大腦功能受遺傳和環境因素共同影響，慢性壓力作為環境因素可能導致神經精神障礙，如焦慮和抑郁等。而男性和女性在面對壓力時可能會有不同的反應，因此性別差異在壓力相關的疾病中一直是一個有趣的話題。
根據紐約州立大學布法羅分校Zhen Yan教授團隊在Nature子刊Molecular Psychiatry (IF：11.0)發表的題為“Molecular and cellular mechanisms for differential effects of chronic social isolation stress in males and females”一文，斷奶后5周的隔離應激（模擬社會孤立）會引起小鼠前額葉皮層(prefrontal cortex, PFC)、基底外側杏仁核(basal lateral amygdala, BLA)和腹側被蓋區(ventral tegmental area ,VTA)的性別差異性行為異常和神經活動改變。文章巧妙地結合AAV腦立體定位注射及其他技術（化學遺傳學、光遺傳學、在體鈣成像和膜片鉗等）實現對神經通路的特異性調控，以此驗證不同神經通路在社會孤立不同性別小鼠中所起的作用。這項研究提示了青春期慢性社會孤立對于男性和女性的影響存在差異及可能的機制。
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研究結果
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1. 社會孤立使雄性小鼠攻擊性增加，與PFC-BLA通路的異常抑制有關
小鼠根據不同性別分組為雄性(male, M,藍色表示)和雌性(female, F,紅色表示)，各組根據斷奶后5周飼養方式的不同又分為社會孤立組(socially-isolated, SI)和群養對照組(group-housed, GH)。在檢測小鼠攻擊性的“居住者-入侵者(resident-intruder, RI)”實驗中觀察到相較于GH M小鼠,SI M小鼠的攻擊行為出現的總時間較長，差異具有統計學意義，而在雌性小鼠中未見此差異。對情緒調控相關的腦區前額葉皮層(prefrontal cortex, PFC)和基底外側杏仁核(basal lateral amygdala, BLA)神經元活動性用c-fos進行檢測，觀察到PFC的c-fos陽性神經元數目顯著降低，BLA的c-fos陽性神經元數目升高，而二者興奮性神經元（CaMKII陽性）總數未見明顯差異。PFC投射到下游核團介導情緒調控，因此SI M小鼠的攻擊性增加是否與PFC-BLA通路興奮性改變相關呢？
實驗者用AAV病毒相接及化學遺傳學的方法實現對此通路的特異性調控，即在PFC注射帶Cre的GFP標記的病毒，在BLA注射可以識別Cre的帶mCherry標記的逆行DREADD病毒，CNO激活此通路GH M小鼠攻擊性行為增加，CNO化學遺傳學抑制此通路SI M小鼠攻擊性行為減少，以此說明PFC-BLA通路活動的改變介導了社會孤立的雄性小鼠攻擊性行為。
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2. 光遺傳結合膜片鉗技術顯示社會孤立的雄性小鼠BLA神經元去抑制興奮性增強
為了觀察PFC活動降低對BLA的影響，實驗者在SI M小鼠PFC注射以CaMKII為啟動子帶mCherry標簽的光敏感通道蛋白-2(channelrhodopsin-2, ChR2)，發現BLA神經元光誘發的抑制性突觸后電流(inhibitory postsynaptic currents, IPSC)減小，配對脈沖比率(paired-pulse ratio, PPR)增加，IPSC/EPSC降低，說明社會孤立雄性小鼠的PFC受抑制導致BLA去抑制反饋性興奮性增加。
3. 社會孤立引起雄性小鼠BLA轉錄組學改變，抑制CREB后可顯著減少攻擊性行為
RNA-seq（轉錄組測序）發現相較于GH雄性小鼠，SI雄性小鼠的BLA中有207個基因上調，169個基因下調；功能蛋白分類分析表明，這些上調或下調的基因參與合成轉錄調控因子、酶和信號分子。對其功能進行分類的GO分析顯示上調基因與“攻擊性行為”相關，下調基因與“邊緣系統發育”相關。基因集合富集分析(gene set enrichment analysis, GSEA)顯示CREB是與上調基因高度相關的轉錄因子，CREB的活性隨著各種刺激的增加而增加，能夠調節許多底物的轉錄，進而調節情緒。磷酸化的CREB(p-CREB)是具有轉錄效應的CREB活性形式，在SI M小鼠的BLA中顯著增加。此外，qPCR實驗證實CREB依賴性基因靶點在SI M小鼠的BLA中也顯著增加。而在雌性中SI組和GH組的這些基因表達沒有明顯差別，說明這些分子的變化具有性別特異性。
為了說明SI M小鼠的BLA中激活的CREB與其攻擊性行為增加有關，在SI M小鼠的BLA注射CREB抑制劑，與對照組相比，給予抑制劑后p-CREB及CREB依賴性基因靶點顯著降低，SI雄性小鼠的攻擊性行為也顯著減少。因此，這部分結果說明針對雄性攻擊性相關的精神類疾病的治療，BLA中CREB可作為一個可能的靶點。
4. 社會孤立引起雌性小鼠社交能力下降
社會孤立的雌性小鼠表現出社交時間減少，PFC是與社交行為相關的關鍵腦區，在進行社交測試時同步記錄在PFC區注射了AAV5-syn-FLEX- GCaMP6s的Exm1-Cre小鼠PFC的鈣信號，發現不論在不進行社交活動的baseline情況下還是與其他小鼠互動時SI F小鼠PFC鈣信號均顯著低于對照組，而在SI M小鼠中未見此種異常。以上結果說明社會孤立引起雌性小鼠社交能力下降，且伴隨著PFC功能活動的減弱。
5. 社會孤立的雌性小鼠社交能力下降，與PFC-VTA通路的異常抑制有關
VTA是另一個參與調節社交行為的重要腦區，c-fos免疫熒光染色顯示在SI F小鼠PFC和VTA的c-fos陽性神經元均減少，而SI M小鼠VTA的c-fos神經元未見減少，說明社會孤立引起性別差異性VTA活動抑制。為了證明PFC到VTA通路介導著社會孤立的雌性小鼠社交能力降低這一現象，研究者小鼠在PFC注射攜帶Cre并有GFP標簽的病毒，在VTA注射能夠識別Cre的帶有mCherry標記的逆行DREADD病毒，然后給予GH F小鼠CNO以抑制此通路發現其社交能力下降，在SI F小鼠給予CNO激活此通路小鼠社交能力改善，以此說明PFC-VTA通路的改變介導了社會孤立的雌性小鼠社交能力的異常。
6. 社會孤立引起雌性小鼠VTA轉錄組學改變，抑制CREB后可顯著改善社交能力
轉錄組測序揭示了相較于GH F小鼠，SI F小鼠的VTA中有488個基因上調，393個基因下調；功能蛋白分類分析表明，這些上調或下調的基因參與轉錄調控因子、酶和信號分子的合成。在下調的相關基因中，定量PCR證實SI F小鼠VTA中Hcrt、Tph2和Pomcmrna顯著減少，其中下調最明顯的Hcrt基因，其能編碼下丘腦泌素（促食欲素），這是一種調節覺醒、食欲和內分泌穩態的神經肽，在預防壓力事件引起的抑郁反應中發揮重要作用。研究者提高SI F小鼠促食欲素水平（腹腔注射食欲素A），發現小鼠VTA中c-fos陽性的多巴胺能神經元顯著增加，社交能力明顯改善。這些結果表明，促食欲素可能是治療社交缺陷相關疾病的潛在靶點。
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研究總結
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這項研究揭示了斷奶后持續5周的社會孤立會使雄性小鼠表現出更高的攻擊性，使雌性小鼠表現出“社交退縮(social withdrawal)”行為。這與人群中與壓力相關的精神障礙性疾病的性別差異表現一致。研究利用AAV病毒結合調控技術，證實了社會孤立雄性小鼠的攻擊性行為與PFC-BLA通路的抑制有關，而社會孤立雌性小鼠的社交能力下降與PFC-VTA通路的抑制有關，并分別發現在BLA和VTA中神經元轉錄水平的改變。這項研究為壓力相關性疾病的發病機制和治療提供了新的視角和潛在的治療靶點，有望為相關疾病的治療和預防提供更有效的策略。
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