下丘脑腹内侧核nNOS神经元以性别特异性方式调控社会行为

《Communications Biology》：Ventromedial hypothalamus (VMHvl) nNOS neurons regulate social behaviors in a sex-specific manner

本研究针对特定神经元群体在社交行为中的性别差异调控机制这一关键问题，聚焦下丘脑腹内侧核(VMHvl)内表达神经元型一氧化氮合酶(nNOS)的神经元群体。研究人员通过转基因小鼠模型、病毒介导的神经元剔除和行为学分析，揭示了VMHvl nNOS神经元在雌雄小鼠社会行为中扮演截然不同的角色：在雄性小鼠中，这些神经元对攻击行为至关重要；而在雌性小鼠中，它们则主要调控性行为和社会动机。该研究为理解社会行为的神经基础提供了重要见解。

　　

在神经科学领域，社会行为如交配、攻击和社交接近等本能行为的神经机制一直是研究热点。这些行为不仅对个体生存和繁衍至关重要，其神经环路也表现出显著的性别二态性。下丘脑，特别是其腹内侧核的腹外侧部分(VMHvl)，已被证实是调控本能行为的关键脑区。该区域高度异质，包含多种神经元亚群，其中表达雌激素受体α(ERα)和孕激素受体(PR)的神经元已被广泛研究，已知其对雄性和雌性的攻击和性行为至关重要。然而，VMHvl内其他神经元群体在社会行为中的作用仍不清楚。

神经元型一氧化氮合酶(nNOS)神经元广泛分布于小鼠大脑，包括VMHvl。早期使用基因敲除和药理学方法的研究表明，nNOS酶活性对性行为和攻击行为的表达必不可少，但表达nNOS的特定神经元群体在社会行为中的具体作用仍不明确。尤其值得关注的是，nNOS基因敲除(KO)雄鼠表现出异常的性行为和过度的攻击性，而雌鼠则表现出脊柱前凸行为（接受交配的姿势）和母性攻击行为的减少。这些发现提示nNOS及其产物一氧化氮(NO)在社会行为的性别特异性调控中扮演关键角色。然而，由于nNOS在脑中广泛分布，特定脑区的nNOS神经元在社会行为中的具体贡献，以及其作用机制是源于神经元本身的活动还是其产生的NO信号，这些问题均有待阐明。

在此背景下，由Vinicius Elias de Moura Oliveira、Ioana Bodea和Julie Bakker领导的研究团队在《Communications Biology》上发表了他们的最新研究。为了阐明VMHvl内nNOS神经元在社会行为中的特异性作用及其性别差异，研究人员设计并开展了一系列严谨的实验。

研究主要运用了几项关键技术：利用nNOS::Cre转基因小鼠模型进行细胞特异性操控；通过立体定位注射病毒载体（AAV1-flex-taCasp3-TEVp）实现VMHvl脑区nNOS神经元的特异性剔除（消融）；采用免疫组织化学和免疫荧光技术检测神经元活性标志物（如c-Fos, pERK）以及nNOS与ERα的共表达情况；并通过一系列标准化的行为学测试（包括居住者-入侵者测试、性行为测试、三室社交偏好测试）系统评估了小鼠的攻击行为、性行为、社交动机和配偶选择。实验动物主要为成年（8-12周）C57BL/6J小鼠和nNOS::Cre小鼠，刺激鼠（如入侵者、发情雌鼠）则来自Charles River Laboratories。

VMH-vl nNOS神经元与ERα呈现性别特异性共表达

研究人员首先确认了VMHvl内nNOS神经元的分布及其与ERα的共表达情况。他们发现，虽然VMHvl中nNOS神经元的总数在雌雄小鼠间无差异，但它们与ERα的共表达程度存在显著性别差异。在雌性中，约60%的nNOS神经元共表达ERα，而在雄性中这一比例仅为40%。这表明nNOS神经元构成了VMHvl-ERα+群体中的一个特定亚群。此外，在雌性中，大多数nNOS和nNOS-ERα神经元位于VMHvl的后外侧部分(pvll)，这是一个仅在雌性中存在且与雌性性行为相关的亚区。这些发现提示VMHvl-nNOS神经元可能与已知的ERα/PR神经元的功有所重叠但又具独特性。

VMH-vl nNOS神经元在不同社会刺激下呈现性别特异性激活模式

接下来，研究团队探究了不同社会刺激（与异性交配、与同性争斗）如何招募VMHvl-nNOS神经元。在雄性小鼠中，无论是与可受孕雌鼠交配还是与更小的雄鼠入侵者打斗，都能激活VMHvl-nNOS神经元。有趣的是，约11%的nNOS神经元对两种社会刺激均有反应，而约15%和19%的神经元分别特异性地被攻击行为（表达pERK）或交配行为（表达c-Fos）激活，表明这些神经元存在功能分工。

然而，在雌性小鼠中，情况截然不同。只有与雄鼠交配（引发脊柱前凸）能显著激活VMHvl-nNOS神经元（约14%被招募）。暴露于同性别幼鼠（引发支配行为）或处于高攻击性状态（如哺乳期雌鼠或经过社会隔离和攻击训练IST的雌鼠）均未能增加nNOS神经元的活性。这表明在雌性中，VMHvl-nNOS神经元特异性地被雄性信号（性相关刺激）招募，而不被同性社交或攻击性刺激所激活。

剔除VMH-vl nNOS神经元强烈削弱雄性攻击行为并轻微影响性行为

为了验证这些神经元的功能，研究者在雄性nNOS::Cre小鼠的VMHvl特异性剔除了nNOS神经元。结果发现，神经元剔除（nNOS-del）雄鼠的攻击行为几乎被完全抑制，表现为攻击时间百分比、攻击次数显著降低，攻击潜伏期延长，并且只有少数剔除鼠发动攻击。攻击行为的水平与VMHvl内存留的nNOS神经元数量呈正相关。这种攻击缺陷无法通过多次攻击经历测试得到补偿。重要的是，nNOS-del雄鼠仍保持正常的社交偏好（喜欢社交刺激而非物体），表明其攻击行为缺陷并非源于社交动机缺乏。

在性行为方面，短暂的10分钟测试中，nNOS-del雄鼠仅表现出轻微的骑乘和插入次数减少。但在更具挑战性的30分钟测试中，缺陷变得明显，骑乘和插入次数减少，骑乘潜伏期延长。此外，nNOS-del雄鼠丧失了对发情雌鼠的配偶偏好。多次性行为测试似乎能部分补偿神经元剔除的影响，提示nNOS神经元可能更侧重于雄性对配偶信号的识别（欲望期行为），而非交配动作本身（完成期行为）。

剔除VMH-vl nNOS神经元损害雌性性行为和社交动机

在雌性小鼠中，VMHvl-nNOS神经元的剔除导致了不同的行为表型。与雄性相反，剔除并不影响雌性对幼鼠的支配/攻击行为。然而，雌性nNOS-del小鼠的社交偏好（选择社交对象而非物体）被完全废除。最显著的影响出现在性行为上：nNOS-del雌鼠的脊柱前凸行为几乎完全消失，并且多次测试也无法恢复这一缺陷。脊柱前凸商数与VMHvl内nNOS神经元数量高度正相关。有趣的是，尽管性行为受损，nNOS-del雌鼠在动情周期各个阶段（包括非接受期）仍表现出对雄鼠的偏好，甚至在某些情况下偏好增强，这暗示其配偶识别机制可能发生了改变。

增加NO可用性未能挽救VMHvl nNOS神经元剔除导致的行为缺陷

为了区分nNOS神经元活动与NO信号传导的作用，研究人员尝试通过腹腔注射NO供体SNAP和鸟苷酸环化酶激活剂BAY来恢复行为缺陷。然而，这种药理学干预未能挽救nNOS-del雄鼠的攻击和性行为缺陷，也未能恢复nNOS-del雌性的脊柱前凸行为。这表明，神经元剔除对行为的影响可能主要源于这些神经元在相关神经环路中的连接和功能丧失，而非局部NO神经递质产生的减少。

研究结论与意义

本研究系统性地揭示了下丘脑腹内侧核(VMHvl)内表达nNOS的神经元群体在社会行为中扮演着关键的、性别特异性的角色。这些神经元在雌雄小鼠中的解剖分布（与ERα共表达程度、在VMHvl内的位置）、对社会刺激的反应模式（雌性仅对雄性信号反应，雄性对两性信号均反应）以及其功能必要性（雄性主控攻击，雌性主控性行为和社交动机）均存在显著差异。

讨论部分深入分析了这些发现与既往研究的异同。例如，本研究发现剔除VMHvl-nNOS神经元会削弱雄性攻击，这与早期全身性nNOS基因敲除或药理学抑制导致攻击增强的结果似乎矛盾。作者指出，这突显了特定神经元群体的功能与nNOS酶活性/NO信号在整体水平上的作用可能不同，甚至相反，强调了细胞特异性解析的重要性。同样，在雌性中，VMHvl-nNOS神经元对脊柱前凸行为的极端重要性与此前药理学研究和另一团队的化学遗传学抑制结果一致，但本研究中NO供体无法挽救表型，提示神经元本身的环路功能可能比其产生的NO更为关键。

该研究的创新之处在于，它超越了以往关注nNOS酶活性或整体敲除的研究范式，首次在细胞特异性水平上阐明了VMHvl这一关键脑区内一个特定神经元亚群（nNOS神经元）在社会行为性别二态性中的核心作用。这不仅深化了我们对本能社会行为神经基础的理解，特别是其性别差异的机制，也为研究与社交行为异常相关的精神疾病（如攻击行为失控、社交障碍等）提供了新的视角和潜在的精确干预靶点。