社交探究行為是一種復雜的、理解周圍世界所必需的行為，在一些主要神經精神疾病中該行為會受損。然而，目前尚不清楚這種社交探究行為是否以及如何由特定類型的皮層神經元編碼。

基于此，2025年6月5日，華中科技大學魯友明教授，劉丹教授以及杜會蕓教授研究團隊在Science Advances雜志發表了“A cell-type–specific epigenetic mechanism encodes social investigatory behavior via Lrhcn1 and Hcn1”揭示了一種細胞類型特異性的表觀遺傳機制通過Lrhcn1和Hcn1編碼社交探究行為。

在此，作者開發了一種基于計算機視覺的工具來追蹤未受訓練小鼠的社交行為，并將其分為高社交狀態和低社交狀態。結合了基因指導的TRAP2策略與單細胞鈣成像技術，發現前邊緣皮層第5層中表達5-羥色胺受體2c（Htr2c）的神經元活動動態編碼了高社交狀態。作者發現了一個長鏈非編碼RNALrhcn1控制Hcn1基因的轉錄，調控Htr2c神經元群體的活動并促進社交探究行為。Htr2c神經元直接且功能性地投射到下丘腦核團中的誘導型一氧化氮合酶（Nos1）神經元。功能獲得和功能缺失研究證明，這一投射專門處理社交信息的傳遞。

 圖一 社交探究行為激活Htr2c神經元 

作者首先使用三箱互動范式分析了個體年輕成年未受訓練的C57BL/6品系雄性小鼠的社交行為。實驗將測試箱分為三個區域：包含新同種小鼠的社交互動區、中性區，以及包含新玩具小鼠的物體互動區。分析了總互動時間、與新同種小鼠的總嗅探時間以及在社交區停留的總時間。基于這三個參數，開發了一種計算機視覺工具，并據此將實驗小鼠分為高社交性（HS）、低社交性（LS）和中等社交性（MS）三組。為了最大化社交行為差異，僅選擇HS和LS組進行研究。結果顯示，HS小鼠在互動、嗅探以及社交區停留的時間均顯著高于LS小鼠，并且其在社交區的時間與在物體區或中性區的時間呈負相關。作者將三箱實驗視頻導入計算機，通過分析小鼠在這三個子區域所處的幀數，發現HS小鼠比LS小鼠更長時間接近新同種小鼠而非玩具小鼠。此外，在獎勵競爭測試中，HS小鼠表現出更強的競爭努力。所有社交分組的小鼠在三箱測試中的移動距離、運動時間和靜止時間無顯著差異，并且它們在曠場測試和高架十字迷宮任務中的表現也相似。為了探索社交探究行為所需的關鍵神經元群體，對HS小鼠中被激活的神經元進行了標記，以便比較這些神經元在社交探究過程中的潛在反應。結果顯示，與沒有社交對象的對照組相比，LS和HS小鼠在多個與社交互動和決策相關的腦區（如內側前額葉皮層、伏隔核、腹側被蓋區）以及與社交動機和攻擊性有關的區域（如未定帶和基底外側杏仁核）中產生了更多的TRAP2標記或激活的神經元。由于在HS小鼠的前邊緣皮層第5層（PrL5）中激活的神經元數量顯著高于LS小鼠，將研究重點聚焦于這一腦區。RNA測序分析顯示，前額葉皮層中約80%的神經元表達鈣/鈣調素依賴蛋白激酶IIα（Camk2α）和溶質載體家族17成員7（Slc17a7），僅有少數（約25%）表達囊泡谷氨酸轉運蛋白2（VGLUT2）。作者共鑒定出10個不同的細胞簇，這些細胞都富集表達Camk2α和Snap25，屬于神經元類型。其中，5-羥色胺受體2c（Htr2c）被歸類為第9簇的標志基因，它主要與CTIP2共表達，將這類神經元命名為Htr2c神經元。值得注意的是，TRAP2標記的Htr2c神經元數量與社交探究行為高度相關，且HS小鼠中TRAP2標記的CTIP2神經元水平也更高。Htr2c神經元表達VLGUT2，占所有VGLUT2神經元的23%。綜上所述，這些數據表明Htr2c神經元是PrL5中的一種興奮性谷氨酸能神經元亞型，它們在社交探究行為中被激活。

 圖二 Htr2c神經元的激活介導了社交探究行為 

接下來，作者通過向Htr2c-FLP小鼠的前邊緣皮層第5層（PrL5）注射rAAV2/9病毒，從而在Htr2c神經元中表達hM4Di。電生理記錄證實了局部應用CNO能高效抑制Htr2c神經元的動作電位發放。在行為實驗前90分鐘，小鼠被給予CNO或生理鹽水。結果顯示，注射CNO顯著降低了社交探究持續時間，而生理鹽水則無此效應。與對照組相比，接受CNO處理的Htr2c-hM4Di小鼠在社交性方面的表現，即探索同類個體的時間占總探索時間的比例明顯下降。與對社交探究的特異性抑制一致，CNO處理并未改變小鼠對物體的探究行為。Htr2c神經元的失活并未引起運動能力的顯著變化，各組小鼠在活動時間和移動距離上基本一致。利用光遺傳學方法，也得到了與化學遺傳學抑制類似的結果：社交探究時間顯著減少。由于前邊緣皮層神經元還通過與杏仁核的功能連接參與恐懼和焦慮等情緒反應，進一步檢測了CNO處理后的Htr2c-hM4Di小鼠的焦慮樣行為，結果發現其在曠場和高架十字迷宮測試中的表現未受影響。此外，前邊緣皮層神經元也被認為參與新奇探索行為的調控。為了明確Htr2c神經元的激活是否僅特異于社交探究，還是也參與對非生物物體的探索，進行了新物體識別實驗，將同種小鼠替換為新物體，并比較小鼠在首次接觸新物體和再次接觸熟悉物體時的行為差異。結果顯示，無論注射CNO還是生理鹽水，小鼠在熟悉階段的新奇偏好指數均較新奇階段下降，表明Htr2c神經元失活不影響新奇探索行為。這些數據共同表明，Htr2c神經元特異性地編碼社交探究的動機信號。接下來在LS小鼠的Htr2c神經元中表達hM3Dq病毒并在其自然飼養環境中觀察其行為表現。記錄了注射CNO后6小時內小鼠在家中籠子內的自發行為，以篩查其自然行為模式并分析運動能力和身體狀態。結果顯示，注射CNO的小鼠在移動距離和活動時間方面與注射生理鹽水的小鼠沒有差異。隨后，在適應10分鐘后，在曠場中觀察小鼠的社交探究行為。數據顯示，化學遺傳學激活Htr2c神經元可顯著提高LS小鼠的社交探究頻率和持續時間。這種增加并非單純因為社交啟動潛伏期縮短，因為它們對同一環境中的物體探究行為未發生變化。為進一步研究Htr2c神經元在社交探究中的作用，還評估了在自然家籠環境中操控Htr2c神經元是否會影響HS與LS小鼠的社交行為。連續監測了HS和LS小鼠在家庭籠中48小時的行為表現。結果顯示，抑制Htr2c神經元選擇性地降低了HS小鼠社交行為成分的表現，而激活Htr2c神經元則提升了LS小鼠的社交探究水平。綜合在實驗條件和自然條件下對HS和LS小鼠進行的功能獲得與功能缺失研究結果表明，Htr2c神經元的激活既是對社交探究動機的充要條件。

 圖三 Htr2c→SUM投射介導社交探究行為 

為了系統性地鑒定Htr2c神經元的下游突觸靶點，作者首先通過光遺傳學刺激Htr2c神經元，在全腦范圍內篩查被激活的神經元。將rAAV9/2-hSyn-fDIO-ChR2-GFP病毒顆粒注射到Htr2cFLP::TRAP2Ai14小鼠的前邊緣皮層第5層，使Htr2c神經元中表達ChR2-E123A。在光刺激后注射4-OHT，發現被Htr2cChR2神經元激活的神經元主要集中在SUM、VTA和MRT，而在其他腦區則未見明顯激活。接下來，針對Htr2c神經元在社交探究行為中的神經投射進行了光遺傳學研究。將rAAV2/9-hSyn-fDIO-ChR2病毒注射到PrL5區域，并將光纖植入分別定位到上述三個腦區以激活Htr2c神經元的軸突投射。體內電生理記錄顯示，對這些區域的光遺傳學刺激能夠誘發VTA、MRT和SUM中神經元的動作電位發放。行為學數據顯示，激活具有Htr2c→SUM投射的神經元可顯著提高LS小鼠的社交探究行為，且不影響其運動能力。相反，激活Htr2c→MRT或Htr2c→VTA投射并未對社交探究行為產生影響，這突顯了Htr2c→SUM投射在社交探究中的功能特異性。

總結

Htr2c神經元中表觀遺傳社交信號的失調可能在一些以社交行為障礙為特征的神經精神疾病（如精神分裂癥、自閉癥和抑郁癥）中發揮作用。因此，以Htr2c神經元中的Lrhcn1-Hcn1通路為靶點，可以作為治療這些神經精神疾病的一種策略。

文章來源：10.1126/sciadv.adt5400

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