973项目最新Science文章

　　生物通报道：来自中科院上海生科院神经科学研究所的研究人员发表了题为“Bidirectional Control of Social Hierarchy by Synaptic Efficacy in Medial Prefrontal Cortex”的文章，报道了通过基因水平的操作调节小鼠特定脑区的活性，从而实现对小鼠行为的调控，揭开社会等级的神经环路机制的最新成果。这一研究成果公布在Science杂志上。

文章的通讯作者是神经科学研究所的胡海岚研究员，胡海岚博士早年毕业于北京大学生物系，后赴美于加州大学伯克利分校获得博士学位，2008年加入中国科学院神经科学研究所，担任神经环路与行为可塑性研究组组长。其课题组主要从事可塑性的细胞与环路机制研究。参与研究的其他人员包括博士生汪菲，朱鸿和研究助理朱军，张琪。这项研究获得科技部“973”项目、中国科学院“****”，神经科学国家重点实验室以及上海浦江计划，上海择优人才计划等资助，在中科院神经科学研究所独立完成。

社会等级是动物世界中最显著的社会行为之一，也是动物社会的基本组织方式。对群体而言，稳定的等级结构可以减少族群内不必要的激烈冲突和能量浪费。对个体而言，在社会等级中的地位深刻地影响其健康和生活质量。社会等级地位甚至被认为是健康状况的最佳风向标。然而到目前为止，人们对决定社会等级地位的神经环路机制却知之甚少。

在这项研究中，胡海岚研究组通过改变大脑内侧前额叶(medial prefrontal cortex)的突触传递首次探究了这一环路在社会等级中的重要作用。通过巧妙地利用钻管测验和其它几种行为测试，研究者首先排列出了群养小鼠的社会等级。有趣的是，在钻管测验中迫使对方先退出的小鼠和低等级对手相比往往能得到更多的食物、标记更大的领地，并且对雌性小鼠唱出更多的求偶歌曲。偶尔，高等级小鼠甚至会扮演“剃须师”的角色，将同笼同伴的胡须拔去。

通过电生理记录高等级和低等级鼠的脑片，博士生汪菲发现社会等级地位和小鼠的内侧前额叶神经元突触强度密切相关，即小鼠的社会等级越高，它的内侧前额叶神经元的突触（神经元之间相互通讯连接的节点）强度就越强。内侧前额叶这一脑区，简称为mPFC，被普遍认为与社会认知相关。

进一步，研究人员试图通过基因操作改变大脑内侧前额叶内神经元之间联系的强度（即突触强度）来调控动物的等级。令人惊奇的是，当在低等级的小鼠中增强内侧前额叶的突触强度时，小鼠的社会等级有了提升；反之，在高等级小鼠中减弱它们内侧前额叶的突触强度则会导致它们社会地位的下降。

这项工作首次为研究社会等级建立起了简单而可靠的行为学范式，将引领对社会等级的神经环路机理的进一步研究。此外,由于社会等级对许多生理，心理机能（如焦虑，成瘾，抑郁，生育等) 都有重要影响，这项研究也将帮助人们更好地了解这些相关行为或情绪的调节机制。

原文摘要：

Bidirectional Control of Social Hierarchy by Synaptic Efficacy in Medial Prefrontal Cortex

Dominance hierarchy profoundly impacts animals’ survival, health, and reproductive success, but its neural circuit mechanism is virtually unknown. We found that dominance ranking in mice is transitive, relatively stable, and highly correlates among multiple behavior measures. Recording from layer V pyramidal neurons of the medial prefrontal cortex (mPFC) showed higher strength of excitatory synaptic inputs in mice with higher ranking, as compared with their subordinate cage mates. Furthermore, molecular manipulations that resulted in an increase and decrease in the synaptic efficacy in dorsal mPFC neurons caused an upward and downward movement in the social rank, respectively. These results provide direct evidence for mPFC’s involvement in social hierarchy and suggest that social rank is plastic and can be tuned by altering synaptic strength in mPFC pyramidal cells.

作者简介：

胡海岚

研究方向 神经元和神经环路的可塑性

研究工作 神经元和神经环路的可塑性不仅是大脑学习和记忆的生理基础，而且在各种自适应(adaptive)动物行为（比如成瘾， 抑郁症，和创伤后应激障碍 ）的形成中起到关键作用。 我们研究组致力于研究神经环路在这些动物行为中的可塑性以及其内在细胞分子机制。我们将利用电生理，钙影像和细胞，分子生物学的方法，应用离体脑片，和整体动物模型对神经环路可塑性机理进行细胞和环路水平的研究。 我们的研究方向包括：

一、 研究增强神经可塑性的基因在 LTP和学习行为中的机制和作用.
我们已经完成的工作提示了通过谷氨酸受体(AMPAR)来提高神经元网络可塑性的若干种分子手段：1）情绪因子可以通过去甲肾上腺素对谷安酸受体的磷酸化作用来促进其从细胞质向神经突触膜的转移；2）增加small GTPase Ras 的基因表达也可以增加谷安酸受体从细胞质向突触膜的运送，从而起到降低突触传递效率长时程增强效应 （LTP）阈值，增加神经网络可塑性的作用。我们将在离体培养的海马脑片中继续研究谷氨酸受体磷酸化的信号通路， 寻找参与其转移过程的协助蛋白。 这些结果将增进我们对 LTP 的细胞分子机制的理解，有助于寻找新的促进神经可塑性的基因。
再者，我们将利用病毒载体，或转基因手段进行动物在体研究，测试是否可通过在相关脑区表达以上可塑性增强基因的办法来增强学习和记忆的功能。这些实验不仅将探索通过基因改照行为的可行性， 而且也将使我们对学习的神经环路的机制有进一步的深入理解。

二、 研究抑郁症的神经病理机制。.
抑郁症影响着千万人的心理和生理健康。世界卫生组织（W.H.O) 的调查表明： 迄至2020年，抑郁症将成为继心脏病之后影响世界人民健康的第二大症患。在全世界范围内至少有10％的人口在不同阶段中受到过抑郁症不同程度的困扰。理解抑郁症的病理机制对现今社会人群工作压力大，抑郁发病率增高等社会问题的解决具有重要的社会意义。
我们希望通过使用抑郁症的动物模型（”learned helplessness”)，利用电生理和钙影像的方法，对比抗抑郁(resistant)动物和抑郁易感（susceptible）动物的相关神经环路的兴奋性和可塑性的差别。同时，我们将应用Mass spec的方法， 筛选在抑郁动物个体中有异常表达的基因。在此基础上,我们将结合药理学，转基因技术和病毒载体技术进行在体研究，以求达到调节相关神经环路和治疗抑郁症的目的.

获奖情况 2003-2006 Damon Runyon Cancer Research Foundation Postdoctoral Fellowship
2002 International Brain Organization Fellowship for Woods Hole Neurobiology Course
1997－2002 Howard Hughes Medical Institute Predoctoral Fellowship