Sci Adv：为什么想认识新朋友？华中科技大学鲁友明/刘丹/杜会芸团队揭示Htr2c神经元控制社交

社交探究行为是一种复杂的、理解周围世界所必需的行为，在一些主要神经精神疾病中该行为会受损。然而，目前尚不清楚这种社交探究行为是否以及如何由特定类型的皮层神经元编码。

基于此，2025年6月5日，华中科技大学鲁友明教授，刘丹教授以及杜会芸教授研究团队在Science Advances杂志发表了“A cell-type–specific epigenetic mechanism encodes social investigatory behavior via Lrhcn1 and Hcn1”揭示了一种细胞类型特异性的表观遗传机制通过Lrhcn1和Hcn1编码社交探究行为。

在此，作者开发了一种基于计算机视觉的工具来追踪未受训练小鼠的社交行为，并将其分为高社交状态和低社交状态。结合了基因指导的TRAP2策略与单细胞钙成像技术，发现前边缘皮层第5层中表达5-羟色胺受体2c（Htr2c）的神经元活动动态编码了高社交状态。作者发现了一个长链非编码RNALrhcn1控制Hcn1基因的转录，调控Htr2c神经元群体的活动并促进社交探究行为。Htr2c神经元直接且功能性地投射到下丘脑核团中的诱导型一氧化氮合酶（Nos1）神经元。功能获得和功能缺失研究证明，这一投射专门处理社交信息的传递。

 图一 社交探究行为激活Htr2c神经元 

作者首先使用三箱互动范式分析了个体年轻成年未受训练的C57BL/6品系雄性小鼠的社交行为。实验将测试箱分为三个区域：包含新同种小鼠的社交互动区、中性区，以及包含新玩具小鼠的物体互动区。分析了总互动时间、与新同种小鼠的总嗅探时间以及在社交区停留的总时间。基于这三个参数，开发了一种计算机视觉工具，并据此将实验小鼠分为高社交性（HS）、低社交性（LS）和中等社交性（MS）三组。为了最大化社交行为差异，仅选择HS和LS组进行研究。结果显示，HS小鼠在互动、嗅探以及社交区停留的时间均显著高于LS小鼠，并且其在社交区的时间与在物体区或中性区的时间呈负相关。作者将三箱实验视频导入计算机，通过分析小鼠在这三个子区域所处的帧数，发现HS小鼠比LS小鼠更长时间接近新同种小鼠而非玩具小鼠。此外，在奖励竞争测试中，HS小鼠表现出更强的竞争努力。所有社交分组的小鼠在三箱测试中的移动距离、运动时间和静止时间无显著差异，并且它们在旷场测试和高架十字迷宫任务中的表现也相似。为了探索社交探究行为所需的关键神经元群体，对HS小鼠中被激活的神经元进行了标记，以便比较这些神经元在社交探究过程中的潜在反应。结果显示，与没有社交对象的对照组相比，LS和HS小鼠在多个与社交互动和决策相关的脑区（如内侧前额叶皮层、伏隔核、腹侧被盖区）以及与社交动机和攻击性有关的区域（如未定带和基底外侧杏仁核）中产生了更多的TRAP2标记或激活的神经元。由于在HS小鼠的前边缘皮层第5层（PrL5）中激活的神经元数量显著高于LS小鼠，将研究重点聚焦于这一脑区。RNA测序分析显示，前额叶皮层中约80%的神经元表达钙/钙调素依赖蛋白激酶IIα（Camk2α）和溶质载体家族17成员7（Slc17a7），仅有少数（约25%）表达囊泡谷氨酸转运蛋白2（VGLUT2）。作者共鉴定出10个不同的细胞簇，这些细胞都富集表达Camk2α和Snap25，属于神经元类型。其中，5-羟色胺受体2c（Htr2c）被归类为第9簇的标志基因，它主要与CTIP2共表达，将这类神经元命名为Htr2c神经元。值得注意的是，TRAP2标记的Htr2c神经元数量与社交探究行为高度相关，且HS小鼠中TRAP2标记的CTIP2神经元水平也更高。Htr2c神经元表达VLGUT2，占所有VGLUT2神经元的23%。综上所述，这些数据表明Htr2c神经元是PrL5中的一种兴奋性谷氨酸能神经元亚型，它们在社交探究行为中被激活。

 图二 Htr2c神经元的激活介导了社交探究行为 

接下来，作者通过向Htr2c-FLP小鼠的前边缘皮层第5层（PrL5）注射rAAV2/9病毒，从而在Htr2c神经元中表达hM4Di。电生理记录证实了局部应用CNO能高效抑制Htr2c神经元的动作电位发放。在行为实验前90分钟，小鼠被给予CNO或生理盐水。结果显示，注射CNO显著降低了社交探究持续时间，而生理盐水则无此效应。与对照组相比，接受CNO处理的Htr2c-hM4Di小鼠在社交性方面的表现，即探索同类个体的时间占总探索时间的比例明显下降。与对社交探究的特异性抑制一致，CNO处理并未改变小鼠对物体的探究行为。Htr2c神经元的失活并未引起运动能力的显著变化，各组小鼠在活动时间和移动距离上基本一致。利用光遗传学方法，也得到了与化学遗传学抑制类似的结果：社交探究时间显著减少。由于前边缘皮层神经元还通过与杏仁核的功能连接参与恐惧和焦虑等情绪反应，进一步检测了CNO处理后的Htr2c-hM4Di小鼠的焦虑样行为，结果发现其在旷场和高架十字迷宫测试中的表现未受影响。此外，前边缘皮层神经元也被认为参与新奇探索行为的调控。为了明确Htr2c神经元的激活是否仅特异于社交探究，还是也参与对非生物物体的探索，进行了新物体识别实验，将同种小鼠替换为新物体，并比较小鼠在首次接触新物体和再次接触熟悉物体时的行为差异。结果显示，无论注射CNO还是生理盐水，小鼠在熟悉阶段的新奇偏好指数均较新奇阶段下降，表明Htr2c神经元失活不影响新奇探索行为。这些数据共同表明，Htr2c神经元特异性地编码社交探究的动机信号。接下来在LS小鼠的Htr2c神经元中表达hM3Dq病毒并在其自然饲养环境中观察其行为表现。记录了注射CNO后6小时内小鼠在家中笼子内的自发行为，以筛查其自然行为模式并分析运动能力和身体状态。结果显示，注射CNO的小鼠在移动距离和活动时间方面与注射生理盐水的小鼠没有差异。随后，在适应10分钟后，在旷场中观察小鼠的社交探究行为。数据显示，化学遗传学激活Htr2c神经元可显著提高LS小鼠的社交探究频率和持续时间。这种增加并非单纯因为社交启动潜伏期缩短，因为它们对同一环境中的物体探究行为未发生变化。为进一步研究Htr2c神经元在社交探究中的作用，还评估了在自然家笼环境中操控Htr2c神经元是否会影响HS与LS小鼠的社交行为。连续监测了HS和LS小鼠在家庭笼中48小时的行为表现。结果显示，抑制Htr2c神经元选择性地降低了HS小鼠社交行为成分的表现，而激活Htr2c神经元则提升了LS小鼠的社交探究水平。综合在实验条件和自然条件下对HS和LS小鼠进行的功能获得与功能缺失研究结果表明，Htr2c神经元的激活既是对社交探究动机的充要条件。

 图三 Htr2c→SUM投射介导社交探究行为 

为了系统性地鉴定Htr2c神经元的下游突触靶点，作者首先通过光遗传学刺激Htr2c神经元，在全脑范围内筛查被激活的神经元。将rAAV9/2-hSyn-fDIO-ChR2-GFP病毒颗粒注射到Htr2cFLP::TRAP2Ai14小鼠的前边缘皮层第5层，使Htr2c神经元中表达ChR2-E123A。在光刺激后注射4-OHT，发现被Htr2cChR2神经元激活的神经元主要集中在SUM、VTA和MRT，而在其他脑区则未见明显激活。接下来，针对Htr2c神经元在社交探究行为中的神经投射进行了光遗传学研究。将rAAV2/9-hSyn-fDIO-ChR2病毒注射到PrL5区域，并将光纤植入分别定位到上述三个脑区以激活Htr2c神经元的轴突投射。体内电生理记录显示，对这些区域的光遗传学刺激能够诱发VTA、MRT和SUM中神经元的动作电位发放。行为学数据显示，激活具有Htr2c→SUM投射的神经元可显著提高LS小鼠的社交探究行为，且不影响其运动能力。相反，激活Htr2c→MRT或Htr2c→VTA投射并未对社交探究行为产生影响，这突显了Htr2c→SUM投射在社交探究中的功能特异性。

总结

Htr2c神经元中表观遗传社交信号的失调可能在一些以社交行为障碍为特征的神经精神疾病（如精神分裂症、自闭症和抑郁症）中发挥作用。因此，以Htr2c神经元中的Lrhcn1-Hcn1通路为靶点，可以作为治疗这些神经精神疾病的一种策略。

文章来源：10.1126/sciadv.adt5400

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