《细胞》:脑细胞类型也有性别差异

2020-11-15 14:43 admin

  顶尖学术期刊《细胞》新近上线的一篇论文中,神经科学家带来了有关脑细胞性别差异的一项研究结果。据研究机构的新闻介绍,这是科学家“首次在哺乳动物的大脑中发现细胞类型有性别差异”。有趣的是,这些细胞所在区域是控制攻击行为和交配行为的脑区。

  此次研究由加州理工大学的神经生物学家David Anderson教授领衔,与其多位同事以及艾伦脑科学研究所(Allen Institute for Brain Sciences)展开合作。

  我们知道,同一个个体内的所有细胞都包含同样的基因蓝图。不过,细胞的类型多种多样,例如在大脑中,就有各种神经元和不同的胶质细胞。这是因为,不同细胞内制造出产物的基因组合各有不同。

  有人说基因组就像钢琴的88个琴键,每个细胞弹奏不同的键(基因)就有了不同的声音(细胞类型);有人说基因表达模式就像食谱,细胞挑选和组合不同的食材(基因)可以做出不同的风味(细胞类型)。因此,通过分析细胞类型,“理解大脑中细胞的多样性,对于研究神经功能和功能障碍至关重要。”研究者在论文中说。

  下丘脑

  这项研究中,科学家们关注的脑区是。这个部位执行许多事关生死的基本功能,比如“食”和“色”,所有脊椎动物的大脑中都有下丘脑。其中有一个特殊的分区,称为下丘脑腹中侧核(VMH),其腹外侧分支(VMHvl)与动物的进攻行为紧密相关。

  曾经有研究者对小鼠VMHvl部位的神经元给予电刺激,看看小鼠会出现什么行为。当刺激强度很大时,这些小鼠,无论是原本好斗的雄鼠还是原本温顺的雌鼠,都会变得充满进攻性,哪怕面前并没有出现任何威胁。而在刺激强度较小时,这些小鼠出现了交配行为。

  因此,科学家们对这个控制相爱和相杀的VMHvl区域很感兴趣。为了确定这里的脑细胞由哪些类型组成,研究者分别采用了两种先进的单细胞RNA测序技术:SMART-seq和10x genomics平台。据介绍,相比过去只能检查到每个细胞中10%的转录RNA信息,现在这项研究可以观察到更高的比例。

  研究人员总共对8万多个VMHvl神经元进行了测序,同时还分析了基因表达模式与神经投射、行为激活之间的关系。他们发现,小鼠的这一小块脑区尽管只包含4000个神经元,但可以分出17个不同的细胞类型。

  令人意外的是,这些基于基因表达的细胞类型并不完全与它们的神经投射、激活的行为有一一对应关系,但有少数几种类型只被特定的行为激活,比如只被交配行为激活,或是只被社交恐惧行为激活。

  在不同性别的小鼠大脑中,研究人员也发现VMHvl区的细胞类型有所差别。雄性小鼠中的细胞类型更为多样,而有一些类型只发现存在于雌性小鼠脑中。

  ▲考察不同转录组类型的细胞与雌雄、雄雄间的行为激活的对应关系(图片来源:参考资料[1])

  “我们的研究结果表明,哺乳动物大脑在细胞组成和基因表达水平上存在雌雄差异。”Anderson教授说,“但这些差异很细微,在功能上是否有重要差异还有待解释。”

  值得一提的是,VMHvl的神经细胞不仅控制进攻和交配等社交行为,有证据表明,它们与个体的代谢功能有关。所以,研究者在论文最后特别指出,此处细胞类型的性别差异,或许还为男女在肥胖上的差别提供了进一步探究的线索。

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