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《細胞》:腦細胞類型也有性別差異

2019-10-23 10:21:42  來源:學術經緯

頂尖學術期刊《細胞》新近上線的一篇論文中,神經科學家帶來了有關腦細胞性別差異的一項研究結果。據研究機構的新聞介紹,這是科學家“首次在哺乳動物的大腦中發現細胞類型有性別差異”。有趣的是,這些細胞所在區域是控制攻擊行為和交配行為的腦區。

此次研究由加州理工大學的神經生物學家David Anderson教授領銜,與其多位同事以及艾倫腦科學研究所(Allen Institute for Brain Sciences)展開合作。

▲David Anderson教授是加州理工學院陳天橋雒芊芊腦科學研究院院長(圖片來源:Caltech官網)

我們知道,同一個個體內的所有細胞都包含同樣的基因藍圖。不過,細胞的類型多種多樣,例如在大腦中,就有各種神經元和不同的膠質細胞。這是因為,不同細胞內制造出產物的基因組合各有不同。

有人說基因組就像鋼琴的88個琴鍵,每個細胞彈奏不同的鍵(基因)就有了不同的聲音(細胞類型);有人說基因表達模式就像食譜,細胞挑選和組合不同的食材(基因)可以做出不同的風味(細胞類型)。因此,通過分析細胞類型,“理解大腦中細胞的多樣性,對于研究神經功能和功能障礙至關重要。”研究者在論文中說。

下丘腦

這項研究中,科學家們關注的腦區是。這個部位執行許多事關生死的基本功能,比如“食”和“色”,所有脊椎動物的大腦中都有下丘腦。其中有一個特殊的分區,稱為下丘腦腹中側核(VMH),其腹外側分支(VMHvl)與動物的進攻行為緊密相關。

▲來啊!互相傷害啊!(圖片來源:Pixabay)

曾經有研究者對小鼠VMHvl部位的神經元給予電刺激,看看小鼠會出現什么行為。當刺激強度很大時,這些小鼠,無論是原本好斗的雄鼠還是原本溫順的雌鼠,都會變得充滿進攻性,哪怕面前并沒有出現任何威脅。而在刺激強度較小時,這些小鼠出現了交配行為。

因此,科學家們對這個控制相愛和相殺的VMHvl區域很感興趣。為了確定這里的腦細胞由哪些類型組成,研究者分別采用了兩種先進的單細胞RNA測序技術:SMART-seq和10x genomics平臺。據介紹,相比過去只能檢查到每個細胞中10%的轉錄RNA信息,現在這項研究可以觀察到更高的比例。

 ▲小鼠大腦切面中,紅色指示的就是下丘腦VMHvl(圖片來源:參考資料[1])

研究人員總共對8萬多個VMHvl神經元進行了測序,同時還分析了基因表達模式與神經投射、行為激活之間的關系。他們發現,小鼠的這一小塊腦區盡管只包含4000個神經元,但可以分出17個不同的細胞類型。

令人意外的是,這些基于基因表達的細胞類型并不完全與它們的神經投射、激活的行為有一一對應關系,但有少數幾種類型只被特定的行為激活,比如只被交配行為激活,或是只被社交恐懼行為激活。

在不同性別的小鼠大腦中,研究人員也發現VMHvl區的細胞類型有所差別。雄性小鼠中的細胞類型更為多樣,而有一些類型只發現存在于雌性小鼠腦中。

▲考察不同轉錄組類型的細胞與雌雄、雄雄間的行為激活的對應關系(圖片來源:參考資料[1])

▲考察不同轉錄組類型的細胞與雌雄、雄雄間的行為激活的對應關系(圖片來源:參考資料[1])

“我們的研究結果表明,哺乳動物大腦在細胞組成和基因表達水平上存在雌雄差異。”Anderson教授說,“但這些差異很細微,在功能上是否有重要差異還有待解釋。”

值得一提的是,VMHvl的神經細胞不僅控制進攻和交配等社交行為,有證據表明,它們與個體的代謝功能有關。所以,研究者在論文最后特別指出,此處細胞類型的性別差異,或許還為男女在肥胖上的差別提供了進一步探究的線索。

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