雄性性行為之謎揭曉：ACh與DA相互作用主宰交配行為的機制

在哺乳動物的世界里，雄性性行為是一個復雜且有序的過程，求偶、交配等一系列刻板行為，對物種繁殖起著關鍵作用。每個行為環(huán)節(jié)可能由獨特的神經元機制調節(jié)。此前研究發(fā)現(xiàn)，內側視前區(qū)、伏隔核等腦區(qū)與雄性性行為相關，但從爬跨到插入再到射精的行為轉換，其神經機制尚不清楚。另外，多巴胺和乙酰膽堿信號在雄性性行為中雖有調節(jié)作用，可它們之間相互作用的具體機制，以及伏隔核在其中的作用、多巴胺動態(tài)調節(jié)機制和功能意義，都有待深入探究，這也正是本次研究的重點。

此次研究團隊成員來自多國科研機構，專業(yè)背景多元。日本筑波大學科研人員在醫(yī)學方面提供支持并助力數據處理、奈良醫(yī)科大學專家探究神經機制、中國北大與清華等機構的研究人員在生命科學和生物醫(yī)學領域貢獻見解以及美國德克薩斯大學西南醫(yī)學中心科研人員從分子遺傳學角度帶來新思路，多機構與多專業(yè)人員的緊密協(xié)作推動了研究順利進行。

研究人員首先聚焦 DA 動力學與雄性性行為的關系。他們以 C57BL/6J 雄性小鼠為研究對象，運用纖維光度法，在小鼠伏隔核（NAc）的不同亞區(qū)域插入光纖，監(jiān)測 DA 動力學變化。給小鼠注射攜帶 GRABDA2m 傳感器的腺相關病毒（AAV），當小鼠與發(fā)情期雌鼠互動時，記錄 NAc 不同亞區(qū)域的 DA 信號。結果發(fā)現(xiàn)，vsNAc（伏隔核腹側殼）和 cNAc（伏隔核核心區(qū)）在雄性性行為各轉換階段，GRABDA2m 信號均增加。其中，只有 vsNAc 在插入過程中出現(xiàn) 1 - 2Hz 的節(jié)律性波動，且與插入推力節(jié)律一致。這表明 vsNAc 可能是調節(jié)雄性性行為順序轉換的關鍵腦區(qū)。

隨后，研究人員運用運用雙色霍亂毒素 B 亞基（CTB）介導的逆行標記、纖維光度法記錄等技術展開深入探究。通過雙色 CTB 介導的逆行標記，觀察伏隔核腹側殼（vsNAc）和伏隔核內側殼（msNAc）的神經投射來源；給 DAT-ires-Cre 小鼠單側注射 AAV-hSyn-DIO-GCaMP6s 并插入光纖，記錄多巴胺能神經元活動。結果發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) vsNAc 和 msNAc 分別接受來自前外側（al）和后內側（pm）腹側被蓋區(qū)（VTA）神經元的投射；alVTA 的多巴胺能神經元活動與 vsNAc 中的GRAB DA2m動力學一致，但在插入過程中無節(jié)律性波動，而 vsNAc 投射的多巴胺能軸突末梢的 GCaMP 動力學與 vsNAc 中的GRAB DA2m動力學相似，表明 DA 動力學在 vsNAc 中是局部調節(jié)的。
 

圖1 vsNAc 中的 DA 動力學與雄性性行為的序列轉變密切相關   

為了探究 vsNAc 中 ACh（乙酰膽堿）和 DA 的關系，研究人員采用免疫組織化學、雙纖維光度法、小波相干分析和快速傅里葉變換（FFT）分析等方法。對 DATCre 小鼠進行 ChAT 免疫組織化學染色；讓 C57BL/6J 雄性小鼠的 vsNAc 表達 GRABACh 3.0 和 GRABγDA2m，同時監(jiān)測 ACh 和 DA 動力學變化；運用小波相干分析和 FFT 分析其節(jié)律特征。研究證實，vsNAc 中存在膽堿能中間神經元。在插入過程中，觀察到 ACh 和 DA 的雙節(jié)律，ACh 節(jié)律在插入前出現(xiàn)，并在插入暫停時持續(xù)，1.5 - 2.2Hz 的 ACh 節(jié)律在插入 - 射精轉換中起到關鍵作用。

圖2在插入過程中，vsNAc 中觀察到雙 ACh-DA 節(jié)律

接著，研究人員通過離體 NAc 腦片成像，結合光遺傳學和藥理學操作以及計算建模，深入探究 ACh 和 DA 信號的相互作用。給 ChATCre 小鼠的 vsNAc 注射相關病毒，進行離體腦片成像和光遺傳學刺激；構建計算模型模擬 ACh - DA 雙節(jié)律的產生。研究發(fā)現(xiàn)，ACh 信號可通過 nAChR 促進 DA 釋放，也能通過 mAChR 抑制 DA 釋放；DA 信號則通過 D1R 和 D2R 對 ACh 釋放進行雙向調節(jié)。計算建模結果表明，nAChR 和 D2R 信號對雙節(jié)律的產生至關重要。
 

圖3  離體 NAc 腦片成像揭示 ACh 和 DA 信號的相互調節(jié)

研究人員還利用 RNA 干擾（RNAi）技術進行行為學測試和旋轉棒測試。結果顯示，shD2R 或 shChAT 表達使插入和射精頻率降低，潛伏期延長，但不影響小鼠的運動協(xié)調能力。這表明 ACh 和 DA 信號在雄性交配行為中發(fā)揮著重要作用。
 

圖4計算模型表明，nAChR 和 D2R 信號是產生雙 ACh-DA 節(jié)律所必需的

最后，研究人員運用光遺傳學技術結合纖維光度法記錄進行研究。給 DATCre 小鼠的 VTA 注射 AAV-Ef1a-DIO-ChR2 或 AAV-Ef1a-DIO-eNpHR3.0 并插入光纖；給 ChATCre 小鼠的 vsNAc 注射相關病毒，進行光遺傳學激活或抑制操作，同時監(jiān)測 DA 動力學。結果表明，增強 vsNAc 中的 DA 釋放可促進插入行為；DA 介導的對 D2RvsNAc 神經元的抑制對維持雄性性行為至關重要；ACh 信號能促進插入和射精的轉換，激活 ChAT 神經元可誘導 DA 節(jié)律減慢并立即射精。
 

圖5光遺傳學激活向 vsNAc 的 DA 釋放可增加插入總持續(xù)時間

圖6在插入過程中光遺傳學激活向 vsNAc 的 ACh 釋放會導致 DA 節(jié)律特定減慢，隨后立即射精

研究最終得出結論：雄性小鼠 vsNAc 中的 ACh - DA 雙節(jié)律通過相互調節(jié)產生，并調控雄性性行為的順序轉換。ACh 信號促進插入和射精轉換，DA 信號維持性行為。這一結論為理解雄性性行為的神經機制以及相關性功能障礙研究提供了重要依據。

參考文獻：Ai Miyasaka, Takeshi Kanda, Naoki Nonaka, el，ta,Sequential transitions of male sexual behaviors driven by dual acetylcholine-dopamine dynamics,Neuron,2025,,ISSN 0896-6273.

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