​Neuron︱首医饶毅团队揭示5-HT在调控幼崽对母亲依恋行为中的分子和细胞机理

撰文︱付慧敏

责编︱王思珍，方以一

对于婴儿来说，生命中的第一个社会行为是与它的照顾者（通常是母亲）产生相互依恋[1]。该依赖行为有利于婴儿获得营养和保护，从而帮助其生存，并影响晚年的其它行为[2]。如果这种依恋行为出现缺陷，这会给非人灵长类和人类造成严重的危害[3]。幼崽对于即使虐待他的哺育者也依然有着强烈的依恋行为，这些证据更加说明依恋行为的重要性[4]。然而，介导这一社会行为的分子机制并没相关报道。

研究表明，神经肽催产素（oxytocin，OXT）介导小鼠的母亲依恋行为，但OXT敲除后或外源性增加OXT都能减少母婴分离引起的婴儿超声发声（USV，一种能够吸引母亲照顾的信号）行为[5, 6]。缺乏血清素（5-HT）的小鼠幼崽中，母婴分离诱导的USV减少[7]。色氨酸羟化酶-2（tryptophan hydroxylase 2，TPH2）是大脑中合成5-HT的限速酶，该基因突变会导致5-HT合成及分泌的明显减少[8]。

最近，首都医科大学基础医学院的饶毅教授团队在啮齿类动物和非人类灵长类动物中产生Tph2基因的突变，进而探究5-HT在依恋关系中的功能。他们首次报道了在小鼠、大鼠、恒河猴中，中枢神经递质5-HT功能高度保守，其可作为OXT的通路上游分子调控幼崽对母亲的依恋行为。该研究工作以“Molecular and cellular mechanisms of the first social relationship: A conserved role of 5-HT from mice to monkeys, upstream of oxytocin”为题发表在Neuron期刊上，为深入了解母亲与婴儿的依恋关系提供了新的观点。

首先，他们通过CRISPR-Cas9技术构建Tph2^-/-小鼠和大鼠幼崽模型，发现其在母体分离诱导的USV行为和对带有母性气味的巢穴偏好都存在特定的缺陷。鉴于小鼠和大鼠的Tph2^-/-幼鼠都不能通过胚胎发生在大脑中合成5-HT，为了排除5-HT在发育中的作用所导致的间接作用，他们用200 mg/kg对氯苯丙氨酸（pCPA）药理抑制大鼠幼崽5-HT的合成，发现处理后的幼崽也存在对母亲的依恋行为障碍。通过4 mg/kg 5-羟色氨酸（5-HTP，5-HT的前体）恢复Tph2^-/-突变体大脑中的5-HT水平可以挽救存在缺陷的母系依恋。在使用TALEN方法删除Tph2基因的恒河猴模型中，他们分析幼崽及其母亲在自家笼子里的日常行为视频，发现Tph2^-/-幼崽与母亲的腹侧接触频率以及与母亲的总互动时间显著降低。Tph2^-/-幼崽在自己的母亲和另一个母亲的面孔之间进行选择时没有表现出明显的偏好。以上结果说明，5-HT在调节婴儿与母亲的关系方面具有重要和保守的作用。

为了研究5-HT能神经元是否参与上述依恋行为障碍，他们使用光纤钙成像法记录了体内神经元的活动，暴露在母亲巢穴环境中的5-HT能神经元嗅探相关的Ca²⁺信号明显高于清洁巢穴或其它孕母巢穴中的。有趣的是，母亲巢穴环境老鼠中缝核（RN）和下丘脑室旁核（PVN）中的5-HT能神经元子群检测到了强烈的c-fos信号（神经元活动的一个指标），这进一步支持5-HT能神经元被母体气味激活。免疫荧光实验显示，OXT能神经元的c-fos也呈阳性。与暴露于清洁巢穴相比，暴露于母亲巢穴环境后的c-fos和OXT双阳性神经元明显偏高（图1）。在OXT和OXTR敲除的大鼠幼崽模型中，并未发生母婴分离引起的USV行为障碍，但表现出明显的母亲巢穴偏好障碍。这证实了母亲气味可以激活5-羟色胺能神经元和催产素能神经元（图1）。

图1母体气味激活5-HT能神经元和OXT能神经元

（图源：Liu Y, et al., Neuron, 2023）

上述实验显示，Tph2^-/-、OXT^-/-、和OXTR^-/-幼崽在母亲巢穴的选择上都存在缺陷，那么OXT是否介导了5-HT在这一关系中的作用呢？他们将OXT通过鼻腔给药注射给OXT^-/-大鼠幼崽体内后，幼崽对母亲巢穴的选择缺陷得到了拯救，但注射5-HTP并不能达到这种效果。这些证据支持在对母亲气味的选择中，OXT是5-HT的下游通路分子。使用鼻喷雾剂将OXT送入5-HT敲除的幼猴体内，幼猴与母亲相处的时间增加了。这些结果表明，OXT在调节小鼠或灵长类动物的幼崽对母亲的依恋关系中发挥了保守作用（图2）。

图2 5-HT与OXT在调节依恋行为中的关系

（图源：Liu Y, et al., Neuron, 2023）

RN中的5-HT神经元由DRNs和内侧（MRN）5-HT能神经元组成，都投射到PVN [9]。研究团队使用化学遗传学方法抑制5-HT能神经元的活性，发现被沉默的5-HT能神经元的幼崽在母亲巢穴的选择偏好方面存在缺陷。且他们发现DRN中的5-HT能神经元主要负责调节这种选择偏好。RN中PVN投射的5-HT能神经元参与了归属的幼崽对母亲巢穴的选择偏好。PVN中的OXT神经元接收到来自RN中的5-HT神经元的直接输入，PVN中OXT能神经元的化学沉默导致了幼崽在母亲巢穴的选择缺陷。而PVN中OXT能神经元的激活可以挽救RN中5-HT能神经元沉默引起的选择性缺陷，但DRN中5-HT神经元的化学激活并不能挽救PVN中抑制OXT神经元的行为效应。总的来说，OXT能神经元作用于5-HT能神经元的下游，以调节婴儿与母亲的依恋关系（图3）。

图3 5-HT能神经元与OXT神经元在调节依恋行为中的关系

（图源：Liu Y, et al., Neuron, 2023）

图45-HT参与调控哺乳动物一种重要的社会行为即幼崽对母亲的依恋行为。（图源：Liu Y, et al., Neuron, 2023）

文章结论与讨论，启发与展望

总而言之，该研究结果证明了5-HT在母系依恋行为中的作用，这是哺乳动物的一个重要的社会行为（图3）。这是首次报道一种分子通过基因靶向在老鼠、大鼠到猴子行为中所发挥的作用。通过结合遗传学、药理学、光学成像、免疫化学和化学遗传学，支持PVN中的OXT、OXTR和OXT能神经元是RN中5-HT和5-HT能神经元的下游通路，如图所示。他们推测，5-HT可能是社会行为中OXT和AVP神经元的关键调控因子，因此5-HT在社会行为中发挥的作用可能比之前所怀疑的更多。

此外，5-HT与调节婴儿对情绪线索的注意有关，并与自闭症谱系障碍（ASD）的发展相关。后续的工作应进一步研究5-HT在人类婴儿中的作用。由于婴儿与母亲依恋关系的缺陷可能会影响动物晚年的其他行为，包括成年期的行为。研究婴儿行为的分子基础比研究成人行为更为重要，无论是对研究婴儿行为的内在价值，还是排除对后期行为的影响仅次于对婴儿行为的影响。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.02.010

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编辑︱王思珍

本文完