在哺乳動物的世界里，雄性性行為是一個復雜且有序的過程，求偶、交配等一系列刻板行為，對物種繁殖起著關鍵作用。每個行為環(huán)節(jié)可能由獨特的神經(jīng)元機制調(diào)節(jié)。此前研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)側(cè)視前區(qū)、伏隔核等腦區(qū)與雄性性行為相關，但從爬跨到插入再到射精的行為轉(zhuǎn)換，其神經(jīng)機制尚不清楚。另外，多巴胺和乙酰膽堿信號在雄性性行為中雖有調(diào)節(jié)作用，可它們之間相互作用的具體機制，以及伏隔核在其中的作用、多巴胺動態(tài)調(diào)節(jié)機制和功能意義，都有待深入探究，這也正是本次研究的重點。

此次研究團隊成員來自多國科研機構(gòu)，專業(yè)背景多元。日本筑波大學科研人員在醫(yī)學方面提供支持并助力數(shù)據(jù)處理、奈良醫(yī)科大學專家探究神經(jīng)機制、中國北大與清華等機構(gòu)的研究人員在生命科學和生物醫(yī)學領域貢獻見解以及美國德克薩斯大學西南醫(yī)學中心科研人員從分子遺傳學角度帶來新思路，多機構(gòu)與多專業(yè)人員的緊密協(xié)作推動了研究順利進行。

研究人員首先聚焦 DA 動力學與雄性性行為的關系。他們以 C57BL/6J 雄性小鼠為研究對象，運用纖維光度法，在小鼠伏隔核（NAc）的不同亞區(qū)域插入光纖，監(jiān)測 DA 動力學變化。給小鼠注射攜帶 GRABDA2m 傳感器的腺相關病毒（AAV），當小鼠與發(fā)情期雌鼠互動時，記錄 NAc 不同亞區(qū)域的 DA 信號。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，vsNAc（伏隔核腹側(cè)殼）和 cNAc（伏隔核核心區(qū)）在雄性性行為各轉(zhuǎn)換階段，GRABDA2m 信號均增加。其中，只有 vsNAc 在插入過程中出現(xiàn) 1 - 2Hz 的節(jié)律性波動，且與插入推力節(jié)律一致。這表明 vsNAc 可能是調(diào)節(jié)雄性性行為順序轉(zhuǎn)換的關鍵腦區(qū)。

隨后，研究人員運用運用雙色霍亂毒素 B 亞基（CTB）介導的逆行標記、纖維光度法記錄等技術展開深入探究。通過雙色 CTB 介導的逆行標記，觀察伏隔核腹側(cè)殼（vsNAc）和伏隔核內(nèi)側(cè)殼（msNAc）的神經(jīng)投射來源；給 DAT-ires-Cre 小鼠單側(cè)注射 AAV-hSyn-DIO-GCaMP6s 并插入光纖，記錄多巴胺能神經(jīng)元活動。結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) vsNAc 和 msNAc 分別接受來自前外側(cè)（al）和后內(nèi)側(cè)（pm）腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）神經(jīng)元的投射；alVTA 的多巴胺能神經(jīng)元活動與 vsNAc 中的GRAB DA2m動力學一致，但在插入過程中無節(jié)律性波動，而 vsNAc 投射的多巴胺能軸突末梢的 GCaMP 動力學與 vsNAc 中的GRAB DA2m動力學相似，表明 DA 動力學在 vsNAc 中是局部調(diào)節(jié)的。
 

圖1 vsNAc 中的 DA 動力學與雄性性行為的序列轉(zhuǎn)變密切相關   

為了探究 vsNAc 中 ACh（乙酰膽堿）和 DA 的關系，研究人員采用免疫組織化學、雙纖維光度法、小波相干分析和快速傅里葉變換（FFT）分析等方法。對 DATCre 小鼠進行 ChAT 免疫組織化學染色；讓 C57BL/6J 雄性小鼠的 vsNAc 表達 GRABACh 3.0 和 GRABγDA2m，同時監(jiān)測 ACh 和 DA 動力學變化；運用小波相干分析和 FFT 分析其節(jié)律特征。研究證實，vsNAc 中存在膽堿能中間神經(jīng)元。在插入過程中，觀察到 ACh 和 DA 的雙節(jié)律，ACh 節(jié)律在插入前出現(xiàn)，并在插入暫停時持續(xù)，1.5 - 2.2Hz 的 ACh 節(jié)律在插入 - 射精轉(zhuǎn)換中起到關鍵作用。

圖2在插入過程中，vsNAc 中觀察到雙 ACh-DA 節(jié)律

接著，研究人員通過離體 NAc 腦片成像，結(jié)合光遺傳學和藥理學操作以及計算建模，深入探究 ACh 和 DA 信號的相互作用。給 ChATCre 小鼠的 vsNAc 注射相關病毒，進行離體腦片成像和光遺傳學刺激；構(gòu)建計算模型模擬 ACh - DA 雙節(jié)律的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，ACh 信號可通過 nAChR 促進 DA 釋放，也能通過 mAChR 抑制 DA 釋放；DA 信號則通過 D1R 和 D2R 對 ACh 釋放進行雙向調(diào)節(jié)。計算建模結(jié)果表明，nAChR 和 D2R 信號對雙節(jié)律的產(chǎn)生至關重要。
 

圖3  離體 NAc 腦片成像揭示 ACh 和 DA 信號的相互調(diào)節(jié)

研究人員還利用 RNA 干擾（RNAi）技術進行行為學測試和旋轉(zhuǎn)棒測試。結(jié)果顯示，shD2R 或 shChAT 表達使插入和射精頻率降低，潛伏期延長，但不影響小鼠的運動協(xié)調(diào)能力。這表明 ACh 和 DA 信號在雄性交配行為中發(fā)揮著重要作用。
 

圖4計算模型表明，nAChR 和 D2R 信號是產(chǎn)生雙 ACh-DA 節(jié)律所必需的

最后，研究人員運用光遺傳學技術結(jié)合纖維光度法記錄進行研究。給 DATCre 小鼠的 VTA 注射 AAV-Ef1a-DIO-ChR2 或 AAV-Ef1a-DIO-eNpHR3.0 并插入光纖；給 ChATCre 小鼠的 vsNAc 注射相關病毒，進行光遺傳學激活或抑制操作，同時監(jiān)測 DA 動力學。結(jié)果表明，增強 vsNAc 中的 DA 釋放可促進插入行為；DA 介導的對 D2RvsNAc 神經(jīng)元的抑制對維持雄性性行為至關重要；ACh 信號能促進插入和射精的轉(zhuǎn)換，激活 ChAT 神經(jīng)元可誘導 DA 節(jié)律減慢并立即射精。
 

圖5光遺傳學激活向 vsNAc 的 DA 釋放可增加插入總持續(xù)時間

圖6在插入過程中光遺傳學激活向 vsNAc 的 ACh 釋放會導致 DA 節(jié)律特定減慢，隨后立即射精

研究最終得出結(jié)論：雄性小鼠 vsNAc 中的 ACh - DA 雙節(jié)律通過相互調(diào)節(jié)產(chǎn)生，并調(diào)控雄性性行為的順序轉(zhuǎn)換。ACh 信號促進插入和射精轉(zhuǎn)換，DA 信號維持性行為。這一結(jié)論為理解雄性性行為的神經(jīng)機制以及相關性功能障礙研究提供了重要依據(jù)。

參考文獻：Ai Miyasaka, Takeshi Kanda, Naoki Nonaka, el，ta,Sequential transitions of male sexual behaviors driven by dual acetylcholine-dopamine dynamics,Neuron,2025,,ISSN 0896-6273.

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