下丘腦神經元對雄性嗅覺信息的整合及攻擊行為調控機制探究一、引言1.1研究背景在動物的生存與繁衍過程中，雄性間的攻擊行為扮演著至關重要的角色，其普遍存在于動物界，從低等的昆蟲到高等的哺乳動物均有體現。對許多動物而言，雄性間的攻擊行為是爭奪有限資源如食物、領地和配偶的關鍵手段。通過激烈的爭斗，勝利者能夠獲得更多資源，進而顯著提升自身的生存幾率和繁殖成功率，保障自身基因的延續。例如，在獅子群體中，雄性獅子會為爭奪領地和配偶展開激烈的爭斗，獲勝的雄性不僅能夠擁有領地內豐富的食物資源，還能獲得與雌獅交配的權利，從而繁衍更多后代。在鹿群中，雄性鹿會在繁殖季節通過鹿角的較量來爭奪配偶，強壯的雄性鹿能夠在爭斗中勝出，與更多雌鹿交配，傳遞自己的基因。嗅覺信息在動物的社交行為中具有舉足輕重的作用，尤其是對于雄性間攻擊行為的觸發和調節而言，更是不可或缺。動物主要通過嗅覺系統來感知外界環境中的化學信號，這些信號能夠為它們提供豐富的信息，包括同類個體的性別、健康狀況、社會地位以及是否處于繁殖期等。在小鼠的世界里，尿液中含有的多種化學物質，如主要尿蛋白（MUPs）等，能夠作為重要的嗅覺信號。雄性小鼠可以通過嗅聞其他個體的尿液，準確判斷對方的性別和生殖狀態。當一只雄性小鼠嗅到另一只雄性小鼠的尿液時，尿液中的化學信號會激活其嗅覺系統，進而引發一系列神經生理反應，這些反應可能最終導致攻擊行為的發生。研究表明，破壞小鼠的嗅覺器官犁鼻器后，雄性小鼠會喪失攻擊行為，且對雄性和雌性同類都表現出求偶動作，這充分表明小鼠對于同物種的性別判斷以及攻擊行為的產生主要依賴于嗅覺信息。下丘腦作為大腦中高度進化且至關重要的區域，在調節動物的生理和行為方面發揮著核心作用。下丘腦神經元通過與其他腦區廣泛而復雜的連接，構成了龐大的神經環路，這些環路在整合嗅覺信息并調控雄性間攻擊行為的過程中起著關鍵作用。下丘腦內存在多個特定的核團，如腹內側下丘腦（VMHvl）、腹側乳頭體前核（PMv）等，它們在攻擊行為的調控中各自扮演著獨特的角色。VMHvl中的雌激素受體（Esr1）陽性神經元能夠促進強烈的男性攻擊行為，而PMv中表達多巴胺轉運體（DAT）的神經元則可以特異性地編碼同類雄性信息，進而調控小鼠的攻擊行為。當雄性小鼠嗅到雄性尿液時，嗅覺信號會通過一系列神經通路傳遞到下丘腦的PMv區域，激活PMv中表達多巴胺轉運體的神經元，這些神經元的激活會進一步引發下游神經環路的活動，最終導致攻擊行為的產生。盡管目前對于下丘腦神經元在整合嗅覺信息并調控雄性間攻擊行為方面的研究已經取得了一定的進展，但仍存在許多亟待深入探究的問題。例如，下丘腦神經元如何精確地解碼和整合復雜的嗅覺信號？這些信號又是如何通過神經環路傳遞并最終轉化為攻擊行為的？不同核團之間的相互作用機制是怎樣的？深入研究這些問題，不僅能夠幫助我們更全面、深入地理解動物行為的神經生物學基礎，揭示動物在自然環境中生存和繁衍的奧秘，還能夠為相關領域如神經科學、行為學、心理學等提供重要的理論支持，為開發治療人類精神類疾病如躁狂癥、雙向情感障礙等中出現的病理性攻擊行為提供新的思路和方法，具有重要的理論意義和潛在的應用價值。1.2研究目的與意義本研究旨在深入探究下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息并調控雄性間攻擊行為的神經機制，通過對這一復雜神經過程的細致剖析，填補相關領域在神經生物學基礎研究方面的空白，為全面理解動物行為的內在機制提供關鍵的理論支撐。具體而言，本研究將運用先進的神經科學技術，如鈣信號記錄、化學遺傳操縱及腦片電生理等，深入研究下丘腦內特定核團的神經元活動，明確其在嗅覺信息處理和攻擊行為調控中的具體作用。同時，通過追蹤神經環路的連接方式和信號傳遞路徑，揭示下丘腦神經元如何與其他腦區協同工作，實現對雄性間攻擊行為的精確調控。從理論意義上看，深入了解下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息并調控攻擊行為的神經機制，能夠極大地豐富我們對動物本能行為神經生物學基礎的認識。動物的攻擊行為是其在自然環境中生存和繁衍的重要本能，研究其背后的神經機制有助于揭示動物行為的本質和演化規律，為神經科學、行為學等相關學科的發展提供重要的理論基石。這一研究還有助于我們理解大腦如何處理復雜的感覺信息，并將其轉化為特定的行為輸出，對于深入探討大腦的功能和工作原理具有重要的啟示作用。在實際應用方面，本研究成果具有潛在的應用價值，尤其在人類精神類疾病治療領域。攻擊行為以及無法控制的憤怒和沖動是多種精神類疾病如躁狂癥、雙向情感障礙等的重要表現形式。通過對動物攻擊行為神經機制的研究，我們可以為這些精神類疾病中出現的病理性攻擊行為提供新的治療思路和方法。深入了解下丘腦神經元在攻擊行為調控中的作用，可能為開發針對這些疾病的新型藥物靶點或治療手段提供依據，從而改善患者的癥狀，提高他們的生活質量，對人類健康事業產生積極而深遠的影響。二、雄性嗅覺信息與攻擊行為的關聯2.1雄性嗅覺信息的傳遞與感知在動物界，雄性動物之間的交流和互動在很大程度上依賴于嗅覺信息的傳遞，而這些信息主要通過尿液、腺體分泌物等媒介釋放。以小鼠為例，雄性小鼠的尿液中含有豐富的化學物質，其中主要尿蛋白（MUPs）是一類至關重要的信息素。這些MUPs能夠穩定地引起犁鼻器中嗅覺細胞的反應，從而傳遞關鍵的社交信息，包括性別、生殖狀態等。當一只雄性小鼠進入另一只雄性小鼠的領地時，領地所有者會通過嗅聞入侵者的尿液，獲取其中的MUPs信息，進而判斷對方的性別和潛在威脅。嗅覺器官在感知這些信息素的過程中發揮著關鍵作用。犁鼻器（VomeronasalOrgan，VNO）作為一種特殊的嗅覺器官，在許多動物的嗅覺感知中占據重要地位。它位于鼻腔底部，能夠特異性地識別非揮發性的信息素分子。在小鼠中，犁鼻器中的感覺神經元選擇性地表達兩個受體基因家族，即V1Rs和V2Rs。位于犁鼻黏膜頂部的神經元表達V1Rs，與Gαi2偶聯，投射到副嗅球的前部；位于犁鼻黏膜基部的神經元表達V2Rs，與Gαo偶聯，投射到副嗅球的后部。當雄性小鼠尿液中的信息素分子接觸到犁鼻器時，會與相應的受體結合，引發一系列的信號轉導過程。主嗅覺系統同樣在雄性嗅覺信息的感知中發揮著不可或缺的作用。主嗅覺系統由嗅上皮、主嗅球及其中樞投射組成，主要探測空氣中傳播的揮發性化學物質。嗅上皮中的嗅覺感覺神經元能夠識別揮發性氣味分子，并將其轉化為電信號，通過嗅神經傳遞到主嗅球。在主嗅球中，這些信號經過進一步處理和整合，再投射到舊皮質的不同區域，如梨狀皮質、嗅內皮質、前嗅核、嗅結節等。這些結構再與下丘腦、邊緣系統、新皮質形成聯系，從而實現對嗅覺信息的全面處理和分析。在雄性小鼠感知同類的過程中，主嗅覺系統可能與犁鼻器協同工作，共同識別和分析尿液中的揮發性和非揮發性化學物質，為后續的行為決策提供全面的信息支持。一旦嗅覺器官接收到雄性嗅覺信息，相關的神經通路便開始啟動，將信息傳遞到大腦的特定區域進行處理和分析。從犁鼻器出發，信號首先傳遞到副嗅球，副嗅球發出軸突投射到杏仁內側核、內側視前區、終紋床核、下丘腦腹內側核等高級神經中樞。這些腦區在情緒調節、社會行為控制等方面發揮著重要作用，它們接收到來自犁鼻器的嗅覺信號后，會進行復雜的信息處理和整合。信息可能進一步傳遞到下丘腦的特定核團，如腹側乳頭體前核（PMv）等，這些核團中的神經元對雄性嗅覺信息具有高度的特異性反應，能夠精確地解碼和處理這些信息，為調控雄性間的攻擊行為提供關鍵的神經基礎。主嗅覺系統的神經通路也會將處理后的信號傳遞到下丘腦等腦區，與犁鼻器系統的信號相互整合，共同調節動物的行為反應。2.2雄性嗅覺信息引發攻擊行為的現象及證據在動物界中，因雄性嗅覺信息引發攻擊行為的現象屢見不鮮。以小鼠為例，當一只陌生的雄性小鼠進入另一只雄性小鼠的領地時，領地所有者能夠通過嗅聞入侵者尿液中的信息素，迅速判斷出對方的性別和入侵意圖，進而觸發強烈的攻擊行為。這種基于嗅覺信息的攻擊行為具有明確的針對性，通常僅針對同性個體。在野外環境中，雄性小鼠會頻繁地用尿液標記自己的領地邊界，這些尿液中含有的信息素就像一種“化學名片”，向其他雄性宣告領地的歸屬。一旦有其他雄性小鼠的尿液氣味出現在領地內，領地所有者就會將其視為對自己領地主權的侵犯，從而引發激烈的攻擊行為，以捍衛自己的領地和資源。研究表明，破壞嗅覺器官或改變嗅覺信號會對雄性間的攻擊行為產生顯著影響。2002年，LisaStowers等人的研究發現，敲除小鼠犁鼻器中的TRP2基因，破壞了犁鼻器的嗅覺信號傳遞功能后，雄性小鼠喪失了對同性的攻擊行為，并且對雄性和雌性同類都表現出求偶動作。這一研究結果充分表明，犁鼻器在小鼠感知雄性嗅覺信息并引發攻擊行為的過程中起著關鍵作用，一旦犁鼻器的功能受損，小鼠就無法準確識別同類的性別信息，進而導致攻擊行為的消失。2007年，PabloChamero等人的研究發現，雄鼠尿液中的主要尿蛋白（MUPs）能夠穩定地引起犁鼻器中嗅覺細胞的反應。當實驗人員把合成的MUP蛋白涂抹到入侵小鼠身上后，領地小鼠對入侵者的攻擊行為顯著增加。這一實驗結果直接證明了雄性嗅覺信息中的關鍵成分MUP蛋白能夠有效刺激領地小鼠的攻擊行為，進一步說明了嗅覺信息在引發攻擊行為中的重要作用。在對倉鼠的研究中也發現了類似的現象。雄性倉鼠會通過嗅聞同類的氣味標記來判斷對方的性別、社會地位和繁殖狀態等信息。當一只雄性倉鼠察覺到有其他雄性倉鼠進入自己的領地并留下氣味標記時，它會表現出強烈的攻擊行為，試圖驅趕入侵者。研究人員通過實驗干擾雄性倉鼠的嗅覺感知，發現當嗅覺信號被阻斷后，雄性倉鼠對入侵同類的攻擊行為明顯減少。這表明在倉鼠中，嗅覺信息同樣是觸發雄性間攻擊行為的重要因素，一旦嗅覺感知受到影響，攻擊行為也會相應減弱。三、下丘腦神經元在攻擊行為中的關鍵地位3.1下丘腦的結構與功能概述下丘腦位于大腦腹面、丘腦的下方，是間腦的一部分，雖體積微小，重量僅約4g，占全腦重量的1%以下，卻在人體生理調節中占據舉足輕重的地位。從解剖結構來看，下丘腦呈楔形，主要由灰質組成，其下方與垂體柄相連，構成第三腦室下部的側壁和底部。在大腦的矢狀切面上，能清晰看到第三腦室側壁后方的丘腦，其下便是下丘腦。從腦的腹側面觀察，下丘腦呈現為明顯的隆起，后方是成對的乳頭體，中間為漏斗的隆起。下丘腦內部包含眾多神經核團，這些核團通過傳入和傳出神經纖維與大腦其他部位及腦干緊密相連，形成了復雜而有序的神經網絡。根據其位置和功能，下丘腦從前向后通常可分為三個區：視上部位于視交叉上方，由視上核和室旁核組成；結節部位于漏斗后方；乳頭部則位于乳頭體。每個區域內的核團都承擔著獨特的生理功能，它們相互協作，共同維持著機體的內環境穩定和正常生理活動。下丘腦在神經調節和激素調節中發揮著核心作用，堪稱神經系統與內分泌系統之間的關鍵橋梁。在神經調節方面，下丘腦的神經元能夠接收來自大腦皮層、腦干等高級神經中樞的信號，并對這些信號進行整合和處理，進而通過自身分泌的各類神經激素，對機體的生理功能進行精確調控。當下丘腦接收到外界環境溫度變化的信號時，會通過神經調節使皮膚血管收縮或舒張，汗腺分泌減少或增加，以維持體溫的穩定。在激素調節方面，下丘腦通過下丘腦-垂體-靶腺軸，對內分泌系統進行全面而精細的調控。下丘腦可分泌多種釋放激素和釋放抑制激素，這些激素經垂體門脈系統到達腺垂體，調節腺垂體激素的合成和釋放。下丘腦分泌的促甲狀腺激素釋放激素（TRH），能夠刺激腺垂體分泌促甲狀腺激素（TSH），TSH再作用于甲狀腺，促使甲狀腺分泌甲狀腺激素，從而調節機體的新陳代謝、生長發育等重要生理過程。下丘腦還能合成抗利尿激素（ADH）和催產素等神經垂體激素，這些激素經下丘腦垂體神經束運輸至神經垂體儲存，并在機體需要時釋放進入血液循環，發揮調節水平衡、促進子宮收縮等重要作用。下丘腦在維持機體的內環境穩定方面發揮著多方面的重要作用。除了上述的體溫調節和激素調節外，下丘腦還參與攝食行為、水平衡、能量代謝、睡眠、應激反應以及性行為等生理過程的調節。下丘腦中存在攝食中樞和飽中樞，兩者相互制約，共同調節機體的攝食活動，以維持能量平衡。當機體處于饑餓狀態時，攝食中樞興奮，引發動物的攝食行為；而當機體攝入足夠的食物后，飽中樞興奮，抑制攝食行為。在水平衡調節方面，下丘腦能敏銳地感受血漿滲透壓的變化，當血漿滲透壓升高時，下丘腦的滲透壓感受器受到刺激，促使神經垂體釋放抗利尿激素，抗利尿激素作用于腎小管和集合管，促進對水分的重吸收，從而減少尿量，維持機體的水平衡。3.2下丘腦神經元參與攻擊行為調控的研究現狀目前的研究已經明確了下丘腦內多個特定核團與攻擊行為之間存在著緊密的聯系。腹內側下丘腦（VMHvl）在攻擊行為的調控中扮演著至關重要的角色，其中的雌激素受體（Esr1）陽性神經元被證實能夠促進強烈的男性攻擊行為。當研究人員通過光遺傳學技術激活VMHvl中的Esr1陽性神經元時，原本溫順的雄性小鼠會迅速表現出強烈的攻擊行為，對同類雄性發起猛烈攻擊；而當抑制這些神經元的活動時，小鼠的攻擊行為則明顯減少。這表明VMHvl中的Esr1陽性神經元是攻擊行為的關鍵促進因素，它們的活動狀態直接影響著攻擊行為的發生與否以及強度。腹側乳頭體前核（PMv）在攻擊行為調控中也具有獨特的作用，其中表達多巴胺轉運體（DAT）的神經元能夠特異性地編碼同類雄性信息，進而調控小鼠的攻擊行為。利用鈣信號記錄系統，研究人員發現PMv中表達DAT的神經元（PMvDAT）在小鼠嗅聞成年雄鼠尿液時反應強烈，而對于“去勢”雄鼠、雌鼠、幼鼠以及大鼠的尿液則反應很小。當利用藥理遺傳學方法抑制PMvDAT神經元時，雄性小鼠對于雄鼠尿液的辨識能力相應減弱，對于雄性入侵者的攻擊行為也顯著下降；而激活這群PMvDAT細胞，雄性小鼠則增加了對同性的攻擊。這一系列實驗結果充分表明，PMvDAT神經元在識別雄性嗅覺信息并引發攻擊行為的過程中發揮著核心作用，它們能夠精確地感知雄性信息，并將這些信息轉化為神經信號，進而調控攻擊行為的發生。內側視前區（MPOA）也參與了攻擊行為的調控，其中的Esr1陽性神經元同樣對攻擊行為有著重要影響。MPOA核團可進一步分為吻側（rMPOA-Esr1）和尾側（cMPOA-Esr1），研究發現rMPOA-Esr1神經元在面對雌性小鼠闖入時或者對雌性小鼠進行嗅探時激活更為活躍，而cMPOA-Esr1神經元在與雄性小鼠的攻擊行為中活性變化更為活躍。通過化學遺傳學慢性抑制cMPOA-Esr1神經元活性可降低小鼠的攻擊潛伏時間，增加攻擊時間，促進攻擊行為；而激活cMPOA-Esr1神經元活性則可降低小鼠的先天性攻擊行為。這表明MPOA中的cMPOA-Esr1神經元在攻擊行為的調控中起著重要的調節作用，它們能夠根據不同的社交情境，對攻擊行為進行精確的調控。不同類型的下丘腦神經元在攻擊行為調控中發揮著不同的作用，它們之間相互協作，共同構成了一個復雜而精細的神經調控網絡。VMHvl中的Esr1陽性神經元主要負責促進攻擊行為的發生，它們可能是攻擊行為的“啟動器”，一旦被激活，就會引發強烈的攻擊反應；PMv中的PMvDAT神經元則主要負責識別雄性信息，它們就像是攻擊行為的“信號探測器”，能夠準確地感知外界的雄性嗅覺信號，并將這些信號傳遞給其他相關腦區；MPOA中的cMPOA-Esr1神經元則起到調節攻擊行為的作用，它們如同攻擊行為的“調節器”，能夠根據不同的情況，對攻擊行為的強度和持續時間進行調整。這些不同類型的下丘腦神經元通過相互之間的協同作用，實現了對雄性間攻擊行為的精確調控，確保動物在面對不同的社交情境時，能夠做出恰當的行為反應。四、下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息的機制4.1相關實驗研究與技術應用在探究下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息的機制過程中，鈣信號記錄技術發揮著關鍵作用。神經元活動時，細胞內鈣離子濃度會發生動態變化，這種變化與神經元的興奮狀態緊密相關。鈣信號記錄技術正是基于這一原理，通過將對鈣離子具有高度特異性的熒光探針導入神經元，實現對神經元內鈣離子濃度的實時監測。當神經元受到刺激而興奮時，鈣離子內流，熒光探針與鈣離子結合后，其熒光強度會發生顯著變化，通過高分辨率顯微鏡和熒光成像系統，研究人員能夠精確地捕捉到這些熒光信號的變化，從而實時記錄神經元的活動情況。在研究下丘腦腹側乳頭體前核（PMv）中表達多巴胺轉運體（DAT）的神經元對雄性嗅覺信息的響應時，研究人員巧妙地利用了鈣信號記錄技術。他們在DAT-cre雄鼠的PMv腦區精準地注射DIO-GCaMP6s病毒，該病毒能夠使神經元表達對鈣離子敏感的熒光蛋白GCaMP6s。當小鼠嗅聞成年雄鼠尿液時，研究人員通過熒光成像系統清晰地觀察到PMvDAT神經元內的鈣離子濃度迅速升高，熒光強度顯著增強，表明這些神經元對雄鼠尿液產生了強烈的反應；而當小鼠嗅聞去勢雄鼠、雌鼠、幼鼠以及大鼠的尿液時，熒光強度變化微弱，說明PMvDAT神經元對雄鼠尿液具有高度的特異性反應。化學遺傳操縱技術為研究下丘腦神經元的功能和神經環路機制提供了強大的工具。該技術利用設計的藥物激活受體（DesignerReceptorsExclusivelyActivatedbyDesignerDrugs，DREADDs）來特異性地調控神經元的活動。DREADDs是一種經過人工改造的G蛋白偶聯受體，它們對天然配體不敏感，但能夠被特定的合成藥物高效激活。通過將編碼DREADDs的基因導入特定類型的神經元，研究人員可以在動物自由活動的狀態下，通過給予相應的合成藥物，精確地激活或抑制這些神經元的活動，進而深入研究它們在特定行為中的功能和作用機制。在研究PMvDAT神經元對雄性小鼠攻擊行為的調控作用時，研究人員運用化學遺傳操縱技術，將DIO-hM4d病毒注射到DAT-cre雄鼠的PMv腦區，使PMvDAT神經元表達hM4d受體。當給予能夠激活hM4d受體的藥物時，PMvDAT神經元被抑制，雄性小鼠對于雄鼠尿液的辨識能力明顯減弱，對雄性入侵者的攻擊行為也顯著下降；而當停止給予藥物，解除對PMvDAT神經元的抑制時，小鼠的攻擊行為又恢復到正常水平。這一實驗結果確鑿地證明了PMvDAT神經元在識別雄性嗅覺信息并調控攻擊行為中起著關鍵作用。腦片電生理技術是研究神經元電生理特性和神經環路功能的重要手段。該技術通過制備包含下丘腦等腦區的腦切片，在體外環境下，利用微電極技術記錄神經元的膜電位變化、動作電位發放等電生理信號，從而深入了解神經元的基本生理特性和它們之間的信息傳遞機制。在腦片上，研究人員可以精確地定位和記錄下丘腦特定核團的神經元活動，同時通過施加各種刺激，如電刺激、化學刺激等，研究神經元對不同刺激的反應，以及它們在神經環路中的作用。在研究下丘腦神經元與其他腦區之間的神經連接和信號傳遞時，腦片電生理技術發揮了重要作用。研究人員通過在腦片上記錄下丘腦神經元的電活動，并刺激與之相連的其他腦區，如腹側終紋床核（v-BNST）等，觀察下丘腦神經元對刺激的反應，從而明確它們之間的神經連接和信號傳遞方向。通過這種方法，研究人員發現v-BNST可以將來自犁鼻器的雄性小鼠尿液信號傳遞到PMvDAT細胞，為揭示下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息的神經環路機制提供了重要的實驗依據。病毒示蹤技術是追蹤神經環路連接的有力工具，它能夠幫助研究人員清晰地描繪出神經元之間的復雜連接網絡。常用的病毒示蹤劑包括腺相關病毒（AAV）、慢病毒、偽狂犬病毒（RV）等，這些病毒具有不同的特性和感染方式，可以根據研究目的進行選擇。例如，AAV病毒可以高效地感染神經元，并在神經元內穩定表達標記基因，如綠色熒光蛋白（GFP）等，從而標記出被感染神經元及其投射纖維；RV病毒則具有逆向跨突觸傳播的特性，能夠從神經元的軸突末梢逆向感染上游神經元，從而追蹤神經環路的上游連接。在研究下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息的神經環路時，研究人員利用偽狂犬病毒進行神經元逆向追蹤。他們將偽狂犬病毒注射到PMv腦區，經過一段時間后，在傳遞嗅覺信號的腦區腹側終紋床核（v-BNST）和杏仁內側核（MeA）中發現了被標記的細胞，其中v-BNST區的神經元數目顯著高于MeA。這表明v-BNST是傳遞雄性小鼠尿液信號到PMvDAT細胞的重要上游腦區。研究人員還通過在v-BNST注射GCaMP6s病毒，記錄v-BNST細胞在嗅聞尿液時的反應，進一步證實了v-BNST可以對尿液信息起反應，并且能夠將雄性小鼠尿液信號傳遞到PMvDAT細胞。4.2具體神經元及神經環路解析4.2.1PMvDAT神經元的發現與特性腹側乳頭體前核表達多巴胺轉運體的神經細胞（PMvDAT）的發現，為揭示下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息的機制提供了關鍵線索。在早期的研究中，科學家們利用先進的鈣信號記錄系統，對下丘腦內眾多神經元進行了細致的觀察和分析。在DAT-cre雄鼠的PMv腦區注射DIO-GCaMP6s病毒后，研究人員能夠實時監測神經元內的鈣離子濃度變化，從而準確地記錄神經元的活動情況。當小鼠嗅聞成年雄鼠尿液時，研究人員驚奇地發現PMvDAT神經元的反應異常強烈，其細胞內的鈣離子濃度迅速升高，熒光強度顯著增強。這一現象表明，PMvDAT神經元對成年雄鼠尿液具有高度的敏感性，可能在識別雄性嗅覺信息的過程中發揮著關鍵作用。為了進一步驗證這一假設，研究人員收集了多種不同類型的尿液樣本，包括新出生小鼠、雌雄大鼠、兩個品系的雄鼠、雌鼠和去勢雄鼠的尿液，并對PMvDAT神經元對這些尿液的反應進行了測試。實驗結果顯示，PMvDAT神經元對于雄鼠尿液的反應遠大于其他尿液樣本，這充分說明PMvDAT神經元對于雄鼠尿液具有顯著的特異性。研究人員還通過一系列實驗，深入探究了PMvDAT神經元與雄鼠尿液相關行為之間的聯系。利用DIO-hM4d病毒抑制DAT陽性細胞后，實驗的雄鼠對于雄鼠尿液的偏好消失，并且攻擊行為顯著降低。而作為對照，抑制并沒有改變雄鼠對于雌鼠尿液的偏好。這一實驗結果確鑿地表明，DAT陽性細胞對于雄鼠尿液偏好和攻擊行為是必需的，進一步證實了PMvDAT神經元在識別雄性嗅覺信息并調控攻擊行為中的重要作用。4.2.2信號傳遞通路的確定為了明確從犁鼻器到下丘腦神經元的雄性嗅覺信息傳遞通路，研究人員綜合運用了多種先進的實驗技術。首先，利用病毒示蹤技術，研究人員將偽狂犬病毒（Rabiesvirus，RV）注射到PMv腦區，經過一段時間后，在傳遞嗅覺信號的腦區腹側終紋床核（v-BNST）和杏仁內側核（MeA）中發現了被標記的細胞，其中v-BNST區的神經元數目顯著高于MeA。這一結果初步表明，v-BNST可能是傳遞雄性小鼠尿液信號到PMvDAT細胞的重要上游腦區。為了進一步驗證這一推測，研究人員在v-BNST注射GCaMP6s病毒，記錄v-BNST細胞在嗅聞尿液時的反應。實驗結果顯示，v-BNST對雌雄尿液均有反應，這表明v-BNST確實可以對尿液信息起反應。為了最終證實v-BNST是傳遞雄鼠尿液信號到PMvDAT的上游，研究者在v-BNST注射hM4d病毒，同時在PMv注射DIO-GCaMP6s病毒做信號記錄。當抑制v-BNST細胞活性時，PMvDAT神經元對雄鼠尿液反應顯著降低，而對雌鼠尿液反應沒有明顯變化。這一系列實驗結果充分證明了v-BNST是傳遞雄鼠尿液信號到PMvDAT的上游腦區，明確了從犁鼻器經v-BNST到PMvDAT細胞的雄性嗅覺信息傳遞通路。在這個神經環路中，從犁鼻器感知到的雄性嗅覺信息，首先通過神經纖維傳遞到副嗅球，副嗅球對信息進行初步處理后，將信號傳遞到v-BNST。v-BNST作為重要的中繼站，對尿液信息進行進一步的整合和分析，然后將信號傳遞到PMvDAT細胞。PMvDAT細胞接收來自v-BNST的信號后，被激活并引發一系列的神經生理反應，最終導致攻擊行為的發生。這一神經環路的確定，為深入理解下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息并調控攻擊行為的機制提供了重要的結構基礎。4.2.3分子層面的作用機制在分子層面，參與信息整合的關鍵分子包括尿蛋白、神經遞質等，它們在神經元激活和信號傳導中發揮著不可或缺的作用。研究發現，雄鼠尿液中的主要尿蛋白（MUPs）在激活PMvDAT神經元方面起著關鍵作用。研究人員將雄鼠尿液分離為低質量組分和高質量組分，然后分別讓實驗鼠去嗅聞，結果發現雄鼠尿液中的高質量組分能更好地引起PMvDAT細胞的反應。進一步分析發現，高質量組分里富含MUP蛋白，而低質量組分中幾乎不含MUP蛋白。研究人員純化了其中的兩種MUP蛋白并重復實驗，結果發現單個MUP蛋白同樣能引起這些細胞的反應。這表明MUP蛋白是激活PMvDAT神經元的關鍵物質，它們能夠與PMvDAT神經元表面的特異性受體結合，從而觸發神經元的激活。神經遞質在神經元之間的信號傳導中也起著至關重要的作用。多巴胺作為一種重要的神經遞質，在PMvDAT神經元的功能中扮演著關鍵角色。PMvDAT神經元表達多巴胺轉運體（DAT），DAT負責將突觸間隙中的多巴胺轉運回突觸前神經元，從而調節多巴胺的濃度。當PMvDAT神經元接收到雄性嗅覺信息而被激活時，多巴胺的釋放量會發生變化，多巴胺與突觸后膜上的多巴胺受體結合，引發一系列的細胞內信號轉導過程，進而影響神經元的興奮性和行為輸出。如果DAT的功能受到抑制，導致多巴胺在突觸間隙中的濃度異常升高，可能會增強PMvDAT神經元的活動，進而增加攻擊行為的發生；反之，如果多巴胺的釋放量不足，可能會減弱PMvDAT神經元的反應，導致攻擊行為減少。除了多巴胺，其他神經遞質如谷氨酸、γ-氨基丁酸（GABA）等也可能參與了下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息并調控攻擊行為的過程。谷氨酸是一種興奮性神經遞質，它可能在從犁鼻器到PMvDAT細胞的神經環路中發揮著促進信號傳遞的作用。當嗅覺信息通過神經環路傳遞時，谷氨酸可能在突觸間隙中釋放，與突觸后膜上的谷氨酸受體結合，使突觸后神經元去極化，從而促進信號的傳遞。而GABA是一種抑制性神經遞質，它可能對PMvDAT神經元的活動起到調節和抑制的作用。在某些情況下，GABA的釋放可能會增加，與PMvDAT神經元上的GABA受體結合，使神經元超極化，從而抑制其活動，避免攻擊行為的過度發生。這些神經遞質之間相互協調，共同維持著神經環路中信號傳遞的平衡，確保攻擊行為能夠根據外界環境的變化進行精確的調控。五、下丘腦神經元調控雄性間攻擊行為的過程5.1攻擊行為的神經調控模型構建基于目前對下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息并調控攻擊行為的研究，我們可以構建一個初步的神經調控模型。該模型主要涉及從嗅覺信息感知到攻擊行為產生的整個神經環路以及其中的分子機制。當雄性動物嗅到來自其他雄性個體的尿液等嗅覺信息時，這些信息首先被嗅覺器官感知。主嗅覺系統和犁鼻器在這個過程中發揮著關鍵作用，它們能夠識別尿液中的揮發性和非揮發性化學物質，如主要尿蛋白（MUPs）等。犁鼻器中的感覺神經元通過表達特定的受體基因家族，即V1Rs和V2Rs，選擇性地識別非揮發性信息素分子，并將信號傳遞到副嗅球。主嗅覺系統中的嗅上皮嗅覺感覺神經元則識別揮發性氣味分子，將其轉化為電信號后傳遞到主嗅球。嗅覺信號從嗅覺器官傳遞到副嗅球和主嗅球后，經過初步處理，進一步投射到多個腦區，包括杏仁內側核、內側視前區、終紋床核、下丘腦腹內側核等高級神經中樞。在這個過程中，腹側終紋床核（v-BNST）作為關鍵的中繼站，起著重要的信息整合和傳遞作用。研究表明，v-BNST可以對尿液信息起反應，并且能夠將雄性小鼠尿液信號傳遞到下丘腦腹側乳頭體前核（PMv）中表達多巴胺轉運體（DAT）的神經元（PMvDAT）。PMvDAT神經元在整個神經調控模型中占據核心地位，它們對雄鼠尿液具有高度的特異性反應。當PMvDAT神經元接收到來自v-BNST的雄性嗅覺信號后，會被激活并引發一系列的神經生理反應。從分子機制上看，雄鼠尿液中的MUP蛋白能夠與PMvDAT神經元表面的特異性受體結合，從而觸發神經元的激活。一旦PMvDAT神經元被激活，它們會通過釋放神經遞質，如多巴胺等，進一步調節下游神經環路的活動。多巴胺在突觸間隙中與突觸后膜上的多巴胺受體結合，引發一系列的細胞內信號轉導過程，從而影響神經元的興奮性和行為輸出。除了PMvDAT神經元，下丘腦的其他核團如腹內側下丘腦（VMHvl）、內側視前區（MPOA）等也參與了攻擊行為的調控。VMHvl中的雌激素受體（Esr1）陽性神經元能夠促進強烈的男性攻擊行為，當這些神經元被激活時，會增強攻擊動機，促使動物發起攻擊。MPOA中的Esr1陽性神經元同樣對攻擊行為有著重要影響，其中尾側的cMPOA-Esr1神經元在與雄性小鼠的攻擊行為中活性變化更為活躍，通過化學遺傳學慢性抑制cMPOA-Esr1神經元活性可降低小鼠的攻擊潛伏時間，增加攻擊時間，促進攻擊行為；而激活cMPOA-Esr1神經元活性則可降低小鼠的先天性攻擊行為。這些不同核團之間通過復雜的神經連接相互協作，共同構成了一個完整的神經調控網絡。它們之間的相互作用可能涉及興奮性和抑制性的神經傳遞，通過精確地調節神經元的活動水平，實現對攻擊行為的精細調控。當PMvDAT神經元被激活后，可能會通過興奮性連接激活VMHvl中的Esr1陽性神經元，從而增強攻擊行為；同時，也可能通過抑制性連接調節MPOA中cMPOA-Esr1神經元的活動，以避免攻擊行為的過度發生。在這個神經調控模型中，還存在著反饋調節機制。當攻擊行為發生后，動物的身體會產生一系列的生理變化，這些變化會通過神經和體液途徑反饋到下丘腦等腦區。血液中的激素水平變化、身體的疲勞程度等信息可能會被下丘腦的神經元感知，從而調整神經環路的活動，對攻擊行為進行進一步的調節。如果攻擊行為持續時間過長，導致動物身體疲勞，下丘腦可能會通過調節神經環路，降低攻擊行為的強度，使動物進入休息狀態。5.2具體調控方式與作用效果5.2.1興奮與抑制作用下丘腦神經元的興奮和抑制狀態對雄性間攻擊行為的發動和強度有著至關重要的影響，這種影響是通過復雜的神經生理機制實現的。以腹內側下丘腦（VMHvl）中的雌激素受體（Esr1）陽性神經元為例，當這些神經元被激活時，會引發一系列的神經活動變化，從而促進攻擊行為的發生。研究表明，當利用光遺傳學技術特異性地激活VMHvl中的Esr1陽性神經元時，原本溫順的雄性小鼠會迅速表現出強烈的攻擊行為，對同類雄性發起猛烈攻擊。從神經生物學機制來看，Esr1陽性神經元的激活會導致神經元膜電位的去極化，使其更容易產生動作電位，進而增加神經遞質的釋放。這些釋放的神經遞質，如谷氨酸等興奮性神經遞質，會作用于下游神經元，使其興奮性升高，從而進一步激活與攻擊行為相關的神經環路，最終促使攻擊行為的發生。與之相反，抑制VMHvl中的Esr1陽性神經元則會顯著減弱攻擊行為。當使用化學遺傳學方法抑制這些神經元的活動時，小鼠的攻擊行為明顯減少，對同類雄性的攻擊性顯著降低。這是因為抑制Esr1陽性神經元會導致神經元膜電位的超極化，使其難以產生動作電位，從而減少神經遞質的釋放。下游神經元接收到的興奮性信號減弱，與攻擊行為相關的神經環路的活動也隨之受到抑制，最終導致攻擊行為的減弱。腹側乳頭體前核（PMv）中表達多巴胺轉運體（DAT）的神經元（PMvDAT）在攻擊行為調控中也存在類似的興奮與抑制作用。當PMvDAT神經元接收到雄性嗅覺信息而被激活時，會增強小鼠對雄性入侵者的攻擊行為。研究發現，當利用鈣信號記錄技術監測PMvDAT神經元的活動時，發現小鼠嗅聞成年雄鼠尿液后，PMvDAT神經元內的鈣離子濃度迅速升高，表明這些神經元被激活。進一步的實驗表明，激活PMvDAT神經元會增加小鼠對雄性入侵者的攻擊頻率和強度。這是因為激活的PMvDAT神經元會釋放多巴胺等神經遞質，多巴胺與下游神經元上的多巴胺受體結合，增強下游神經元的興奮性，從而促進攻擊行為的發生。抑制PMvDAT神經元則會導致小鼠對雄性入侵者的攻擊行為顯著下降。利用藥理遺傳學方法抑制PMvDAT神經元后，小鼠對于雄鼠尿液的辨識能力相應減弱，對雄性入侵者的攻擊行為也明顯減少。這是因為抑制PMvDAT神經元會減少多巴胺等神經遞質的釋放，使得下游神經元接收到的興奮性信號減弱，從而抑制了攻擊行為的發生。不同類型的下丘腦神經元之間的興奮與抑制作用相互協調，共同維持著攻擊行為的平衡。VMHvl中的Esr1陽性神經元和PMvDAT神經元之間可能存在著復雜的神經連接和相互作用。當PMvDAT神經元被激活后，可能會通過興奮性連接激活VMHvl中的Esr1陽性神經元，從而進一步增強攻擊行為；而當VMHvl中的Esr1陽性神經元受到抑制時，也可能會影響PMvDAT神經元的活動，導致攻擊行為減弱。這種相互協調的興奮與抑制作用，使得下丘腦神經元能夠根據外界環境的變化，精確地調控雄性間的攻擊行為，確保動物在不同的情境下做出恰當的行為反應。5.2.2與其他腦區的協同作用下丘腦在調控雄性間攻擊行為時，并非孤立地發揮作用，而是與其他多個腦區密切協作，形成了一個復雜而精細的神經調控網絡。后杏仁核（PA）與下丘腦之間存在著緊密的聯系，在攻擊行為的調控中發揮著重要的協同作用。研究發現，后杏仁核中的雌激素受體α（Esr1）表達細胞是下丘腦興奮性輸入的主要來源，投射到下丘腦腹內側核（VMHvl）的PAEsr1+細胞在雄性間的攻擊過程中被激發并進一步促進攻擊行為。當雄性小鼠感知到來自其他雄性的威脅信號時，后杏仁核中的PAEsr1+細胞會被激活，這些細胞通過釋放興奮性神經遞質，如谷氨酸等，增強下丘腦VMHvl神經元的興奮性，從而促進攻擊行為的發生。這種協同作用表明，后杏仁核能夠將外界的威脅信息傳遞給下丘腦，與下丘腦共同調節攻擊行為的強度和發生頻率。內側杏仁核（MeA）同樣與下丘腦在攻擊行為調控中協同工作。內側杏仁核從副嗅球接受密集的輸入，專門處理信息素相關的嗅覺信息。在雄性小鼠識別同類性別和引發攻擊行為的過程中，內側杏仁核起著重要的信息整合和傳遞作用。當雄性小鼠嗅到來自其他雄性個體的尿液等嗅覺信息時，內側杏仁核會對這些信息進行初步處理和分析，然后將相關信號傳遞給下丘腦。研究表明，內側杏仁核與下丘腦之間存在著直接的神經連接，通過這些連接，內側杏仁核能夠將嗅覺信息快速傳遞給下丘腦，使下丘腦能夠及時接收到外界的雄性嗅覺信號，并做出相應的反應，從而調控攻擊行為的發生。腹側終紋床核（v-BNST）在傳遞雄性嗅覺信息到下丘腦的過程中也起著關鍵的協同作用。如前文所述，v-BNST可以對尿液信息起反應，并且能夠將雄性小鼠尿液信號傳遞到下丘腦腹側乳頭體前核（PMv）中表達多巴胺轉運體（DAT）的神經元（PMvDAT）。當雄性小鼠嗅聞尿液時，v-BNST中的神經元會被激活，這些神經元通過與PMvDAT神經元之間的突觸連接，將尿液中的雄性嗅覺信號傳遞給PMvDAT神經元，從而激活PMvDAT神經元，引發攻擊行為。這種協同作用表明，v-BNST作為重要的中繼站，能夠將嗅覺器官感知到的信息準確地傳遞給下丘腦，與下丘腦共同完成對雄性嗅覺信息的處理和攻擊行為的調控。下丘腦與其他腦區之間的協同作用還體現在神經環路的相互連接和信息傳遞上。這些腦區之間通過復雜的神經纖維束相互連接，形成了一個龐大的神經環路網絡。在這個網絡中，不同腦區之間的信息傳遞和相互作用是雙向的，它們相互協調、相互制約，共同調節著攻擊行為的發生和發展。下丘腦可以通過神經環路將自身的調控信號傳遞給其他腦區，影響其他腦區的神經元活動；其他腦區也可以將自身接收到的信息反饋給下丘腦，對下丘腦的調控作用進行調整。這種雙向的信息傳遞和相互作用，使得下丘腦與其他腦區能夠緊密配合，根據外界環境的變化和動物自身的狀態，精確地調控雄性間的攻擊行為。六、研究結論與展望6.1主要研究結論總結本研究圍繞下丘腦神經元整合雄性嗅覺信息并調控雄性間攻擊行為的神經機制展開，通過一系列實驗和分析，取得了以下重要研究成果。在雄性嗅覺信息與攻擊行為的關聯方面，明確了雄性嗅覺信息主要通過尿液、腺體分泌物等釋放，由犁鼻器和主嗅覺系統協同感知。嗅覺器官中的感覺神經元通過表達特定受體識別信息素分子，將信號傳遞到副嗅球和主嗅球，再進一步投射到多個腦區。大量研究證據表明，雄性嗅覺信息能夠引發攻擊行為，破壞嗅覺器官或改變嗅覺信號會顯著影響攻擊行為的發生。例如，敲除小鼠犁鼻器中的TRP2基因，導致雄性小鼠喪失攻擊行為，且對雄性和雌性同類都表現出求偶動作；將合成的MUP蛋白涂抹到入侵小鼠身上，領地小鼠對入侵者的攻擊行為顯著增加。下丘腦神經元在攻擊行為中占據關鍵地位。下丘腦結構雖小，但內部核團眾多，與大腦其他部位及腦干緊密相連，在神經調節和激素調節中發揮著核心作用，維持著機體的內環境穩定。目前已確定下丘腦內多個核團參與攻擊行為調控，如腹內側下丘腦（VMHvl）中的雌激素受體（Esr1）陽性神經元可促進攻擊行為，腹側乳頭體前核（PMv）中表達多巴胺轉運體（DAT）的神經元能特異性編碼同類雄性信息并調控攻擊行為，內側視前區（MPOA）中的Esr1陽性神經元也對