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为明确 Calb?神经元性别差异出现时间及 Calb1 在视前区性双态核(SDN)形成中的作用,研究人员对出生后小鼠 SDN 内 Calb?神经元数量、Calb1 mRNA 水平进行分析,并开展 Calb1 敲低实验。发现 PD15-20 雄性 Calb?神经元显著增加,Calb1 对 SDN 神经元聚集至关重要。
在大脑的奇妙世界里,性别的奥秘隐藏在细微的神经元结构之中。视前区性双态核(Sexually Dimorphic Nucleus, SDN)作为大脑性别差异的关键区域,其发育机制一直是神经科学领域的未解之谜。钙结合蛋白 D-28K(Calbindin D-28K, Calb)阳性神经元作为 SDN 的重要组成部分,在雄性和雌性小鼠中数量存在差异,但这种差异何时出现、Calb 在 SDN 形成中扮演何种角色,长期以来困扰着研究者。传统观点认为,性激素通过调控神经元凋亡、吞噬或迁移等过程影响 SDN 的性别分化,但具体到 Calb?神经元的动态变化及分子机制,仍缺乏系统性研究。为揭开这些谜团,日本埼玉大学(Saitama University)的研究团队开展了一系列实验,相关成果发表在《Cell and Tissue Research》杂志上,为理解大脑性别差异的形成提供了新视角。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:通过免疫组织化学染色(Immunohistochemistry)标记 Calb?神经元,结合立体学分析(Stereological Analysis)定量检测出生后 5 天(PD5)至 20 天(PD20)小鼠 SDN 内 Calb?神经元数量及 SDN 体积变化;利用激光显微切割(Laser Microdissection, LMD)技术分离 SDN 组织,通过逆转录定量 PCR(RT-qPCR)检测 Calb1 mRNA 水平;采用腺相关病毒(AAV)载体介导的 Calb1 基因敲低(Knockdown, KD)技术,在新生小鼠视前区局部干扰 Calb1 表达,分析其对 SDN 神经元组成的影响。
研究结果
1. Calb?神经元性别差异在出生后 15-20 天出现
免疫组织化学结果显示,PD5 至 PD15 时,雌雄小鼠 SDN 内 Calb?神经元数量无显著差异,但 PD20 雄性小鼠 Calb?神经元数量较 PD10、PD15 雄性及同阶段雌性小鼠显著增加(P<0.0001),SDN 体积也呈现雄性特异性增大。这表明 Calb?神经元的性别差异在出生后晚期(PD15-20)才正式建立,早于青春期启动时间。
2. Calb1 mRNA 水平无性别差异但随发育动态变化
RT-qPCR 结果显示,SDN 内 Calb1 mRNA 水平在 PD0 至 PD5 较低,PD10 后显著升高(P<0.0001),但雌雄之间无显著差异。这提示 Calb?神经元数量的性别差异并非由 Calb1 转录水平的性别差异驱动,可能与神经元迁移或存活等转录后机制相关。
3. Calb1 敲低导致 SDN 神经元聚集减少
在新生小鼠视前区注射 AAV-shCalb 病毒后,PD20 雄性小鼠右侧 SDN 内 Calb?神经元数量较左侧及对照组显著减少(P<0.0001),总神经元数量(Calb?/Calb?神经元)也随之下降,但 Calb?神经元及胶质细胞数量不受影响。这表明 Calb1 不仅是 Calb?神经元的标志物,更是 SDN 神经元聚集和组织不可或缺的分子。
研究结论与讨论
本研究首次明确了小鼠 SDN 内 Calb?神经元性别差异出现于出生后 15-20 天,这一过程与雄性特异性的神经元迁移或整合增加有关,而非凋亡或转录差异。Calb1 通过调控细胞内 Ca2?信号,可能影响神经元迁移的动力学或存活能力,从而促进 SDN 的形态建成。值得注意的是,Calb?神经元中包含投射至腹侧被盖区的雄性特异性神经元群,其在性行为调控中具有关键作用,提示 Calb1 不仅参与结构分化,还可能通过神经环路影响性别相关行为。
该研究填补了 SDN 发育机制的关键空白,揭示了 Calb1 在神经元空间组织中的非经典功能,为理解大脑性别差异的细胞分子基础提供了新范式。未来研究可进一步探索 Calb1 调控神经元迁移的具体信号通路(如 Ca2?/ 钙调蛋白依赖的细胞骨架调控),以及性激素如何通过 Calb1 间接影响 SDN 发育。这些发现不仅深化了对正常脑发育的认知,也为性别相关神经疾病(如性分化异常、性行为障碍)的病理机制研究提供了潜在靶点。