《Nature neuroscience》：双光子、化学遗传与光遗传、膜片钳联合运用——皮层胶质细胞调节突触兴奋/抑制平衡从而影响雄鼠的社会等级
动物的社会等级是随着时间的推移，从复杂的相互作用中产生的。在动物中，为达到更高的社会地位所做的努力表现为优势行为，包括攻击性表现和防御性反应等行为。在以往的研究中认为，这种行为是由一个叫做背内侧前额叶皮层(dmPFC)的特定大脑区域的兴奋性和抑制性神经元功能的平衡所调节的。而星形胶质细胞是神经网络的重要组成部分，在调节大脑突触平衡方面同样发挥重要作用。因此研究者提出假说，dmPFC中的星形胶质细胞或在重复的社会活动中影响突触平衡，从而影响优势行为，并可能改变有关个体社会地位的结果。
为了证实这一假说，韩国首尔国立大学牙科学院牙科研究所生理与神经科学系一项最新研究提供了最直接的证据，相关成果于2023年发表在《Nature neuroscience》上。本文旨在通过使用各种技术(如纤维光度法和双光子显微镜)来验证，并通过化学遗传、光遗传、离体电生理、体内微透析等方法，探究其影响动物行为的具体表征与作用机制。
1.dmPFC星形胶质细胞钙活性与成年雄性小鼠优势行为的关系：
作者首先通过时间相关单光子计数(TCSPC)的技术来监测在试管实验中dmPFC中星形胶质细胞的钙活性与小鼠优势行为的特异性关系。研究人员运用化学遗传的方法，将携带GCaMP6s蛋白的病毒注射到小鼠的dmPFC，当小鼠星胶细胞被激活后钙离子水平升高，GCaMP6s作为一种钙指示剂便会发出荧光信号，从而量化星胶细胞的活动水平。实验证明了，小鼠在试管实验中表现出优势行为（推动或抵抗）时Ca2+ 水平出现了明显的峰值，当小鼠彼此接近或离开时，则无Ca2+ 水平峰值，且该变化与其余不相关刺激无关。
2.双光子成像比较不同社会等级小鼠的星形胶质细胞钙活性：
研究人员通过试管实验将确定社会等级的GCaMP6s转基因小鼠两两配对，在双光子成像装置下观察小鼠遇到不同社会等级小鼠时星形胶质细胞所表达的钙活性，结果显示当排名较高的小鼠与排名较低的小鼠互动时，它们的星形胶质细胞表现出更多反应活性，同时等级较低的小鼠星胶细胞钙活性基线较等级高的小鼠降低，而表达GCaMP6s的星形胶质细胞数量及其表达水平在不同社会阶层中一致。由此可知，小鼠dmPFC星形胶质细胞的钙活性与特定的优势行为有关，并根据对手的相对社会地位而变化。结果表明，大脑中星形胶质细胞在社会等级和支配行为相关的信息编码中发挥作用。
优势小鼠比劣势小鼠表现出更高的dmPFC星形细胞Ca2+活性
3.改变星胶细胞的活性对小鼠行为及其社会等级的影响：
研究人员将激活星胶活动的含有hM3Dq受体的AAV（AAV5-gfaABC1D-hM3Dq-mCherry）注射到社会等级第4名的小鼠的右侧前额叶皮层区域，并腹腔注射激活hM3Dq受体的氯氮平n -氧化物(CNO)后，在不同的时间间隔(30分钟、2小时、6小时)进行试管试验，研究发现CNO注射的2小时和6小时，第四名小鼠排名升高。注射CNO后，80%的4级小鼠升至第3名，甚至有10%的小鼠升至第2名。而在1级小鼠右侧前额叶皮层区域注射 hPMCA2w/b的AAV（用以抑制星胶细胞活性）。结果显示，注射病毒2周后，62.5%的hPMCA2w/b注射的1级小鼠移至2级，12.5%甚至移至3级。由此可知dmPFC星形胶质细胞在调节小鼠的优势行为和影响社会等级中起直接作用。
而为了进一步探究星胶细胞激活改变小鼠的具体优势行为类型，研究员对小鼠进行了行为学测试，测量小鼠的推力及抵抗力，发现dmPFC星形胶质细胞激活增强了抵抗行为，而不是推动行为。
化学遗传技术使dmPFC星形胶质细胞激活调节小鼠优势行为和社会等级
4.改变星胶细胞活性与改变神经元细胞活性小鼠优势行为的区别：
研究人员想通过实验来比较激活神经元细胞与激活星胶细胞小鼠行为的差异，且为了在时间上更精确的控制表达，研究人员运用光遗传方式，在前期实验验证光遗传方式激活星胶细胞与化学遗传激活星胶细胞小鼠表现一致，因此选取两组排名第四的雄性小鼠，一组注射AAVDJ-hSyn2-ChR1-mCherry病毒激活锥体神经元细胞，另一组注射AAVDJ-GFAP-ChR2-mCherry病毒激活星胶细胞活性。测试中，光刺激以激活表达，两种类型的刺激导致优势水平的增加程度相似，但星形胶质细胞刺激主要增强抵抗行为，而锥体神经元刺激主要增强推动行为。并且与其相反的抑制星胶细胞活性的实验中也得出与之相同的结论。因此证明星形胶质细胞在调节优势行为的特定方面发挥着独特的作用。
基于光遗传技术可得dmPFC星形胶质细胞刺激增加小鼠社会等级类似于神经元刺激
5.dmPFC星形胶质细胞活性调节成年雄性小鼠前额突触E/I平衡：
为了研究星胶细胞活性改变引起小鼠优势行为改变的具体作用机制，研究人员运用了光遗传与离体电生理结合的方法，在激活星形胶质细胞的兴奋性后随即进行脑切片，首先验证了星形胶质细胞激活导致了兴奋性突触活动的升高，而不改变神经元的总体兴奋性。其次，研究了两种类型的突触电流：位于前额叶皮层第五层的锥体神经元中的微型兴奋性突触后电流（mEPSC）和微型抑制性突触后电流（mIPSC），结果显示，化学遗传引起星形胶质细胞激活后，mEPSC频率显著升高，mIPSC振幅显著降低。这表明星形胶质细胞的激活与兴奋性突触传递的增加和抑制性突触传递的减少有关。且研究人员利用化学遗传的方法，发现在不注射CNO时，不影响小鼠的突触传递，由此可得突触传递的改变确实是由星形胶质细胞激活导致的。接下来研究人员又验证了dmPFC星形胶质细胞钙活性改变与调节兴奋性和抑制性突触平衡之间的直接关系。
dmPFC星形胶质细胞活性调节前额叶突触E/I平衡
6.雄性小鼠前额叶兴奋-抑制(E/I)平衡与优势行为之间存在相关性：
研究人员将等级1小鼠在背内侧前额叶皮层（dmPFC）注射了hPMCA2w/b，将等级4小鼠在dmPFC注射了hm3Dq。结果表明，与rank-4小鼠相比，rank-1小鼠的微型兴奋性突触后电流(mEPSC)幅值更高，而微型抑制性突触后电流(mIPSC)幅值更低。结果还显示，与rank-1小鼠相比，注射hPMCA2w/b的rank-1小鼠mEPSC振幅和频率降低，mIPSC振幅和频率升高。另一方面，注射hm3Dq的rank-4小鼠与rank-4小鼠相比，mEPSC振幅增加，mIPSC振幅和频率降低。同时，研究人员还检测了神经元钙活性水平与前额叶E/I平衡的比值改变，该结果与上述结果相似。由此证明，不同社会等级的小鼠表现出不同的前额叶E/I平衡，这反映在dmPFC的突触活动模式和神经元兴奋性上。这种平衡受到星形胶质细胞活动操纵的影响，进一步支持星形胶质细胞在调节优势相关行为中的作用。
优势和劣势小鼠表现出明显的前额叶E/I平衡
7.谷氨酸和ATP是影响成年雄性小鼠E/I平衡和社会地位的关键胶质递质：
为了进一步研究星形胶质细胞对dmPFC E/I平衡调节机制，研究人员使用体外急性脑片和体内微透析技术测量药理激活后的dmPFC星胶细胞释放的递质-谷氨酸和ATP的胞外水平。活化后的急性dmPFC脑片培养液中谷氨酸和ATP均显著增加。相反，抑制星胶的脑片培养液中检测的谷氨酸和ATP水平明显降低。通过微透析在体内验证了化学遗传激活星形胶质细胞后的谷氨酸和ATP释放情况。化学遗传激活星形胶质细胞后，dmPFC的胞外谷氨酸水平逐渐增加，在1小时内持续增加。胞外ATP水平在星胶激活后30分钟达到峰值，60分钟和90分钟恢复到基础水平。若在脑片培养液中加入嘌呤能受体拮抗剂PPADS则可完全逆转星胶活化引起的放电变化，而其频率无变化。加入PPADS对mEPSC的幅度和频率无影响，说明星胶能通过调节ATP的释放影响dmPFC神经元的突触传递，进而影响社会等级。
dmPFC星形胶质细胞释放谷氨酸和ATP调节前额叶E/I平衡和随后的社会等级
综上，该团队报道了小鼠的社会等级与星形胶质细胞活性有关，具体调节机制为星形胶质细胞递质谷氨酸和ATP可调控dmPFC中突触E/I平衡，揭示dmPFC星胶细胞与神经元相互通讯以改变小鼠优势行为，从而调节其社会地位的交互关系网络。
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