产品列表PRODUCTS LIST

首页 > 技术与支持 > 浅析雄性动物性行为和攻击行为的神经环路机制
浅析雄性动物性行为和攻击行为的神经环路机制
点击次数:235 发布时间:2021-04-07
性行为和攻击行为(是两种重要的社交行为,对于动物个体和物种的存续都非常重要。过去的研究表明,下丘脑的内侧视前核对于雄性的性行为不可或缺,而腹内侧下丘脑的腹外侧部分则是雄性间攻击行为必需的。调节这两种重要社交行为的神经环路也一直受到关注。早期的研究指出终纹床核(BNST)和内侧杏仁核(medial amygdala)存在对MPN和VMHvl的投射,但这些神经环路是以抑制性的GABA能神经元为主的。其他的早期研究表明兴奋性的谷氨酸能神经元输入对性行为和攻击行为十分重要,也有证据表明后侧杏仁核(posterior amygdala,PA)是MPN和VMHvl的兴奋性输入来源。本文的作者就探究PA的神经元构成的神经环路在雄性性行为和攻击行为中的作用。本文重点研究的是PA中的Esr1+神经元。Esr1指雌激素受体α(estrogen receptor alpha)。雌激素在动物的社交行为中起着重要的作用,而PA,MPN,VMHvl都较高地表达Esr1,作者选择Esr1+神经元作为切入点也比较容易理解。

为了确定PA神经元到MPN和VMHvl的投射,研究人员首先向雄性小鼠的MPN和VMHvl中分别注射了逆行示踪剂CTB(霍乱毒素亚基B)。CTB和Esr1的定位结果显示,投射到MPN的PA神经元主要位于PA的前部背内侧(anterior dorsomedial),而投射到VMHvl的PA神经元主要位于PA的腹外侧(ventrolateral),并且这些神经元都与Esr+神经元有着较高的重叠度。研究人员接着在雄性小鼠中同时注射了两种不同的CTB,分别注射到MPN和VMHvl,以确定投射到两个脑区的PA神经元的重叠程度,结果显示PA-MPN神经元和PA-VMHvl神经元重叠度很低。研究人员又在Esr1-2A-cre小鼠的MPN和VHMvl中注射携带有不同荧光蛋白的逆行HSV病毒,使投射到不同脑区的PA-Esr1+神经元带上不同的荧光标记,结果显示PA-Esr1+MPN神经元和PA-Esr1+VMHvl神经元也有着明显的空间分布差异。上述实验结果最终表明,投射到MPN和VMHvl的PA神经元是由不同类群的神经元构成的。

 

与以前的研究结果一直,研究人员发现PA的神经元以兴奋性神经元为主,且超过95%的PA-Esr1+神经元是兴奋型谷氨酸能神经元。那么PA-Esr1+神经元到MPN和VMHvl的投射是不是直接的兴奋性投射呢?研究人员向雄性Esr1-2A-cre小鼠的PA中注射了携带有ChR2的AAV病毒,并用荧光蛋白标记了PA和MPN/VMHvl的神经元(也是通过病毒注射),然后进行体外电压钳记录。研究人员发现,光激活PA-Esr1+神经元后可以在MPN和VMHvl中记录到兴奋性突触后电流(EPSC)和抑制性突触后电流(IPSC),EPSC的潜伏期(latency)远远短于IPSC,表明EPSC可能是单突触传递形成,而IPSC则为多突触传递。用CNQX抑制AMPA型谷氨酸受体(谷氨酸为兴奋性递质)后,EPSC和IPSC都被抑制。这些实验结果显示,PA-Esr1+神经元直接投射至MPN和VMHvl,为兴奋性输入,同时PA-Esr1+神经元也存在至MPN和VMHvl的间接抑制性投射。

研究人员还对PA-MPN神经元,PA-VMHvl神经元,以及临近的基底内侧杏仁核后部(BMAp)的神经元分别进行了RNA测序。RNA-seq的结果显示,投射至不同脑区的PA神经元以及BMAp的神经元之间有着显著的基因表达差异。对部分基因的在体杂交实验也进一步证明了这一结论。研究人员于是证明了,投射到PMN和VMHvl的PA神经元不仅分布在不同的区域,而且在分子水平上也是不同的神经元类群。

确定了PA神经元到MPN和VMHvl的投射之后,研究人员开始研究这些投射在雄性动物性行为和攻击行为中发挥的作用。研究人员首先观测了交配或打斗之后的雄性小鼠PA中c-Fos和Esr1表达情况。大部分被激活的神经元(表达c-Fos)都表达了Esr1,表明Esr+神经元与社交活动的相关性。c-Fos+神经元也有着明显的分布特征,交配诱导的c-Fos+神经元与投射至MPN的神经元的分布相似,而打斗诱导的c-Fos+神经元与投射至VMHvl的神经元分布相似。这些结果提示PA-Esr1+MPN神经元和PA-Esr1+VMHvl神经元分别与性行为和攻击行为有关。

研究人员在雄性Esr1-2A-cre小鼠的MPN或VMHvl中注射携带有GCaMP6f的逆行HSV病毒,以检测PA-Esr1+MPN神经元和PA-Esr1+VMHcl神经元的钙信号(活性)。研究人员发现,雄性小鼠的PA-Esr1+MPN神经元在面对雌性小鼠时有着显著的活性提升,而PA-Esr1+VMHvl神经元则对雄性小鼠有着更显著的活性。同时,在雄性小鼠有交配行为时有着更强的活性(与攻击行为相比),而PA-Esr1+VMHvl神经元则相反。研究人员还发现,PA-Esr1+MPN神经元的激活与雄性小鼠交配行为的起始相比是同时或者略早的,并且活性随着性行为的进一步进行而不断提升。与之相对,PA-Esr1+VMHvl神经元没有表现出这一特点,而是在与雄性小鼠的打斗中有着更加显著的活性。

接下来,研究人员在雄性Esr1-2A-cre小鼠的MPN或VMHvl中注射携带有Flippase(Flp)的逆行HSV病毒,在PA中注射携带有hM4Di的AAV病毒(fDIO),分别标记和操纵PA-Esr1+MPN神经元和PA-Esr1-VMHvl神经元。向雄性小鼠注射CNO抑制PA-Esr1+MPN神经元后,小鼠的性行为几乎完全消失,而攻击行为没有明显变化。相对的,注射CNO抑制PA-Esr1+VMHvl神经元显著减少了小鼠的攻击行为,而对性行为只有部分影响(雄性小鼠交配的前期行为没有改变,交配后期行为有一定程度减少)。利用同样的方法,研究人员又向PA-Esr1+MPN神经元和PA-Esr1-VMHvl神经元中导入了hM3Dq。向雄性小鼠体内注射低剂量的CNO激活PA-Esr1+MPN神经元可以显著增加小鼠的性行为,而不影响攻击行为。(有趣的是,用高剂量的CNO激活PA-Esr1+MPN神经元还会增加对雌性小鼠的攻击行为,但对雄性小鼠的攻击行为没有改变,表明PA-Esr1+MPN神经元与自然状态下雄性间的攻击行为关系不大。)相对的,注射CNO激活PA-Esr1+VMHvl神经元显著增加了雄性小鼠的攻击行为(对雌雄),但不影响小鼠的性行为。

最后,研究人员还探究了PA-Esr1+神经元的投射关系。总的来说,PA-Esr1+神经元接收了来自嗅觉,环境,情绪状态的整合信息,在雄性的性行为和攻击行为中发挥着重要的作用。PA-Esr1+MPN神经元是调控雄性性行为中重要的一环,而PA-Esr1-VMHvl神经元在驱动雄性间的攻击行为中发挥着重要的功能。

本文转载于知乎文章@Wang xy

如果您也对动物实验感兴趣,欢迎关注和推荐关注知乎账号:

脑苛学

和\/信公众号:bioviewer,专注于动物神经科学与行为学的实验知识的方法传播与分享交流,您可以推荐给您身边的朋友、同学以及老师,我们会定期更新您需要的相关实验方法的视频和文章,希望能对大家带来帮助!

联系人
在线客服
用心服务 成就你我