Cell子刊：社会隔离会影响大脑基因表达，破坏大脑发育

来源：生物世界 2022-05-25 13:41

这项研究发现，社会隔离会扰乱将来的社交互动，影响大脑基因表达，破坏大脑发育。

社会性动物（social animals）依靠与同种动物的互动来生存，个体作为群体的一部分而活动。我们常见的蚂蚁、蜜蜂就是典型的社会性动物，我们人类自己也是社会性动物。作为社会性动物，如果个体与社会群体隔离，则会对个体的健康、寿命和生存产生不利影响。

在敏感的发育时期，社会隔离对个体产生的影响甚至更为深远，例如在生命早期，此时的社会隔离可能强烈影响个人的“社交能力”，即根据社会环境变化调整行为的能力。这可能导致较差的发育或健康结果。例如，老鼠、鱼、苍蝇、蟋蟀等的社会隔离会增加它们的攻击性。

近日，普林斯顿大学 Sarah Kocher 团队（第一作者王燕，现为华盛顿大学助理教授）在 Cell 子刊 Current Biology 发表了题为：Isolation disrupts social interactions and destabilizes brain development in bumblebees 的研究论文。

这项研究发现，社会隔离会扰乱将来的社交互动，影响大脑基因表达，破坏大脑发育。

越来越多的研究表明，社会隔离会影响蜜蜂、蚂蚁等社会性动物的行为和生理。在这篇论文中，研究团队对熊蜂（bumblebee，一种体型粗壮的蜜蜂）进行了研究，以揭示社会隔离对社会性动物的个体、社会行为、基因表达和大脑发育的影响。

熊蜂生活在由大约100至20个工蜂和一个蜂王组成的社会群体中，在群体内，熊蜂个体在行为上表现出一致的差异，这些差异随着时间和环境的变化而稳定。这些行为谱系是在成年后的前1-2周通过个体之间的成对和空间相互作用建立的。在这一时期，熊蜂的大脑在迅速发育。

熊蜂（bumblebee）

为了确定社会隔离是否会影响它们的社会行为，以及如何影响它们的社会行为，研究团队在生命早期发育阶段通过实验改变了它们所处的社会环境，然后单独或与社会伙伴配对来分析熊蜂个体的行为。

研究团队收集了尚未羽化的幼年熊蜂工蜂，并将它们分配到三种不同的环境中，与外部的听觉、视觉和气味隔离开，分别是：

隔离环境（isolation）：单独一只熊蜂被隔离；

集体环境（group-housed）：4只熊蜂一起被安置在群体环境之外；

群体环境（colony-housed）：熊蜂个体被安置在正常的群体环境中。

在上述环境中，这些熊蜂被连续饲养9天。被单独隔离的熊蜂是在完全没有社会经验的情况下被饲养，而集体环境和群体环境中的熊蜂则经历了不同程度的社会化。在羽化后第10天，对它们进行行为分析，并收集组织用于下游分析（基因表达和大脑发育形态）。

首先，行为分析显示，这三种不同环境下的熊蜂的个体，在独自状态下，会表现出不同的个体行为特征。然后，将它们各自与其他熊蜂配对，结果显示，在集体环境和群体环境中发育的熊蜂表现出相似的行为，而在隔离状态下发育的熊蜂表现出更多的社会互动，它们与配对的熊蜂产生了更多的近距离接触。

为了确定这些差异的神经生物学相关性，研究团队进一步检测了它们的大脑中的基因表达情况，以及关键大脑区域的体积。

检测分析结果显示，社会隔离扰乱了熊蜂的神经基因组表达，隔离环境下发育的熊蜂与集体环境下发育的熊蜂相比，存在27个基因表达的显著差异，隔离环境下发育的熊蜂与群体环境下发育的熊蜂相比，存在94个基因表达的显著差异。而集体环境下发育熊蜂与群体环境下发育的熊蜂则没有基因表达的显著差异。

鉴于社会隔离对大脑基因表达产生了广泛影响，研究团队接下来检测了社会隔离是否影响了大脑发育，通过共聚焦成像建立了熊蜂的带注释的大脑模板。结果显示，隔离环境、集体环境和群体环境下发育的熊蜂，它们大脑各区域的平均体积是相似的，其中集体环境和群体环境下发育的熊蜂不同个体间的大脑区域体积很相似，同质性很高。而隔离环境下发育的熊蜂不同个体间的大脑区域体积存在很大差异，具有明显异质性。这表明，社会隔离确实破坏了熊蜂的大脑发育，社会隔离环境中的熊蜂的大脑发育轨迹不稳定且随机。

总的来说，这项研究发现，社会隔离会增加社交互动，并影响大脑基因表达，破坏大脑发育。该研究还发现，在小群体环境中有限的社会经验，也足以维持大脑发育和社会行为。

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