南京医科大学肖明和盛呈雨课题组发现Egr2通过调控髓鞘 ...

一条大河

社会合作促进了个体间的信息交换和行动协调，是人类和群居性动物赖以生存的基础，也是推动人类文明和社会进步的重要动力。各种神经精神疾病，如抑郁症、自闭症、精神分裂症、双相情感障碍以及阿尔茨海默病患者均存在不同程度的合作行为障碍。与学习、记忆、焦虑和社会交往等行为相比，有关社会合作的神经生物学机制和分子基础方面仍未阐明。
研究表明，内侧前额叶皮层（mPFC）是社会交往和合作行为的关键脑区。人类童年时期经历的社会隔离（SI），如留守儿童，对其成年以后的社会行为会产生深远的影响，这与mPFC白质髓鞘化损害有关。与人类研究结果相一致，断奶后的小鼠隔离饲养延缓了mPFC少突胶质细胞成熟形成髓鞘，而被SI的小鼠与群养组GH小鼠再社会化，可以改善这一现象。用氯马斯汀（一种促进少突胶质细胞分化和髓鞘形成的抗毒蕈碱化合物）治疗SI小鼠，成功逆转了隔离饲养诱导的社会交往行为。然而，mPFC髓鞘形成是否参与调节SI小鼠社会行为障碍目前仍不明确。
在此背景下，2023年2月16日，南京医科大学肖明与盛呈雨研究团队在Nature子刊Lab Animal的封面论文上发文揭示了早期生长反应因子2（Egr2）通过调控mPFC髓鞘形成，参与幼龄SI小鼠合作行为的建立与维持。


1. 早期SI小鼠的社会交往和合作行为受损
现有的大鼠和小鼠合作行为范式在某种程度上不足以反映合作行为的内在属性——互相适应和相互促进。因此，研究人员建立了一种检测小鼠合作行为的行为学测试平台，可以定量的评估小鼠的合作能力（bioRxiv preprint. doi:10.1101/2021.02.06.430037）。此测试系统，每只小鼠首先被训练学习使用身体位置依赖的饮水装置。然后把两只训练过的小鼠放进装有可控制两个分配器的饮水装置。记录测试期间是否有共同饮水行为以及每次共饮的潜伏期、共饮次数和共饮累积时间，从而定量评价小鼠合作行为能力。
首先，研究人员对断乳后的雄性小鼠进行3周的SI造模后进行行为学测试，发现SI小鼠出现明显的合作行为障碍，与GH小鼠相比，在合作饮水测试期间，SI小鼠彼此合作时，其共饮水潜伏期明显延长、共饮水次数和共饮水累积时间大幅度缩短。同时，相比于GH小鼠，SI小鼠在三箱实验中对陌生鼠的探索时间显著减少，而对空笼和熟悉鼠的探索时间增加，表现出社交障碍和社交新颖性缺陷。



图1|早期SI小鼠的社会交往和社会合作能力下降

2. Egr2是隔离饲养小鼠社会行为障碍的潜在靶基因
为了探索SI导致的上述行为改变潜在的分子机制，研究人员对GH组和SI组小鼠mPFC样本进行RNA测序。测序的结果显示2组小鼠mPFC中差异表达基因主要富集在认知行为、髓鞘形成、突触发育以及离子通道等4个通路。通过qRT-PCR和Western blot实验发现Egr1、Egr2和Arc在SI小鼠mPFC中显著下降。并通过转录因子结合位点预测软件JASPER以及双荧光素酶报告基因实验进一步证实了Egr2可以转录上调Arc和Egr1的表达。因此，Egr2可能是影响SI导致的社会交往和社会合作行为等受损以及髓鞘和突触形成障碍的关键基因。



图2|Egr2是调控合作行为的潜在基因

3. Egr2参与调控早期社会隔离小鼠的社会行为和髓鞘形成
为了明确Egr2对小鼠社会交往和社会合作行为是否有影响，研究团队在3周龄C57BL/6J的雄性小鼠双侧mPFC中注射Egr2干扰病毒，发现敲低mPFC Egr2的表达幼龄鼠出现合作行为障碍，并导致小鼠髓鞘形成障碍，而对突触没有影响。而mPFC过表达Egr2可显著减轻SI导致的合作行为障碍以及mPFC突触与髓鞘可塑性损害。虽然少突胶质细胞在社会行为中扮演重要角色，然而，研究人员发现在少突胶质细胞或神经元中特异性过表达Egr2都不能完全缓解SI小鼠的合作行为缺陷，但都能改善社会交往行为。这表明社会合作行为需要少突胶质细胞和神经元的共同作用。



图3|敲除mPFC Egr2会损害小鼠的社交合作能力和髓鞘形成

4. 糖皮质激素抑制Egr2的表达导致少突胶质细胞的成熟障碍
既往的研究发现SI导致血清中糖皮质激素升高。然而，有研究发现给予大鼠糖皮质激素刺激会抑制OPCs的增殖。同时人类Jurkat T细胞中，糖皮质激素诱导的亮氨酸拉链蛋白抑制Egr2转录。为了探究隔离饲养是如何调节mPFC中Egr2的表达，研究人员通过对原代培养的少突胶质细胞给予皮质酮（是啮齿动物的糖皮质激素）处理，发现Egr2明显下降。此外，SI小鼠的血清皮质酮水平显著升高，并在再社会化6周后恢复正常。进一步的免疫染色结果显示SI小鼠mPFC少突胶质细胞中GR的激活增加，并被再社会化所纠正。上述实验结果表明隔离饲养导致小鼠的血清糖皮质激素水平增加，与调节社会行为的Egr2的表达有关。



图4|SI小鼠皮质酮水平的升高会下调Egr2的表达

最后，研究人员发现少突胶质细胞在给予Egr2干扰质粒处理，其分化早期的标记物PDGFRα升高、中期的标记物Enpp6和晚期的标记物MBP和CC1的转录水平都明显下降。与qRT-PCR的结果一致，用siRNA干扰Egr2的表达可显著降低原代少突胶质细胞的分化，具体的表现为少突胶质细胞突起和分支减少。因此干扰Egr2表达抑制少突胶质细胞分化和成熟。



图5|下调Egr2会抑制少突胶质细胞的成熟

综上所述，本研究发现Egr2在mPFC髓鞘化和社会合作行为建立中的关键作用。早期生活应激可增加血清中糖皮质激素的产生，从而抑制少突胶质细胞中Egr2的表达，最终导致社会交往和社会合作行为障碍。

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