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淺析雄性動物性行為和攻擊行為的神經環路機製
點擊次數:77 發布時間:2021-04-07
性行為和攻擊行為(是兩種重要的社交行為,對於動物個體和物種的存續都非常重要。過去的研究表明,下丘腦的內側視前核對於雄性的性行為不可或缺,而腹內側下丘腦的腹外側部分則是雄性間攻擊行為必需的。調節這兩種重要社交行為的神經環路也一直受到關注。早期的研究指出終紋床核(BNST)和內側杏仁核(medial amygdala)存在對MPN和VMHvl的投射,但這些神經環路是以抑製性的GABA能神經元為主的。其他的早期研究表明興奮性的穀氨酸能神經元輸入對性行為和攻擊行為十分重要,也有證據表明後側杏仁核(posterior amygdala,PA)是MPN和VMHvl的興奮性輸入來源。本文的作者就探究PA的神經元構成的神經環路在雄性性行為和攻擊行為中的作用。本文重點研究的是PA中的Esr1+神經元。Esr1指雌激素受體α(estrogen receptor alpha)。雌激素在動物的社交行為中起著重要的作用,而PA,MPN,VMHvl都較高地表達Esr1,作者選擇Esr1+神經元作為切入點也比較容易理解。

為了確定PA神經元到MPN和VMHvl的投射,研究人員首先向雄性小鼠的MPN和VMHvl中分別注射了逆行示蹤劑CTB(霍亂毒素亞基B)。CTB和Esr1的定位結果顯示,投射到MPN的PA神經元主要位於PA的前部背內側(anterior dorsomedial),而投射到VMHvl的PA神經元主要位於PA的腹外側(ventrolateral),並且這些神經元都與Esr+神經元有著較高的重疊度。研究人員接著在雄性小鼠中同時注射了兩種不同的CTB,分別注射到MPN和VMHvl,以確定投射到兩個腦區的PA神經元的重疊程度,結果顯示PA-MPN神經元和PA-VMHvl神經元重疊度很低。研究人員又在Esr1-2A-cre小鼠的MPN和VHMvl中注射攜帶有不同熒光蛋白的逆行HSV病毒,使投射到不同腦區的PA-Esr1+神經元帶上不同的熒光標記,結果顯示PA-Esr1+MPN神經元和PA-Esr1+VMHvl神經元也有著明顯的空間分布差異。上述實驗結果最終表明,投射到MPN和VMHvl的PA神經元是由不同類群的神經元構成的。

 

與以前的研究結果一直,研究人員發現PA的神經元以興奮性神經元為主,且超過95%的PA-Esr1+神經元是興奮型穀氨酸能神經元。那麽PA-Esr1+神經元到MPN和VMHvl的投射是不是直接的興奮性投射呢?研究人員向雄性Esr1-2A-cre小鼠的PA中注射了攜帶有ChR2的AAV病毒,並用熒光蛋白標記了PA和MPN/VMHvl的神經元(也是通過病毒注射),然後進行體外電壓鉗記錄。研究人員發現,光激活PA-Esr1+神經元後可以在MPN和VMHvl中記錄到興奮性突觸後電流(EPSC)和抑製性突觸後電流(IPSC),EPSC的潛伏期(latency)遠遠短於IPSC,表明EPSC可能是單突觸傳遞形成,而IPSC則為多突觸傳遞。用CNQX抑製AMPA型穀氨酸受體(穀氨酸為興奮性遞質)後,EPSC和IPSC都被抑製。這些實驗結果顯示,PA-Esr1+神經元直接投射至MPN和VMHvl,為興奮性輸入,同時PA-Esr1+神經元也存在至MPN和VMHvl的間接抑製性投射。

研究人員還對PA-MPN神經元,PA-VMHvl神經元,以及臨近的基底內側杏仁核後部(BMAp)的神經元分別進行了RNA測序。RNA-seq的結果顯示,投射至不同腦區的PA神經元以及BMAp的神經元之間有著顯著的基因表達差異。對部分基因的在體雜交實驗也進一步證明了這一結論。研究人員於是證明了,投射到PMN和VMHvl的PA神經元不僅分布在不同的區域,而且在分子水平上也是不同的神經元類群。

確定了PA神經元到MPN和VMHvl的投射之後,研究人員開始研究這些投射在雄性動物性行為和攻擊行為中發揮的作用。研究人員首先觀測了交配或打鬥之後的雄性小鼠PA中c-Fos和Esr1表達情況。大部分被激活的神經元(表達c-Fos)都表達了Esr1,表明Esr+神經元與社交活動的相關性。c-Fos+神經元也有著明顯的分布特征,交配誘導的c-Fos+神經元與投射至MPN的神經元的分布相似,而打鬥誘導的c-Fos+神經元與投射至VMHvl的神經元分布相似。這些結果提示PA-Esr1+MPN神經元和PA-Esr1+VMHvl神經元分別與性行為和攻擊行為有關。

研究人員在雄性Esr1-2A-cre小鼠的MPN或VMHvl中注射攜帶有GCaMP6f的逆行HSV病毒,以檢測PA-Esr1+MPN神經元和PA-Esr1+VMHcl神經元的鈣信號(活性)。研究人員發現,雄性小鼠的PA-Esr1+MPN神經元在麵對雌性小鼠時有著顯著的活性提升,而PA-Esr1+VMHvl神經元則對雄性小鼠有著更顯著的活性。同時,在雄性小鼠有交配行為時有著更強的活性(與攻擊行為相比),而PA-Esr1+VMHvl神經元則相反。研究人員還發現,PA-Esr1+MPN神經元的激活與雄性小鼠交配行為的起始相比是同時或者略早的,並且活性隨著性行為的進一步進行而不斷提升。與之相對,PA-Esr1+VMHvl神經元沒有表現出這一特點,而是在與雄性小鼠的打鬥中有著更加顯著的活性。

接下來,研究人員在雄性Esr1-2A-cre小鼠的MPN或VMHvl中注射攜帶有Flippase(Flp)的逆行HSV病毒,在PA中注射攜帶有hM4Di的AAV病毒(fDIO),分別標記和操縱PA-Esr1+MPN神經元和PA-Esr1-VMHvl神經元。向雄性小鼠注射CNO抑製PA-Esr1+MPN神經元後,小鼠的性行為幾乎完全消失,而攻擊行為沒有明顯變化。相對的,注射CNO抑製PA-Esr1+VMHvl神經元顯著減少了小鼠的攻擊行為,而對性行為隻有部分影響(雄性小鼠交配的前期行為沒有改變,交配後期行為有一定程度減少)。利用同樣的方法,研究人員又向PA-Esr1+MPN神經元和PA-Esr1-VMHvl神經元中導入了hM3Dq。向雄性小鼠體內注射低劑量的CNO激活PA-Esr1+MPN神經元可以顯著增加小鼠的性行為,而不影響攻擊行為。(有趣的是,用高劑量的CNO激活PA-Esr1+MPN神經元還會增加對雌性小鼠的攻擊行為,但對雄性小鼠的攻擊行為沒有改變,表明PA-Esr1+MPN神經元與自然狀態下雄性間的攻擊行為關係不大。)相對的,注射CNO激活PA-Esr1+VMHvl神經元顯著增加了雄性小鼠的攻擊行為(對雌雄),但不影響小鼠的性行為。

最後,研究人員還探究了PA-Esr1+神經元的投射關係。總的來說,PA-Esr1+神經元接收了來自嗅覺,環境,情緒狀態的整合信息,在雄性的性行為和攻擊行為中發揮著重要的作用。PA-Esr1+MPN神經元是調控雄性性行為中重要的一環,而PA-Esr1-VMHvl神經元在驅動雄性間的攻擊行為中發揮著重要的功能。

本文轉載於知乎文章@Wang xy

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