基因与环境的交互作用汉

感情神经回路的可塑性
――环境如何影响基因表达
摘要：最近，我们（Fox等人，2005）描述基因与环境的交互作用（涉及到儿童气质和
母亲的社会支持），在儿童纯合子或杂合子中发现了增强的行为抑制，因为血清素转运基体（5HTTLPR ）短等位基因儿童的母亲报告了低的社会支持。

在这里，我们提出一个模型，
即感情回路的可塑性，描述遗传基因倾向和个人所处环境之间可能互相作用的方式。

具有频繁恐惧倾向的儿童（和5HTTLPR短等位基因）更有可能体验到有显著威胁的照护环境。

这反过来将会加重改变对威胁至关重要情感神经回路的注意偏好，并且在儿童中提高并维持忧
虑的行为。

关键词：气质；基因与环境交互作用；对威胁的注意偏向；养育
应激反应方面的个体差异表现出早期生活行为的稳定方面，并且反映脑功能的各个方
面。

行为一遗传学的研究在这些差异中涉及到基因和环境的关系，特异性基因和环境事件塑
造大脑功能特异性方面的方式仍然是不精确的。

然而，关于这些特定的路径，最近的工作提
供了重要的线索。

尤其是，出现的调查结果意味着与神经递质血清胺5—羟色胺（5 HT ）功能相关联的特异性基因在生长发育期间与社会应激源相互作用，塑造在应激反应中所涉及到
的神经回路的功能。

基因与环境交互作用的研究
一系列最近研究报告为基因与环境交互作用提供了证据（为基因X环境的名称）通过了一种蛋白质，它在5—羟色胺（5HT）对行为的作用方面至关重要。

这种蛋白质调节从神经元中释放5 HT的命运。

这种蛋白质的每个在遗传基因源上变体即是众所周知的血清转运蛋白的多态性表达（5HTTLPR ; Caspi等人，2003; Kaufman等人，2004）。

血清素转运体
（5HTTLPR ）基因有两个主要的功能等位基因：一种长等位基因和一种短等位基因，连同
另外一条长的变异等位基因，它的行为表现在功能上，像短等位基因。

纯合子（homozygous）的个体有要么长要么短的两个副本。

杂合子（heterozygous）的个体有这两个副本中的一个。

大体上，基因与环境和这种特殊基因相互作用的研究意味着对5HTTLPR的短等位基因纯合
子个体和遭受重大应激的个体更有可能表现出严重的不适应行为，相对于长等位基因的纯合
子的个体而言，即遭受相似程度应激的个体。

杂合子的个体，有长等位基因和短等位基因中
的一个副本，通常落在中间某处，展现出一种更不适应的结果（与长等位基因的纯合子个体
举例来说，Caspi等人（2003）发现，相对于长等位基因的纯合子个体暴露到这样的应激中而言，5 HTTLPR短等位基因的纯合子个体被暴露到五个或者更多的压力大的生活事件中更有可能体验一个主要的压抑情节。

Kaufman等人（2004）报告携带有短等位基因的儿
童，并且他们有一段被虐待的历史，他们更有可能对抑郁提供证据，如果这些儿童的照护者
报告他们自己处于高应激之下。

这两个研究，来自这个特别的基因X环境交互作用的结果
报告精神治疗的结果。

Caspi等人（2003）调查了抑郁的可能性。

Kaufman等人（2004）在
被试中的压抑症状上报告。

最近的一篇文章中，我们（Fox等人，2005）在行为抑制的气质特性中被选择的少年儿
童中，报告了相似的基因与环境的交互作用。

在生命的最初的几个月里，行为抑制的信号是
可发觉的。

举例来说，当呈现新奇的听觉的和视觉的刺激，显示出高运动反应性和负性感情
的婴儿，更有可能显示行为抑制，如初学走路的婴儿和学龄前儿童的。

（Fox, Henderson, Rubin, Calkins , & Schmidt , 2001）当面对新奇的事件时，行为抑制的儿童会停止他们正在进行的活动，并且撤回去亲近他们的照护者。

当面对不熟悉的同侪或成人，他们也可能使自
己隔离起来。

这种行为的风格出现在生命的早期，与应激的生理学的印迹、与不熟悉同侪的
社会性的寡言少语，童年期的低的自我概念都有相关，而且它可能是随后的心理病理学的一
个危险因子（Perez- Edgar & Fox , 2005）。

我们调查了童年期行为和两个5-HTTLPR变体之间的关系。

如上所述，这种蛋白质作
为引起5 —羟色胺（5 HT）作用行为的中介通过调节5—羟色胺（5 HT）的释放，从神经元
到突触间隙，这个间隙把两个通信神经元分开。

我们发现具有5-HTTLPR的变体的低活动
性的儿童并且其母亲报告出体验到低的社会支持，相对于具有相似的 5 HT基因，但是其母
亲报告更多的社会支持的儿童而言，这些儿童在7岁时更有可能显示行为的抑制。

基因与环境的交互作用表明具有高活动性基因的儿童会被“保护”以免表现出抑制，即使他们的母亲
报告体验低的社会支持。

而且，在有着低水平的社会支持的儿童中，儿童的5HTTLPR强烈地与抑制相关；然而，有着高水平社会支持的儿童，与5HTTLPR没有这种关联出现。

这些数据扩充了早先工作的调查结果，在预测行为的结果方面报告环境应激和基因的交
互作用。

不像其它的研究，虽然，Fox等人（2005）研究以非精神治疗的结果通过一个具有代表性的发展中的儿童样本来呈现数据。

但是像其它论文一样，它并没有提出作用机制或者
过程，通过环境的应激源来影响变异，并且在基因型上创造出一种特殊的表型结果。

5HTTLPR的神经生物学
5HTTLPR短的和长的类型会生产出蛋白质，它被大家所知，作为再吸收的转运体。

这
些蛋白质位于突触里，间隙会分隔开两个通信神经元，而且在血清胺已经被释放之后，这些蛋白质的功能就是把血清胺从突触中移开。

把5-HT神经元从大脑中移开和在实验室里的研
究结果显示与独特的基因型相关的5-HT再吸收的转运体的不同类型会表现不同的行为。

这些早期的工作清楚地证明了5HTTLPR的功能性的结果。

最近的工作已经描述了5HTTLPR
不同的多态性或者变异性可能对现存的灵长类和人类的神经系统的功能的影响作用。

5-HT神经元，像神经元为其它的调节神经递质，在脑中通过宽广的分布式网络来形成
连接。

5-HT对行为方面的影响力被认为是通过神经递质对信息加工过程的作用来实现的。

涉及处理危险刺激的工作的神经元结构已经被特别精确的描述，而且5-HT被认为是调整这
一回路的机能（Gross & Hen，2004）。

这一回路包含大脑腹内侧前额皮层（vPFC）, —个参与决策的区域和杏仁核了，这一结构卷参与觉察那些突发事件，例如新奇的或威胁性的事件。

这两个结构都接受5-HT强健的神经分布。

因此，杏仁核、大脑腹内侧前额皮层（vPFC）和它们之间的连结组成了一个被称为“大脑腹内侧前额皮层一一杏仁核”的神经回路。

与在实验室中血清胺再吸收的作用相一致，5HTTLPR同样预测了“腹内侧前额皮层一一杏仁核”
回路的功能特点（Pezawas等人，2005 ）。

最重要的议题之一是解决这些 5 -HT的映射对横跨发展影响之间的关系。

在人类的神
经成像研究证明在前额-杏仁核回路上有一个稳固的发展的影响力（Monk等人，2003）。

动物模型的研究表明这些影响来自于5-HT的功能的发展变化（Gross & Hen, 2004）。

这
暗示了5HTTLPR和前额-杏仁核回路功能之间的关系可能发生跨越式发展的改变。

神经成像研究还没有调查这一议题。

有趣地，动物模型建议 5 HT对神经系统的发展上的作用浮现是通过和环境的交互作
用（Gross & Hen , 2004）。

基于这些数据，环境的作用（action ）与5HTTLPR的相互影响
是如何精确地塑造了大脑的功能和行为呢？在行为抑制的特殊案例中，母亲的社会支持报告
是如何影响儿童的5-HTT基因的表达，在一定程度上最终影响儿童表现出抑制行为的倾向呢？我们提议一个模型，称为“感情神经回路的可塑性”，而且建议两个可能的补充机制，基于焦虑领域的研究和我们自己在发展上的研究工作。

首先处理的是照护者与行为抑制的儿
童之间相互影响的方式；第二，注意偏向可能会发展由于气质的倾向性，照护者的影响力，或它们的交互作用。

照护者行为及社会的支持
研究结果意味着报告社会支持的水平与照护者行为的质量之间有关联。

报告出高水平社
会的支持趋向的母亲对她们的婴儿更加的敏感（Crockenberg & McCluskey , 1986）并且对
他们作为一个父母的角色更加的满意（Thompson & Walker , 2004）。

另外的证据指出社会
支持的水平可能对气质上有抑郁倾向的婴儿的母亲是尤为重要。

Crockenberg和她的同事发
现社会的支持和母亲的敏感之间的积极的联想对易怒的婴儿是最重要的（Crockenberg & McCluskey，1986）。

Pauli-Pott、Mertesacker 和Beckmann （2004）发现母亲的不敏感性可以通过婴儿的负性情绪性和低的社会支持的联合作用所预测。

因此，社会的支持是一个促进
母亲看护行为的质量的因素，特别地为哪些在儿童早期有消极反应性历史的内向儿童。

一个突然出现的研究指出母亲-儿童关系的质量会减少行为抑制早期和晚期形式之间的联系，这样的话一些行为内向的儿童的父母与儿童之间以一种方式相互影响会恶化或维持他们孩子的性情。

在我们自己的研究中，我们已经识别这样一群孩子，他们在4个月大的时候
就对新奇的事物表现出一贯地退缩，并且由于苦恼的倾向接受到母亲不敏感的照护。

举例来说，Ghera、Hane、Malesa和Fox（2006）发现4个月大的婴儿对新奇的刺激做出负面地回应，并且被很难使心情平静的母亲的关注，接受的是低水平的母亲的敏感性。

Hane、Fox、Henderson、and Marshall （2006）发现9个月大的婴儿表现出对威胁刺激的高水平的行为回避，和一个右前额的脑电波不对称的相应模式（它本身是横跨儿童早期的一个继续抑制的决
定因素；见Fox等人，2001），接受低水平的母亲的敏感性。

Hane和Fox（2006）报告在实验室中，受到低质量的母亲看护的婴儿表现出较多的害怕和较少的社交能力，较多的负面情感，当他们在家中与母亲在一起相互影响的时候，会有一个右前额的不对称脑电波模式。

总的来说，这项研究提出母亲照护行为的质量塑造行为抑制的发展，可能藉由改变对应激和
新奇的事物的反应性的神经系统（见评论Pare nt等人，2005，对啮齿动物的平行研究）。

对威胁的注意偏好
第二个机制涉及到对威胁的注意偏好的发展，是通过体验可能影响行为抑制潜在的神经
系统。

使用许多不同实验范式得到的各种各样的数据意味着自我报告出的一个高程度的忧虑症状的个体或者被诊断为焦虑性障碍的个体会对威胁显示出注意的偏好。

当呈现反映威胁的
视觉刺激时，焦虑个体对这些刺激更加警觉而且会花费好长的时间从对它们进行的视觉注意中转移出来（Mogg，Millar，& Bradley，2000）在人类中，同样在其它的物种中，对于安全和生存来说，发现环境中威胁刺激的能力似乎提供一个重要的适合性的有利条件。

参与对威胁刺激的觉察的神经系统已经被很好地描述在非人类的灵长类动物，老鼠，和人类，通过功能神经成像的使用（Monk et al.，2006）。

这些系统包含先前被提到的在人类中与威胁反应和
5HTTLPR相关的“前额-杏仁核”回路。

对威胁的有一个可提高的敏感性已经被建议在焦虑障碍中作为一种潜在的机制
(MacLeod , Rutherford , Campbell, Ebsworthy , & Holker , 2002)。

最近的一种元分析B ar-Haim ,
Lamy , Pergamin, Bakermans-Kraneburg , & van IJzendoorn , 2007)意味着在焦虑个体中注
意的分配可能是使个体偏向对威胁给予密切的注意的资源-配置系统的一部分。

如此的偏好
可能是随着时间的流逝而发展的而且是这个人与危险的或厌恶的刺激正在进行相互影响的结果。

而且，实验研究法的结果，至少，在成人中，表明这些注意偏好与暴露在应激之后的焦虑的发生有因果联系（MacLeod等人，2002）。

以此为视角，反应强烈的气质的婴儿和对应激或新奇事物有负面情感的婴儿可能继续表现出不同的行为模式，它依赖于一定程度上
他们暴露在过分热心的、干扰的（in trusive）母亲行为中，而不是一个更加敏感的，养育风格之中。

我们提议的情感神经回路的可塑性模型意味着早期的气质会影响看护环境的质量和环境的质量依次对威胁的注意偏好进行塑造而且斡旋于早期气质和随后的行为抑制之间的关系之中（见图1）。

Rubin、Burgess，and Hastings（2002）表示在初学走路的婴儿的行为抑制和四岁儿童的沉默寡言之间的关系是重要的和积极的仅仅对于那些孩子来说，他们的妈妈
在心理上过分控制并且是可笑的。

因此，照护者在他们的童年的环境中（时常设法控制他们
儿童的行为）过分强调或识别负面事件在事实上可能潜意识地促进了注意的偏好，在童年期。

来自母亲和儿童之间的交互作用的研究证据用焦虑性障碍支持这一个现象。

举例来说，Barrett、Rapee和Dadds（1996）发现父母对模棱两可的情境进行的讨论与对威胁的增加的知觉、对反应的回避行为的计划的创造有关。

因此，从看护环境来看，儿童处理对新奇事物
或不确定的事物的消极情绪反应，可能进一步地被加强去对威胁的注意偏向，在和照护者的
互动期间。

图 1.情感的神经回路的可塑性模型。

儿童的恐惧气质的遗传基因上的配置（由于纯合子为了血清胺转运体短等位基因，5HTTLPR,基因）引出并且被照护者行为所引出（母亲的不敏感性和干扰性）去形成了对威胁的注意偏好，并且成为了神经回路的基础（在前额皮层的腹内侧，
杏仁核）支持了这个偏好。

夸大的注意偏好促使了焦虑行为的出现和维持。

目前，这里有少数的宝贵的数据在对唤起的、威胁的、或者压力大的刺激的注意偏好的
发展。

这个领域的研究是被明显地需要的，为了理解这些注意过程的加工的发展和他们对社
会行为的作用。

行为抑制领域的研究已经强调生物学气质和照顾环境在塑造年轻儿童的社会反应方面
的重要性。

基因X环境交互作用的证据在这群儿童中标志着另一个重要的步骤对于理解在社
会行为方面重要变异的出现的发展的机制。

下一个步骤包括过程一焦点的研究。

精心地模仿基因X环境的交互作用的模型的研究和减轻对重要社会结果的交互作用的关联的因素会被
保证；这种研究会阐明这种机制，通过环境影响关键基因的表型表达，例如5HTTLPR，和程度方面的表型改变跨越式发展。

Hane和Fox （即将发表）建议早期的环境体验不仅改变
应激反应性的表型表达，而且给儿童去用一个相似的行为机能去应对像未来发生的环境应激源的反应。

因此，在遗传基因上，焦虑易感的儿童或者发展一种倾向去注意威胁的儿童，或者与他们的照护者之间发生交互作用的儿童可能发展出一种强烈的注意威胁的偏好，这种偏好将维持焦虑的行为直至到成年。