Nature Neurosci：调控小鼠性行为和攻击行为的新环路机制

来源：brainnews

另一方面，研究还发现腹内侧下丘脑(ventromedial hypothalamus, VMHvl)在雄性之间的攻击行为中起了重要作用。清除或去激活VMHvl细胞可以抑制自然攻击行为，电刺激、化学遗传、光遗传学激活可以引发动物对天然目标和次优目标（比如已死目标）进行瞬时攻击。尽管目前越来越重视下丘脑在社会行为中的作用，但对攻击和交配环路中除下丘脑以外的脑区的研究仍不完全清楚。

前期的逆向示踪法结果表明，杏仁核和终纹床核（bed nucleus of the stria terminalis，BNST）是MPN和VMHvl主要的上游脑区。在杏仁核内，对内侧杏仁核（medial amygdala，MeA）的背外侧部（MeApd）的功能性研究表明，MeApd的GABA能神经元会促进攻击性行为但与性行为无关。

在BNST内，对其主要部分（BNSTpr）进行光遗传学记录发现，其在雄性性行为中有着高度活性。杀死或抑制这些细胞会减弱雄性对雌性的偏好，影响雄性的性行为。并且，由于MeApd和BNSTpr主要包含的是GABA能神经元，因此它们向MPN和VMHvl的投射可能是初级抑制性投射。

在兴奋性投射方面，前期研究发现，投射向内测海马的兴奋性的谷氨酸能神经元对性行为和攻击样行为都起着重要作用，并且杏仁核-海马区（amygdalohippocampal area，PA）作为一个皮层样杏仁核复合体，包含着大量的谷氨酸能神经元。与MPN和VMHvl相类似，PA也富含着雌激素受体1（estrogen receptor alpha，Esr1)的表达。又因为雌激素受体和社会行为十分相关，因此PA也可能与社会行为密切相关。

根据上述发现，作者将MPN和VMHvl区做为靶点，研究PA中的Esr1+神经元(PAEsr1+)在调控雄鼠性行为和攻击样行为中的作用。

首先作者通过逆向、顺向示踪法发现，PAEsr1+神经束可以直接投射向MPN和VMHvl（图1）。接下来，作者研究了PAEsr1+神经元是否可以直接对MPN和VMHvl进行突触传入。作者向雄性Esr1-2A-cre小鼠PA脑区注射AAV-Ef1α-DIO-ChR2-EYFP，并向MPN或VMHvl脑区注射AAV-hSyn-DIO-mCherry病毒。三周后，在对PA神经元末端进行蓝光照射的同时，对MPN 或VMHvl脑区mCherry+的神经元进行全细胞膜片钳记录。

观察发现，MPN脑区中记录到的大部分细胞都有光遗传学激活的兴奋性突触后电流(oEPSCs)及抑制性突触后电流(oIPSCs)。oEPSCs潜伏期短，而oIPSCs表现出较长的潜伏期，提示oEPSCs可能是单突触的，而oIPSCs可能是多突触的。基于这一假设，加入CNQX（一种AMPA受体抑制剂）后可以抵消oEPSCs和oIPSCs。

图1：PAEsr1+ 细胞向MPNEsr1+ 和VMHvlEsr1+ 细胞提供单突触兴奋性传入

与MPN相类似，VMHvlEsr1+也出现了较短潜伏期的oEPSCs和较长潜伏期的oIPSCs，应用CNQX后也可以清除oEPSCs 和oIPSCs的作用。总之，这说明了PAEsr1+细胞向MPNEsr1+ 和VMHvlEsr1+提供了直接的兴奋性和间接的抑制性传递。同时，作者通过RNA-seq分析发现，雄性PA向MPN和VMHvl投射的不同亚区会出现不同的基因表达和下丘脑投射模式(图2)。

为了进一步研究在PA脑区中Esr1是否特异性地标记了社会行为的脑区亚群，作者在进行交配和攻击的小鼠中对c-Fos和Esr1进行了双染，发现两种行为中大约74% 和67% of c-Fos+ 细胞与Esr1共标。此外，在雄性交配和攻击行为中诱导的c-Fos+细胞分布在PA的不同亚区；交配诱导的c-Fos+细胞集中在PA的前半部分，而攻击诱导的c-Fos+细胞则沿PA的前后轴均匀分布。由于交配和攻击诱导的c-Fos表达模式分别与PA中MPN和VMHvl逆行标记的结果一致，作者接下来研究PAEsr1+MPN和PAEsr1+VMHvl细胞在雄性性行为和攻击行为中的潜在差异反应。

作者通过将HSV-hEf1α-LS1L-GCaMP6f注射到MPN或VMHvl中，在雄性Esr1-2A-cre小鼠的PA中插入一根光纤，进行了光纤记录。组化结果显示大部分GCaMP6f+细胞与Esr1共标。与PAMPN细胞表达Esr1较多这一事实相一致，将病毒注射到MPN的动物PA中的GCaMP6f+细胞数量高于VMHvl组动物。

图2：社会行为中，PAEsr1+MPN 和PAEsr1+VMHvl细胞表现出不同的应答模式

此外，作者还发现PAEsr1+MPN和PAEsr1+VMHvl细胞在雄性-雄性和雄性-雌性接触过程中表现出互补的反应模式，这种互补反应贯穿于整个社会行为的完善阶段：PAEsr1+MPN细胞在雄性交配时的信号比攻击时更强，而PAEsr1+VMHvl细胞在攻击时的反应明显高于交配时。此外，抑制雄性PAEsr1+MPN和PAEsr1+VMHvl细胞的会导致明显的社会行为缺陷，并且遗传学激活雄性PAEsr1+MPN和PAEsr1+VMHvl神经元可以促进性行为和攻击行为。

在这项研究中，确定了PA是雄性小鼠攻击和交配环路中的一个关键脑区。具体地说，研究发现了两个PA亚群分别投射向MPN和VMHvl，并且每一个脑区都在雄性小鼠的社交功能中发挥着重要作用。随着性行为的发生，PAEsr1+MPN神经元的活动逐渐增强，是出现性行为的必要和充分条件。

相比之下，PAEsr1+VMHVl细胞在性行为中的作用很小，而主要是在攻击行为时激活。最后，细胞类型特异性追踪显示，PAEsr1+MPN和PAEsr1+VMHVl细胞接受来自海马区的丰富输入，密集地投射到下丘脑内侧部，以及沿着犁鼻器的大脑区域。

文章信息：
Yamaguchi, T., Wei, D., Song, S.C. et al. Posterior amygdala regulates sexual and aggressive behaviors in male mice. Nat Neurosci 23, 1111–1124 (2020).