发育过程中群体规模历史对小鼠长期行为和生理的影响

《Behavioural Brain Research》：Long-term Behavioral and Physiological Consequences of Developmental Group Size History in Mice

本研究探讨断奶后发育期群体密度变化对成年小鼠行为及生理的影响。实验中，C57BL/6N雄性小鼠分为6-3组（发育期6只/笼，成年后3只/笼）和3-3组（全程3只/笼）。结果显示，6-3组成年后仍表现出焦虑样行为减少、自发活动增加、社交互动增强及工作记忆改善，同时皮质酮水平显著降低。该研究揭示了早期社会环境对成年神经内分泌和行为反应的持续性影响，为理解发育期环境与长期健康的关系提供了依据。

　　

田中良宏|上野宏|北野惠里子|高桥雄|森幸子|村上信二|渡井健太|松本良介|冈本本男|石原武

日本川崎医科大学精神病学系，仓敷市，701-0192

摘要

发育过程中的社会环境是决定成年人身心健康的关键因素。虽然像社会隔离这样的极端条件已经得到了充分研究，但在断奶后发育阶段群体规模的变化对长期影响的了解仍然有限。本研究探讨了发育期间的社会密度如何塑造成年后的行为和生理反应，特别考察了在较大群体中饲养所诱导的行为表型在成年后群体规模减少后是否仍然存在。

从出生后第3周开始，C57BL/6雄性小鼠被分成每组6只（6-3组）或3只（3-3组）进行饲养。到第8周时，6-3组的小鼠数量减少到3只，以与3-3组相匹配。从第9周开始，进行了包括焦虑行为测试、运动活动、社交能力和工作记忆测试以及血清皮质酮水平测量在内的生理和行为评估。

在较大群体（6-3组）中饲养的小鼠表现出持续的生理障碍，包括体重增长显著抑制、前肢抓握力减弱以及疼痛敏感度增加。然而，在行为上，6-3组表现出独特的表型，表现为在明暗转换测试中焦虑行为减少，在开放场地测试中自发活动增加、社交互动增强以及Y迷宫测试中表现更好。此外，6-3组的空间工作记忆表现也优于3-3组，血清皮质酮水平显著较低。

这些发现表明，在断奶后的关键发育阶段在较大群体中饲养会诱导出一种持久的行为和生理表型，即使成年后群体规模调整为3-3组也是如此。这种状态表现为行为过度反应和神经内分泌调节的长期变化，反映了早期社会环境的影响。本研究强调了发育期间社会经历对成年特征的重大影响，并为理解早期社会环境如何决定生理和行为表型的长期稳定性提供了框架。

引言

饲养密度是影响实验室啮齿动物社会结构和生理发育的基本环境因素。在标准实验室实践中，小鼠通常每笼饲养3到5只。偏离这些标准密度的情况，如过度拥挤或隔离，会成为慢性环境压力源，显著调节下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴及随后的行为反应[3]、[5]。尽管像社会挫败或完全隔离（单独饲养）这样的极端社会压力源已被广泛研究其对焦虑和抑郁样表型的诱导作用[1]、[20]，但在标准群体饲养环境中群体规模变化的长期影响仍不够清楚。

断奶后时期是神经和社会可塑性增强的关键窗口。在此阶段，由群体规模决定的社会环境成为持续性的刺激，影响情感和认知电路的成熟。在这一敏感时期维持高密度饲养可能会造成长期的生理适应或永久性变化。理解这种发育社会经历如何影响成年行为对于解释个体在压力适应性和行为适应方面的差异至关重要。

大量针对成年啮齿动物的研究表明，饲养密度显著影响行为和生理结果。例如，成年期的高密度条件（过度拥挤）常与雄性间攻击性增加、基础皮质酮水平升高和免疫功能抑制相关（Davidson等人，2007年；Peng等人，1989年；[39]）。这些发现表明，社会密度不仅仅是一个背景条件，而是决定动物生理负荷的主要因素。然而，尽管成年小鼠的社会密度后果已有充分记录，但在断奶后发育阶段群体规模变化的长期影响仍不够明确。与成年期开始的拥挤不同，后者通常会导致可逆的生理变化，而发育期的高密度饲养可能会造成独特的长期生理影响。

本研究基于这样一个前提：饲养密度（由每笼小鼠数量决定）显著调节社会环境。关键在于，在发育期间维持较大的群体规模可能会造成持续的社交负担，可能导致长期的生理发育和行为反应变化[5]。与急性社会压力源不同，成熟期的群体规模代表了一个影响个体大脑高度可塑阶段的持续环境条件。

行为神经科学中的一个关键问题是，特定发育饲养经历所诱导的表型是否在成年后社会环境改变或标准化后仍然存在。具体来说，如果小鼠在较大群体中饲养，然后转移到较小群体中，发育期间形成的行为和生理特征是否仍然明显？理解这些特征的稳定性对于解释早期社会经历如何决定成年后的适应性和行为适应性至关重要[21]。

在本研究中，我们探讨了发育期（出生后第3至8周）饲养密度对成年雄性小鼠的持久影响。我们将每笼6只小鼠的群体（6-3组）与每笼3只小鼠的群体（3-3组）进行了比较。出生后第8周，将6-3组的小鼠数量减少到3只，以使群体规模与对照组相匹配，从而标准化环境条件。所有生理和行为评估从第9周开始进行，以表征这种群体规模减少后剩余的表型。

本研究的主要目标是：（1）描述断奶后发育期间高密度饲养经历所导致的生理和行为表型；（2）通过测试这些特征在成年后饲养密度标准化到对照组水平后是否仍然存在，来评估这种表型的稳定性。

部分摘录

伦理声明

所有动物实验均按照相关指南和规定进行，并遵循ARRIVE指南（https://www.nc3rs.org.uk/arrive-guidelines）和美国国立卫生研究院《实验室动物护理和使用指南》（第8版，2011年）。该研究获得了川崎医科大学动物实验委员会的批准。我们尽一切努力减少使用的动物数量并减轻它们的痛苦。实验设计

发育饲养密度对体重、抓握力、疼痛敏感性和攻击行为的影响

我们研究了发育饲养密度对体重、抓握力、疼痛敏感性和攻击行为的影响（图2）。在出生后第8周，即每笼小鼠数量减少之前，3-3组和6-3组之间的体重没有显著差异（图2A，t = 0.6327，p = 0.5332）。同样，在每笼小鼠数量减少一周后的第9周，两组之间的体重也没有显著差异（图

讨论

本研究探讨了发育期间的饲养密度历史以及随后群体数量减少对成年小鼠的情绪状态、活动水平和认知功能的影响。结果表明，在较大群体（每笼6只小鼠）中饲养的小鼠表现出独特的生理和行为特征，即使群体规模减少到与对照组（每笼3只小鼠）相匹配后，这些特征仍然存在。

结论

总之，在断奶后的发育阶段在较大群体中饲养会诱导出一种持久的行为和生理表型，即使成年后群体规模调整到对照组水平后这种表型仍然明显。这种状态表现为行为过度反应和焦虑反应减弱，同时伴有慢性负荷和长期神经内分泌调节的生理标志。我们的研究结果表明，发育期间的社会经历

伦理批准和参与同意

所有动物实验均按照相关指南和规定进行，并遵循ARRIVE指南（https://www.nc3rs.org.uk/arrive-guidelines）和美国国立卫生研究院《实验室动物护理和使用指南》（第8版，2011年）。该研究获得了川崎医科大学动物实验委员会的批准。我们尽一切努力减少使用的动物数量并减轻它们的痛苦。实验设计

作者贡献

所有作者均能完全访问所有研究数据，并对数据的完整性和数据分析的准确性负责。研究概念和设计：Y.T.、H.U.、E.K.、M.O. 和 T.I. 数据收集：Y.T.、H.U.、E.K.、Y.T. 和 S.M. 数据分析和解释：Y.T.、H.U.、E.K. 和 Y.T. 手稿起草：Y.T.、H.U. 和 E.K. 重要学术内容的批判性修订：S.M.、K.W.、Y.T. 和 Y.M. 统计分析：Y.T.

利益声明

无

未引用的参考文献

4; 10; 11; 12; 13; 17; 18; 22; 28; 29; 31; 33; 35; 37; 38; 41; 43; 44; 46; 47

资助

本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何特定资助。作者还声明，没有任何资助来源参与研究设计、数据收集、数据分析或手稿撰写。

CRediT作者贡献声明

北野惠里子：监督、研究、数据管理。高桥雄：监督、方法学、研究、数据管理。森幸子：监督、方法学、数据管理。村上信二：监督。上野宏：撰写——初稿、项目管理、数据管理、概念化。田中良宏：撰写——初稿、监督、数据管理、概念化。渡井健太：监督。松本良介：监督。冈本本男：撰写——审阅与编辑

致谢

我们感谢本田洋提供技术支持。同时感谢川崎医科大学中央研究所提供本研究使用的仪器。