成年的大腦具有可塑性，其可在特定的生命階段根據(jù)需求改變行為。例如：未性成熟的動(dòng)物很少照顧同類幼崽，甚至?xí)鲃?dòng)攻擊幼鼠，但在自己的后代即將出生的時(shí)候，雄性動(dòng)物會(huì)表現(xiàn)出親昵并照顧幼崽的行為[1,2]。雖然人們已經(jīng)觀察到了這種行為的改變，但這種行為改變背后的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制了解甚少。其中位于下丘腦室旁核（hypothalamic nucleus, PVH）的神經(jīng)元分泌的催產(chǎn)素（oxytocin, OT）對(duì)雌性哺乳行為至關(guān)重要，研究表明在未交配過的雌鼠腦內(nèi)注射OT可誘導(dǎo)雌鼠對(duì)幼崽的照顧行為，且光遺傳激活PVH中OT神經(jīng)元也可誘導(dǎo)母性行為[3]。但OT和OT神經(jīng)元在雄性腦內(nèi)的功能并不清楚，其與雄性帶崽行為之間的關(guān)系也不夠明確。
近日，日本理化研究所生物系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究中心Kazunari Miyamichi實(shí)驗(yàn)室在Neuron發(fā)表了題為Plasticity of neural connections underlying oxytocin-mediated parental behaviors of male mice的文章，闡明了雄鼠父性行為背后神經(jīng)連接的可塑性[4]。
01. PVH中的OT與雄鼠父性行為密切相關(guān)
研究者們首先研究了OT與雄鼠父性行為的關(guān)系。他們向OT flox/- 雄鼠腦內(nèi)PVH注射AAV9-Cre，條件性敲除PVH區(qū)OT的第一外顯子。并讓OT cKO的雄鼠與雌鼠交配，在幼崽出生后第5天對(duì)其父性行為進(jìn)行觀察（圖1A、B）。行為學(xué)結(jié)果顯示OT敲除組雄鼠大多忽略了幼崽，沒有表現(xiàn)出帶崽的父性行為（圖1D、F、G）。研究者們還發(fā)現(xiàn)OT神經(jīng)元的數(shù)量與雄鼠表現(xiàn)出父性行為的時(shí)長呈正相關(guān)（圖1H）。這說明OT對(duì)雄鼠父性行為的表現(xiàn)非常必要。
圖1: PVH中OT參與雄鼠父性行為
02. PVH OT神經(jīng)元可以喚醒未性成熟雄鼠父性行為
在使用敲除模型觀察到了PVH OT的功能后，研究者們測(cè)試了過表達(dá)OT對(duì)雄鼠行為的影響。研究者們通過向未交配過的OT-cre 雄鼠腦內(nèi)PVH注射AAV8-FLEx-hM3Dq-mCherry，并通過CNO激活OT神經(jīng)元（圖2A-C）。在行為學(xué)觀察中發(fā)現(xiàn)，OT激活組雄鼠表現(xiàn)出了明顯的帶崽行為，但對(duì)照組雄鼠則表現(xiàn)出攻擊行為（圖2D-G）。這說明PVH OT神經(jīng)元是調(diào)控雄鼠對(duì)幼崽行為的關(guān)鍵。
圖2: 激活PVH OT神經(jīng)元促進(jìn)未交配雄鼠父性行為
03. OT與其他配體協(xié)同調(diào)控雄鼠父性行為
OT神經(jīng)元除分泌OT外，還釋放其他神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)肽。為了探索非OT神經(jīng)遞質(zhì)的作用，研究者們分別將AAV5-OTp-hM3Dq-Myc病毒注射到了未交配過的OT+/+和OT-/-雄鼠的PVH（圖3A-D）。結(jié)果顯示，在注射生理鹽水的OT+/+和OT-/-雄鼠對(duì)照組中都觀察到了攻擊幼崽的現(xiàn)象（圖3E）。即使是在OT-/-雄鼠中，CNO也會(huì)引起雄鼠攻擊行為減弱，但OT-/-雄鼠帶崽時(shí)間沒有OT+/+久（圖3E、F）。這說明在OT基因缺失的情況下OT神經(jīng)元仍舊可以調(diào)控雄鼠的父性行為，OT神經(jīng)元的激活可以獨(dú)立于OT配體抑制雄鼠對(duì)幼崽的攻擊。這些數(shù)據(jù)共同表明，OT配體可促進(jìn)未交配雄性的照顧行為，OT神經(jīng)元中的其他神經(jīng)遞質(zhì)也有一定貢獻(xiàn)。
圖3: OT配體促進(jìn)未交配雄性親崽行為
04. PVH OT神經(jīng)元單突觸連接的可塑性
鑒于PVH OT神經(jīng)元對(duì)雄鼠父性行為的關(guān)鍵性，研究者們接下來研究了OT神經(jīng)元相關(guān)神經(jīng)連接在雄鼠生命進(jìn)程中的變化。研究者們向未交配過和交配過的的OT-Cre雄鼠PVH注射了帶有GFP熒光信號(hào)的逆向示蹤病毒AAV-FLEx-RG和AAV5-FLEx-TVA-mCherry（圖4A-C），并觀察PVH OT神經(jīng)元的數(shù)量以及其上行腦區(qū)神經(jīng)元的數(shù)目（圖4C）。結(jié)果顯示交配過的雄鼠LHA和MPNm有更多更強(qiáng)的與PVH OT神經(jīng)元的神經(jīng)連接（圖4D-F）。
研究者們也對(duì)OT的突觸傳遞的有效性進(jìn)行了研究。他們通過光遺傳的方式，將AAV-FLEx-ChR2（H134R）注射到vGluT2-Cre的LHA、MPNm和DMH區(qū)（PVH OT神經(jīng)元的上行腦區(qū)），用光激活神經(jīng)元后對(duì)這些腦區(qū)的電活動(dòng)進(jìn)行電生理記錄（圖5A）。結(jié)果顯示交配過的雄鼠MPNm、DMH、LHA腦區(qū)興奮性神經(jīng)元的電活動(dòng)都有增強(qiáng)趨勢(shì)（圖5B、C），但只有LHA興奮性神經(jīng)元電活動(dòng)增強(qiáng)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著差異（圖5C）。
圖4: PVH OT神經(jīng)元上行腦區(qū)在未交配雄鼠和交配過雄鼠腦區(qū)的神經(jīng)連接可塑性
圖5:交配過的雄鼠 PVH OT神經(jīng)元上行腦區(qū)電活動(dòng)有增強(qiáng)趨勢(shì)
05. 增強(qiáng)LHA à OT的興奮性神經(jīng)投射抑制未交配過雄鼠的攻擊行為
那么增強(qiáng)LHA à OT的興奮性投射會(huì)對(duì)未交配的雄鼠行為產(chǎn)生怎樣的影響呢？研究者們分別對(duì)未交配的OT+/+;vGLuT2-Cre和OT-/-;vGLuT2-Cre雄鼠LHA腦區(qū)注射AAV8-FLEx-hM3Dq-mCherry，并在2周后注射CNO（圖6H、I）。行為學(xué)結(jié)果顯示增強(qiáng)LHA à OT的興奮性投射后OT+/+;vGLuT2-Cre和OT-/-;vGLuT2-Cre未交配過的雄鼠對(duì)幼崽的攻擊行為都減少（圖6K），但其帶崽行為無明顯變化趨勢(shì)（圖6L）。而OT+/+ CNO和OT-/- CNO組小鼠對(duì)幼崽的攻擊行為存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（圖6M），這說明LHA à OT興奮性神經(jīng)元對(duì)未交配過雄鼠攻擊幼崽行為的調(diào)控是通過OT介導(dǎo)的。
圖6:增強(qiáng)LHA à OT興奮性投射使未交配雄鼠攻擊幼崽行為減弱
總之，這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)了OT對(duì)雄性小鼠親崽行為的重要性，發(fā)現(xiàn)了LHA à PVH OT神經(jīng)元興奮性投射和突觸聯(lián)系在交配過的雄鼠中增強(qiáng)的現(xiàn)象，并闡明了這種增強(qiáng)對(duì)抑制未交配過雄鼠對(duì)幼崽攻擊行為的作用。
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