SHANK3 基因突变是自闭症和 Phelan-McDermid 综合征的主要病因之一，但传统行为学检测受限于高焦虑、低活动等混杂因素，难以精准刻画其自发行为表型。瓯江实验室、温州医科大学谭涛团队在 Translational Psychiatry 发表研究，采用 MoSeq 无监督行为音节分析，对纯合 R1117X Shank3 突变小鼠的自发精细行为进行深度解析。发现精细行为改变与小鼠的严重焦虑样行为、运动协调缺陷及学习记忆障碍相吻合。
上述研究中使用的 shMoSeq 为开源算法，需要使用者具备一定的编程能力。而一湾生命科技自主研发的 BehaviorAtlas 3D-AI 精细行为学分析系统，同样能够支持上述高精度行为学研究，并提供更便捷、一体化、本土化的解决方案。
SHANK3 基因编码突触后支架蛋白，其突变是自闭症谱系障碍（ASD）和 Phelan-McDermid 综合征的重要单基因病因。然而，传统行为学检测常依赖新异环境和厌恶性刺激（如强光、电击），而 Shank3 突变小鼠往往对环境高度敏感、活动度低，导致结果难以准确反映其真实行为表型。如何在不引入混杂因素的前提下精细刻画自发行为？
2025 年，瓯江实验室、温州医科大学谭涛团队在 Translational Psychiatry 发表研究，采用 MoSeq（Motion Sequencing）无监督行为音节分析，结合传统行为学范式，系统评估了纯合 R1117X Shank3 突变小鼠（Shank3）的行为表型。
实验分组为：野生型对照（WT）、纯合 R1117X Shank3 突变小鼠（Shank3），以及部分杂合子（Shank3-Het）。
研究发现，纯合突变小鼠在传统行为学中表现出感觉运动门控异常、运动协调障碍、痛觉迟钝、严重焦虑样行为（OFT 和 EPM 中中心/开臂探索显著减少），以及在巴恩斯迷宫、主动/被动回避、FED3 食物自给和 Morris 水迷宫中明确的学习记忆缺陷。而杂合子仅有轻度焦虑和部分认知异常，表型远弱于纯合子。
01
纯合 Shank3 突变小鼠存在感觉门控、运动协调、痛觉迟钝及严重焦虑样行为
研究者首先对纯合 Shank3 突变小鼠进行了一系列传统行为学测试（图 1A）。
在前脉冲抑制（PPI）测试中，虽然 Shank3 小鼠的声惊跳反应幅度显著低于 WT（图 1B），但其 PPI 百分比反而显著升高（图 1C），提示存在异常的感觉运动门控功能；听觉脑干反应（ABR）检测排除了听力异常的可能，因为 Shank3 小鼠仅对高频纯音更敏感而对常规 Click 刺激正常（图 1D）。
在转棒测试中，Shank3 小鼠的跌落潜伏期显著短于 WT（图 1E），表明运动协调能力受损；Von Frey 机械痛阈测试显示其缩爪阈值显著升高，即对疼痛不敏感。
在**旷场（OFT）和高架十字迷宫（EPM）**中，Shank3 小鼠表现出极显著的焦虑样行为：进入旷场中央区域和 EPM 开放臂的次数与时间均大幅减少，运动轨迹局限于外周区域（图 1G-J）。
在巴恩斯迷宫（BM）中，Shank3 小鼠训练逃避潜伏期几乎不随天数缩短，测试阶段对正确孔和错误孔的探索时间均显著低于 WT，轨迹显示活动极少、探索不足（图 1K-L）。
其移动速度在 OFT、EPM、BM 中均显著低于 WT，但在熟悉的家笼中速度正常（图 1M），证实运动障碍具有环境依赖性。
此外，Shank3 小鼠在旷场后期出现理毛增加，但大理石埋藏数量减少、管子测试胜率升高，这些更可能是焦虑所致活动减少的副产物；在强迫游泳和悬尾测试中，其静止潜伏期缩短但总静止时间无差异，提示动机或应激反应改变而非抑郁样行为。
杂合子（Shank3-Het）表现温和：转棒跌落潜伏期仅轻微下降、痛阈正常、理毛和埋藏变化不明显，但仍存在焦虑样行为（OFT 中心进入减少、EPM 开放臂进入减少），且巴恩斯迷宫学习曲线与 WT 无显著差异，整体表型远弱于纯合子。
02
纯合 Shank3 突变小鼠在多种学习记忆任务中表现出严重缺陷
由于纯合小鼠对新异环境高度焦虑且痛觉迟钝，传统巴恩斯迷宫和主动/被动回避可能不适合准确评估认知功能，研究者补充了家庭笼式的 FED3 食物自给任务和 Morris 水迷宫（MWM）。
在主动/被动回避测试中（图 2A-D），Shank3 小鼠对低强度电击的逃避潜伏期显著长于 WT，且即使在无电击测试阶段表现仍差，提示恐惧记忆提取受损。
被动回避任务中其逃避潜伏期始终更长，表明学习能力下降。
在 FED3 任务中（图 2E-H），WT 小鼠 3 天内即学会鼻触正确端口获取食物奖赏，而 Shank3 小鼠需要 7-9 天才达到相似水平，其正确鼻触次数持续低于 WT 且错误鼻触也更少，表明探索动机降低、学习速度显著减慢。
在 Morris 水迷宫中（图 2I-L），Shank3 小鼠未能形成稳定的空间记忆。
03
MoSeq 精细行为分析揭示：纯合 Shank3 突变小鼠“静止不动”增多、“低头运动”减少
为了在不依赖新异环境刺激的前提下客观评估自发行为，研究者将小鼠置于黑色圆形旷场中自由活动 60 分钟，通过深度相机（Kinect v2）记录并利用 MoSeq 无监督机器学习进行分析。
MoSeq 将小鼠行为分解为 71 个亚秒级“行为音节”，并基于使用频率差异训练分类器。
结果显示，基于 MoSeq 音节的分类器区分 Shank3 与 WT 的准确率高达 83.8%（图 3A-B），远高于仅使用位置、速度等传统特征的表现。
71 个音节经聚类分析归纳为 8 种行为亚型（图 3C-D），包括理毛、转头运动、低头运动、抬头迈步、弓背、静止不动、直立、抬头运动。
与 WT 相比，纯合 Shank3 突变小鼠在 8 种亚型中有 5 种出现显著差异：理毛、静止不动、抬头运动显著增加，而低头运动和直立显著减少（图 3E）。
其中，“静止不动”是上调最明显的亚型，反映小鼠在新异环境中因高度焦虑而冻结；“抬头运动”增加可能对应警觉性提高或探索模式改变；“直立”（靠后腿站立）减少则与空间认知能力受损相关；“低头运动”减少提示活动探索减少。
04
总结
本研究通过 MoSeq 无监督行为音节分析，在不依赖新异刺激的条件下，精准刻画了纯合 R1117X Shank3 突变小鼠的精细行为表型：静止不动和抬头运动增加，低头运动和直立减少，整体行为模式与严重焦虑、运动抑制和认知缺陷相吻合。
该研究不仅为 Shank3 相关神经发育障碍提供了更客观的行为学评价手段，也提示临床诊断中应考虑患者对新环境的焦虑影响，结合日常环境中的行为监测可提高评估准确性。
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BayOne 产品介绍
上述研究中使用的 MoSeq 为开源算法，需要使用者具备一定的编程和数据处理能力。而一湾生命科技自主研发的 BehaviorAtlas 3D-AI 小鼠精细行为分析系统，同样能够支持上述高精度行为学研究，并提供更便捷、一体化、本土化的解决方案。
BehaviorAtlas 3D-AI 动物行为分析系统是国内首家 3D-AI 精细行为学分析系统，可以在三维层面分析动物的精细行为；追踪 16+ 个身体点，实现行为全面量化；提取 40+ 种行为亚型，包括嗅探、梳理、跳跃等行为；计算 100+ 种参数，捕捉动物行为的每一个细节；输出专业级可视化图表，满足 SCI 论文发表要求。
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参考文献：
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Gao J, Wu S, Yang J, et al. Comprehensive behavioral characterization and impaired hippocampal synaptic transmission in R1117X Shank3 mutant mice. Transl Psychiatry. 2025;15(1):274. Published 2025 Aug 9. doi:10.1038/s41398-025-03505-1