《Physiology & Behavior》：Effects of Social Dominance on Perineuronal Nets in Medial Prefrontal Cortex and Basolateral Amygdala
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本研究通过叙利亚仓鼠模型，发现支配雄性在vmPFC的IL区周细胞网（PNN）表达显著高于从属雄性，而从属雌性在PL区PNN表达更突出，且PL区PNN数量与支配雄性后期攻击行为呈正相关，提示PNN介导的神经可塑性参与性别差异的社会行为调控。
安娜·F·拉德福德（Anna F. Radford）|康纳·J·惠滕（Conner J. Whitten）|阿什莉·N·威尔斯（Ashley N. Wells）|麦肯齐·K·胡克（Mackenzie K. Hooker）|马修·A·库珀（Matthew A. Cooper）
田纳西大学诺克斯维尔分校心理学与神经科学系，诺克斯维尔，TN 37996
摘要
支配关系的形成会在控制社会行为和应激反应的皮层回路中产生依赖经验的可塑性。神经周网（Perineuronal Nets，PNN）是一种特殊的细胞外结构，它们围绕皮层神经元并促进依赖经验的神经可塑性。利用叙利亚仓鼠模型，我们研究了支配关系的形成是否改变了腹内侧前额叶皮层（ventral medial prefrontal cortex，IL）和前边缘区（prelimbic area，PL）以及基底外侧杏仁核（basolateral amygdala，BLA）中PNN的表达。我们还测试了PNN的表达是否能够预测支配互动早期或后期的攻击性行为。雄性和雌性仓鼠被配对，并在两周内每天进行支配互动。在研究1中，我们在最后一次支配互动后60分钟或1-3天收集雄性仓鼠的脑样本进行PNN染色。我们发现，与从属雄性相比，支配雄性有更多的IL神经元被PNN包围，所有仓鼠在IL和PL的尾部区域比头部区域表现出更强的PNN表达。在研究2中，我们同时包括了雄性和雌性样本，并在最后一次支配互动后60分钟收集脑样本。研究2的结果显示，与支配者和社交对照组相比，从属雌性有更多的PL神经元被PNN包围。在支配互动后期，攻击频率可以预测支配雄性PL区域中PNN+细胞的数量，这与PL神经元中的神经可塑性导致支配雄性攻击性增强是一致的。总体而言，由支配关系形成的PL和IL区域的神经可塑性可能有助于解释对社会挑战的不同反应。
引言
支配关系是多种动物社会结构的核心组成部分[1]。腹内侧前额叶皮层（vmPFC）中的神经元群参与了社会行为和社会决策的调节，包括支配互动[2,3]。支配地位提升的鼠标在多个边缘区域显示出更强的早期基因表达，而神经活动的最大增幅发生在vmPFC的前边缘区（PL）和次边缘区（IL）[4]。vmPFC中的锥体神经元在支配小鼠中具有更强的兴奋性突触输入[5]。此外，PL区的激活已被证明可以通过在管状测试中引发和维持努力行为来提高小鼠的支配地位[6]。同样，在恒河猴中，支配者和从属者在社交互动期间表现出不同的vmPFC活动模式，从属者在战胜地位较低者后表现出更强的vmPFC活动[7]。在人类中，vmPFC也在处理社会地位信息和他人在社会网络中的位置方面起着关键作用[8,9]。总之，这些发现表明vmPFC调节支配关系的形成以及社会行为中的地位依赖性变化。
依赖经验的攻击性行为变化对于支配等级的形成至关重要。关于vmPFC的传统观点认为它提供了自上而下的抑制性控制，以抑制攻击性行为。这一观点得到了相关研究的支持，即与攻击性相关的心理病理与vmPFC的功能障碍有关[10]。此外，减少攻击性的药物治疗（如选择性5-羟色胺再摄取抑制剂）可以增加mPFC的活动[11]。尽管这些研究表明vmPFC活动可以抑制攻击性，但动物模型中的证据并不一致。支持传统观点的研究表明，将青少年大鼠单独饲养会导致攻击性行为增加，并降低vmPFC内的细胞标志物（如c-Fos和Arc）的表达[12]。此外，对vmPFC中的锥体细胞进行光遗传学刺激可以减少小鼠的攻击性，而光遗传学抑制则会增加攻击性[13]。相反，青少年时期被社交隔离的大鼠表现出更高的攻击性，这与PL和IL区域中表达CaMKII和GABA的神经元中c-Fos免疫反应性的增加有关[14]。进一步的研究表明，对投射到内侧基底下丘脑或外侧下丘脑的vmPFC神经元进行光遗传学刺激分别会增加居民-入侵者测试中的咬合频率和强度[15]。这些发现表明，虽然vmPFC神经元的整体激活可以抑制攻击性，但vmPFC内的特定神经回路可以刺激攻击性。
控制攻击性行为的皮层回路中的依赖经验的可塑性有可能改变其他类型的行为，如社交焦虑和应对压力的行为。攻击性水平反映了个体控制社会环境的能力，攻击性强的个体表现出更积极的行为，而从属个体则表现出更被动的行为[16,17]。大鼠和小鼠在多种焦虑和抑郁样行为测试中表现出攻击性特质与主动应对风格之间的正相关。例如，攻击性强的动物在强迫游泳测试中游泳时间更长，在开放场地测试中探索更多，在明暗转换测试中更快出现，在高架十字迷宫的开放臂中停留时间更长，埋藏电击探针的时间更多，并且下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的反应性降低[[18], [19], [20], [21]]。相比之下，攻击性低的动物表现出被动应对反应，其行为和神经内分泌反应模式相反。此外，大鼠在应对社交挫败压力时表现出个体差异，它们抵抗社交挫败并需要更长时间才屈服，与更快屈服的大鼠相比，表现出较少的抑郁样行为和较低的HPA轴反应性[22]。同样，我们发现支配雄性仓鼠在社交挫败压力下屈服的潜伏期更长，社交挫败暴露后的焦虑样行为减少，以及投射到基底外侧杏仁核（BLA）的PL和IL神经元中的压力诱导神经活动增强[[23], [24], [25]]。对vmPFC的药物治疗可以恢复支配仓鼠的高水平挫败诱导焦虑[26]。此外，对IL-BLA通路的化学遗传学激活可以减少从属仓鼠的挫败诱导焦虑[27]。总之，这些发现表明，获得较高的社会地位可以在社交压力下激活vmPFC神经群，从而促进更积极的应对反应。
调节依赖经验神经可塑性的细胞结构是神经周网（PNN）。PNN由软骨素硫酸蛋白聚糖组成的细胞外基质构成，它们围绕神经元并调节突触连接的发展[28]。PNN通常围绕整个皮层中的小清蛋白（parvalbumin，PV）神经元，并在vmPFC和BLA等脑区特别丰富[29]。虽然最初发现它们在视觉系统的发育关键期控制神经可塑性[30]，但它们也调节慢性压力后的神经可塑性。青少年大鼠一个月的慢性可变压力会延迟vmPFC中PNN的成熟，增加类似焦虑的行为，并损害空间工作记忆[31]。同样，慢性不可预测的轻度压力会减少成年雄性大鼠中被PNN包围的PL神经元数量[32]。此外，慢性压力对PNN表达的影响具有脑区特异性，因为去除环境丰富性会导致BLA中PNN表达的增加[33]。虽然这些研究表明PNN表达的逐渐变化可能改变突触连接的发展，但PNN的表达也可以迅速变化以调节神经可塑性。在恐惧条件作用后的前4小时内，听觉皮层中的PNN会增加，24小时后恢复到基线水平，其酶降解会减少条件性恐惧的表达[34]。此外，在单次社交挫败暴露后1小时，被PNN包围的PL和IL神经元数量会减少[35]。总之，这些研究表明慢性压力和急性压力都会调节PL、IL和BLA中的PNN表达。
我们假设支配关系的形成以依赖经验的方式调节PNN的表达。我们预测，获得社会支配地位的动物在PL、IL和BLA中的PNN会比从属动物更多。此外，由于攻击性行为在维持支配关系期间会发生变化，我们预测PNN的表达将与支配互动后期表现出的攻击性和从属行为量相关。
实验部分
实验对象
本项目使用了3-4个月大的雄性和雌性叙利亚仓鼠（Mesocricetus auratus），体重为130-150克。这些动物来自我们的繁殖群体，该群体最初是从Charles River Laboratories购买的仓鼠建立的。所有实验对象在实验开始前7-10天内被单独饲养在聚碳酸酯笼子（12cm x 27cm x 16cm）中，笼内配有玉米芯垫料、棉质筑巢材料以及金属网顶盖，以便它们标记领地。
二元互动中的社会支配行为
支配关系的形成很快，雌性配对需要1.0（标准差=0）次社交互动，雄性配对需要1.14（标准差=0.36）次社交互动，以便一方攻击另一方，从而确定明显的胜者和败者。我们测试了居民成为支配者的概率是否显著高于随机概率。在雌性中，10只居民中有8只成为支配者，而10只入侵者中有2只成为支配者，这与50%的概率没有显著差异。
讨论
本项目表明，支配地位与围绕IL和PL神经元的PNN表达差异相关。与从属雄性相比，支配雄性在最后一次支配互动后的几天内，有更多的IL神经元被PNN包围。相比之下，从属雌性在最后一次支配互动后60分钟，以及社交对照组相比，有更多的PL神经元被PNN包围。
作者贡献声明
安娜·拉德福德（Anna Radford）：撰写原始草稿、审阅和编辑、可视化、验证、方法论、研究、分析、数据管理和概念化。康纳·惠滕（Conner Whitten）：审阅和编辑、可视化、验证、方法论、研究、分析、数据管理和概念化。阿什莉·威尔斯（Ashley Wells）：研究、数据管理。麦肯齐·胡克（Mackenzie Hooker）：研究、验证、数据管理。马修·库珀（Matthew Cooper）：审阅和编辑、监督、资源提供、项目管理。
资助
本项目得到了美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）授予MAC的R15 MH122946号资助，以及美国国家科学院、工程院和医学院（National Academies of Science Engineering and Medicine）授予CJW的福特基金会奖学金（Ford Foundation Fellowship）的支持。
作者贡献声明
安娜·F·拉德福德（Anna F. Radford）：撰写——审阅与编辑、撰写原始草稿、方法论、研究、正式分析、数据管理。康纳·J·惠滕（Conner J. Whitten）：撰写——原始草稿、验证、方法论、研究、正式分析、数据管理、概念化。阿什莉·N·威尔斯（Ashley N. Wells）：方法论、研究。麦肯齐·K·胡克（Mackenzie K. Hooker）：验证、方法论、研究、数据管理。马修·A·库珀（Matthew A. Cooper）：撰写——审阅与编辑、监督、资源提供、项目管理、方法论。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们感谢Arthur Castaneda、Marcia Chavez和Kalynn Schulz在PNN染色和量化方面的专业知识和建议。同时，我们也感谢Cooper实验室的许多成员对这项项目的支持。
