哺乳期的母亲有多勇敢？
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作者:Cohen
审稿:苏云菌
编辑：X
催产素 （oxytocin，OXT）是由九个氨基酸组成的神经肽，其合成局限于下丘脑的两个相邻区域—室旁核（paraventricular nuclei ,PVN）和视上核（supraoptic nuclei ,SON）[1]，催产素的独特性在于它的作用二元性：一方面，这两个神经核中的大细胞—催产素能的神经元投射到垂体后部，在那里它们分泌催产素到外周血系统[2]，另一方面，这些神经元大多数也通过轴突侧支靶向特定的脑区并在其中释放催产素[3]。因此，由这些细胞释放的催产素既可作为外周神经激素，也可作为大脑内的神经调质。虽然催产素的这两种看似不同的活性模式之间的确切关系尚不清楚，但最近的很多研究为我们阐明这个问题带来了新的看法[4]。
催产素在外周中最为确定的作用是与母性行为有关的，例如分娩和泌乳[5]。催产素在血液中的释放在分娩期间的子宫收缩中起着关键作用，并且对泌乳期间的乳汁排出反射至关重要。因此，毫不奇怪，子宫和乳腺中的催产素受体（ oxytocin receptor，OXTR）表达水平以及血液中的催产素水平在分娩前明显上升并且在哺乳母亲中保持较高水平。同时，在许多脑部区域中（包括与情绪相关的边缘系统）的催产素受体水平在分娩前也有所提高[6]，暗示了催产素可能参与调节母亲的情绪行为。早期的研究表明，泌乳期的大鼠相比未孕大鼠更不容易感到害怕，且对同种个体更具攻击性。例如，在由恐惧诱发而表现出的“全身冻结”反应时间上，泌乳期鼠妈妈相比未孕大鼠要短很多[7]。这些由母性诱导的行为适应被认为是由催产素介导的，且要求催产素的中枢和外周作用之间的协调。
图1.小鼠的全身冻结反应。冻结行为或冻结反应是对特定刺激的反应，最常见于被捕食动物中。当一只猎物被捕食者捕获并被捕食者完全征服时，猎物仍有可能通过假死使捕食者停止攻击从而逃脱。研究通常使用刺耳音调或电击来配对一些先天不会引起恐惧的刺激(条件性刺激)，来引起条件性冻结行为反应。对刺激的反应通常被描述为“战斗或逃跑”，但更完整地描述为“战斗，逃跑或冻结”，在战斗或逃跑反应的前后也观察到冻结反应。
在一项研究中，Menon等人针对小鼠使用了一种称为社交恐惧条件反射的行为范式。在这里，非条件刺激是指足部电击，条件刺激是指与其他同类小鼠的社交活动。在第一天，将足部电击和特定的社交刺激配对，习得对社交活动的恐惧反射；第二天，对小鼠进行消退程序（条件反射建立后，如果只反复给予条件刺激，不再用非条件刺激强化，经过一段时间后，条件反射效应逐渐减弱，甚至消失，这称为条件反射的消退），包括三次暴露于非社交性的控制刺激，然后是六次暴露于社交刺激中，没有电击；在第三天，小鼠经历回忆程序，其中包括六次暴露于相同的社交刺激中。这种范式以前只在雄性小鼠身上使用[8]，能够显示出诱发的社交恐惧的程度以及恐惧消退的时间过程。结果发现，未孕小鼠显示出的强烈社交恐惧反应，在消退程序中逐渐消退了，而哺乳期母鼠的表现则跟完全没有经历过条件反射的动物相似，没有产生社交恐惧反应。
图2. 社交恐惧条件反射的行为范式及其行为表现结果。在第一天，习得对社交活动和电击的之间条件性恐惧反射；第二天，进行消退程序，用无电击的社交活动，来消退恐惧；第三天，将小鼠暴露于相同的社交刺激中，经历回忆程序，然后记录相应的行为表现。行为表现结果如右下角所示：蓝色代表未孕小鼠，红色代表泌乳期小鼠，实线表示习得条件性恐惧反射组（SFC+），虚线表示无条件恐惧反射组（SFC-）。可以看出，泌乳期小鼠习得了非社交活动的条件性恐惧反应，而没有习得出条件性社交恐惧反应，而进行相同操作的未孕小鼠则习得出条件性社交恐惧反应。
研究者们然后使用针对神经活性标记cFos的免疫染色来鉴定哺乳小鼠和未孕小鼠在社交恐惧反应期间表现出神经激活差异的脑区。他们发现哺乳特异性的cFos仅在外侧隔核（lateral septum，LS）中表达显著降低，而先前的研究发现该区域中催产素的活动可增强雄性小鼠社交恐惧反应的消退[8]。
图3. 根据cFos免疫阳性神经元的数量来显示在未孕小鼠和哺乳小鼠中外侧隔核神经元激活的程度。蓝色Vir是指未孕小鼠组，而红色Lac指哺乳小鼠组。在小鼠习得条件性社交恐惧反射（SFC-）、无条件社交恐惧反射（SFC+）和社交恐惧消退（Ext）后90分钟时将其处死进行检测，发现cFos仅在外侧隔核中表达显著降低。 （注：cFos蛋白是即刻早期基因cfos转录翻译的产物，是一种核内磷酸化蛋白。基础状态下，cFos蛋白在中枢神经系统的水平非常低，然而在各种应激状态下，cFos蛋白的表达能够被瞬时快速地诱导，由于cFos蛋白的诱导表达能在很大程度上反映应激诱导的神经元活动情况，故其常被作为神经元激活的标志）。
接着，为了探测外侧隔核中哪些神经元表达催产素受体，他们使用基因修饰小鼠，使得绿色荧光蛋白GFP在催产素受体特定表达的细胞群中特异性表达，发现了在外侧隔核的calbindin阳性的抑制性中间神经元群中的催产素受体的特定表达。使用微量透析在社交恐惧反应发生之前、期间和之后分别监测外侧隔核中催产素释放的水平，研究者们发现哺乳母亲在恐惧反应期间测量的催产素水平显着增加，而未孕雌性小鼠没有观察到这种增加。
图4. 外侧隔核中催产素释放激活该脑区中的抑制性中间神经元。首先，使用OXTR报告基因，研究者能够确定外侧隔核中的大多数OXTR阳性神经元对于钙结合蛋白calbindin（CB）也是阳性的，而calbindin是GABA中间神经元的一个标记[9]，这表明这些神经元是抑制性GABA能的（图4I-4L）。其次，量化了支配未孕小鼠和哺乳小鼠外侧隔核的催产素纤维的数量，检测到哺乳小鼠（图4N和4Q）中的催产素阳性纤维数量与未孕小鼠（图4M和4Q）相比增加了一倍。
为了继续验证这一假设，Menon 等人以各种方式操纵外侧隔核中的催产素系统，发现将催产素注射到外侧隔核中以及在该大脑区域中OXTR的过度表达显着降低了他们的社交恐惧反应。相比之下，向外侧隔核注射OXTR拮抗剂以及敲除OXTR基因，将哺乳期母亲的恐惧反应提高到与未孕雌性小鼠相似的水平。这些实验证实外侧隔核中催产素的释放减少了哺乳母亲的社交恐惧。
下一步，他们旨在确定外侧隔核中催产素的神经支配来源，并试图理解为什么它在哺乳母鼠中比在未孕雌性小鼠中更活跃。令人惊讶的是，Menon等人使用逆行病毒载体追踪支配外侧隔核的催产素神经元，发现外侧隔核中催产素纤维的主要来源是视上核中催产素神经元群（见图5）。因为之前的研究关于催产素的大部分行为效应被发现来自室旁核神经元[10]，而视上核神经元通常被忽略。事实上，使用遗传药理学操作抑制这些神经元的神经活动却明显地增强了哺乳期母鼠的社交恐惧反应，并且阻止了这种恐惧反应的消退。
图5. 外侧隔核中催产素纤维的主要来源是视上核中催产素神经元群。为了分析催产素能神经元投射到外侧隔核神经元的性质，使用逆行示踪剂荧光金Fluorogold腹腔注射哺乳期小鼠，而Fluorogold仅在缺乏血脑屏障的区域（例如神经垂体）中被轴突末端吸收，从而使得投射到神经垂体的大细胞神经元能够被识别出来。对冠状切片的OXT（绿色）、mCherry（红色）和Fluorogold（蓝色）共同染色显示，投射到外侧隔核的大约83％的下丘脑催产素神经元起源于视上核。
因此，这项研究的结果取得了双重突破。首先，他们显示视上核的催产素纤维对外侧隔核的神经支配发挥了明确的行为作用，这表明不仅以前认为的室旁核，视上核在催产素介导的社交行为调节中也发挥重要作用。其次，他们表明这种神经支配在泌乳母亲中得到增强，这是一种导致外侧隔核中催产素释放增加的塑性过程，通过激活局部的抑制性的GABA能中间神经元，催产素的增强释放抑制了外侧隔核中的神经活动，进而减弱了母亲的社交恐惧反应。
图6. 视上核投射的外侧隔核的催产素在哺乳期间减轻社交恐惧。视上核-外侧隔核催产素能神经元的活性增强使得外侧隔核中催产素释放增加，从而激活局部表达OXTR的GABA能神经元，减弱了泌乳母鼠的社交恐惧反应，也可能通过下游区域，如腹内侧下丘脑等，提升参与社交活动的动机。
在最近发表的另一项研究中[11]，研究者们使用气味恐惧条件反射范式，表明了催产素在中央杏仁核中起重要作用，以防止哺乳期母亲产生因恐惧引起的适应性“全身冻结”反应，从而使他们能够积极保护幼鼠。这些发现揭示了哺乳期催产素升高导致的外周生理作用（如分娩和泌乳）与中央脑活动的行为调节作用（减弱社交恐惧反应）之间的协调性。[d1] 由此，对于催产素的这两种看似不同的活性模式之间的确切关系？最起码我们可以说，它们共同作用使得泌乳期母鼠在恐惧面前散发勇敢的母性，无畏恐惧。因此，这些研究表明催产素系统中枢脑与周边之间的二分法是不恰当的，它们应该作为一种完整形式来探索。从更广泛的角度来看，在社交性啮齿动物及人类中，催产素系统会影响群体动态，而不仅仅影响个体活动，通过“牺牲”掉母代个体利益来保护后代，从而更大程度上增加群体的利益和适应性。
参考文献
1. Grinevich, V., Knobloch-Bollmann, H.S.,Eliava, M., Busnelli, M., and Chini, B. (2016).Assembling the puzzle: pathways of oxytocin signaling in the brain. Biol. Psychiatry 79,155–164.
2. Leng, G., Pineda, R., Sabatier, N., and Ludwig,M. (2015). 60 years of neuroendocrinology: the posterior pituitary, from Geoffrey Harris to our present understanding. J. Endocrinol. 226, T173–T185.
3. Knobloch, H.S., Charlet, A., Hoffmann, L.C.,Eliava, M., Khrulev, S., Cetin, A.H., Osten, P.,Schwarz, M.K., Seeburg, P.H., Stoop, R., et al.(2012). Evoked axonal oxytocin release in the central amygdala attenuates fear response.Neuron 73, 553–566.
4. Menon, R., Grund, T., Zoicas, I., Althammer,F., Fiedler, D.,Eliava, M., et al.(2018). Oxytocin signalling in the lateral septum prevents social fear during lactation. Curr. Biol. 28, 1066–1078.e6.
5. Russell,J.A.,andLeng,G.(1998).Sex,parturition and motherhood without oxytocin?J. Endrocrinol. 157, 343–359.
6. Gimpl, G., and Fahrenholz, F. (2001). The oxytocin receptor system: structure, function,and regulation. Physiol. Rev. 81, 629–683.
7. Hansen, S., and Ferreira, A. (1986). Food intake, aggression, and fear behavior in the mother rat-control by neural systems concerned with milk ejection and maternal behavior. Behav. Neurosci. 100, 64–70.
8. Zoicas, I., Slattery, D.A., and Neumann, I.D.(2014).Brain oxytocin in social fear conditioning and its extinction: involvement of the lateral septum.Neuropsychopharmacology39,3027–3035.
9. Zhao, C., Eisinger, B., and Gammie, S.C. (2013). Characterization of GABAergic neurons in the mouse lateral septum: a double fluorescence in situ hybridization and immunohistochemical study using tyramide signal amplification. PLoS ONE 8, e73750.
10. Lee, H.J., Macbeth, A.H., Pagani, J.H., andYoung, W.S.,3rd (2009). Oxytocin: the greatfacilitator of life. Prog. Neurobiol. 88, 127–151.
11. Rickenbacher, E., Perry, R.E., Sullivan, R.M.,and Moita, M.A. (2017). Freezing suppression by oxytocin in central amygdala allows alternate defensive behaviours and mother-pup interactions. eLife 6, e24080.
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