成年的大脑具有可塑性，其可在特定的生命阶段根据需求改变行为。例如：未性成熟的动物很少照顾同类幼崽，甚至会主动攻击幼鼠，但在自己的后代即将出生的时候，雄性动物会表现出亲昵并照顾幼崽的行为[1,2]。虽然人们已经观察到了这种行为的改变，但这种行为改变背后的神经生物学机制了解甚少。其中位于下丘脑室旁核（hypothalamic nucleus, PVH）的神经元分泌的催产素（oxytocin, OT）对雌性哺乳行为至关重要，研究表明在未交配过的雌鼠脑内注射OT可诱导雌鼠对幼崽的照顾行为，且光遗传激活PVH中OT神经元也可诱导母性行为[3]。但OT和OT神经元在雄性脑内的功能并不清楚，其与雄性带崽行为之间的关系也不够明确。
近日，日本理化研究所生物系统动力学研究中心Kazunari Miyamichi实验室在Neuron发表了题为Plasticity of neural connections underlying oxytocin-mediated parental behaviors of male mice的文章，阐明了雄鼠父性行为背后神经连接的可塑性[4]。
01. PVH中的OT与雄鼠父性行为密切相关
研究者们首先研究了OT与雄鼠父性行为的关系。他们向OT flox/- 雄鼠脑内PVH注射AAV9-Cre，条件性敲除PVH区OT的第一外显子。并让OT cKO的雄鼠与雌鼠交配，在幼崽出生后第5天对其父性行为进行观察（图1A、B）。行为学结果显示OT敲除组雄鼠大多忽略了幼崽，没有表现出带崽的父性行为（图1D、F、G）。研究者们还发现OT神经元的数量与雄鼠表现出父性行为的时长呈正相关（图1H）。这说明OT对雄鼠父性行为的表现非常必要。
图1: PVH中OT参与雄鼠父性行为
02. PVH OT神经元可以唤醒未性成熟雄鼠父性行为
在使用敲除模型观察到了PVH OT的功能后，研究者们测试了过表达OT对雄鼠行为的影响。研究者们通过向未交配过的OT-cre 雄鼠脑内PVH注射AAV8-FLEx-hM3Dq-mCherry，并通过CNO激活OT神经元（图2A-C）。在行为学观察中发现，OT激活组雄鼠表现出了明显的带崽行为，但对照组雄鼠则表现出攻击行为（图2D-G）。这说明PVH OT神经元是调控雄鼠对幼崽行为的关键。
图2: 激活PVH OT神经元促进未交配雄鼠父性行为
03. OT与其他配体协同调控雄鼠父性行为
OT神经元除分泌OT外，还释放其他神经递质或神经肽。为了探索非OT神经递质的作用，研究者们分别将AAV5-OTp-hM3Dq-Myc病毒注射到了未交配过的OT+/+和OT-/-雄鼠的PVH（图3A-D）。结果显示，在注射生理盐水的OT+/+和OT-/-雄鼠对照组中都观察到了攻击幼崽的现象（图3E）。即使是在OT-/-雄鼠中，CNO也会引起雄鼠攻击行为减弱，但OT-/-雄鼠带崽时间没有OT+/+久（图3E、F）。这说明在OT基因缺失的情况下OT神经元仍旧可以调控雄鼠的父性行为，OT神经元的激活可以独立于OT配体抑制雄鼠对幼崽的攻击。这些数据共同表明，OT配体可促进未交配雄性的照顾行为，OT神经元中的其他神经递质也有一定贡献。
图3: OT配体促进未交配雄性亲崽行为
04. PVH OT神经元单突触连接的可塑性
鉴于PVH OT神经元对雄鼠父性行为的关键性，研究者们接下来研究了OT神经元相关神经连接在雄鼠生命进程中的变化。研究者们向未交配过和交配过的的OT-Cre雄鼠PVH注射了带有GFP荧光信号的逆向示踪病毒AAV-FLEx-RG和AAV5-FLEx-TVA-mCherry（图4A-C），并观察PVH OT神经元的数量以及其上行脑区神经元的数目（图4C）。结果显示交配过的雄鼠LHA和MPNm有更多更强的与PVH OT神经元的神经连接（图4D-F）。
研究者们也对OT的突触传递的有效性进行了研究。他们通过光遗传的方式，将AAV-FLEx-ChR2（H134R）注射到vGluT2-Cre的LHA、MPNm和DMH区（PVH OT神经元的上行脑区），用光激活神经元后对这些脑区的电活动进行电生理记录（图5A）。结果显示交配过的雄鼠MPNm、DMH、LHA脑区兴奋性神经元的电活动都有增强趋势（图5B、C），但只有LHA兴奋性神经元电活动增强在统计学上有显著差异（图5C）。
图4: PVH OT神经元上行脑区在未交配雄鼠和交配过雄鼠脑区的神经连接可塑性
图5:交配过的雄鼠 PVH OT神经元上行脑区电活动有增强趋势
05. 增强LHA à OT的兴奋性神经投射抑制未交配过雄鼠的攻击行为
那么增强LHA à OT的兴奋性投射会对未交配的雄鼠行为产生怎样的影响呢？研究者们分别对未交配的OT+/+;vGLuT2-Cre和OT-/-;vGLuT2-Cre雄鼠LHA脑区注射AAV8-FLEx-hM3Dq-mCherry，并在2周后注射CNO（图6H、I）。行为学结果显示增强LHA à OT的兴奋性投射后OT+/+;vGLuT2-Cre和OT-/-;vGLuT2-Cre未交配过的雄鼠对幼崽的攻击行为都减少（图6K），但其带崽行为无明显变化趋势（图6L）。而OT+/+ CNO和OT-/- CNO组小鼠对幼崽的攻击行为存在统计学差异（图6M），这说明LHA à OT兴奋性神经元对未交配过雄鼠攻击幼崽行为的调控是通过OT介导的。
图6:增强LHA à OT兴奋性投射使未交配雄鼠攻击幼崽行为减弱
总之，这项工作发现了OT对雄性小鼠亲崽行为的重要性，发现了LHA à PVH OT神经元兴奋性投射和突触联系在交配过的雄鼠中增强的现象，并阐明了这种增强对抑制未交配过雄鼠对幼崽攻击行为的作用。
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