Social trauma engages lateral septum circuitry to occlude social reward

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2년 ago

사회적 외상은 사회적 보상을 차단하기 위해 측면 중격 회로를 개입시킨다

Abstract

인간의 경우 외상적 사회적 경험(traumatic social experiences)이 정신 질환의 원인이 될 수 있습니다. 사회적 외상은 뇌 보상 기능을 손상시켜 사회적 행동이 더 이상 보상을 받지 못하게 함으로써, 심각한 사회적 회피로 이어진다는 주장도 있습니다. 설치류에서의 만성 사회적 패배 스트레스(chronic social defeat stress; CSDS) 모델은 스트레스 감수성과 사회적 트라우마 이후의 회복력의 관계를 이해하는 데 기초적인 신경생물학적 용도로 사용되었지만, CSDS가 사회적 보상에 미치는 영향에 대해서는 거의 알려져 있지 않습니다.

이 논문에서는 CSDS에 이어 susceptible(SUS)이라고 불리는 수컷과 암컷 생쥐의 하위 집합이 공격적이지 않은 동성 청소년기의 C57BL/6J 생쥐와의 사회적 상호 작용을 피하고, 그들과의 만남 이후 상황 의존적(context-dependent)한 사회적 보상을 발달시키지 않는다는 것을 보입니다. 비사회적 스트레스 요인은 두 성별 모두 사회적 보상에 영향을 미치지 않습니다. 그 다음, whole-brain Fos mapping, in vivo Ca2+ imaging 및 전세포 기록을 사용하여, SUS 마우스에서는 청소년 사회적 상호 작용에 의해 활성화되지만 복원력이 있거나 스트레스가 없는 대조군 마우스에서는 활성화되지 않는, 스트레스/위협에 반응하는 lateral septum neurotensin(NT^LS) 뉴런 집단을 식별했습니다. NT^LS 뉴런과 그 하류에 연결된 광유전학적 또는 화학유전학적 조작은 사회적 상호작용과 사회적 보상을 조절할 수 있습니다.

이러한 데이터는 전체적으로, 이전에 보상을 받은 사회적 대상이 SUS 마우스에서 사회적 위협으로 인식될 수 있음을 시사하며, 이는 사회적 보상 처리를 차단하는 hyperactive NT^LS 뉴런에서 비롯됩니다.

Figure

[Figure 1] 민감한 남녀 쥐들은 모두 CSDS 이후 사회성 결여(Social reward impairment)를 보였습니다.

(a) 만성적인 사회적 패배(social defeat)에 따른 사회적 행동 테스트를 위한 실험 타임라인입니다.

(b, g) SI(social interaction)의 비율을 보여줍니다. (b) 암컷 쥐의 결과(one-way analysis of variance (ANOVA) with Tukey’s multiple-comparisons test, F (2, 31) = 53.96, P < 0.0001, n = 10 (CTRL), 12 (RES), 12 (SUS), (g) 수컷 쥐의 결과입니다. (one-way ANOVA, F (2, 46) = 24.36, P < 0.0001, n = 10 (CTRL), 13 (RES), 26 (SUS)

(c, h) RI(resident intruder) 실험에 따른 social investigation time을 보여줍니다. (c) 암컷 쥐의 결과(one-way ANOVA, F (2, 31) = 6.755, P = 0.0037), (h) 수컷 쥐의 결과입니다 (F (2, 46) = 14.82, P < 0.0001).

(d, i) Social avoidance 정도를 측정했습니다. (d) 암컷 쥐의 결과 (F (2, 31) = 33.13, P < 0.0001), (i) 수컷 쥐의 결과입니다 (F (2, 46) = 15.37, P < 0.0001).

(e) sCCP 실험 중 paired & unpaired chamber에서 소요된 시간을 나타냅니다. (female CTRL (two-way repeated-measures ANOVA followed by Šídák’s multiple-comparisons test, F (1, 18) = 7.023, P = 0.0163, n = 10); RES mice (F (1, 22) = 4.598, P = 0.0433, n = 12); and SUS mice (F (1, 22) = 0.08155, P = 0.7779, n = 12))

(f) 암컷 쥐에서의 SI 비율 및 sCPP 간의 연관성을 보입니다. (R2 = 0.1474, P = 0.025)

(j) sCCP 실험 중 paired & unpaired chamber에서 소요된 시간을 나타냅니다. (two-way repeated-measures ANOVA: male CTRL (F (1, 18) = 6.074, P = 0.0240, n = 10); RES mice (F (1, 26) = 7.499, P = 0.0110, n = 13); and SUS mice (F (1, 50) = 0.4818, P = 0.4908, n = 26))

(k) 수컷 쥐에서의 SI 비율 및 sCPP 간의 연관성을 보입니다. (R2 = 0.08939, P = 0.0369)

NS, not significant. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001. All data expressed as mean ± s.e.m.

[Figure 2] NT^LS뉴런성 활동은 susceptible mice에서 변형된 사회 생활 습성과 연관되어 있습니다.

(a) CSDS 이후 RI test에서의 iDISCO+ Fos 분석의 타임라인입니다. Timed sac, mice는 RI test 진행 90분 이후 관류되었습니다.

(b) iDISCO+ clearing 전후의 mouse brain입니다.

(d) ClearMap 분석을 통해 RES 대 SUS 마우스에서 차등적으로 활성화된 뇌 영역을 보여줍니다. 화살표는 LS를 표시합니다.

(e) Allen Brain Atlas ISH 데이터로부터의 neurotensin 발현을 보입니다.

(f) ISH의 타임라인입니다.

(g, h) 다중 ISH입니다. (g) Fos 발현, (h) 암컷에서의 NT 뉴런 (one-way ANOVA, F (2, 6) = 7.887, P = 0.0209, n = 3 mice per group, three slices per mouse), 수컷에서의 NT 뉴런을 보입니다. (F (2, 10) = 13.13, P = 0.0016, n = 3 (CTRL), 4 (RES), 6 (SUS), three slices per mouse); scale bars, 50 μm. LV, lateral ventricle.

(i) slice electrophysiology (ePhys)의 타임라인입니다. CSDS 이후의 과정입니다.

(j) whole-cell 단위의 판별 과정에서 eYFP⁺NT^LS 뉴런을 확인했습니다.

(k) 전류 주입의 증가에 따른 action potential에 대한 current-frequency curve입니다. SUS mice의 NT^LS 뉴런과 RES mice를 비교했습니다. (two-way ANOVA, P < 0.0001, n = 19)

(m) SI ratio 및 firing rate 간의 연관성으로, 100pA 단계의 전류에서의 결과입니다. (Pearson’s correlation, R2 = 0.34, P = 0.0351) 각 점은 RES(빨강, n=4) 및 SUS(검정, n=9) mice에 대한 평균값을 나타냅니다.

(n) 흥분성 샘플의 흔적입니다. RES(빨강), SUS(검정) mice에게 100pA 전류 투입을 진행한 후의 결과입니다.

*P < 0.05, **P < 0.01. All data expressed as mean ± s.e.m.

[Figure 3] 다양한 사회성 & 스트레스성 맥락에서의 in vivo NT^LS활성의 결과입니다.

(a) LS에서의 AAV-DIO-GCaMP6s 투입 및 발현 과정입니다.

(b) FP 실험의 타임라인입니다.

(c-h) (왼쪽) NT^LS뉴런의 resident intruder test 중 Ca2+ 흔적입니다. (분홍색 영역은 수동적인 social investigation을 의미합니다.) (중간) NT^LS뉴런 활동의 peri-event plot입니다. 침입자 접근 2초 전후의 결과를 나타냅니다. (오른쪽) (c) 대조군의 암컷에서의 침입자 접근 2초 전후 뉴런 활동의 통계량입니다. (paired two-tailed t-test, t6 = 3.379, P = 0.0149, n = 7) (d) 수컷입니다. (t6 = 0.5081, P = 0.6295, n = 7) (e) RES 암컷 (t4 = 0.6528, P = 0.5495, n = 5), (f) 수컷입니다. (t4 = 0.2939, P = 0.7834, n = 5) (g) SUS 암컷 (t4 = 3.772, P = 0.0196, n = 5), (h) 수컷입니다. (t4 = 4.844, P = 0.0084, n = 5)

(i-l) (왼쪽) NT^LS뉴런의 resident intruder test 중 Ca2+ 흔적입니다. CTRL mice의 결과며, social defeat 및 tail pinches 후의 결과입니다. (중간) NT^LS뉴런 활동의 peri-event plot입니다. 공격 혹은 tail pinch 2초 전후의 결과를 나타냅니다. (오른쪽) (i) 암컷의 패배 후 결과 (t7 = 6.852, P = 0.0002, n = 8), (j) 수컷입니다. (t6 = 6.973, P = 0.0010, n = 7) (k), 암컷의 tail pinch 후 결과 (t4 = 3.988, P = 0.0163, n = 5), (l) and male tail pinch (t5 = 6.137, P = 0.0017, n = 6).

*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001.

All data expressed as mean ± s.e.m. Scale bar, 100 μm.

모든 데이터 분석은 two-tailed t-test 결과를 통해 분석되었습니다.

[Figure 4] NT^LS 뉴런의 화학적 유전자 조작은 CSDS 이후의 사회적 행동에 변화를 줍니다.

(a) DREADD 실험에 대한 실험 타임라인입니다.

(b-d, i-k) SI 비율, social investigation 및 social avoidance입니다. NT^LS 뉴런의 화학적 유전자 활성(RES mouse) 혹은 유전자 억제(SUS mics)이후의 결과이며, 이는 CSDS 이후에 대한 사회성 실험의 결과입니다.
(b) (two-way repeated-measures ANOVA, female: F (2, 53) = 9.785, P = 0.0002, n = 18 (hM3Dq), 20 (hM4Di), 16 (mCherry), (c) F (2, 25) = 5.807, P = 0.0085, (d) F (2, 25) = 5.906, P = 0.0079, n = 9 (hM3Dq), 10 (hM4Di), 8 (mCherry);
(i) male: F (2, 64) = 12.96, P < 0.0001, n = 30 (hM3Dq), 20 (hM4Di), 17 (mCherry), (j) F (2, 20) = 19.46, P < 0.0001, (k) F (2, 20) = 10.12, P = 0.0009, n = 8 (hM3Dq), 8 (hM4Di), 7 (mCherry)

(e-h, l-0) 암컷 SUS mice에서 NT^LS뉴런의 억제로 인해 회복된 social preference입니다. Social CPP 형성이 억제되었습니다. ((e) (two-way repeated-measures ANOVA, CNO, (f) F (1, 14) = 7.272, P = 0.0174, n = 8; vehicle, F (1, 14) = 0.3070, P = 0.5883, n = 8); and in male SUS mice ((l) CNO , F (1, 14) = 4.710, P = 0.0477, n = 8; vehicle (m), F (1, 18) = 1.627, P = 0.2183, n = 10)).

RES 암컷에서의 NT^LS 뉴런군의 활성 정도입니다. ((g) two-way repeated-measures ANOVA, CNO, (h) F (1, 18) = 0.1653, P = 0.6891, n = 10; vehicle, F (1, 18) = 8.490, P = 0.0093, n = 10); and in RES males (CNO (n), F (1, 14) = 0.2221, P = 0.6447, n = 8; vehicle (o), F (1, 16) = 9.283, P = 0.0077, n = 9)).

[Figure 5] NT^LS 뉴런의 광학적 유전자 조작은 CSDS 이후의 사회적 행동에 변화를 줍니다.

(a) NT^LS 뉴런의 anterograde AAV-DIO-eYFP 추적입니다.

(b) Anterograde HSV-1(H129ΔTK-TT) trans-synaptic(주입 70시간 후) 추적은 NT^LS 뉴런 및 (a)에서의 영역 간의 단일 시냅스 연결 상태를 검증합니다.

(d-l) ChR axon 말단 활성입니다. (d) NAc, (g) AHN, (j) PAG의 결과이며, 암컷의 RI test에서의 결과입니다. (NAc (e), social investigation, F (1, 12) = 4.836, P = 0.0482; social avoidance, F (1, 12) = 2.935, P = 0.1123, n = 8 (ChR2), 6 (eYFP); AHN (h), social investigation, F (1, 12) = 4.947, P = 0.0461, social avoidance, F (1, 12) = 0.8571, P = 0.3728, n = 8 (ChR2), 7 (eYFP)); PAG (k), social investigation, F (1, 13) = 0.6986, P = 0.4183; social avoidance, F (1, 13) = 0.07324, P = 0.7909, n = 8 (ChR2), 6 (eYFP); and in males (social investigation, NAc (f), F (1, 13) = 4.540, P = 0.0528; social avoidance, F (1, 13) = 0.2848, P = 0.6026, n = 9 (ChR2), 5 (eYFP); AHN (i), social investigation, F (1, 13) = 28.94, P = 0.0001, social avoidance, F (1, 13) = 0.06521, P = 0.8024, n = 8 (ChR2), 7 (eYFP); PAG (l), social investigation, F (1, 14) = 0.002038, P = 0.9646; social avoidance, F (1, 14) = 1.750, P = 0.2071, n = 9 (ChR2), 6 (eYFP) (f)).

모든 비교에는 two-way repeated-measures ANOVA를 실행하였습니다.

*P < 0.05, **P < 0.01, ****P < 0.0001.

All data expressed as mean ± s.e.m. Scale bars, 200 μm

Disscussion

보상적인 특성들을 포함하여, 사회적 행동의 많은 요소들은 인간 및 설치류 사이에서 진화적으로 보존됩니다. 사회적 스트레스가 우울증, 불안, 외상 후 스트레스 장애로 이어진다는 것은 잘 알려져 있지만, 사회적 스트레스의 부정적인 결과를 사회적 보상이라는 영역과 관련하여 매개하는 신경 회로는 잘 정의되어 있지 않습니다. 이 연구에서는 임상 전 사회적 스트레스 모델을 이 초기 단계 작업에 필수적인 것으로 생각하고, 트라우마로 손상된 사회적 보상의 잠재적 회로 메커니즘을 정의하여 인간의 미래 연구에 정보를 제공할 수 있습니다.

Unbiased 접근 방식을 사용하여 LS를 정상적으로 보상하는 사회적 목표에 대응하여 수컷과 암컷 SUS 마우스 모두에서 활성화된 가장 고도로 규제된 영역 중 하나로 식별했으며, 이는 암컷 및 수컷 모두가 나타내는 공통적인 사회적 결핍을 설명하는 것과 관련하여 특히나 중요한 영역일 수 있음을 시사합니다. LS의 상세한 분석은 neuropeptide neurotensin을 발현하는 GABAergic 투영 뉴런의 특정 집단을 식별했습니다. 스트레스를 받지 않은 쥐에서 우리는 공격적인 공격 행동에 반응하는 것을 포함하여 위협 상황에서 이러한 세포가 반응한다는 것을 발견했습니다. 그러나 SUS mouse의 만성적인 사회적 외상에 따라, 이러한 뉴런이 공격적이지 않은 어린 쥐와의 상호 작용을 포함하여 위협적이지 않은 사회 상황에 대한 반응을 일반화한다는 것을 발견했습니다. 특히 NTLS와 Drd3+ 뉴런은 스트레스에 따른 사회적 행동을 조절하기 위해 상반된 기능을 발휘합니다(Figure 4 및 reference 26). Drd3⁺와 Nt⁺ 뉴런은 LS에서 지형적으로 구별되며, 서로 다른 입력/출력 투영 패턴을 가질 가능성이 있으며 LS 내에서 별개의 시냅스 연결을 형성할 수도 있습니다. 따라서, 이 논문의 저자들은 NTLS 뉴런이 downstream한 보상 센터를 억제함으로써 사회적 보상을 조절하는 데 독특한 역할을 할 수 있다는 가설을 세웠습니다. 실제로, 4등급 추적 연구는 NAC와 AN을 포함한 알려진 보상 센터가 NTLS 뉴런으로부터 중간/밀집 신경 지배를 받는 것으로 확인했으며, 이러한 입력의 활성화는 청소년과의 사회적 상호 작용 및 맥락 의존적 사회적 보상을 감소시켰습니다.

불안은 적응성 사회적 행동을 억제한다는 사실을 잘 알고 있기 때문에, 여기서 한 가지 중요한 질문은 NT^LS 뉴런이 사회적 혐오를 내포하고 있는지, 또는 단순히 사회적 행동을 손상시키는 일반화된 불안 상태를 내포하고 있는지의 여부입니다. 이들의 데이터에 따르면, EPM/OFT에 의해 측정된 일반화된 불안 상태는 다음과 같은 경우에서 사회적 행동 결핍과 분리될 수 있습니다. (1) 사회적 스트레스에 노출되지 않은 생쥐의 NT^LS 뉴런을 자극할 때, 우리는 EPM/OFT에서 일반화된 탐색적 결핍을 생성할 수 있습니다. 그러나 그러한 자극은 사회적 목표의 회피를 유도하지 않았습니다. (2) CSDS 모델의 RES와 SUS mouse 모두 OFT와 EPM에서 불안과 유사한 행동을 보였으나, SUS mouse만 사회적 회피와 감소된 사회적 보상을 보였습니다. (3) CVS는 일반화된 불안과 유사한 행동의 증가를 유발하지만, 사회적 상호작용이나 사회적 보상에는 영향을 미치지 않았습니다. 따라서 NTLS 뉴런은 일반화된 불안 상태의 조절 외에도 스트레스/외상적 과거 경험에 대한 상황 정보를 인코딩하여 미래의 행동 반응을 안내합니다.

전반적으로 해당 연구 결과는 수컷과 암컷 SUS mouse 모두에서 보상하는 사회적 목표가 스트레스 또는 위협적인 것으로 인식되어 NTLS 회로에 관여하고 상황 의존적인 방식으로 사회적 보상 처리를 손상시킨다는 것을 보입니다. 흥미롭게도, 우울증과 동반성 사회불안장애 환자들을 대상으로 한 연구에서 사회적 외상이 사회적 위협의 표현을 비정상적으로 증가시키는 것으로 나타났습니다. 또한, 외상을 경험한 어린이는 높은 지각 위협 민감성, 부정적이고 중립적인 감정 오분류 및 위협 관련 단서에 대한 주의 편향을 보이는 것으로 보고되었습니다. 따라서 이들의 연구는 외상 후 사회적 보상 처리의 기초가 되는 신경 메커니즘을 이해하는 데 중요한 기초를 제공합니다. 외상 피해자의 사회적 위협 인식과 보상 민감도를 매개하는 LS 회로의 관련성을 테스트하기 위한 인간 대상의 향후 연구는 매우 유용할 것으로 보입니다.

REF

Li, L., Durand-de Cuttoli, R., Aubry, A.V. et al. Social trauma engages lateral septum circuitry to occlude social reward. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05484-5