eLife：雄性生殖神经调控新靶点！蒙大拿州立大学团队发现两类多递质神经元支配果蝇雄性内部生殖器官

雄性动物的生殖过程离不开神经信号的精密调控。以常见的果蝇为例，它们交配时需要将精子和精液精准传递给雌性，这个过程涉及多个生殖器官的协调收缩与分泌，背后全靠特定神经细胞发号施令。这些神经细胞就像信号兵，通过释放不同的化学物质（神经递质），指挥着生殖系统完成从精子转运到射精的一系列关键步骤。这篇研究就精准锁定了果蝇雄性生殖系统中的两类信号兵，揭开了它们调控生育的神秘面纱。

来自蒙大拿州立大学R Steven Stowers教授研究团队做了一项专门研究，标题为《Two classes of amine/glutamate multi-­ transmitter neurons innervate Drosophila internal male reproductive organs》，相关成果于2026年1月9日发表在《eLife》期刊上。研究利用 GAL4 驱动子、CRISPR/Cas9 编辑、膨胀显微镜等技术，发现果蝇雄性生殖系统受 OGNs 和 SGNs 两类非重叠多递质神经元支配，其中SGNs 通过血清素 - 谷氨酸共释放调控括约肌开放，是雄性生育必需的关键神经元，OGNs 则非必需，谷氨酸传递对生育无影响，揭示了雄性生殖神经调控的特异性分工机制。

n果蝇雄性生殖系统的神经支配类型与分布

研究首先明确了果蝇雄性生殖系统的解剖结构，包括成对的睾丸、储精囊（SV）、副腺（AG）以及单一的射精管（ED）等。通过GAL4 驱动子报告基因技术和免疫染色技术，发现生殖系统受两类非重叠的多递质运动神经元支配：章鱼胺 - 谷氨酸神经元（OGNs）和血清素 - 谷氨酸神经元（SGNs）。

OGNs 表达章鱼胺合成酶（Tdc2）和谷氨酸转运体（vGlut），主要密集支配射精管和储精囊，对副腺的支配较少；SGNs 表达血清素合成酶（TRH）和 vGlut，重点支配副腺和储精囊，对射精管的支配较弱。两种神经元在储精囊的支配比例相当，且通过split-GAL4 技术和GAL4/LexA 双标记技术证实，二者无重叠且相互独立。进一步通过免疫荧光共定位发现，OGNs 和 SGNs 均共表达囊泡单胺转运体（vMAT），确认其双递质特性，且靶器官中谷氨酸、章鱼胺和血清素受体的表达存在差异，提示存在组合性神经调节。

• 神经元的分子特征与突触特性

分子层面研究显示，两类神经元均表达性别决定基因 fruitless（fru），但 OGNs 同时表达 doublesex（dsx），SGNs 则不表达，体现二者分子身份的差异。通过CRISPR/Cas9 基因组编辑技术构建 epitope-tagged 受体菌株，发现 OGNs 和 SGNs 的突触 vesicles 中，vGlut 与 vMAT 高度共定位，经膨胀显微镜技术验证，约 67%-75% 的突触囊泡同时包含两种转运体，证实其共释放机制。

突触标记分析表明，两类神经元均表达突触囊泡标志物 Synapsin、活性区标志物 Brp 等，但缺乏典型的突触后致密区标志物 Dlg 的富集，类似果蝇幼虫的 II 型突触特征。此外，免疫染色还检测到大型致密核心囊泡（LDCVs）标志物 IA2- GFP 的表达，提示神经元可能通过神经肽辅助信号传递。受体表达方面，谷氨酸受体 GluRIIB 在所有生殖器官肌肉中广泛表达，GluRIIA 仅在储精囊和副腺表达；章鱼胺受体（OAMB、OAα2R 等）和血清素受体（5-HT7 等）在肌肉、上皮细胞和神经元中呈差异化分布。

• 神经元功能与生育调控机制

通过UAS-BONT-C 突触沉默技术和生育力检测实验，发现 SGNs 对雄性生育至关重要：沉默 SGNs 后，雄蝇完全不育，且交配实验证实，不育原因是储精囊与射精管之间的括约肌无法打开，导致精子无法进入射精管；而沉默 OGNs 后，雄蝇仍保持生育能力，仅雌蝇不育。

进一步通过条件性基因敲除技术消除 SGNs 和 OGNs 中的谷氨酸信号，发现雄蝇生育力未受影响，表明谷氨酸传递对生育非必需。钙离子成像技术观察到，射精管的自发蠕动波起源于储精囊的括约肌区域，且该区域是 5-HT7 受体的高表达区，提示血清素通过 5-HT7 受体调控括约肌松弛，这一过程是精子排放的关键。此外，沉默 SGNs 或 OGNs 会缩短交配时长，但仅 SGNs 沉默影响生育结局。

总结

该研究通过多种精准的遗传操作和成像技术，系统解析了果蝇雄性生殖系统的神经支配机制，鉴定出两类非重叠的多递质运动神经元（OGNs 和 SGNs），阐明了它们的解剖分布、分子特征、突触特性及功能差异，发现 SGNs 通过血清素信号调控括约肌开放，是雄性生育必需的核心神经元，而 OGNs 和谷氨酸传递对生育非必需，同时揭示了储精囊 - 射精管连接处作为生殖调控中心的关键作用，为理解射精过程的神经化学调控及雄性生育的进化保守机制提供了重要模型。

研究意义

基础科学意义：首次绘制了果蝇雄性生殖系统的高分辨率神经支配图谱，明确了多递质神经元的分工与共释放机制，填补了射精过程神经调控的知识空白，为理解复杂器官运动的神经协调提供了理想模型。

进化保守意义：果蝇与哺乳动物雄性生殖系统的核心结构和神经调控逻辑具有进化保守性，该研究结果为解析人类等高等动物的生殖神经机制提供了参考。

应用价值：为雄性不育的神经调控研究提供新靶点，同时为开发害虫防治策略（如靶向生殖神经的生物农药）提供理论基础，也为理解神经递质共释放在复杂行为中的作用提供了范例。

https://doi.org/10.7554/eLife.108225

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