Nature︱社交喜好由何决定?吴晓婷团队揭示vCA1区神经递质竞争机制

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《动物行为实验指南》共674页,涵盖了常见的实验动物,如小鼠、大鼠和斑马鱼,详细描述了每一种行为测试的实验设计、测试设备、实验流程、评估指标、预期结果、常见问题及解决方法、数据分析、模型应用与局限性等各个方面。它通过快速引导,帮助研究人员高效地掌握实验的每个阶段,减少了查阅文献和寻找方法的时间,成为各类科研人员的重要参考资料。


《动物行为实验指南》共计收录了16种动物行为类型,包括焦虑抑郁、学习记忆、痛觉、运动、恐惧、社交、癫痫、操作、成瘾、视觉、痒觉、味觉、嗅觉、睡眠、斑马鱼行为以及常见动物模型等内容。每一类动物行为下,都详细介绍了多个经典的实验范式,涵盖了超过100种实验方法。

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根据社交经验评估社交对象的情绪效价的能力,对于动物在其社交群体中的生存至关重要。尽管已有研究表明海马环路在区分新异和熟悉同类个体方面发挥作用,但目前尚不清楚社交效价是如何基于社交经历构建的,也不清楚在动态关系中情绪效价的高度灵活性背后的机制是什么。

基于此,2025年4月30日,西奈山伊坎医学院神经科学系吴晓婷研究团队在Nature杂志发表了“Serotonin and neurotensin inputs in the vCA1 dictate opposing social valence”揭示了vCA1中的5-羟色胺和神经降压素输入支配相反的社交效价

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腹侧CA1(vCA1)整合来自中缝背核的5-羟色胺(5-HT)输入以及来自丘脑室旁核(PVT)的神经降压素输入,从而决定对同类个体表征的正性或负性情绪效价。具体而言,在趋近性的社交互动过程中,5-HT被释放到vCA1中并通过5-HT1B受体解除对锥体神经元的抑制;而在回避性的社交互动中,神经降压素被释放并通过NTR1受体直接增强vCA1神经元的活性。利用光遗传学技术沉默中缝背核来源的5-HT输入或PVT来源的神经降压素输入,会分别损害vCA1中正性和负性社交效价的形成;而激活这些输入则可以灵活地切换效价的分配。这些结果表明,令人厌恶和带来奖赏的社交经历如何通过汇聚于vCA1的中缝背核5-HT信号和PVT神经降压素信号与同类身份相关联,从而指导相反的情绪效价。这一机制代表了一种用于灵活计算社交效价的突触“开关”。

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图一 抑制dCA2和vCA1会破坏社交记忆和社交效价

dCA2和vCA1对于区分新异与熟悉的同类个体至关重要,但它们是否参与社交表征的情绪效价关联仍不清楚。为了研究dCA2和vCA1在社交效价中的作用,作者在Amigo2-Cre小鼠的dCA2区或C57BL/6J小鼠的vCA1区表达了hM4Di病毒,然后在三种不同的社交记忆与效价测试前给予CNO或生理盐水。在社交记忆测试中,实验对象会接触到一个陌生和一个熟悉的同龄同性别同类个体,这些互动相对为中性。在以生理盐水处理作为自身对照的情况下,dCA2和vCA1表达hM4Di的小鼠表现出正常的社交记忆以及正性和负性社交效价分配,即它们更倾向于待在有陌生小鼠、非攻击者和潜在配偶所在的区域。然而,接受CNO处理的同一组hM4Di表达小鼠则表现出社交记忆与效价能力的受损。通过计算辨别分数进一步证实了当dCA2和vCA1神经元活动被抑制时,小鼠的社交记忆和效价均受到破坏。为了检验社交效价测试是否主要由与繁殖相关的行为驱动,评估了实验对象在杯子下方接触雄性或雌性小鼠的时间。正如生理盐水处理一样,在hM4Di vCA1组中给予CNO处理并未降低实验对象对雌性所在区域的偏好。此外,在hM4Di介导的vCA1抑制后,雌性小鼠从雄性伴侣一侧逃离的次数没有显著差异,这表明阳性社交效价测试不影响固有的性行为。结果表明,dCA2和vCA1编码的信息对正性和负性社交效价的关联都很重要,但也有可能是同类身份记忆的损伤间接影响了效价判断。为了识别与dCA2和vCA1形成单突触连接的脑区使用了单突触狂犬病病毒示踪技术,结果显示两个起始区域都标记了内侧隔核、以及中缝正中核等。而与vCA1存在直接连接的脑区仅包括丘脑室旁核前部(aPVT)和中缝背核。仅在厌恶性互动后,aPVT和中缝正中核中tdTomato阳性细胞数量增加;而在奖赏性互动后,仅中缝背核中此类细胞数量增加。

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图二 DR与PVT对vCA1的输入双向调控社交效价

为了探究不同的输入路径是否能够赋予相反的社交效价,作者采用了病毒交叉化学遗传学方法以实现对特定投射的操控。由于DR主要投射至腹侧海马,在vCA1中注射了表达Cre重组酶的CAV2-Cre病毒,并在DR中注射了Cre依赖性抑制性病毒AAV-DIO-hM4Di-mCh。在两个对照组中,接受hM4Di表达并给予生理盐水处理的小鼠,或者仅表达mCh蛋白并接受生理盐水或CNO处理的小鼠,均表现出正常的社交记忆、负性社交效价和正性社交效价。相反,在接受CNO处理的hM4Di小鼠中,正性社交效价受损,而社交记忆和负性社交效价未受影响。通过hM4Di介导沉默vCA1投射的DR神经元并未改变基础社交性行为。由于已有研究表明vCA1参与非社交性效价关联,这可能间接影响社交效价判断,因此进一步测试了抑制DR到vCA1通路是否会引发条件性位置偏好(CPP)或厌恶反应。结果显示,hM4Di介导的vCA1投射DR细胞的沉默并未影响非社交性的奖赏或厌恶反应,因为实验小鼠在与CNO或生理盐水配对的区域中停留时间相当。在mCh对照组中,CNO处理对社交性行为或CPP均无显著影响。为了识别介导负性社交效价的输入路径,基于示踪实验中发现的连接模式,采用相同的病毒交叉策略,分别操控中缝正中核到dCA2、团聚核到vCA1以及aPVT到vCA1的投射。抑制中缝正中核到dCA2的投射损害了社交记忆,但不影响社交性行为;而沉默团聚核到vCA1的投射则对社交记忆、社交效价和社交性行为均无显著影响。相比之下,通过hM4Di介导沉默aPVT到vCA1的投射,特异性地破坏了负性社交效价而不影响社交记忆和正性社交效价。在接受hM4Di并给予生理盐水处理的小鼠,或在mCh对照组中给予CNO处理的小鼠中,均未观察到对社交记忆或效价的影响。无论是在hM4Di还是mCh表达组中,对vCA1投射的aPVT神经元的操控均未影响基础社交性行为或CPP。综上所述,正性和负性社交效价信息通过DR和PVT输入汇聚于vCA1,从而实现了对社交情绪效价的双向调控。

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图三 DR来源的5-HT和PVT来源的NT在vCA1中的释放可诱导相反社交效价

为了验证是否可以反转社交效价的极性,在Sert-Cre小鼠的DR 5-HT神经元中表达了Cre依赖性的ChR2-mCh光敏蛋白。当在“攻击者互动”过程中刺激DR到vCA1的5-HT输入时,在随后的效价测试中,小鼠对“非攻击者”的偏好被破坏;而在无光刺激的情况下,这种偏好是正常的。由于在厌恶性社交互动中NT仍会释放,因此有可能是5-HT与NT信号之间存在冲突,从而导致了“行为受损”表型。阻断NT信号可能使效价天平向正性方向偏移。在厌恶性社交互动中同时给予NTR1拮抗剂(SR48692)与5-HT释放,能够完全反转社交效价;而在无光刺激的情况下仅给予NTR1拮抗剂则会抑制正性社交效价。在整个社交性行为测试和社交记忆测试期间释放5-HT并未引起明显的行为变化,同样地,这种操控也未显著影响RTPP(条件性位置偏好),也不影响雄性和雌性的性行为。作者在NT-Cre小鼠的aPVT中表达Cre依赖的ChR2-mCh,并在vCA1附近植入光纤。当关闭光源时,注射生理盐水的小鼠表现出正常的正性社交效价;而如果在趋近性社交互动中激活vCA1中的NT输入则会损害正性效价。此外,在奖赏性社交互动中同时给予5-HT1BR拮抗剂(5-HT1BR-A)并激活NT释放,可以反转社交效价;而在无光刺激条件下单独给予5-HT1BR拮抗剂只会破坏正性社交效价。将NT释放到vCA1中并不影响社交性、社交记忆、RTPP或焦虑水平。这些结果还表明5-HT和NT分别诱导相反的效价信号,它们在vCA1中被整合以计算最终的社交效价。当两者同时存在时,反而会削弱正性和负性效价的分配。接下来,进一步探讨是否可以通过操控5-HT和NT信号,为一个原本中性的社交刺激赋予情绪效价,让实验动物在两个独立舱室中分别与两只新异小鼠进行互动,其中仅在一个舱室中配对光刺激,5分钟后在无刺激条件下测试记忆。为了评估效价是否真正关联于同类个体而非空间本身,在一半的试验中交换了光刺激配对小鼠的位置。在第1次实验中关闭光源时,Sert-Cre小鼠在第2次实验中对两个熟悉的罩下小鼠没有表现出偏好;然而,若在初次互动中激活vCA1中的5-HT输入,则在随后的记忆测试中会对之前与光刺激配对的小鼠产生偏好。光刺激与物体的配对在后续记忆测试中并未引发偏好。为了检验NT的释放是否也能为原本较为中性的刺激赋予负性社交效价,在相同实验设置中操控NT释放。激活vCA1中的NT输入会导致小鼠在第二次测试中回避此前与光刺激配对的小鼠,但对物体并无类似反应。鉴于自闭症谱系障碍(ASD)患者常表现出社交认知能力的缺陷,进一步探讨是否可以利用上述发现来特异性恢复杂合Shank3Δ4-22+/-小鼠的正性社交效价。由于Shank3Δ4-22−/−小鼠的社交性行为并未受损,但Shank3突变已被证明会破坏社交记忆,推测Shank3Δ4-22+/−小鼠也会表现出类似的缺陷。在向vCA1注射生理盐水后,Shank3Δ4-22+/−小鼠与其野生型同胞均表现出正常的社交性行为,且该行为不受5-HT1BR激动剂CP93129的影响。相比之下,Shank3Δ4-22+/−小鼠的社交记忆显著低于野生型对照组,且CP93129注射未能改善这一缺陷。为了确保5-HT1BR仅在趋近性而非中性社交互动中被激活,在注射CP93129后立即进行中性社交互动测试。15分钟后再让小鼠进行趋近性社交互动,并随后测试其社交效价。5-HT1BR激动剂的注射成功恢复了Shank3Δ4-22+/−小鼠的正性社交效价,使其达到与野生型小鼠相当的水平。


总结


作者识别出一种神经竞争机制的生理相关性,该机制能够灵活地进行情绪效价的关联,并整合个体的社交经历。研究结果提示,未来对汇聚式神经环路中多个神经调质系统的同步探索不仅有助于深入理解复杂的社交行为,还可能揭示潜在的治疗靶点:如5-HT1BR和NTR1,这些靶点有望用于改善自闭症谱系障碍和精神分裂症等神经精神疾病中的社交认知缺陷。



文章来源
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https://doi.org/10.1038/s41586-025-08809-2