客观日本

神经递质导致男女行为差异?

2019年06月12日 生物医药

东京大学大学院综合文化研究科原田一贵助教、坪井贵司教授,及埼玉医科大学周防谕讲师、带逛畜产大学姜兴起教授等共同研究,通过秀丽隐杆线虫发现神经递质多巴胺会因性别不同而导致迥异的行为结果(图1)。男女脑内物质功能如何不同,目前未知数众多,本研究有望促进大脑机能性别差异的阐明[1]。该研究成果已发表在2019年4月15日的《Journal of Neuroscience》上[参考文献1]。

神经递质导致男女行为差异?

图1 雄性及雌雄同体的线虫

“雄兔脚扑朔,雌兔眼迷离”,雌性和雄性动物之间的行为差异显而易见。尽管行为的性别差异性对后代繁衍极为重要,但目前对相关脑机能的何种差异造就了最终行为差异还不甚明了。

秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)由于脑内神经细胞非常少,易于解析,所以脑机能基础研究常用的模式动物(图2)。线虫以雌雄同体为主,同时存在极少比例的雄性个体。自然条件下,雌雄同体线虫可自体受精,也可优先接受雄虫的精子产生后代。本研究主要以雄线虫和雌雄同体线虫为对象来调查行为的差异化。

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图2秀丽隐杆线虫生态圈 (《Genetics》)

秀丽隐杆线虫为非寄生性线虫,通体透明,长约1毫米,主要分布在温带地区的土壤中。体细胞数目恒定,雌雄同体虫和雄虫分别具有959和1031个体细胞,且每一个细胞的位置和发育渊源均已确定,雌雄同体虫共有302个神经元(图3)。生命史短,其发育周期仅三天左右。1965年,秀丽隐杆线虫首次被Sydney Brenner作为分子生物学和发育生物学研究领域的模式生物。1998年成为第一个完成全基因组测序的多细胞生物,到2012年是唯一完成连接组(Connectome)测定的生物。2002年与2006年的诺贝尔生理学或医学奖及2008年的诺贝尔化学奖都与秀丽隐杆线虫的应用直接相关。目前秀丽隐杆线虫已作为模式动物广泛用于遗传与发育生物学、行为与神经生物学、衰老与寿命、人类遗传性疾病、病原体与生物机体的相互作用、药物筛选、动物应急反应、动物睡眠、细胞融合、分子生物学、环境生物学和信号传导等多个领域。

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图3 秀丽隐杆线虫 (wormbook.org)

行为分析显示,雄虫的运动量远超雌雄同体虫。这与雄虫需要四处游动不断找寻交配伴侣的实际情况相符,而雌雄同体虫没这必要。多巴胺作为重要的神经递质,在哺乳类动物中与情感、动机、运动、药物成瘾等都息息相关,同时也在线虫体内被发现。然而,不能正常产生多巴胺的变异雄虫运动量会骤减,变异雌雄同体虫则运动量增加,二者之间运动量的性别差异变小(图4)。换句话说,多巴胺对运动量的影响具有性别差异。

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图4 线虫运动量测定 (图/周防谕)

进一步研究表明,多巴胺对雄虫起作用的靶细胞为仅存在于雄虫体内的神经细胞;而多巴胺作用于雌雄同体虫的靶细胞则为同时存在于雄虫和雌雄同体中的一类被称为SIA的神经细胞,但雄虫体内的SIA神经细胞对多巴胺的响应能力较差。由此,同样是多巴胺水平降低,却在不同性别引起完全相反的运动量调控效果。

导致雌雄动物行为差异的脑机能的研究极为复杂,本次研究阐明了脑内物质基于性别不同引起与繁殖密切相关的行为差异。对脑机能性别差异机制的理清,将有助于更好地理解精神类疾病及相关药物疗效在男女之间的差异性。

供稿 宋傑 东京大学博士
编辑修改 JST客观日本编辑部

参考文献:
1.Satoshi Suo, Kazuki Harada, Shogo Matsuda, Koki Kyo, Min Wang, Kei Maruyama, Takeo Awaji, Takashi Tsuboi, "Sexually dimorphic regulation of behavioral states by dopamine in Caenorhabditis elegans," Journal of Neuroscience, doi:10.1523/JNEUROSCI.2985-18.2019.

相关链接:
1.东京大学新闻稿

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