引言
在众多社会行为中,攻击行为作为争夺资源、保障自身和群体安全的重要手段,成为应对生存和繁殖压力的关键本能。面对极端情况,雌雄动物均需要依靠攻击-防御行为来应对挑战。有趣的是,攻击行为在雌雄间存在明显差异,具有性别二态性:为了争夺有限的资源(例如领地、食物和交配机会),雄性动物往往更易表现出攻击性,而雌性则相对较少发动攻击行为。人类的攻击行为也表现出较为明显的性别差异,男性往往比女性更具攻击性,暴力犯罪率更高。
2024年7月16日,浙江大学脑科学与脑医学学院段树民院士与虞燕琴教授团队在Neuron上发表了题为A Hypothalamic-Amygdala Circuit Underlying Sexually Dimorphic Aggression的研究成果。该研究揭示了一条调控哺乳动物性别差异攻击行为的大脑环路,即从腹内侧下丘脑的腹外侧区域(the ventromedial hypothalamus ventrolateral area,VMHvl)到后侧无名质脑区(posterior substantia innominata,pSI)的神经环路。在雄性动物中,该环路表现出对下游pSI神经元的更强的兴奋性投射和更弱的抑制性投射。环路的兴奋-抑制连接强度的差异影响了下游核团pSI的活动水平,使其在雄性中整体兴奋性增强,从而触发了具有性别差异的攻击行为。
图1 模式图 (Credit: Neuron)
小鼠是很好的攻击模式动物,根据状态和场景不同可表现为多种攻击行为,包括常见的雄性小鼠间争夺领地的攻击,保护幼崽的雌性小鼠(怀孕母鼠)攻击,捕食性攻击,杀婴行为等。一般认为这些不同的攻击行为由不同的神经环路特异控制,包括雌雄二态性在内的特异性攻击行为,可能都是通过特异性攻击通路的调控而实现。然而该团队先前工作发现,激活后侧无名质脑区(pSI)可触发各种类型的攻击行为,且触发的攻击没有雌雄二态性(Zhu, et.al, Neuron, 2021)。猜想这一脑区可能控制了愤怒情绪,从而升高整体攻击状态。另一种可能是,该脑区是执行各种攻击行为的最后通路,即其他攻击环路可能最终通过激活这一脑区而实现各种特异性攻击。
既往的研究发现,VMHvl介导了包括攻击在内的多种社会行为,是哺乳动物中进化相对保守且具有性别二态性的下丘脑区域。一个有意思的问题是, VMHv1是否需要通过pSI完成攻击行为? 如果pSI是VMHv1的下游,那么VMHv1是如何通过pSI这一控制泛攻击行为的脑区实现调控性别二态性攻击行为的呢?
为阐明这些问题,该团队通过神经环路示踪和电生理等技术,发现VMHvl中调控攻击行为的雌激素受体(Estrogen receptor-α,Esr1)神经元(VMHvlEsr1)单方向支配pSI脑区。通过光遗传学和化学遗传学操控的手段,发现阻断pSI神经元活动可抑制VMHvlEsr1神经元引发的攻击行为,表明VMHvlEsr1神经元需要通过pSI下游脑区来介导攻击行为,而抑制VMHvlEsr1神经元则对直接刺激pSI脑区诱发的攻击行为没有影响。
有意思的是,和直接刺激pSI神经元在雌雄小鼠都诱发较强的攻击行为不同,刺激VMHvlEsr1神经元胞体以及VMHvlEsr1神经元投向pSI脑区的神经末梢都在雄性小鼠引起比雌性小鼠更强的攻击行为,具有显著的性别二态性。为解析这一现象的机制,团队进一步研究,意外发现VMHvlEsr1神经元对pSI脑区的支配既存在兴奋性,又有抑制性。并发现激活VMHvlEsr1神经元对pSI脑区的抑制性投射可阻断雄性小鼠的攻击行为,起到与激活兴奋性环路相反的作用。
通过顺行和逆行神经环路病毒追踪策略,发现与雌性小鼠相比,雄性小鼠的VMHvlEsr1神经元对pSI脑区存在更多兴奋性投射,而抑制性投射则更少。离体电生理研究发现,与雌性小鼠相比,雄性小鼠的VMHvlEsr1神经元对pSI脑区存在更强的兴奋性突触后电流(EPSC)及更弱的抑制性突触后电流(IPSC) - 即雄性小鼠的VMHvlEsr1神经元对pSI脑区输出表现出更强的整体兴奋性。在自由社交的动物中,通过在体光纤和电生理记录pSI神经元活动,验证了与雌性小鼠相比,雄性小鼠的VMHvlEsr1神经元通过对pSI整体更强的兴奋性投射,更容易激活pSI神经元,进而诱发雄性小鼠中更强的攻击行为。
基于这个自然界性别差异显著的社会行为——攻击行为,团队揭示了控制哺乳动物性别二态性攻击行为的脑区VMHvl可单向投射到控制泛攻击行为的脑区pSI,输出攻击行为。有趣的是,VMHvl兴奋性和抑制性的环路连接可共同支配pSI,并对攻击行为发挥截然相反的功能。与雌性动物相比,雄性动物的VMHvl通过更强兴奋性输出和更弱的抑制性输出实现更强地激活pSI,进而介导雄性多发的攻击行为。大脑环路的兴奋-抑制平衡调控行为的模式,为解析雌雄攻击行为差异背后的神经基础提供了新机制,也为人们理解社会行为和性别相关的行为提供新的思考方向。因为下丘脑和杏仁核区域在哺乳动物中相对保守,这一研究可能为理解具有雌雄差异的脑部疾病提供了参考。
参考文献
责编|探索君
排版|探索君
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