父代应激通过脑区特异性DNA甲基化编程调控子代性攻击样行为的表观遗传机制

《Neuroscience》：Epigenetic regulation of aggression-linked genes following prenatal stress enhances risk for sexual aggression in male rat offspring

本研究针对早期社会逆境如何通过表观遗传机制编程攻击行为这一关键问题，通过整合行为学评估与多脑区靶向DNA甲基化测序，揭示了父代社会隔离与母代产前应激可协同诱导子代雄性大鼠边缘系统及前额叶中AR、CRHR1、OXTR、HTR1A等攻击相关基因的CpG位点特异性甲基化改变，并与攻击样行为及适应性交配行为异常共发生，为理解早期应激跨代传递行为易感性的神经表观遗传通路提供了新证据。

　　

攻击行为作为一种复杂的适应性行为，其异常表达与多种精神疾病密切相关。早期生命逆境，尤其是父母代所经历的心理社会压力，可通过表观遗传机制对子代的行为表型产生持久影响，然而其中具体的神经生物学通路仍未被完全阐明。特别值得注意的是，性攻击行为（在人类中表现为严重的暴力犯罪）具有复杂的社会心理和生物学基础，但在动物模型中，这类行为通常被操作性地定义为“性攻击样行为”，即针对非接受期雌性的强迫或不适当交配尝试，这为在受控实验系统中剖析其生物学基质提供了可行路径。在此背景下，研究人员旨在探索父代社会环境和母代产前应激是否以及如何通过调控子代大脑关键区域中攻击与应激相关神经化学受体基因的DNA甲基化，从而增加子代出现攻击样和适应性交配行为的风险。

为了回答上述问题，研究团队设计了一项严谨的大鼠实验。他们首先将亲代（F₀代）雄性Wistar大鼠分为群居组和社会隔离组。随后，使雌鼠与这些雄鼠交配，并将怀孕的雌鼠进一步分为产前束缚应激组和对照组。由此产生了四种不同背景的F₁代雄性后代：非应激母代×群居父代（NSGH）、非应激母代×隔离父代（NSIH）、应激母代×群居父代（SGH）以及应激母代×隔离父代（SIH）。在F₁代雄性大鼠成年后，研究人员利用居住者-入侵者测试评估其攻击样行为，并采用性攻击测试（SxAT）来量化其对非接受期雌鼠的适应性交配尝试。在行为测试结束后，采集了F₀和F₁代大鼠的四个关键脑区——杏仁核（AMYG）、海马体（HIPPO）、下丘脑（HYPO）和前额叶皮层（PFC）的脑组织。通过焦磷酸测序技术，他们靶向分析了雄激素受体（AR）、促肾上腺皮质激素释放激素受体1（CRHR1）、催产素受体（OXTR）和5-羟色胺受体1A（HTR1A）基因特定调控区域的DNA甲基化水平。所有行为学评分和分子生物学分析均在设盲条件下进行，并采用了适当的统计模型（如线性混合效应模型）以控制潜在的混杂因素，确保结果的可靠性。

主要技术方法概述

本研究的关键技术方法包括：1) 使用性攻击测试（SxAT）和居住者-入侵者测试对大鼠的攻击样和适应性交配行为进行标准化评估与量化；2) 从大鼠脑组织（样本来源于斯泰伦博斯大学动物繁殖设施提供的Wistar大鼠）中提取高质量基因组DNA；3) 运用重亚硫酸盐转化结合靶向焦磷酸测序技术，对特定基因（AR, CRHR1, OXTR, HTR1A）的CpG位点进行精确定量和位点特异性的DNA甲基化分析；4) 采用线性混合效应模型等统计方法处理具有层次结构的数据，并控制多重比较。

Differential DNA methylation of aggression-linked genes in F0 males

在F₀代雄性大鼠中，甲基化分析揭示了社会隔离和SxAT暴露对神经化学受体基因甲基化的显著影响，这些影响具有基因、CpG位点和脑区特异性。对于AR基因，社会隔离诱导了显著的甲基化增高（高甲基化），尤其是在海马体和下丘脑的CpG位点6。暴露于SxAT部分逆转了这种隔离诱导的高甲基化。CRHR1基因也表现出类似的模式，隔离增加了其在海马体和下丘脑等区域的甲基化，而SxAT暴露则缓和了这种效应。OXTR基因的甲基化变化呈现区域特异性，隔离增加了前额叶皮层的甲基化，而SxAT暴露则进一步增加了海马体的甲基化（特别是在隔离的雄性中）。HTR1A基因的甲基化模式更为异质，隔离增加了海马体的甲基化但降低了前额叶皮层的甲基化。

Gene-specific methylation in F1 male offspring

在F₁代雄性后代中，DNA甲基化表现出复杂的调控模式。线性混合效应模型显示，父代隔离和母代产前应激共同塑造了子代AR、CRHR1、OXTR和HTR1A基因的甲基化谱，这些变化具有CpG位点和脑区特异性。例如，对于AR基因，父代隔离在某些脑区（如海马体、下丘脑、前额叶皮层）导致甲基化增加，而在杏仁核则导致甲基化降低。在CRHR1基因的特定CpG位点，父代隔离和产前应激均独立地或协同地降低了甲基化水平。OXTR基因的甲基化对两种应激暴露均表现出显著的背景依赖性敏感性，而HTR1A基因的甲基化则相对不受父代经历的影响。

Regional and positional variations in methylation of neurochemical marker receptor genes in F1 male offspring

对F₁代数据的深入分析表明，所有四个神经化学受体基因的DNA甲基化都强烈地受到CpG位点位置和脑区域的结构性影响。AR和CRHR1基因表现出显著的CpG位点×脑区交互作用，意味着不同CpG位点在不同脑区的甲基化调控模式不同。OXTR基因的甲基化显示出强烈的位点效应，在某些CpG位点（如2, 4-7）甲基化水平显著降低，并且在不同脑区对父代隔离和产前应激的反应存在差异。相比之下，HTR1A基因的甲基化主要由CpG位点效应主导，对父代应激暴露的相对敏感性较低。

研究结论与意义

本研究系统地阐明了父代社会隔离和母代产前应激如何通过诱导子代大脑关键神经回路中攻击相关基因的位点特异性和脑区特异性DNA甲基化改变，从而编程子代的攻击样和适应性交配行为。研究发现，这些表观遗传变化并非全局性或均一的，而是呈现出高度的结构化和选择性，主要发生在调控冲动控制、威胁处理和社会性决策的脑区（如杏仁核、海马体、下丘脑和前额叶皮层）。尤为重要的是，这些分子改变与可观察到的行为异常（如攻击性增加和交配行为失调）共存，支持了其功能相关性。

该研究的核心贡献在于将精细的行为表型分析与多脑区、位点特异性的DNA甲基化分析相结合，揭示了早期逆境通过表观遗传机制“微调”神经化学系统，从而塑造行为易感性的潜在路径。即使观察到的甲基化差异幅度不大（约2-5%），但在转录调控关键位点的这种微小变化，足以在激素和应激敏感系统中随着时间推移，对神经环路的反应性产生偏向，最终导致显著的行为输出改变。

研究结果强调了早期社会环境在跨代传递行为易感性中的关键作用，并指出AR、CRHR1、OXTR等基因的特定表观遗传标记可能作为未来干预的潜在靶点。当然，研究也存在一些局限，例如对啮齿类动物“性攻击样行为”的解读需谨慎，不能直接等同于人类复杂的性攻击行为；研究未探讨雌性后代的表现及具体的生殖细胞传递机制。尽管如此，这项研究为理解早期生命经历如何通过表观遗传编程留下持久而又有一定可塑性的分子印记，从而影响个体终生的社会情感行为提供了重要的机制性见解。该论文已发表在《Neuroscience》期刊上。