• 研究背景

    对于哺乳动物的幼崽来说，出生后所产生的第一个社会行为是对哺育者的依赖行为（比如父母，通常是母亲，也被称为亲母行为）。亲母行为有利于幼崽获得营养和保护，从而更好的生存成长。幼年期的亲母行为对非人灵长类和人类成年的情感行为具有很大的影响。虽然亲母行为在哺乳动物生长发育中具有重要性，但是介导这一社会行为的分子机制尚未可知。

    小鼠幼崽在与母亲分离后会发出超声波呼叫母亲，从而获得照顾。近年来，研究人员发现催产素（OXT）和5-羟色胺（5-HT）等参与哺乳动物的多种社会行为的调控。但是催产素的功能存在争议，如有研究发现催产素敲除会导致小鼠幼崽超声波发声（USV）减少，而其他研究则发现外源催产素的加入可以减少大鼠幼崽的超声波发放。另外，研究还发现缺乏5-HT的小鼠幼崽，在室温下与母鼠分离后，产生的超声波减少了40%，但该研究未排除温度感知对于幼崽超声发放的影响。

• 科学问题

    哺乳动物亲母行为的分子和神经调控机制是什么？该调控模式在不同动物模型中是否具有普适性？

• 研究内容

    色氨酸羟化酶-2（Tph2）基因是大脑中合成5-HT所必需的。作者首先通过CRISPR-Cas9技术构建Tph2^-/-敲除的小鼠和大鼠幼崽模型，发现它们在与母亲分离行为中超声波发放减少，并且对带有母亲气味的巢穴偏好也显著降低。由于Tph2^-/-敲除小鼠和大鼠在胚胎期就已经无法在脑中合成5-HT了，为了排除5-HT在发育中的作用对亲母行为的间接影响，作者使用对氯苯丙氨酸（pCPA）药物直接抑制正常大鼠幼崽5-HT的合成，发现处理后的幼崽也存在亲母行为障碍，而通过注射5-羟色氨酸（5-HTP，5-HT的前体）恢复敲除幼崽大脑中的5-HT水平，则可以挽救亲母行为的缺陷。进一步，作者在恒河猴中使用TALEN方法删除Tph2基因，发现Tph2^-/-恒河猴幼崽与母亲的腹侧接触频率以及与母亲的总互动时间显著降低。以上结果说明，5-HT在调节哺乳动物幼崽与母亲的关系方面具有重要和保守的作用。

图1. Tph2突变小鼠幼崽的亲母行为

    为了进一步探究上述的亲母行为是否有5-HT能神经元参与，作者使用钙成像记录检测了中缝核（RN）中5-HT能神经元的活动，发现暴露在母亲巢穴环境中的幼崽在嗅探时的Ca²⁺信号明显高于暴露于清洁巢穴或其它母亲巢穴环境中幼崽的Ca²⁺信号。作者还发现处于母亲巢穴环境中的幼崽中缝核中的5-HT能神经元与c-fos信号共标，室旁核（PVN）中的催产素能神经元的c-fos也呈阳性。这些结果证实了母亲气味可以激活5-HT能神经元和催产素能神经元。

图2. 母亲气味激活5-HT能神经元和OXT能神经元

    催产素是否与5-HT共同参与了亲母行为的调控呢？在OXT和OXT受体（OXTR）敲除的大鼠幼崽模型中，并未发现由母婴分离引起的超声波发放行为障碍，但这些幼崽表现出明显的对母亲巢穴偏好的降低。作者将催产素通过鼻腔给药注射进OXT^-/-大鼠幼崽体内后，发现幼崽对母亲巢穴的选择缺陷得到了挽救，但注射5-HTP并不能达到同样的效果。鼻腔给予催产素还可以修复Tph2^-/-敲除导致的亲母行为的缺陷。这些结果表明催产素和催产素受体参与了亲母行为的调控。

    那么中缝核5-HT能神经元（RN^5-HT）和室旁核催产素能神经元（PVN^oxt）之间存在着怎样的调控神经环路？作者通过病毒示踪证明了RN^5-HT与PVN^oxt存在直接投射。之前有研究报道了背侧中缝核（DRN）和内侧中缝核（MRN）都含有5-HT能神经元，为了进一步探究具体是哪一群神经元参与亲母行为的调控，作者通过化学遗传学方法发现在抑制DRN^5-HT活性后，幼崽对母亲巢穴的选择偏好显著降低，这说明DRN^5-HT参与调控亲母行为。而直接抑制PVN^oxt也能导致幼崽在母亲巢穴的偏好缺陷，PVN^oxt激活可以挽救DRN^5-HT沉默引起的选择性缺陷，但激活DRN^5-HT并不能挽救PVN^oxt的行为效应。这些结果表明PVN^oxt是DRN^5-HT神经元的下游，参与调控哺乳动物的亲母行为。

图3. 5-HT能神经元下游的催产素能神经元调节亲母行为

• 总结

    该科研团队首次在小鼠、大鼠以及恒河猴三种不同哺乳动物模型中，利用基因操纵手段，揭示了Tph2基因与亲母行为的重要关联。通过神经环路研究，发现中缝核中5-HT能神经元通过激活室旁核中的催产素能神经元进而参与到对母亲偏好行为调控中。作者通过病毒示踪，光遗传学等实验技术，从分子细胞水平到生理机制，证明了5-HT在不同动物模型的亲母行为中具有保守的重要功能，调控着幼崽对母亲的依赖行为。

• 启示

    5-HT在人类婴儿的社会行为中可能起到重要作用。

原文链接：https://www.cell.com/neuron/pdf/S0896-6273(23)00114-9.pdf

注：本文仅为作者个人解读，如有纰漏，请参照原文。

撰文：方欣

审核：刘嵘