性行為對哺乳動物物種的生存和繁殖至關重要^[1]。為了最大限度地提高繁殖成功率，同時最大限度地減少消耗能量的非生產性交配，女性性行為與女性生殖周期密切相關，包括處女時期的發情周期和哺乳期^[2]。在嚙齒類動物中，發情的雌性對雄性表現出更強的偏好。在吸引力方面，有性經驗的雄性更容易被發情的雌性所吸引。但在哺乳期，女性的性行為受到強烈抑制，并且哺乳期的雌性會攻擊雄性入侵者以保護自己的孩子，這種現象被稱為母性攻擊^[3]。盡管性激素與生殖周期的行為變化有關，但其潛在的細胞和回路機制仍不完全清楚。

腹內外側下丘腦核的外側亞區(VMHvlI)對女性的性行為至關重要。損傷VMHvIl會破壞許多物種的雌性性接受能力。近年來在嚙齒類動物中的研究發現，VMHvIl中表達雌激素受體α (estrogen receptor alpha, Esr1)的細胞(VMHvIIEsr1)在影響雌性性行為中起重要作用。VMHvIIEsr1的失活或在VMHvIl中敲除Esr1會降低雌性的性接受能力^[4]。

近些年來的研究表明VMHvlI的細胞具有分子復雜性和功能異質性。但調控雌性周期性性行為的具體機制仍不清楚。

2022年7月26日，美國紐約大學Dayu Lin實驗室在Neuron發表了題為“VMHvllCckar cells dynamically control female sexual behaviors over the reproductive cycle”的研究成果，闡明了雌性小鼠的周期性交配行為的神經生物學基礎^[5]。

研究者們首先構建了Cckar^Cre小鼠，并對Cckar^Cre小鼠的有效性進行了觀察。研究結果顯示交配后的雌性小鼠VMHvII區表達Cckar和Fos的細胞數都高于未交配雌鼠（圖1E、F）。先前的研究顯示VMHvll細胞優先投射到富含雌性性行為相關的重要神經肽kisspeptin的區域--前腹側室周核(AVPV)。為了解Cckar+細胞是否是VMHvll à AVPV投射的主要來源，研究者們向AVPV注射了retrobeads，結果顯示在VMHvll中，近70%的Cckar+細胞帶有標記，而超過85%的逆轉錄珠標記細胞表達Cckar，這表明Cckar+細胞源自AVPV的投射(圖1G、H)。

研究者們還向VMHvII注射了順行標記病毒AAV2-CAG-DIO-GFP（圖1J），與逆行標記結果一致，VMHvlI^Cckar細胞的順行示蹤顯示AVPV高表達GFP(圖1K、M)。除AVPV外, VMHvll^Cckar細胞主要作用于下丘腦內相關區域，包括內側視前區(mPOA)、結節核(Tu)、弓狀核(ARC)和下丘腦背側內側區(DMH)等(圖1M)。總之，這些結果表明VMHvll 中的Cckar+細胞可能是優先與女性性行為相關的亞群。

圖1: Cckar^Cre小鼠有效性驗證

為了研究VMHvll^Cckar細胞在雌性性行為中的作用，研究者們通過化學遺傳學的方式對VMHvll^Cckar細胞進行了調控。首先他們通過化學遺傳學的手段抑制了VMHvll^Cckar細胞的電活動。研究者們分別向雌性CckarCre小鼠VMHvII注射了AAV2-hSyn-DIO-mCherry和AAV2-hSyn-DIO-hM4Di-mCherry病毒，并在每個測試日，首先將雌鼠與性經驗豐富的成年雄性配對約10分鐘，以確定其對雄鼠的接受水平，然后注射CNO或生理鹽水，30分鐘后再次與另一有性經驗的雄性配對約10分鐘(圖2B)。結果顯示通過化學遺傳學的方式抑制VMHvll^Cckar細胞電活動會抑制雌性小鼠性行為，具體表現為當雄性小鼠靠近時，雌性小鼠對雄性小鼠的接觸減少，并在雄性靠近時，雌鼠表現出更多的對抗行為（圖2E-F），這也導致交配的成功率降低（圖2G-H）。

另外研究者們還通過化學遺傳學的手段激活了VMHvll^Cckar細胞的電活動，研究者們分別向雌性Cckar^Cre小鼠VMHvII注射了AAV2-hSyn-DIO-mCherry和AAV2-hSyn-DIO-hM3Dq-mCherry病毒（圖3A）。在CNO注射后，VMHvll^Cckar細胞被激活，雌性小鼠也表現出對雄性的接觸增加，性交成功率也顯著提升（圖3D-H）。

圖3: 化學遺傳學激活VMHvllCckar細胞促進雌性小鼠性相關行為

除了化學遺傳學的方式之外，研究者們也用光遺傳學的方式對現象進行了驗證。研究者們分別向雌性CckarCre小鼠VMHvII注射了AAV2-CAG-DIO-GFP、AAV1-hSyn-SIO-stGtACR2-FusionRed或AAV2-EF1a-DIO-ChR2-EYFP病毒（圖4A，圖5A）。結果顯示光遺傳學抑制VMHvllCckar細胞的電活動同樣會抑制雌性小鼠的性行為（圖4D-K），激活VMHvllCckar細胞的電活動同樣會促進雌性小鼠的性行為（圖5D-M）。

圖4: 光遺傳學抑制VMHvllCckar細胞抑制雌性小鼠性相關行為

圖5: 光遺傳學激活VMHvllCckar細胞促進雌性小鼠性相關行為

那么VMHvllCckar細胞在雌性交配行為中的電活動是怎樣的呢？研究者們向Cckar^Cre雌鼠的VMHvII區注射了AAV1-hSyn-DIO-GCaMP6s，從而可以觀察VMHvll^Cckar細胞的電活動（圖6A）。通過光纖記錄發現相較于哺乳期和非發情期，發情期雌性小鼠VMHvll^CckarCa²⁺瞬變發生的頻率更高，幅度也更高(圖6D-6F)。在并且在有雄性小鼠靠近時，發情期雌性小鼠VMHvll^CckarCa²⁺水平明顯高于其他時期（圖6G-L）。

圖6: VMHvll^Cckar細胞電活動與雌性發情期相關

為了更好控制嗅覺輸入的模式，研究人員將表達GCaMP6s的雌鼠頭部固定，隨后將刺激動物（成年雄性，成年雌性、年輕雄鼠和玩具鼠）麻醉，并依次遞送到雌鼠鼻側，觀察VMHvll^Cckar細胞對不同類型動物的嗅覺刺激的反應（圖6A、圖7A、B）。研究者們發現當雌性小鼠聞到成年雄鼠的氣味時，VMHvll^Cckar細胞鈣活動顯著增強，但雌鼠對雌鼠、年輕雄鼠和玩具鼠則不會有強烈的鈣信號響應（圖6C-H）。

圖7:成年雄鼠會誘發雌鼠VMHvllCckar細胞電活動

總之，這項工作發現了VMHvllCckar對雌性性行為的關鍵性調控作用。在雌性小鼠中，VMHvllCckar細胞的失活會降低它們對雄性小鼠的興趣和性接受能力，而激活這些細胞則會產生相反的效果。并且雌性的性行為在整個生殖周期內變化很大。在體光纖記錄顯示VMHvllCckar細胞的自發活性和反應依賴于生殖狀態的變化，在發情期間活動最高。這項研究對雌性性行為的調控機制有重要作用。

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