【Neuron】不只是害羞！浙大徐晗教授最新研究揭示社交恐惧的神经微环路机制
恐惧能让人类或动物得以趋利避害，以获得生物最基本的生存权利，不知恐惧的后果往往是死亡。然而，当个体对环境刺激恐惧过度时，就会对身体或心理上造成一定的伤害，比如社交恐惧，又称社交焦虑障碍(SAD)，在世界范围内普遍存在，其特征是持续的恐惧和回避社交场合。然而SAD的病理机制尚不清楚，目前也没有令人满意的治疗方案。
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2019年3月18日，《Neuron》杂志在线刊登了浙江大学神经科学研究中心徐晗教授团队的最新研究成果[1]，他们发现背内侧前额叶皮层（dmPFC）中生长激素抑制素（SST）神经元可以通过抑制小清蛋白（PV）神经元去抑制锥体神经元，最终导致社交恐惧的表达，首次揭示了前额叶皮层介导社交恐惧行为的神经微环路机制。
徐晗教授
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1、条件性社交恐惧小鼠模型构建
首先，作者根据社交恐惧条件反射行为学范式[2]，引入一套新的条件性社交恐惧小鼠造模系统（SFC，图1A），通过三室社交行为学实验发现[3]，与对照小鼠相比，条件性社交恐惧小鼠在社交室（social chamber, 有陌生同类小鼠一侧）中停留时间、与陌生小鼠互动指数（the social interaction index）均显著减少（图1B-E），而条件性社交恐惧小鼠接近陌生同类小鼠时的恐惧行为指标明显上升（图1F,1G）。这表明条件性社交恐惧小鼠对同类小鼠表现出强烈的社交恐惧反应。同时，社交偏好回避实验进一步证实这一结果（图1H-M）。因此，他们以这种条件性社交恐惧小鼠作为研究对象。
图1 条件性社交恐惧小鼠模型构建
2、dmPFC参与社交恐惧的表达
随后，他们发现条件性社交恐惧小鼠在经历社交恐惧后其背内侧前额叶皮层（dmPFC）中c-Fos阳性细胞数量显著增加（图2A,2B）。为进一步确认dmPFC是否参与社交恐惧的表达，他们用MUS（GABAa受体激动剂）快速抑制dmPFC神经元（图2C）。行为学实验结果发现，小鼠的社交恐惧程度显著降低（图2D-I）。这提示了dmPFC参与社交恐惧的表达。
图2 dmPFC参与社交恐惧的表达
3、调控社交恐惧表达的dmPFC微环路
为进一步探究参与社交恐惧表达的dmPFC微环路，他们先用在体电生理记录的方法（图3A），分出波形较窄（Narrow-spiking, NS）的抑制性中间神经元（INs）和波形较宽（Wide-spiking, WS）的锥体神经元。随后，根据神经元发放频率和持续时间，将抑制性中间神经元进一步分为快速放电式小清蛋白中间神经元(FS-PV INs)和non-FS NS神经元（图3B）。
接下来，他们检测了在社交恐惧表达过程中dmPFC不同类型的神经元活动（图3A）。结果发现，当条件性社交恐惧小鼠经历社交恐惧时，锥体神经元的动作电位发放频率明显上升（图3D），而FS-PV INs的活动显著降低（图3F）。
图3 锥体神经元和PV神经元在社交恐惧表达时的活动特性
基于上述电生理记录结果（图3），作者在CaMKⅡα-Cre小鼠dmPFC注射AAV-hSyn-DIO-hM4D-mCherry（图4A）。三室社交行为学实验结果发现，CNO药物抑制dmPFC投射神经元后，小鼠的社交恐惧表达显著下降（图4C-H）。
图4 抑制dmPFC投射神经元降低小鼠社交恐惧程度
进一步，他们借助 PV-Cre鼠，用化学遗传学方法激活PV神经元，按上述行为学实验范式，结果发现，实验小鼠的社交恐惧表达显著下降（图5C-H）。
上述结果提示了激活dmPFC FS-PV INs以及抑制投射神经元活性可显著降低小鼠社交恐惧的表达。
图5 激活dmPFC FS-PV INs降低小鼠社交恐惧程度
4、社交恐惧表达过程中dmPFC SST INs活动增加
接下来，作者进一步探究在社交恐惧表达过程中对FS-PV神经元起抑制作用的dmPFC微环路机制。先前的研究发现，小清蛋白（PV）神经元和生长激素抑制素(SST)神经元是PFC中两类主要的抑制性GABA能中间神经元[4]。因此，他们在SST-Cre小鼠的dmPFC注射AAV-DIO-GCaMP6m（图6B），钙信号光纤记录了自由移动小鼠dmPFC SST神经元活性（图6A）。结果发现，与对照组小鼠相比，当条件性社交恐惧小鼠接近陌生同类小鼠时，SST神经元活动水平显著升高（图6C-G）。
图6 社交恐惧表达过程中dmPFC SST INs活动增加
5、dmPFC去抑制性微环路介导社交恐惧的表达
最后，作者借助化学遗传学方法，在SST-Cre小鼠的dmPFC注射AAV-DIO-hM4D，并用在体多通道电生理记录发现，CNO处理后， SST INs活动水平显著降低（图7A,C），同时，在社交恐惧表达过程中锥体神经元的活动上升以及FS-PV INs的活动降低明显减少（图7D-I）。随后，三室社交行为学实验结果发现，CNO药物抑制SST INs后，小鼠的社交恐惧表达显著下降（图7J-O）。这些数据提示了dmPFC SST INs通过抑制FS-PV INs，从而去抑制锥体神经元，进而导致社交恐惧的表达。
图7 抑制SST INs活动水平可缓解社交恐惧程度
结论
社交恐惧，又称社交焦虑障碍(SAD)，是一种对社交或公众场合感到强烈恐惧或忧虑的精神疾病，对人们的身体和心理造成严重的危害，然而关于SAD的病理机制尚不清楚。本篇文章结合在体电生理记录、化学遗传学、行为学、钙信号光纤记录等方法发现，dmPFC SST INs活动抑制了FS-PV INs的活动，进而使锥体神经元的活性增加，最终导致社交恐惧活动的表达。这项研究揭示了前额叶皮层去抑制性微环路介导了小鼠的社交恐惧行为，为治疗SAD提供了新的研究思路。
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参考文献：
[1]Han Xu, et al. A Disinhibitory Microcircuit Mediates Conditioned Social Fear in the Prefrontal Cortex[J]. Neuron,2019, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.02.026
[2] Toth I, et al. Social Fear Conditioning: A Novel and Specific Animal Model to Study Social Anxiety Disorder[J]. Neuropsychopharmacology, 2012, 37(6):1433-1443.
[3] Moy S S, et al. Sociability and preference for social novelty in five inbred strains: an approach to assess autistic-like behavior in mice[J]. Genes Brain and Behavior, 2004, 3(5):287-302.
[4] Rudy B, et al. Three groups of interneurons account for nearly 100% of neocortical GABAergic neurons[J]. Developmental Neurobiology, 2011, 71(1):45-61.