2025年4月23日，波士頓兒童醫(yī)院張毅教授在Science Advances發(fā)表：A molecularly defined mPFC-BLA circuit specifically regulates social novelty preference，揭示了內(nèi)側(cè)前額葉皮層到基底外側(cè)杏仁核的神經(jīng)回路特異性調(diào)控社交新穎性偏好。

社交新穎性偏好是社交互動中評估新威脅和生存機(jī)會的重要方面，但其背后的神經(jīng)機(jī)制尚不清楚。作者鑒定了一種內(nèi)側(cè)前額葉皮層（mPFC）興奮性神經(jīng)元亞型，位于第5層并表達(dá)Il1rapl2基因。該基因在全基因組關(guān)聯(lián)研究中與社交缺陷障礙高度相關(guān)，并可能負(fù)責(zé)調(diào)控社交新穎性偏好。通過使用Il1rapl2-Cre小鼠品系，發(fā)現(xiàn)化學(xué)遺傳學(xué)激活mPFC中表達(dá)Il1rapl2的神經(jīng)元會損害社交新穎性偏好，但對社交能力的影響很小。此外，光纖記錄表明，當(dāng)小鼠與陌生而非熟悉的小鼠互動時，這種神經(jīng)元亞型會被抑制。進(jìn)一步的病毒示蹤和末端操作揭示了投射到基底外側(cè)杏仁核（BLA）的Il1rapl2+神經(jīng)元介導(dǎo)了社交新穎性偏好。因此，作者的研究揭示了mPFC-BLA神經(jīng)回路，該回路特異性地調(diào)控社交新穎性偏好，強(qiáng)調(diào)了特定神經(jīng)元亞型和回路可以調(diào)節(jié)社交行為的不同方面。

 圖一 Il1rapl2標(biāo)記了mPFC第5層的IT神經(jīng)元亞型 

盡管內(nèi)側(cè)mPFC長期以來被認(rèn)為在編碼社交行為中起重要作用，但由于該腦區(qū)神經(jīng)元的極大異質(zhì)性，目前尚不清楚mPFC的不同神經(jīng)元亞型是否能夠編碼社交行為的不同方面，例如社交能力和社交新穎性偏好。通過進(jìn)行單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組分析，作者之前將小鼠mPFC的興奮性神經(jīng)元分為13個主要亞型（Exc_1至Exc_13），包括皮層內(nèi)投射（IT）、皮層外投射（ET）和皮層丘腦投射（CT）神經(jīng)元。為了確定這13種神經(jīng)元亞型中哪些可能與特定的精神疾病相關(guān)，通過比較出生后第21天（p21）和第60天（p60）mPFC的單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)，計算了每個亞型中差異表達(dá)的全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）候選基因的數(shù)量。這一分析鑒定出Exc_8和Exc_13是與自閉癥和雙相情感障礙相關(guān)的、具有最多差異表達(dá)GWAS基因的神經(jīng)元亞型，這兩種綜合征以社交缺陷作為疾病的標(biāo)志之一。Il1rapl2或Foxp2分別在這兩種神經(jīng)元亞型中富集表達(dá)。熒光原位雜交結(jié)果顯示Il1rapl2絕大多數(shù)信號集中在第5層（L5），約98%的Il1rapl2+神經(jīng)元是谷氨酸能神經(jīng)元。此外，約90%的Il1rapl2+神經(jīng)元與第5層標(biāo)志物ETS變體轉(zhuǎn)錄因子1（Etv1）重疊。smFISH顯示，Il1rapl2與Tshz2或Pou3f1幾乎沒有共定位。此外，Il1rapl2與第6層CT神經(jīng)元標(biāo)志物Foxp2幾乎沒有重疊。綜上所述，表達(dá)Il1rapl2的神經(jīng)元代表了mPFC中新的第5層谷氨酸能神經(jīng)元亞型。由于mPFC中的Il1rapl2+第5層IT神經(jīng)元和Foxp2+第6層CT神經(jīng)元在雙相情感障礙和自閉癥中均具有最多的差異表達(dá)GWAS基因，它們可能參與調(diào)控社交行為的某些方面。

 圖二 mPFC中Il1rapl2+神經(jīng)元的過度激活會破壞社交新穎性偏好 

為了分析mPFC中Il1rapl2+第5層神經(jīng)元和Foxp2+第6層神經(jīng)元是否參與社交行為，作者操控這兩種神經(jīng)元亞型活動的小鼠中進(jìn)行了三箱社交互動測試。在社交行為測試前30分鐘腹腔注射CNO以激活或抑制mPFC中的Foxp2+神經(jīng)元。在經(jīng)典的三箱社交互動測試中，小鼠經(jīng)歷了10分鐘的習(xí)慣化階段、10分鐘的社交能力階段和10分鐘的社交新穎性偏好階段，而社交新穎性偏好通過興趣從熟悉的社交刺激轉(zhuǎn)向新的社交刺激來衡量。結(jié)果表明，激活或抑制mPFC中的Foxp2+神經(jīng)元均未影響社交行為，這表明mPFC中的Foxp2+神經(jīng)元不參與社交行為。作者利用Il1rapl2-Cre轉(zhuǎn)基因小鼠品系探究mPFC的Il1rapl2+神經(jīng)元是否在調(diào)控社交行為中起因果作用。三箱社交行為測試表明，雄性小鼠中mPFC的Il1rapl2+神經(jīng)元的化學(xué)遺傳學(xué)激活破壞了社交新穎性偏好，但對社交能力幾乎沒有影響。然而，化學(xué)遺傳學(xué)抑制mPFC的Il1rapl2+神經(jīng)元既不影響社交新穎性偏好，也不影響社交能力。無論是化學(xué)遺傳學(xué)激活還是抑制均未影響運(yùn)動行為。由于社交行為表現(xiàn)出性別差異，作者在雌性小鼠中重復(fù)了測試，并觀察到類似的結(jié)果，這表明mPFC的Il1rapl2+神經(jīng)元在社交新穎性調(diào)控中沒有性別偏向性。

綜上所述，mPFC的Il1rapl2+神經(jīng)元的激活足以破壞雄性和雌性小鼠的社交新穎性偏好。由于社交新穎性偏好反映了社交記憶，接下來探究mPFC的Il1rapl2+神經(jīng)元是否也調(diào)控其他類型的記憶，例如工作記憶或關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)記憶。為此，進(jìn)行了新物體識別測試和線索恐懼條件反射記憶測試，發(fā)現(xiàn)mPFC的Il1rapl2+神經(jīng)元的化學(xué)遺傳學(xué)激活不會影響物體新穎性記憶或線索恐懼條件反射記憶。綜上所述，mPFC的Il1rapl2+神經(jīng)元特異性調(diào)控社交新穎性記憶，而不調(diào)控工作記憶或關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)記憶。

 圖三 mPFC中的Il1rapl2+神經(jīng)元對社交行為作出響應(yīng) 

為了評估m(xù)PFC第5層Il1rapl2+神經(jīng)元在社交互動中的動態(tài)活動，特別是與熟悉或陌生小鼠互動時的活動，作者使用光纖記錄監(jiān)測了其實(shí)時神經(jīng)活動變化。將白GCaMP7s病毒注射到Il1rapl2-Cre小鼠的mPFC中，并在病毒注射部位上方植入了一根光纖。手術(shù)三周后，在家籠中進(jìn)行與熟悉或陌生小鼠互動時記錄。結(jié)果表明，當(dāng)小鼠開始與陌生小鼠互動時，mPFC中Il1rapl2+神經(jīng)元的Ca2+信號立即下降，但在與熟悉小鼠或空杯子互動時未觀察到這種現(xiàn)象。為了量化不同事件中Il1rapl2+神經(jīng)元的活動，對每只動物的鈣信號進(jìn)行了平均，并觀察到與陌生小鼠互動開始后，前后的峰值平均信號顯著下降；而當(dāng)與陌生小鼠的互動結(jié)束時，mPFC中Il1rapl2+神經(jīng)元的活動立即增加，但與熟悉小鼠互動時活動增加較少，與空籠子互動時則沒有顯著變化。綜上所述，Il1rapl2+神經(jīng)元對陌生小鼠表現(xiàn)出特異性反應(yīng)，而對熟悉小鼠或空籠子則無此反應(yīng)，并且其神經(jīng)活動在與陌生小鼠互動時顯著下降。

 圖四 Il1rapl2+神經(jīng)元通過投射到BLA調(diào)控社交新穎性偏好 

接下來，作者通過光遺傳學(xué)操控mPFC Il1rapl2+神經(jīng)元的terminal研究其投射到PT或BLA的功能是否在介導(dǎo)社交新穎性偏好中起重要作用。鑒于Il1rapl2+神經(jīng)元在調(diào)控社交互動中未表現(xiàn)出性別差異，為簡化實(shí)驗，選擇了雄性小鼠進(jìn)行光遺傳學(xué)操控。將AAV-DIO-ChR2-eYFP或AAV-DIO-eNpHR-eYFP注射到Il1rapl2-Cre小鼠的mPFC中，并在PT或BLA植入光纖，小鼠接受了社交行為測試。發(fā)現(xiàn)光遺傳學(xué)激活mPFC-BLA回路（而非mPFC-PT回路）僅破壞了社交新穎性偏好。然而，光遺傳學(xué)抑制mPFC-BLA Il1rapl2+投射并未顯著改變社交新穎性偏好。無論是光遺傳學(xué)激活還是抑制均未影響運(yùn)動行為。此外，在分析與陌生小鼠互動后mPFC和BLA中c-Fos的表達(dá)時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)接近陌生小鼠時，mPFC和BLA神經(jīng)元協(xié)同受到抑制，表現(xiàn)為c-Fos+神經(jīng)元數(shù)量減少。為了排除PFC-BLA回路對社交選擇可能產(chǎn)生的次級焦慮效應(yīng)，作者進(jìn)行了高架O迷宮實(shí)驗以確定PFC-BLA回路操控是否影響焦慮。

結(jié)果表明，激活mPFCIl1rapl2-BLA回路不會影響焦慮。mPFC Il1rapl2+到BLA的投射負(fù)責(zé)mPFC Il1rapl2+神經(jīng)元的社交新穎性偏好功能。接下來還發(fā)現(xiàn)mPFC Il1rapl2+神經(jīng)元的突觸前末梢主要分布在Slc17a7+神經(jīng)元周圍。上述結(jié)果表明，mPFC Il1rapl2+神經(jīng)元的過度激活可能會進(jìn)一步激活BLA的谷氨酸能神經(jīng)元，從而損害社交新穎性偏好。作者的研究揭示了一個具有腦區(qū)、回路和神經(jīng)元亞型特異性的社交新穎性偏好的神經(jīng)回路，為特定mPFC神經(jīng)元亞型和回路可以調(diào)控社交行為不同方面提供了直接證據(jù)。

文章來源10.1126/sciadv.adt9008

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