，而游泳训练增加了其对陌生物体的探索时间，缓解了其认知记忆缺陷。
图2
巴恩斯迷宫测试结果及分析
随后，课题组对大鼠脑区进行体素分析，发现KC组大鼠海马体积和神经元数量的减少，表现出脑部结构异常，而游泳训练显著缓解了其脑部结构异常。课题组进一步采用1H-MRS（质子磁共振波谱）对不同组大鼠海马进行扫描，LC谱分析共纳入9个代谢物。以Cr的相对浓度与各代谢物的比值计算。结果显示：与WC组相比，KC组中（Glu/Gln）/Cr和NAA的比值显著降低；而与KC组相比，KS组中（Glu/Gln）/Cr和Ins/Cr的比值升高。
图3
1H-MRS扫描结果
为了探究游泳训练是否能影响个体神经元发生变化，课题组使用电子显微镜观察海马树突分支的复杂性。在10×目镜下，观察不同组海马CA1区神经元的形态。结果显示：KC组大鼠神经元的分枝数明显低于WC，总分枝长度显著减少，且KC组-μm段的海马树突分支数量明显低于WC组；而KS组-μm段明显高于KC组；此外，WS组较WC组在90-μm段显著增加。在海马树突分支数和总树突长度方面，KC组的海马总树突分支长度最短，显著低于WC组。KS组虽然有一定的改善，但与KC组相比无显著性差异，但与KC组相比差异减小。最后，课题组在激光共聚焦显微镜下观察海马CA1区锥体神经元分支的树突棘，发现KC组大鼠的树突棘密度明显低于WCs；而KS组的树突棘密度显著高于KC组。
图4
游泳训练对神经元形态学特征的影响
总的来说，本文主要通过形态学染色结合多种行为学测试，发现游泳训练可显著改善Shank3缺陷大鼠的社交障碍、空间和认知记忆能力缺陷，并缓解其海马体积和神经元数量的减少，并进一步挽救其神经元的形态学异常。该研究结果提示早期游泳运动对Shank3基因缺陷大鼠有积极的治疗作用，为神经发育障碍的预防和恢复提供了一种新的治疗策略。
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