攻击性行为的神经网络开关

攻击性行为，是一种典型的动机性行为，常见于自然界与生活中，如：物种内争夺配偶的决斗、物种间解决温饱的捕食、古代人类各部落之间的战争、现代的商业贸易战等。攻击性行为对生物种群的生存与繁衍，至关重要。

因其重要性，科学工作者对攻击性行为相关神经环路机制已开展大量研究，其中富含抑制性神经元的腹内侧下丘脑（Ventromedial hypothalamus, VMH）与外侧隔核（Lateral septum, LS）为调控攻击性行为的重要脑区。激活VMH诱发攻击性行为[1]，而激活LS-VMH环路抑制VMH，由此抑制攻击性行为[2]。然而，更高级脑区如何调控这些脑区以发出攻击性行为，我们尚未可知。

激活LS-VMH环路抑制攻击性行为

2018年12月5日，《Nature》杂志刊登了哥伦比亚大学S. Siegelbaum教授的最新重要工作[3]，他们发现海马CA2亚区椎体神经元投射到背侧LS（dLS），从而去抑制VMH脑区，进而驱动攻击性行为。本篇文章首次揭示攻击性行为相关的高级脑区，极大提高了人们对攻击性行为领域的认知。

S. Siegelbaum教授

结果

海马CA2亚区投射到dLS

首先，为研究海马CA2亚区椎体神经元的下游脑区，作者在Amigo2-Cre小鼠的CA2亚区注射AAV-DIO-ChR2-YFP，发现CA2在dLS脑区存在大量投射纤维（图1a-c）。为进一步证实CA2投射到dLS而非路过，作者在dLS注射狂犬病毒Rabies-ΔG-GFP，发现CA2亚区存在GFP+胞体，且与PCP4、RGS14共标（图1d-i）。

再进一步，作者使用膜片钳电生理方法，发现单次光刺激CA2椎体神经-dLS轴突末梢可诱发50%dLS神经元产生去极化突触后电位、12%dLS神经元产生动作电位（图1l-m）。

图1 海马CA2亚区投射到dLS

抑制CA2或CA2-LS投射减少攻击性行为

了解CA2投射到LS之后，作者就其相关功能展开研究。他们在Amigo2-Cre小鼠的CA2亚区注射AAV-DIO-hM4Di，三周后，腹腔注射CNO化学抑制CA2亚区会显著减少小鼠对入侵鼠的攻击性行为，而增加其社交探索行为（图2a-b）。

CA2-LS环路方面，他们使用相同方法注射病毒，而在LS埋管注入CNO。发现化学抑制CA2椎体神经元在LS脑区的轴突末梢出现与上述一样的现象（图2c-d）。

图2 抑制CA2或CA2-LS投射减少攻击性行为

CA2前馈抑制投射到VMHvI的vLS神经元

过去研究表明， vLS神经元下游腹外侧VMH（VMHvl）与攻击性行为密切相关[2]，作者就此展开进一步研究。他们在Amigo2-Cre小鼠的CA2注射AAV-DIO-ChR2，在VMHvl注射逆行标记染料CTB-647，记录投射到VMHvl 亚区的vLS神经元。发现与dLS神经元不同（图1l），光激活CA2-LS投射诱发vLS神经元产生超极化。而且，光刺激诱发vLS神经元产生的兴奋性突触后电流远小于dLS神经元，vLS神经元的抑制性突触后电流（IPSC）远大于dLS神经元。此外，vLS神经元的IPSC延迟较长，且可被AMPA受体、NMDA受体拮抗剂CNQX+AP5阻断，表明此IPSC为前馈抑制（feed-forward inhibition）效应（图3a-h）。

图3 CA2前馈抑制投射到VMHvl的vLS神经元

化学抑制CA2降低VMHvI激活水平

了解 CA2-dLS-vLS-VMHvl环路连接方式后，作者就其在体生理学效应展开研究。他们以c-fos表达水平作为VMHvl神经元激活水平的表征，发现化学抑制CA2会显著降低小鼠攻击性行为后VMHvl神经元的c-fos表达水平，表明化学抑制CA2降低VMHvl的激活水平（图4）。

图4 化学抑制CA2降低VMHvl中c-fos表达水平

CA2-LS投射特异性参与攻击性行为

为探究小鼠产生攻击行为时CA2-LS环路的激活状态，作者在Amigo2-Cre小鼠的CA2注射AAV-DIO-GCaMP6f，在CA2或LS上方植入光纤。发现社交探索、攻击性行为均可激活CA2神经元，而只有攻击性行为可激活CA2投射到LS的轴突末梢（图5a-i）,表明此范式中CA2参与多种行为，而CA2-LS投射特异性参与攻击性行为。

图5 CA2-LS投射参与攻击性行为

激活CA2-LS突触前AVPR1b受体增加攻击性行为

过去的研究表明，CA2参与社交记忆功能，其神经元富含精氨酸加压素1b型受体（AVPR1b）[4]，精氨酸加压素（AVP）可作用于AVPR1b以诱发攻击性行为[5]。那么，AVP-AVPR1b是否参与CA2-LS环路功能呢？作者就此展开研究。

他们再次在Amigo2-Cre小鼠的CA2中注射AAV-DIO-ChR2，膜片钳电生理记录LS神经元，发现加入AVP后，LS神经元兴奋性突触后电位显著升高，约为原来的180%。加入AVPR1b特异性激动剂dVP、D3PVP得到相同结果，而在此之前加入AVPR1b特异性阻断剂SSR149415或AVPR1b敲除小鼠中，LS神经元兴奋性突触后电位幅度不变（图6a-c）。有意思的是，激活AVPR1b并不影响CA2另一下游dCA1神经元的兴奋性突触后电位（图6c）。

行为学方面，在dLS埋管注入SSR149415阻断AVPR1b后，小鼠显著减少对入侵鼠的攻击行为，而增加社交探索行为（图6d）,表明CA2-LS环路突触前AVPR1b参与攻击性行为。

图6 激活CA2-LS突触前AVPR1b受体增加小鼠攻击性行为

总结

日常生活中，攻击性行为随处可见，如：决斗、捕食、战争等。已有大量研究表明攻击性行为主要受隔核与下丘脑调控，但对于发出攻击指令的高级脑区，我们尚未可知。本文结合神经元示踪、电生理、化学遗传、光遗传等方法，发现参与社交记忆的海马CA2通过精氨酸加压素激活LS，去抑制VMHvl脑区，从而发出攻击指令。这项研究揭示了攻击性行为的神经网络开关，极大提高了我们在攻击性行为领域的认知。

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参考文献

1.Lin, D., et al., Functional identification of an aggression locus in the mouse hypothalamus. Nature, 2011. 470(7333): p. 221-6.

2.Wong, Li C., et al., Effective Modulation of Male Aggression through Lateral Septum to Medial Hypothalamus Projection. Current Biology, 2016. 26(5): p. 593-604.

3.Leroy, F., et al., A circuit from hippocampal CA2 to lateral septum disinhibits social aggression. Nature, 2018.

4.Young, W.S., et al., The vasopressin 1b receptor is prominent in the hippocampal area CA2 where it is unaffected by restraint stress or adrenalectomy. Neuroscience, 2006. 143(4): p. 1031-1039.

5.Pagani, J.H., et al., Role of the vasopressin 1b receptor in rodent aggressive behavior and synaptic plasticity in hippocampal area CA2. Mol Psychiatry, 2015. 20(4): p. 490-9.