皮质酮通过背侧纹状体可塑性相关基因表达加速行为僵化

《Neuropsychopharmacology》：Corticosterone accelerates behavioral inflexibility via plasticity-related gene expression in the dorsal striatum

本研究针对慢性压力如何通过糖皮质激素受体（GR）信号通路加速行为灵活性向僵化转变的分子机制这一关键问题，开展了皮质酮（CORT）对小鼠行为灵活性影响的主题研究。研究人员发现，慢性CORT处理通过降低背内侧纹状体（DMS）并升高背外侧纹状体（DLS）的可塑性相关基因表达，诱导了行为僵化，该过程涉及差异基因表达、选择性剪接以及组蛋白H3K9ac表观遗传修饰的改变。这项研究首次揭示了CORT在雄性和雌性小鼠中驱动行为转变的性别和脑区特异性表观遗传调控机制，为理解压力相关精神疾病的病理生理学提供了新见解。

　　

在日常生活中，我们能够根据环境变化灵活调整行为策略，例如在常去的咖啡馆关门时选择另一家。这种行为能力对生存至关重要，然而在慢性压力下，这种灵活性常常受损，导致僵化、刻板的行为模式，这与强迫症、成瘾、暴食症和神经退行性疾病等多种精神病理状况密切相关。行为灵活性由大脑的背内侧纹状体（Dorsomedial Striatum, DMS）主导，而背外侧纹状体（Dorsolateral Striatum, DLS）则促进自动化、僵化的行为。慢性压力会导致主要应激激素——啮齿类动物中的皮质酮（Corticosterone, CORT）和人类中的皮质醇——水平持续升高，已知会损害行为灵活性，但其背后的分子机制，特别是基因表达和表观遗传层面的变化，尚不清晰。由Michael D. Murphy、Keegan S. Krick、Shuo Zhang和Elizabeth A. Heller共同完成并发表在《Neuropsychopharmacology》上的研究，正是为了填补这一空白，旨在阐明CORT如何加速行为灵活性丧失过程中的基因调控网络。

为了深入探究这一问题，研究人员设计了一套精巧的实验方案。他们首先对雄性和雌性C57BL/6J小鼠进行为期两周的皮质酮（CORT）或对照剂（Vehicle）饮水处理，随后让小鼠学习一项食物驱动的操作式条件反射任务。训练分为有限训练（3天RI-60s计划）和扩展训练（8天RI-60s计划），以分别模拟灵活行为和僵化行为的状态。通过奖励贬值测试（让小鼠预先饱食蔗糖颗粒使其贬值，然后在不给予奖励的情况下测试其压杆行为）来评估行为灵活性。对行为表现灵活（即贬值后压杆率降低）或僵化（贬值后压杆率不降）的小鼠，在其最后一次训练结束后1小时采集DMS和DLS脑区组织。利用单样本测序（S3EQ）技术，对同一份样本同时进行RNA测序（RNA-seq）和染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq，针对组蛋白H3第9位赖氨酸乙酰化，H3K9ac），以全面分析基因表达、选择性剪接和组蛋白修饰的变化。数据分析采用了基因集富集分析（GSEA）、加权基因共表达网络分析（WGCNA）、MousiPLIER机器学习模型等多种生物信息学方法。

慢性CORT给药加速行为灵活性的丧失

研究结果证实，慢性CORT处理确实加速了雄性和雌性小鼠行为灵活性的丧失。在奖励贬值测试中，经历有限训练的对照组小鼠表现出行为灵活性（压杆率下降），而经历扩展训练的对照组小鼠以及所有CORT处理组（无论训练时长）的小鼠均表现出行为僵化（压杆率不降）。同时，给予糖皮质激素受体拮抗剂米非司酮（Mifepristone, MIF）可以逆转CORT的效应，证明CORT是通过GR起作用的。CORT处理还普遍降低了小鼠的训练期压杆速率，但不影响其对蔗糖的贬值能力，表明其效应并非源于动机或味觉感知的改变。

背侧纹状体可塑性基因表达特征在CORT加速的行为灵活性丧失过程中

基因表达分析揭示了背侧纹状体两个亚区在行为调控中的分子分野。在有限训练后，与对照组相比，CORT处理导致DMS中与突触组织、轴突发育等相关的可塑性基因集表达显著降低，而在DLS中，则观察到可塑性相关基因表达的增加。具体而言，在DMS中，CORT下调的可塑性基因数量约为上调基因的4倍；而在DLS中，CORT上调的可塑性基因数量约为下调基因的3倍。这些差异表达基因（DEGs）在性别和脑区之间存在大量特异性。进一步分析发现，在雄性小鼠中，CORT有限训练诱导的DMS和DLS基因表达谱与对照组扩展训练（自然形成僵化行为）的状态极为相似；然而，在雌性小鼠中，这两种行为僵化状态对应的基因表达谱却存在显著差异，提示雌性小鼠可能通过部分不同的分子通路实现相同的行为表型。

行为灵活性丧失过程中的选择性剪接特征

研究不仅关注基因表达水平的变化，还深入探讨了选择性剪接的作用。研究发现，在可塑性相关基因中，差异基因表达和差异选择性剪接事件分别作用于不同的基因集合，表明这是两种相对独立的调控层面。在CORT处理下，跳跃外显子（Skipped Exon, SE）是受影响最显著的选择性剪接事件类型。此外，在DMS中，CORT增加了保留内含子（Retained Intron, RI）事件，这可能影响mRNA的稳定性或核质转运。与基因表达结果类似，比较CORT有限训练组和对照组扩展训练组时，雄性小鼠DMS和DLS的剪接事件差异较小，而雌性小鼠则显示出更多的差异，特别是在RI事件上。

H3K9ac在CORT加速的行为灵活性丧失过程中对基因调控的性别和区域特异性贡献

表观遗传学分析显示，慢性CORT处理导致了DMS和DLS基因启动子区域全球性的H3K9ac修饰水平降低。更重要的是，H3K9ac的变化与基因表达变化存在相关性。例如，在雄性DMS、雄性DLS和雌性DMS中，下调的差异表达基因伴随有H3K9ac的富集度降低；而在雄性DMS中，上调的差异表达基因则伴随有H3K9ac的富集度增加。这些相关性具有性别和脑区特异性，提示CORT通过差异化的表观遗传调控影响不同脑区和性别的基因表达，进而贡献于行为僵化。

本研究系统性地揭示了慢性应激激素CORT通过调控背侧纹状体DMS和DLS的可塑性相关基因表达、选择性剪接以及组蛋白乙酰化修饰，加速行为从灵活向僵化转变的分子机制。研究首次在雄性和雌性小鼠中并行揭示了这一过程，并发现了显著的性别差异：在雄性小鼠中，CORT似乎是“提前”诱发了自然扩展训练所导致的基因表达模式；而在雌性小鼠中，CORT加速行为僵化的分子通路与自然转变的通路存在更大差异，暗示了雌性可能采用部分独特的适应性策略。这些发现不仅深化了我们对压力影响决策行为的神经生物学基础的理解，而且为开发针对压力相关精神疾病（如强迫症、成瘾等）的性别特异性治疗策略提供了新的潜在靶点和理论依据。该研究强调了在神经科学研究中考虑性别作为生物学变量的重要性，并展示了整合转录组学、剪接组学和表观基因组学等多组学方法在解析复杂行为背后的精细分子网络中的强大能力。