Nat neurosci：嗅球中GnRH神经元如何介导雄性小鼠的生殖行为？

成功的生殖依赖于整合外部和内部的线索，以触发适当的行为和激素反应。在许多动物种类中，鼻旁系统（Vomeronasal System, VNO）负责检测与性别和物种特异性有关的化学信号，即信息素（pheromones），这些信号参与控制社会行为。

动物模型构建与行为评估交流群

扫码邀请入群

基于此，2024年8月2日法国里尔医学院Paolo Giacobini研究团队在Nature neuroscience杂志发表了“A GnRH neuronal population in the olfactory bulb translates socially relevant odors into reproductive behavior in male mice”揭示了在雄性小鼠中，在嗅球中的GnRH神经元群体将社会相关的气味转化为生殖行为。

作者展示了成年小鼠嗅球中的GnRH神经元（GnRHOB）可以介导社会识别。具体来说，这些GnRHOB神经元不仅向尾侧丘脑下部的中脑区域延伸，还向嗅觉上皮和鼻旁器扩展神经突，并投射至下丘脑的中间隆起。雄性中的GnRHOB神经元表达鼻腺和嗅觉受体，被雌性气味激活，并在响应雌性尿液时介导促性腺激素的释放。雄性对雌性气味的偏好需要GnRHOB神经元的存在和激活，并依赖于后内侧杏仁核中GnRH信号的传导。这些结果确立了GnRHOB神经元作为调节雄性小鼠的生育能力、性别识别和交配行为的因子。

图一 相当比例的GnRH神经元位于小鼠嗅球中，并与嗅觉上皮和鼻腺器官相连

作者首先采用了一种结合了免疫标记和光片成像技术（iDISCO+）的方法观察人脑和成年小鼠的嗅球中的GnRH阳性细胞体和纤维。 在人类和动物的嗅球中，GnRH阳性的神经元和纤维的存在表明这些神经元可能参与了嗅觉信息的处理，并且可能与社会行为和生殖行为有关。 此外，研究还发现，小鼠GnRHOB神经元群体由大约200个神经元组成，这些神经元在性别上没有差异，并且占小鼠大脑中整个GnRH神经元群体的大约20%。 这些GnRHOB神经元大多位于主嗅球（MOB）中，同时也存在于副嗅球（AOB）、副嗅核（AON）和腹侧的悬纹中，后者是嗅觉皮层的一个组成部分。 为了探究GnRHOB神经元是否与嗅觉结构保持功能性连接，使用了iDISCO+免疫标记技术对整个去钙化成年小鼠头部进行染色，并结合GnRHOB神经元投射的病毒追踪发现，GnRHOB神经元向鼻旁嗅球（VNO）和主嗅上皮（MOE）延伸其神经突触。 这表明GnRHOB神经元不仅在生殖行为中发挥作用，而且可能直接参与处理嗅觉信息，包括社会相关的气味，这些气味对于小鼠的生殖行为至关重要。此外，研究还发现GnRHOB神经元表达嗅觉和鼻旁嗅觉受体以及机械敏感离子通道，这进一步表明它们在嗅觉信息处理中的潜在作用。

图二 GnRHOB神经元驱动雄性小鼠的嗅觉偏好

接下来作者探究了GnRHOB神经元的激活是否能够影响社会偏好。他们通过化学遗传学激活或抑制GnRHOB神经元，然后评估这些操作对小鼠对孤立雄性或发情雌性小鼠尿液的反应。将这些动物置于嗅觉偏好测试中，在激活或抑制同一动物中GnRHOB神经元的活动的同时，评估它们对隔离雄性或发情期雌性小鼠尿液的反应。实验结果表明，激活GnRHOB神经元并没有改变对异性气味的偏好，而抑制这些神经元则显著改变了小鼠的嗅觉偏好，使它们更倾向于探索雄性气味。此外，通过遗传策略特异性地消融GnRHOB神经元发现足以改变成年雄性小鼠的嗅觉偏好，它们未能显示出对雌性气味的偏好。这些发现揭示了GnRHOB神经元在社会行为和嗅觉偏好中的关键作用，表明这些神经元可能在翻译社会相关的气味信号为生殖行为方面发挥重要作用。

图三 pdMeAKiss1神经元通过GnRHR（促性腺激素释放激素受体）介导雄性的交配行为

pdMeAKiss1是一种特定类型的神经元，它们表达Kiss1基因。Kiss1是一种肽类激素，被认为在调节生殖行为和生殖激素释放中起重要作用。Kiss1或其受体Kiss1r的缺乏在人类和小鼠中都会导致青春期延迟、激素失衡和生育能力下降。合成kisspeptin的神经元主要分布在下丘脑的前腹侧周围室管区（AVPV）和弓状核（ARC），在下丘脑外区域如MeA也有较小的群体。作者使用RNAscope原位杂交技术，在性经验不足和经验丰富的雄性小鼠的pdMeA、AVPV和ARC区域检测了Kiss1和Gnrhr转录本的表达。结果发现，在两组动物中，大约60%的pdMeA中表达Kiss1的神经元表达Gnrhr，而AVPVKiss1和ARCKiss1神经元不表达Gnrhr。基于这些数据，接下来通过CRISPR基因组编辑技术在pdMeAKiss1神经元中进行了遗传操作，以揭示Gnrhr在性偏好和交配行为中的功能性相关性。结果揭示了CRISPR介导的Gnrhr在pdMeAKiss1神经元中的基因组编辑与对照组相比，对异性气味的偏好没有明显影响。然而，性经验不足的CRISPR编辑的pdMeAKiss1-Gnrhr小鼠在交配次数上显著减少，与对照组相比，而首次交配的潜伏期保持不变。此外，在插入次数或射精潜伏期上没有观察到变化，因此表明pdMeAKiss1神经元可能通过GnRHR显著影响交配行为。

总结：

作者的发现揭示了位于嗅球的一种GnRH神经元群体，将化学感应线索与雄性小鼠的异性吸引、性行为和相应的内分泌变化联系起来。化学感应信号被识别为触发雄性性唤起和行为的触发因素。主嗅觉系统在引导发情期雌性的雄性方面发挥着至关重要的作用，而鼻旁嗅觉受体激活补充嗅觉通路，通过与下丘脑的连接启动交配行为。针对性地敲除嗅觉受体下游的嗅觉感觉传导分子，会破坏雄性小鼠对雌性尿液气味的偏好，并损害雄性-雌性交配行为。这项研究揭示了嗅球中的GnRH神经元在雄性小鼠的社会识别和生殖行为中的新作用，对于理解生殖行为的神经生物学基础具有重要意义，并可能为未来研究提供新的方向。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41593-024-01724-1

找实验方法，上脑声常谈

找科研好物，上脑声工房