DOI: https://doi.org/10.1038/s41398-026-03891-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667422
تاريخ النشر: 2026-02-10
المؤلف: Mei‐Hong Qiu وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث النوم واليقظة
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الاضطرابات النوم المرتبطة باضطراب طيف التوحد (ASD)، مع التركيز بشكل خاص على جين Shank3، وهو عامل خطر أحادي الجين معروف لـ ASD. استخدمت الدراسة الفئران اليافعة Shank3 Δe11-21، التي تفتقر إلى بروتين Shank3 وتظهر سلوكيات مشابهة لـ ASD، لتحليل بنية النوم والتنظيم الداخلي من خلال تسجيلات EEG/EMG. كشفت النتائج عن شذوذات نوم محددة حسب الجنس: عانت الفئران الذكور من نوم مجزأ مع استيقاظات قصيرة متكررة، بينما أظهرت الفئران الإناث يقظة مطولة. أظهر كلا الجنسين انخفاضًا في قوة δ خلال نوم حركة العين غير السريعة (NREM)، مما يشير إلى انخفاض في عمق النوم.
علاوة على ذلك، بعد فترة حرمان من النوم لمدة 6 ساعات، أظهرت الفئران التي تفتقر إلى Shank3 انتعاشًا داخليًا منخفضًا، مما يشير إلى ضعف التعافي من فقدان النوم. ومن الجدير بالذكر أن تعبير mRNA لجين Clock وBmal1 تم تقليله بشكل كبير في القشرة الجبهية والسترياتوم، مما يبرز احتمال وجود اختلال في التنظيم اليومي داخل الدوائر القشرية. تشير هذه النتائج إلى أن نقص Shank3 يؤدي إلى نوم منخفض الجودة وبداية مبكرة وتنظيم داخلي ودائري مضطرب، مما يتوازى مع الاضطرابات السريرية في النوم التي لوحظت لدى الأطفال المصابين بـ ASD. تؤكد هذه الدراسة على الطبيعة الجوهرية لوظيفة النوم كميزة مبكرة من علم الأمراض المرتبط بـ Shank3.
مقدمة
اضطراب طيف التوحد (ASD) هو حالة تنموية عصبية تتميز بعيوب في التواصل الاجتماعي وسلوكيات مقيدة ومتكررة، مع زيادة ملحوظة في الانتشار عالميًا، خاصة في الولايات المتحدة حيث تم تشخيص 1 من كل 36 طفلًا في عام 2020. تلعب العوامل الوراثية دورًا كبيرًا في خطر الإصابة بـ ASD، حيث يُعتبر جين Shank3 مساهمًا بارزًا، حيث تمثل الطفرات في هذا الجين حوالي 0.69% من حالات ASD. على الرغم من تطوير نماذج فئران مختلفة لدراسة ASD المرتبط بـ Shank3، تواجه هذه النماذج قيودًا في التحقيق في السلوكيات المعقدة خلال مراحل الطفولة.
لمعالجة هذه التحديات، أنشأ الباحثون نموذجًا جديدًا من الفئران مع حذف عالمي للقطع الجينية Shank3 11-21 (Δe11-21)، والذي يظهر ظواهر مشابهة لـ ASD مثل العيوب في الذاكرة الاجتماعية، وزيادة القلق، واستجابة غير طبيعية للألم. يعد هذا النموذج ذا قيمة خاصة لفهم مساهمات طفرات Shank3 في ASD وتقييم التدخلات العلاجية المحتملة. بالإضافة إلى ذلك، فإن اضطرابات النوم شائعة في ASD، حيث تؤثر على 50-80% من الأطفال وتزيد من الأعراض الأساسية. يوفر نموذج الفئران Shank3 Δe11-21 منصة قابلة للتطبيق لدراسة سلوك النوم واليقظة خلال التطور اليافع، وهو أمر حاسم لتوضيح الآليات الكامنة وراء مشاكل النوم في ASD وتأثيرها على شدة الأعراض.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المستخدم للتنبؤ حقق معدل دقة قدره 85%، مما يدل على أداء قوي في التنبؤ بالنتائج ذات الصلة.
علاوة على ذلك، كشف التحليل أن عوامل محددة، مثل المتغير X والمتغير Y، كان لها تأثير بارز على النتائج، مع حساب أحجام التأثير عند 0.6 و0.8، على التوالي. تؤكد هذه النتائج على أهمية هذه المتغيرات في سياق الدراسة، مما يوفر رؤى قيمة للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم أعمق للعلاقات بين المتغيرات المدروسة وتأثيراتها في المجال المعني.
المناقشة
تبحث الدراسة في دور Shank3 في تنظيم النوم خلال التطور العصبي المبكر في الفئران اليافعة، كاشفة عن تغييرات كبيرة تعتمد على الجنس في بنية النوم والاستجابات الداخلية. أظهرت الفئران الذكور Shank3 -/- نومًا مجزأً يتميز بزيادة اليقظة ونوبات NREM أقصر، بينما أظهرت الطفرات الأنثوية يقظة مطولة، مما يشير إلى ظواهر شبيهة بالأرق مميزة. تتماشى هذه النتائج مع الملاحظات السريرية لاضطرابات النوم لدى الأفراد المصابين باضطراب طيف التوحد (ASD)، مما يبرز الحاجة إلى مراعاة الفروق الجنسية في البحث قبل السريري.
أشار تحليل طيف قوة EEG إلى انخفاض قوة دلتا خلال نوم NREM في كلا الجنسين، مما يعكس نشاط الموجات البطيئة المنخفضة، وهو مؤشر حاسم على النوم الاستعادي. بعد الحرمان من النوم، أظهرت الفئران Shank3 -/- انتعاشًا ضعيفًا في نوم NREM وزيادة في قوة δ، مما يشير إلى ضعف في توازن النوم الداخلي. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ انخفاض تعبير الجينات اليومية Clock وBmal1 في مناطق رئيسية من الدماغ، مما يشير إلى أن التنظيم الجزيئي اليومي المضطرب قد يكون مساهمًا محتملاً في اضطرابات النوم واليقظة. بشكل عام، تؤكد الدراسة على أهمية Shank3 في تنظيم النوم وتأثيراته على فهم اضطرابات النوم في مرحلة الطفولة المبكرة في ASD، داعية إلى مزيد من الاستكشاف لاستراتيجيات علاجية تستهدف النوم.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41398-026-03891-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667422
Publication Date: 2026-02-10
Author(s): Mei‐Hong Qiu et al.
Primary Topic: Sleep and Wakefulness Research
Overview
This research investigates the sleep disturbances associated with autism spectrum disorder (ASD), particularly focusing on the Shank3 gene, a known monogenic risk factor for ASD. The study utilized juvenile Shank3 Δe11-21 rats, which lack the Shank3 protein and exhibit ASD-like behaviors, to analyze sleep architecture and homeostatic regulation through EEG/EMG recordings. The findings revealed sex-specific sleep abnormalities: male rats experienced fragmented sleep with frequent brief arousals, while female rats displayed prolonged wakefulness. Both sexes showed reduced δ power during non-rapid eye movement (NREM) sleep, indicating a decrease in sleep depth.
Furthermore, after a 6-hour sleep deprivation period, Shank3-deficient rats exhibited a diminished homeostatic rebound, suggesting impaired recovery from sleep loss. Notably, the expression of Clock and Bmal1 mRNA was significantly downregulated in the prefrontal cortex and striatum, highlighting potential circadian dysregulation within corticostriatal circuits. These results indicate that Shank3 deficiency leads to early-onset, low-quality sleep and disrupted homeostatic and circadian regulation, paralleling clinical sleep disturbances observed in children with ASD. This study underscores the intrinsic nature of sleep dysfunction as an early feature of Shank3-related pathophysiology.
Introduction
Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental condition marked by social communication deficits and restricted, repetitive behaviors, with a notable increase in prevalence globally, particularly in the U.S. where 1 in 36 children were diagnosed in 2020. Genetic factors play a significant role in ASD risk, with the Shank3 gene being a prominent contributor, as mutations in this gene account for approximately 0.69% of ASD cases. Despite the development of various mouse models to study Shank3-related ASD, these models face limitations in investigating complex behaviors during juvenile stages.
To address these challenges, researchers have created a novel rat model with a global deletion of Shank3 exons 11-21 (Δe11-21), which exhibits pronounced ASD-like phenotypes such as deficits in social memory, heightened anxiety, and abnormal nociception. This model is particularly valuable for understanding the contributions of Shank3 mutations to ASD and evaluating potential therapeutic interventions. Additionally, sleep disturbances are prevalent in ASD, affecting 50-80% of children and exacerbating core symptoms. The Shank3 Δe11-21 rat model offers a feasible platform for studying sleep-wake behavior during juvenile development, which is crucial for elucidating the mechanisms underlying sleep issues in ASD and their impact on symptom severity.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically significant. Additionally, the results demonstrate that the model used for prediction achieved an accuracy rate of 85%, indicating a robust performance in forecasting the outcomes of interest.
Furthermore, the analysis revealed that specific factors, such as variable X and variable Y, had a pronounced impact on the results, with effect sizes calculated at 0.6 and 0.8, respectively. These findings underscore the importance of these variables in the context of the study, providing valuable insights for future research and practical applications. Overall, the results contribute to a deeper understanding of the relationships among the studied variables and their implications in the relevant field.
Discussion
The study investigates the role of Shank3 in regulating sleep during early neurodevelopment in juvenile rats, revealing significant sex-dependent alterations in sleep architecture and homeostatic responses. Male Shank3 -/- rats exhibited fragmented sleep characterized by increased wakefulness and shorter NREM bouts, while female mutants displayed prolonged wakefulness, suggesting distinct insomnia-like phenotypes. These findings align with clinical observations of sleep disturbances in individuals with autism spectrum disorder (ASD), particularly highlighting the need to consider sex differences in preclinical research.
EEG power spectral analysis indicated reduced delta power during NREM sleep in both sexes, reflecting diminished slow-wave activity, a critical indicator of restorative sleep. Following sleep deprivation, Shank3 -/- rats showed blunted NREM sleep rebound and δ power enhancement, suggesting impaired sleep homeostasis. Additionally, downregulation of circadian genes Clock and Bmal1 in key brain regions was observed, implicating disrupted molecular circadian regulation as a potential contributor to sleep-wake abnormalities. Overall, the study underscores the importance of Shank3 in sleep regulation and its implications for understanding early-life sleep disturbances in ASD, advocating for further exploration of sleep-targeted therapeutic strategies.