在自然界与人类社会中,社会行为如同一座桥梁,维系着个体与群体的生存和发展,从基础的社会互动到复杂的求偶育儿等行为,均是生命繁衍与社会运转的核心要素。前扣带回皮层(ACC)作为大脑中与社会行为紧密相连的关键区域,其功能异常被证实与自闭症患者的社会互动缺陷存在关联。而 ACC 中帕瓦罗汀(PV)和生长抑素(SST)中间神经元虽对锥体神经元活动起着调节作用,但其在社会互动进程中究竟扮演何种角色,至今仍是神经科学领域亟待解开的谜团。加之自闭症患者社会缺陷呈现出的高度异质性,进一步凸显了深入探究 PV 和 SST 中间神经元功能的重要性与紧迫性,这不仅关乎社会行为神经机制的揭秘,更将为自闭症等相关疾病的诊疗开辟全新路径。
研究思路:
研究聚焦于前扣带回皮层(ACC)中帕瓦罗汀(PV)和生长抑素(SST)中间神经元在社会行为中的作用及机制。鉴于社会行为的重要性、ACC 与社会行为及自闭症的关联,以及 PV 和 SST 中间神经元作用的不明确性,研究人员首先监测其在社交互动中的活动变化;接着通过沉默和激活实验,探究功能改变对社会行为的影响;然后以 Shank3 基因敲除小鼠为模型,挖掘自闭症中相关机制;最后确定输入来源并激活特定投射,剖析神经环路层面的调控机制,从而全面深入地揭示 PV 和 SST 中间神经元在社会行为中的作用。
研究方法和结果:
1. 探究 PV 和 SST 中间神经元在社会互动不同阶段的活动变化
研究内容:运用体内光纤光度法,监测 PV - Cre 或 SST - Cre 小鼠在社交互动(家笼测试和三室测试)时,ACC 中 PV 和 SST 中间神经元的动态变化。
研究结果:发现 PV 和 SST 中间神经元在社会刺激下活动显著降低,且在社交性和社会偏好阶段的活动变化存在差异。PV 中间神经元在社交性阶段活动变化更突出,SST 中间神经元在社会偏好阶段变化更明显。
图1 PV 和 SST 中间神经元的活动在社会互动的不同阶段有所变化
2. 研究沉默 PV 或 SST 中间神经元对社会行为的影响
研究内容:使用表达 taCasp3 的病毒诱导细胞特异性凋亡,沉默 PV 或 SST 中间神经元,进行三室测试观察社会行为变化。
研究结果:PV 中间神经元沉默影响社交性,SST 中间神经元沉默对社会偏好影响更大。
图2 病毒诱导 ACC 中 PV 和 SST 中间神经元凋亡改变了三室测试中的行为
3. 分析激活 PV 和 SST 中间神经元对社会行为的作用
研究内容:通过 Cre 依赖策略在 ACC 的 PV 或 SST 中间神经元中表达 Channelrhodopsin - 2(ChR2),进行家笼测试和三室测试,观察激活中间神经元对社会行为的影响。
研究结果:激活 PV 和 SST 中间神经元均抑制社会行为,但 PV 中间神经元激活的抑制作用更强,且二者对社交性和社会偏好的影响存在差异。
图3 光遗传学激活 PV 或 SST 中间神经元抑制家笼测试中的社会行为
图4 光遗传学激活 PV 或 SST 中间神经元抑制三室测试中的社会互动
4. 探讨自闭症小鼠模型中 PV 和 SST 中间神经元 Kcnh7 表达异常对社会行为的影响
研究内容:对野生型和 Shank3 基因敲除(KO)小鼠的 ACC 组织进行单细胞 RNA 测序(scRNA - seq),并利用 CRISPR - Cas9 技术敲除 Kcnh7,观察中间神经元兴奋性和社会行为的变化。
研究结果:Shank3 KO 小鼠中 PV 和 SST 中间神经元的 Kcnh7 表达下调,导致中间神经元兴奋性增加。敲除 Kcnh7 后,PV 中间神经元主要影响社交性,SST 中间神经元对社交性和社会偏好均有影响。
图5 Shank3 基因敲除小鼠 ACC 中 PV 和 SST 中间神经元内 Kcnh7 水平降低
图6 CRISPR-Cas9 介导的 Kcnh7 敲除增强了 PV 和 SST 中间神经元的兴奋性
5. 明确特定投射对 PV 和 SST 中间神经元调节社会行为的贡献
研究内容:通过逆行单突触追踪技术确定 PV 和 SST 中间神经元的输入来源,选择性激活特定投射,观察对社会行为的影响。
研究结果:PV 中间神经元优先接受外侧后丘脑核(LPMR)的输入,SST 中间神经元主要接受腹侧海马(vHPC)的输入。激活 LPMR - PV (ACC) 通路显著影响社交性和社会偏好,激活 vHPC - SST (ACC) 通路主要影响社会偏好。
图7 逆行单突触追踪显示 LPMR 和 vHPC 优先投射到 ACC 中的 PV 和 SST 中间神经元
图8 选择性激活 LPMR-PV (ACC) 或 vHPC-SST (ACC) 投射会损害社会互动
研究结论:
该研究围绕前扣带回皮层(ACC)中 PV 和 SST 中间神经元展开,发现二者在社会行为调节上存在差异,PV 主要调节社交性,SST 对社交性和社会偏好均有影响且在社会偏好调节中作用更突出。在 Shank3 自闭症模型小鼠中,PV 和 SST 中间神经元的 Kcnh7 基因表达降低,敲除 Kcnh7 会改变神经元兴奋性和社会行为。此外,LPMR 对 PV 中间神经元、vHPC 对 SST 中间神经元的投射分别在调节社交性和社会偏好中发挥重要作用。这些结果为理解社会行为的神经机制和相关疾病的治疗提供了理论依据。
参考文献:
Qi, C., Sima, W., Mao, H. et al. Anterior cingulate cortex parvalbumin and somatostatin interneurons shape social behavior in male mice. Nat Commun 16, 4156 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59473-z
创作声明:本文是在原英文文献基础上进行解读,存在观点偏向性,仅作分享,请参考原文深入学习。
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