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Sci Adv|张毅课题组揭示前额叶皮质细胞亚群调节社交新颖性

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在社交场合,有些人如鱼得水,健谈热情,仿佛天生就适合“社交场”,他们就是我们常说的外向型(E人,extroverts)。而另一些人则更喜欢独处,安静内敛,在建立关系时慢热而真诚,这类人属于内向型(I人,introverts)。无论你是哪一种,其实我们的社交行为早已“写”进了大脑之中。社会行为是人类和动物与生俱来的本能行为,它受到大脑中多个区域的精密配合和时空调控。在充满不确定性的环境中,良好的社交能力不仅能帮助我们建立关系,更直接关系到生存与繁衍。但在一些神经发育和精神疾病中,如自闭症、精神分裂症等,这种能力常常出现障碍。其中一个关键能力叫作社交新颖性偏好social novelty preference),也就是我们在遇到一个陌生人时,会更倾向于与“新朋友”互动,而不是继续与熟人打交道。这种偏好在群居动物中也很常见,有助于评估潜在的威胁或建立新的社交连接。有趣的是,这种看似简单的偏好,其实也受到注意力、感知能力、社交记忆,甚至社会等级的影响。尽管我们已经知道它对社交行为的重要性,但关于它的行为模式以及大脑中的神经环路是如何调控它的,目前科学界仍在不断探索中。

前额叶皮质(prefrontal cortex,PFC)参与调节社交认知、情绪、决策等高级功能【1】,其中内侧前额叶皮质(medial prefrontal cortex,mPFC)是调控复杂认知功能和社交行为的关键脑区【2】,涉及社交互动、社交新颖性偏好、社会等级认知以及社交奖励处理等方面。研究表明,mPFC中的特定神经元亚型在不同的社交行为中具有不同的功能,比如表达多巴胺 I型受体并投射至伏隔核(Nucleus accumbens) 的锥体神经元,参与社交记忆调控;表达催产素受体的神经元则特异性调节社交识别【3】。然而,由于 mPFC 神经元的高度异质性,是否存在分子水平上明确标记的神经元亚型能够专门调控社交新颖性偏好,仍然未知。

2025年4月23日,哈佛医学院-波士顿儿童医院张毅教授实验室在Science Advances杂志发表了题为

A molecularly defined mPFC to BLA circuit specifically regulates social novelty preference
的研究,报道了mPFC中一类兴奋性神经元特异性编码社交新颖性行为,并通过投射至杏仁核来调控这一功能。该研究进一步完善了分子-细胞-环路-功能的研究框架,为深入揭示前额叶皮质在社交行为中的功能多样性提供了新的视角。

此前,张毅课题组构建了小鼠前额叶皮质的基因表达图谱【4】,分析了其所含细胞亚型的转录动态,通过分析在青春期(P21 至 P60)这一神经可塑性高度动态变化的关键阶段,展示了涉及主要神经精神疾病的基因在不同细胞类型中的特异性调控。研究者发现,由Il1rapl2和Foxp2标记的兴奋性神经元亚群富集表达了与双向情感障碍和自闭症有关的差异基因,但只有Il1rapl2标记的神经元亚群在调控社交新颖性偏好方面起重要作用,并不影响一般社交能力。在自由探索模型下,在体钙成像结果显示识别新个体过程中,小鼠Il1rapl2标记的神经元活性下降。化学遗传 (Chemogenetics) 实验表明,激活Il1rapl2神经元会削弱这种新颖性偏好,而且这一表型在性别间无显著差异。

随后,病毒示踪 (Viral tracing) 实验发现小鼠mPFC Il1rapl2神经元主要接受来自丘脑 (Thalamus)、运动皮层 (Motor cortex) 和海马体 (Hippocampus) 的投射,并下行连接腱旁核(Parataenial nucleus,PT)和基底外侧杏仁核(Basolateral amygdalar nucleus,BLA)。三箱社交 (3 chamber social interaction)实验结果表明,光激活mPFCIl1rapl2→BLA环路抑制与陌生小鼠社交,此连接主要由BLA谷氨酸能I型神经元建立;mPFCIl1rapl2→PT环路并不参与社交行为。

图.mPFC Il1rapl2神经元编码社交新颖性偏好行为

综上,研究者鉴定了前额叶皮质由明确分子标记的自上而下的神经环路,该环路特异性编码社交新颖性偏好,而不影响一般社交能力。这不仅为不同社交行为由特定mPFC神经元亚型及环路调节的观点提供了直接证据,还为自闭症治疗提供了潜在的干预靶点。

该项研究由哈佛医学院波士顿儿童医院张毅教授实验室完成。刘一穹博士和王颖博士为该研究的共同第一作者,谢国光博士、杨潜颖博士、Aritra Bhattacherjee博士和张超博士对本研究也做出了重要贡献。张毅教授为本文的通讯作者。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt9008

制版人: 十一

参考文献

1. Stanley, D.A. & Adolphs, R. Toward a neural basis for social behavior.Neuron80, 816-826 (2013).

2. Murugan, M., et al. Combined Social and Spatial Coding in a Descending Projection from the Prefrontal Cortex.Cell171, 1663-1677 e1616 (2017).

3. Tan, Y., et al. Oxytocin Receptors Are Expressed by Glutamatergic Prefrontal Cortical Neurons That Selectively Modulate Social Recognition.The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience39, 3249-3263 (2019).

4. Bhattacherjee, A., et al. Cell type-specific transcriptional programs in mouse prefrontal cortex during adolescence and addiction.Nat Commun10, 4169 (2019).

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