成年的大腦具有可塑性，其可在特定的生命階段根據需求改變行為。例如：未性成熟的動物很少照顧同類幼崽，甚至會主動攻擊幼鼠，但在自己的后代即將出生的時候，雄性動物會表現出親昵并照顧幼崽的行為[1,2]。雖然人們已經觀察到了這種行為的改變，但這種行為改變背后的神經生物學機制了解甚少。其中位于下丘腦室旁核（hypothalamic nucleus, PVH）的神經元分泌的催產素（oxytocin, OT）對雌性哺乳行為至關重要，研究表明在未交配過的雌鼠腦內注射OT可誘導雌鼠對幼崽的照顧行為，且光遺傳激活PVH中OT神經元也可誘導母性行為[3]。但OT和OT神經元在雄性腦內的功能并不清楚，其與雄性帶崽行為之間的關系也不夠明確。
近日，日本理化研究所生物系統動力學研究中心Kazunari Miyamichi實驗室在Neuron發表了題為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連接的可塑性[4]。
01. PVH中的OT與雄鼠父性行為密切相關
研究者們首先研究了OT與雄鼠父性行為的關系。他們向OT flox/- 雄鼠腦內PVH注射AAV9-Cre，條件性敲除PVH區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天對其父性行為進行觀察（圖1A、B）。行為學結果顯示OT敲除組雄鼠大多忽略了幼崽，沒有表現出帶崽的父性行為（圖1D、F、G）。研究者們還發現OT神經元的數量與雄鼠表現出父性行為的時長呈正相關（圖1H）。這說明OT對雄鼠父性行為的表現非常必要。
圖1: PVH中OT參與雄鼠父性行為
02. PVH OT神經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，研究者們測試了過表達OT對雄鼠行為的影響。研究者們通過向未交配過的OT-cre 雄鼠腦內PVH注射AAV8-FLEx-hM3Dq-mCherry，并通過CNO激活OT神經元（圖2A-C）。在行為學觀察中發現，OT激活組雄鼠表現出了明顯的帶崽行為，但對照組雄鼠則表現出攻擊行為（圖2D-G）。這說明PVH OT神經元是調控雄鼠對幼崽行為的關鍵。
圖2: 激活PVH OT神經元促進未交配雄鼠父性行為
03. OT與其他配體協同調控雄鼠父性行為
OT神經元除分泌OT外，還釋放其他神經遞質或神經肽。為了探索非OT神經遞質的作用，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）。結果顯示，在注射生理鹽水的OT+/+和OT-/-雄鼠對照組中都觀察到了攻擊幼崽的現象（圖3E）。即使是在OT-/-雄鼠中，CNO也會引起雄鼠攻擊行為減弱，但OT-/-雄鼠帶崽時間沒有OT+/+久（圖3E、F）。這說明在OT基因缺失的情況下OT神經元仍舊可以調控雄鼠的父性行為，OT神經元的激活可以獨立于OT配體抑制雄鼠對幼崽的攻擊。這些數據共同表明，OT配體可促進未交配雄性的照顧行為，OT神經元中的其他神經遞質也有一定貢獻。
圖3: OT配體促進未交配雄性親崽行為
04. PVH OT神經元單突觸連接的可塑性
鑒于PVH OT神經元對雄鼠父性行為的關鍵性，研究者們接下來研究了OT神經元相關神經連接在雄鼠生命進程中的變化。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神經元的數量以及其上行腦區神經元的數目（圖4C）。結果顯示交配過的雄鼠LHA和MPNm有更多更強的與PVH OT神經元的神經連接（圖4D-F）。
研究者們也對OT的突觸傳遞的有效性進行了研究。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（PVH OT神經元的上行腦區），用光激活神經元后對這些腦區的電活動進行電生理記錄（圖5A）。結果顯示交配過的雄鼠MPNm、DMH、LHA腦區興奮性神經元的電活動都有增強趨勢（圖5B、C），但只有LHA興奮性神經元電活動增強在統計學上有顯著差異（圖5C）。
圖4: PVH OT神經元上行腦區在未交配雄鼠和交配過雄鼠腦區的神經連接可塑性
圖5:交配過的雄鼠 PVH OT神經元上行腦區電活動有增強趨勢
05. 增強LHA à OT的興奮性神經投射抑制未交配過雄鼠的攻擊行為
那么增強LHA à OT的興奮性投射會對未交配的雄鼠行為產生怎樣的影響呢？研究者們分別對未交配的OT+/+;vGLuT2-Cre和OT-/-;vGLuT2-Cre雄鼠LHA腦區注射AAV8-FLEx-hM3Dq-mCherry，并在2周后注射CNO（圖6H、I）。行為學結果顯示增強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（圖6L）。而OT+/+ CNO和OT-/- CNO組小鼠對幼崽的攻擊行為存在統計學差異（圖6M），這說明LHA à OT興奮性神經元對未交配過雄鼠攻擊幼崽行為的調控是通過OT介導的。
圖6:增強LHA à OT興奮性投射使未交配雄鼠攻擊幼崽行為減弱
總之，這項工作發現了OT對雄性小鼠親崽行為的重要性，發現了LHA à PVH OT神經元興奮性投射和突觸聯系在交配過的雄鼠中增強的現象，并闡明了這種增強對抑制未交配過雄鼠對幼崽攻擊行為的作用。
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