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攻击行为是动物的基本社会行为，对于生殖成功至关重要，其行为背后的神经回路被认为是由基因和发育所决定的。但是，同一物种中个体的攻击倾向存在很大差异，即使是基因背景相同的个体，，例如同系小鼠之间。个体攻击行为的差异部分来自于之前的经历，特别是之前的胜利或失败经历。研究表明，胜利的经历会增强攻击行为并提高个体获胜概率，这被称为“胜者效应”（The winner effect），科学家们逐渐开始揭示胜利和失败对神经可塑性的影响。在小鼠的管道测试中，重复获胜增强了中间丘脑到中前额叶皮层的突触传递，而阻断该通路则阻止了获胜效应；而在社交失败的动物中，中间丘脑到中前额叶皮层的突触连接则被削弱。在斑马鱼中，外侧缰核（lateral dorsal habenula）的突触传递在失败后减弱，而沉默该区域则能会消除胜利效应。最近的研究还揭示了胜利后下皮质区域的突触的可塑性，腹内侧丘脑腹外侧部（ventromedial hypothalamus, VMHvl）是驱动攻击行为的中心区域。从中部杏仁核（medial amygdala）到VMHvl的谷氨酸能输入的短暂增强对于攻击行为的升高至关重要；此外，来自后杏仁核（posterior amygdala, PA）的谷氨酸能投射到VMHvl在连续5天获胜后也发生了突触增强，而PA也是与攻击行为相关的区域。
研究表明，短期（约3天）和长期（≥10天）胜利会对动物产生不同的行为变化。虽然短期和长期胜利都会增强攻击性，但长期胜利者会对体型更大更强的雄性甚至雌性表现出攻击行为，并且对对手的服从信号不敏感。长期胜利者的攻击行为不受目标和情境限制，有时被认为是“病态”。尽管一些研究表明长期胜利者相较于短期胜利者攻击时间减少，但当长期胜利者（20次胜利）被剥夺战斗机会时，他们的攻击时间会“补偿性”地增加。鉴于短期和长期胜利者攻击行为的显著差异，可以推测随着胜利经历的积累，攻击回路可能经历不同的变化。
纽约大学朗格尼医学中心的林大宇（Dayu Lin）研究团队在Cell期刊上发表文章The multi-stage plasticity in the aggression circuit underlying the winner effect，针对重复胜利经验对小鼠攻击行为及相关神经环路的影响开展了深入研究，揭示了VMHvl的多阶段可塑性，其最终导致动物攻击性增强。
摘要图
研究人员首先使用重复的居民入侵者（resident-intruder, RI）测试为测试小鼠提供获胜经验。在测试中，将一只“非攻击性”的群体饲养的BALB/c（BC）雄性小鼠引入一只单独饲养的C57BJ/6（C57）雄性小鼠的家笼中，持续10分钟。如果居民雄性攻击入侵者，并且入侵者显示逃跑和臣服姿态，认为居民小鼠是具攻击性且获得胜利；如果居民小鼠调查入侵者但不攻击在10分钟测试中，可以认为居民小鼠是非攻击性的并经历“社会交互”；只有那些在多天中一致攻击和获胜的小鼠（约60%）被囊括入最终分析中。研究发现，在赢得一次攻击后，攻击性在一天后显著增加，但这种增加是短暂的；一周后，攻击潜伏期恢复到初始水平。相比之下，连续10天获胜的攻击性增加是稳定的，即使在单独饲养一周后，攻击潜伏期仍然较低，攻击持续时间甚至增加。5天和10天获胜者的睾酮（testosterone, T）和主要尿蛋白（major urinary protein, MUP）水平显著增加，而1天获胜者没有这种变化。未来的攻击者在初次攻击前的MUP水平显著高于非攻击者，且MUP水平与攻击潜伏期和调查时间负相关。这表明，MUP浓度可以预测动物的攻击潜力，获胜进一步增加MUP水平并引起神经内分泌和行为变化。
图1 多次获胜后雄鼠攻击行为的变化
考虑到表达后腹侧中部下丘脑的腹外侧区域雌激素受体α表达细胞（estrogen receptor α-expressing VMHvl, VMHvlEsr1）在产生攻击行为中的关键作用，研究人员使用光纤光度法检查了VMHvlEsr1细胞对攻击诱发线索的钙反应。为了区分因获胜引起的行为和细胞反应变化，研究人员在记录小鼠头部固定且清醒时使用线性追踪器呈现刺激，并记录了第一次RI测试前以及获胜或社交互动后1、5和10天每只小鼠的反应。结果显示，获胜经历逐渐增加了VMHvlEsr1细胞对BC雄性小鼠的反应。相比之下，VMHvlEsr1细胞对雌性小鼠的反应保持较低水平，且无社会经验的的动物对BC雄性和雌性小鼠的VMHvlEsr1细胞反应没有差异，尽管雄性小鼠几乎只攻击雄性小鼠。在获得胜利后，VMHvlEsr1细胞对雄性小鼠的反应显著高于对雌性小鼠的反应，而相比之下，非攻击性小鼠在重复社交互动后对两性的反应都保持较低水平；且无论社交经历如何，VMHvlEsr1细胞对玩具小鼠的反应都很低。
图2 VMHvlEsr1细胞在重复获胜和社会互动过程中的响应变化
研究表明，获胜经历会引起VMHvl区域的变化。为了确定这些变化是否发生在突触、细胞或两者层面，研究人员使用Esr1-zsGreen转基因雄性小鼠进行体外膜片钳记录，并记录了单独饲养的无社会经验的小鼠以及获胜1、5和10天的小鼠的VMHvlEsr1细胞反应。结果显示，5天获胜者的自发兴奋性突触后电流（spontaneous excitatory post-synaptic current, sEPSC）频率增加，这种增加在1天的获胜者中也出现，表明其快速发生。然而，10天获胜者的sEPSC频率与无社会经验的小鼠相似，且显著低于1天和5天获胜者。失败者的sEPSC频率没有变化，但10天失败者的sEPSC幅度降低。为了确定sEPSC变化是否由动作电位驱动，研究人员使用1 μM的河豚毒素（tetrodotoxin, TTX）进行阻断动作电位，发现1天和5天获胜者的微小EPSC（miniature EPSC, mEPSC）频率也增加，但10天获胜者没有变化。sEPSC幅度在任何获胜组中都没有变化，而mEPSC幅度在10天获胜者中显著增加。与兴奋性突触传递不同，抑制性突触传递的频率和幅度在无社会经验的小鼠和任何获胜组之间没有差异。这些结果表明，重复获胜导致兴奋性突触传递的动态和复杂变化，表现为mEPSC频率的短暂增加和mEPSC幅度的逐渐增加。
图3 VMHvlEsr1细胞在重复获胜过程中的突触传递和棘突形态变化
PA是VMHvl的主要兴奋性输入来源，PA-VMHvl连接在获胜5天后增强。研究人员通过在Esr1-zsGreen雄性小鼠的PA谷氨酸能细胞中表达ChrimsonR，记录了单独饲养、获胜1、5或10天以及社交互动10天的小鼠的VMHvl细胞反应。结果显示，1天获胜者的光诱发兴奋性突触后电流（light-evoked EPSCs, oEPSC）幅度有所增加，5天和10天获胜者其幅度显著增加，而社交互动小鼠没有变化，表明PA-VMHvl的增强依赖于获胜。进一步测量发现，重复获胜增加了PA细胞的突触前释放概率，AMPA/NMDA比率也随之增加，表明突触前和突触后均发生了变化。通过在PAEsr1细胞中表达Chronos并在Esr1-2A-Cre雄性小鼠的VMHvl中植入光电极，研究人员在体内监测了PA-VMHvl通路的强度。结果显示，获胜小鼠的局部场电位（oLFP）幅度逐渐增加，而社交互动小鼠没有变化。这表明PA输入可能与长期存在的蘑菇状棘突（mushroom spines）相结合，导致突触传递的单调增加。
图4 VMHvl通路在重复获胜中出现单调增强
研究发现，PA到VMHvl的连接在连续10天的获胜过程中不断增强。为了探究短暂出现的突触是否代表不同类型的连接，研究人员在VMHvlEsr1细胞中表达hM4Di-mCherry，并对小鼠进行不同天数的获胜处理。结果显示，1天和5天获胜者的自发兴奋性突触后电流sEPSC频率高于无社会经验的小鼠和10天获胜者。使用CNO阻断突触释放后，1天和5天获胜者的sEPSC频率显著下降，表明这些获胜者的sEPSC频率增加主要由增强的VMHvl内连接引起。研究还发现1天和5天获胜者的qEPSC频率显著增加，而10天获胜者没有变化，表明短期获胜后VMHvl局部连接暂时增加。PA输入引起的qEPSC频率随着重复获胜逐渐增加，进一步支持PA-VMHvl连接强度的单调增加。这些结果表明，短期获胜导致VMHvl内连接的增强。
图5 脑下丘脑腹内侧部的神经连接性在重复获胜时出现瞬时加强
在该研究中，研究人员通过一系列精心设计的重复获胜实验来探究获胜经历对小鼠攻击行为和神经回路的影响。实验首先将小鼠单独饲养，以确保其在实验开始时没有社会经验。然后，研究人员将这些小鼠分为不同组别，分别进行1天、5天和10天的获胜处理。每天的实验过程中，小鼠会被放入一个包含入侵者的小鼠的竞技场中。入侵者通常是体型相似但不具备攻击性的雄性小鼠。实验开始时，研究人员记录小鼠的攻击潜伏期（从入侵者进入竞技场到首次攻击的时间）和攻击持续时间（攻击行为的总时长）。这些行为指标用于评估小鼠的攻击性变化。在每次获胜后，小鼠会被移回单独的笼子中，直到下一次实验。通过这种方式，研究人员能够观察到小鼠在连续获胜过程中的行为变化。为了进一步探究神经回路的变化，研究人员在实验结束后使用光纤光度法记录小鼠特定神经元的钙信号变化，并进行膜片钳记录以分析突触传递的变化。此外，研究人员还使用光遗传学技术，通过在小鼠的特定神经元中表达光敏蛋白，使用光刺激来激活或抑制这些神经元，观察其对行为和突触传递的影响，通过这一系列的综合实验以此来揭示获胜经历如何通过改变神经回路来影响小鼠的攻击行为。
这项研究揭示了攻击行为回路中的多阶段可塑性及其对“胜者效应”的影响，获胜经历会导致VMHvl区域神经元的突触传递发生动态变化，特别是兴奋性突触传递的短暂增加和突触棘密度的变化。短期获胜（1天和5天）显著增加了VMHvl内连接，而长期获胜（10天）则主要增强了PA到VMHvl的连接。此外，研究还发现获胜经历会增加小鼠的攻击性，并且这种增加与神经回路的可塑性变化密切相关。这项研究为理解攻击行为的神经机制提供了新的视角。研究结果表明，神经回路的可塑性在行为变化中起着关键作用，这为治疗相关行为障碍提供了潜在的新靶点。未来的研究可以进一步探讨不同神经回路在攻击行为中的具体作用，以及如何通过调控这些回路来干预异常行为，这些研究也将有助于开发新的治疗方法，改善与攻击行为相关的心理健康问题。
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原文地址
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01088-2
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