内侧隔核GABA能神经元对小鼠社会记忆及行为的选择性调控

《Brain Research》：Medial septal GABAergic regulation of social memory and behavior in mice

　　

社会记忆（social memory），即回忆和理解社会互动的能力，依赖于海马（hippocampus）回路，尤其是背侧CA2（dorsal CA2）。CA2内抑制性传递（inhibitory transmission）的破坏已被认为与神经精神疾病和神经发育障碍（neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders）有关，包括精神分裂症（schizophrenia, SZ）和孤独症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）。然而，调控CA2依赖性社会记忆的海马外（extrahippocampal）机制仍知之甚少。内侧隔核（medial septum, MS）是海马传入的主要来源，参与网络同步和信息处理，已成为社会记忆的潜在调节因子。然而，MS GABA能（GABAergic）神经元对社会记忆的贡献仍不清楚。在本研究中，研究人员使用抗囊泡GABA转运体-皂草毒蛋白免疫毒素（anti-vesicular GABA transporter-saporin immunotoxin, anti-vGAT-SAP）选择性耗竭MS GABA能神经元，并检查由此产生的行为后果。研究人员发现，MS GABA能神经元缺失选择性损害社会记忆，而社交性（sociability）、社会新颖性偏好（social novelty preference）和新物体识别（novel object recognition）保持完整。此外，损伤动物表现出空间记忆受损，同时伴有运动活动增加、探索活动增加以及可能的抗焦虑样效应（anxiolytic-like effects）。这些发现确定MS GABA能神经元是社会记忆背后神经回路的关键组成部分，并提示隔区抑制性信号（septal inhibitory signaling）功能障碍可能促进与神经精神和神经系统疾病相关的社会和认知缺陷。

研究背景与问题：社会认知（social cognition）是响应同种个体行为的过程，社会记忆（social memory）是识别和记住同种个体的能力，对社会关系形成和维持至关重要。近期研究将社会记忆与海马（hippocampus）特定区域联系，主要是背侧CA2（dorsal CA2）和腹侧CA1（ventral CA1）。CA2以高密度中间神经元、独特抑制性突触可塑性及与海马内外结构连接为特征。CA2抑制性传递破坏与精神分裂症（schizophrenia, SZ）、孤独症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）、阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）等有关，这些疾病也伴随社会记忆损伤。然而，调控CA2依赖性社会记忆的海马外（extrahippocampal）机制仍 largely unexplored。内侧隔核（medial septum, MS）是与dorsal CA2双向连接的海马外输入区，是海马theta节律的关键起搏器，被认为是社会记忆的重要调节者。MS包含GABA能、胆碱能和谷氨酸能神经元群体，差异调节海马活动。解剖示踪显示MS与dorsal CA2相互连接。MS GABA能神经元对海马节律和网络同步重要。虽然MS和Broca斜角带胆碱能投射可通过调节CA2活动支持社会记忆，但MS GABA能神经元对社会记忆的贡献仍待阐明。基于此，研究人员假设MS GABA能神经传递在社会记忆处理中关键，选择性消融MS GABA能神经元并评估行为后果，发现这些神经元破坏损害社会记忆而保留其他社会行为，提示MS GABA能回路对社会记忆的选择性贡献。

研究人员开展的研究、结论与意义：研究人员使用成年雄性C57BL/6小鼠，通过抗vGAT-SAP选择性损毁MS GABA能神经元，对照注射PBS，并进行组织学与行为学评估。结果发现，MS GABA能神经元缺失选择性损害社会记忆，社交性、社会新颖性偏好和新物体识别完整；空间记忆受损，运动与探索活动增加，并可能出现抗焦虑样效应。该研究确定MS GABA能神经元是社会记忆神经回路的关键组成部分，提示隔区抑制性信号功能障碍可能促进神经精神疾病和神经系统疾病中的社会认知与认知缺陷。

关键技术方法概括：使用成年雄性C57BL/6小鼠（8–10周，30–35 g），原始来源为印度Hyderabad的National Institute of Nutrition (NIN), Indian Council of Medical Research (ICMR)，随后在机构动物设施饲养；伦理批准号IAEC/KMC/26/2021。通过立体定位向MS注射抗囊泡GABA转运体-皂草毒蛋白免疫毒素（anti-vGAT-SAP）选择性损毁GABA能神经元，对照注射PBS；先测试0.2、0.5、1 μg/鼠剂量，21天监测后选0.2 μg/鼠。用免疫组化检测谷氨酸脱羧酶67（GAD67⁺）和胆碱乙酰转移酶（ChAT⁺）细胞。术后21天进行三箱社交、社会识别记忆、物体位置识别（object location recognition, OLR）、新物体识别（novel object recognition, NOR）、开放场地测试（open field test, OFT）、光暗转换（light-dark transition, LDT）、高架十字迷宫（elevated plus maze, EPM）和洞板测试；EthoVision XT 15追踪，统计用t检验、ANOVA和Sidak多重比较。

研究结果：
3.1. GABAergic neurons in the MS were selectively lesioned by the intraseptal injection of anti-vGAT-SAP（隔内注射anti-vGAT-SAP选择性损毁MS GABA能神经元）：剂量试验中1 μg/鼠体重下降并死亡，0.5 μg/鼠体重不稳定且有死亡，0.2 μg/鼠与PBS对照健康。0.2 μg/鼠注射后MS GAD67⁺ GABA能神经元显著减少，ChAT⁺神经元保留，表明选择性损毁并改变GABA能传递。
3.2. MS GABAergic neurons are crucial for social memory modulation in mice（MS GABA能神经元对社会记忆调控至关重要）：
3.2.1. Impaired social memory in MS GABAergic lesioned mice with sociability and social novelty behaviors in three-chamber test：三箱测试中，对照组和vGAT损毁组均偏好刺激鼠而非空笼，均偏好新鼠而非熟悉鼠，说明社交性和社会新颖性偏好完整；但30 min和24 h社会记忆阶段，对照组偏好新鼠，vGAT组无偏好，差异分数显著降低，社会记忆受损。
3.2.2. Impaired social memory in MS GABAergic lesioned mice in social recognition memory assay：社会识别记忆测试中，30 min和24 h后对照组对同一熟悉鼠探索减少，vGAT组不减少，探索减少百分比显著低于对照，进一步支持社会记忆受损。
3.3. MS GABAergic neurons impact spatial but not object recognition memory（MS GABA能神经元影响空间记忆而不影响物体识别记忆）：
3.3.1. Impaired spatial recognition memory in MS GABAergic lesioned mice：OLR中熟悉化阶段两组无差异；测试阶段对照组偏好移位物体，vGAT组不能区分，偏好降低，空间识别记忆受损。
3.3.2. Intact object recognition memory in MS GABAergic lesioned mice：NOR中熟悉化无差异，测试阶段两组均增加对新物体探索，组间无差异，物体识别记忆完整。
3.4. Increased locomotor activity in MS GABAergic lesioned mice：OFT中vGAT组仅在最初5 min运动距离显著增加，但30 min累计距离增加；中心区进入次数无差异，提示运动活动增加而焦虑样行为未受影响。
3.5. Possible anxiolytic-like effects in MS GABAergic lesioned mice：LDT中光暗转换和明区时间无差异；EPM中开放臂进入百分比无差异，但vGAT组总进入次数、总距离和开放臂时间百分比增加，提示运动/探索增加，并可能抗焦虑样效应。
3.6. Increased neophilia and exploratory activity in MS GABAergic lesioned mice：洞板测试中vGAT组头探次数和头探时间显著增加，提示探索行为和新奇偏好增加。
综合结果：MS GABA能神经元耗竭选择性损害社会记忆和空间识别记忆，保留物体识别和焦虑相关行为；运动与探索活动增加。

讨论部分总结：研究人员用anti-vGAT-SAP，组织学显示优先减少MS GABA能神经元而保留胆碱能神经元。行为结果包括社会记忆缺陷而社交性和社会新颖性偏好不变、物体识别记忆完整而空间记忆受损、运动增加而焦虑样行为完整且探索活动增强。GABA能中间神经元对复杂行为必要，囊泡GABA转运体控制抑制性传递保真性。海马dCA2/vCA1是社会记忆关键，MS是海马外节点。既往研究提示MS乙酰胆碱经烟碱受体调节社会记忆、减少GABA能信号；本研究表明MS GABA能信号对30 min和24 h社会记忆重要，且不影响社交性和新颖性偏好。与海马损伤损害延迟社会识别一致，提示MS GABA能信号对持久性而非获取重要。CA2抑制性微回路、小清蛋白阳性（parvalbumin-positive, PV⁺）中间神经元、血管加压素1b受体和催产素受体调节社会记忆；MS GABA能神经元调节海马中间神经元和网络同步，可能改变CA2兴奋-抑制（excitation-inhibition, E/I）平衡。空间记忆方面，MS-海马通路对空间记忆重要，物体识别影响小；本研究OLR受损、NOR完整，支持空间与非空间记忆不同底物。临床相关性方面，SZ和AD患者存在社会记忆和空间工作记忆缺陷。选择性行为模式反对广泛认知缺陷，提示MS GABA能优先影响海马依赖关系记忆。运动方面，septo-hippocampal连接破坏可导致运动过度，抑制性hippocampo-septal投射调节运动。MS GABA能损毁增加运动、EPM总进入和洞板头探，开放臂时间增加可能反映运动探索而非焦虑改变。theta振荡方面，MS GABA能神经元是海马theta（4–12 Hz）主要起搏器，损毁破坏theta，可能通过局部海马功能障碍和大规模网络同步改变损害社会记忆。E/I失衡可能是神经发育和神经精神疾病社会认知缺陷的共同机制。方法学限制：未系统重建损伤范围；未检测谷氨酸能和GABA亚群；不能排除逆行效应；高剂量不良，是否特异不明；永久消融可能补偿；雄性选择因性别偏倚，未来需纳入雌性。未来展望：研究人员在urethane麻醉下记录CA2和前扣带皮层，发现theta活动减少（unpublished data），但非社会行为中；未来需行为结合在体记录、即早基因 mapping 和时间精确操作。

研究结论翻译：总之，本研究结果确定MS GABA能神经元是社会记忆背后神经回路的关键组成部分。通过证明隔区抑制性信号破坏选择性损害社会记忆，研究人员为社会认知的回路机制提供新见解。这些发现进一步提示septo-hippocampal抑制网络功能障碍可能是神经发育和神经精神障碍中社会认知缺陷的共同基础。未来采用行为状态依赖和回路靶向方法将有助于阐明这些机制及其疾病意义。作者为 Apoorva Bettagere Shivakumar、Amritanshu Gupta 和 Gireesh Gangadharan。