Nature发现惊人神秘细胞

 雄性线虫大脑中的一对神经元使得它们能够记住并寻求性，甚至是以牺牲食物为代价。这些雄性特异性神经元是性别学习差异的必要条件，表明从遗传上来看认知能力的一些性别差异是天生的。

 

由于当前对于大脑相异导致两性间不同偏好、才能和判断力的机制知之甚少，这非常的重要。由伦敦大学学院和艾伯特爱因斯坦医学院领导的这项研究发表在《自然》（Nature）杂志上，证实了雄性与雌性线虫截然不同的行为，与大脑发育和参与高阶认知加工脑区域结构的差异直接相关。

 

资深作者、伦敦大学学院细胞与发育生物学系Arantza Barrios博士说：“在许多动物包括人类中与学习相关的一些大脑区域显示出性别差异，但对于这些差异如何直接影响行为却并不清楚。”

 

“我们阐明了在性成熟过程中两性之间遗传和发育差异导致雄性线虫大脑结构发生改变的机制。这些改变使得雄性大脑以不同的方式运作，使得雄性能够记住过去的性接触，以及在未来优先考虑的性别。”

 

该研究小组惊讶地发现，从前未知的一些细胞负责了这种行为改变。线虫是一种得到充分研究的模式生物。他们证实生成雄性线虫脑神经元的细胞与生成人类脑神经元的细胞共享了一些特征。它们是神经元的伙伴及支持细胞——神经胶质细胞。

 

共同资深作者、伦敦大学学院细胞与发育生物学系Richard Poole博士说：“这是第一个精确描述的例子证实在脊椎动物范围外存在生成神经元的神经胶质细胞，尤其令人兴奋地是我们发现探讨的神经胶质细胞是完全分化的细胞，这是一个在高等生物学中很难解决的问题。”

 

“我们现在可以利用这一系统来了解完全分化的神经胶质细胞是如何能够重新进入细胞周期并生成神经元的。在未来这可能具有重要的治疗意义。”

 

新鉴别的这对神经元被称作为“雄性神秘细胞”（MCMS），它们通过改变两性共同的一个脑回路造成了两性间的行为差异。只有具有雄性染色体的神经胶质细胞才会生成MCM神经元。

 

Barrios说：“我们的结果表明，学习和认知差异不仅取决于动物的性别，还取决于单个神经祖细胞的性别。这意味着动物行为的不同方面在某些情况下或许可独立于彼此形成，而非通过激素的共同协调作用。当然并非所有的行为差异都是遗传天生的，环境也起着重要作用。”

 

研究中采用的线虫物种：秀丽隐杆线虫有两种性别——雄性和雌雄同体。这些雌雄同体线虫实际上是改造的雌性，它们携带着自身的精子，不需要性来实现生殖。研究人员采用荧光标记物鉴别出了这些MCMs，利用激光微束来手术切除它们探讨了它们的功能。

 

研究人员利用经典条件放射行为分析来测试了这些细胞对线虫行为的影响。在实验中他们让线虫学会将厌恶或愉快的体验（例如激活或交配）与另一种刺激（盐）联系起来，改变了它们对这种刺激的行为反应。之前在有盐的情况下挨饿的线虫，当被置于具有不同盐浓度的新环境中时学会了远离高盐浓度的区域。这表明线虫学会了将盐视作是食物缺乏的一种标志。

 

雄性和雌雄同体都完成了这类学习。相比之下，当雄性线虫在有盐及配偶的情况下挨饿时，再将它们置于不同盐浓度的新环境中时，雄性会寻找高盐浓度的区域。这表明盐与性的关联强于并优先于盐与食物缺乏之间的关联。这种行为改变不会发生在雌雄同体中。重要的是，其也不会发生在MCM神经元被手术切除的雄性线虫中——证实了这些神经元是性别学习差异的必要条件。

 

艾伯特爱因斯坦医学院研究小组利用连续切片电子显微照片重建并分析了雄性线虫大脑中MCMs与其他神经元之间的联系。他们发现MCMs连接了存在于两性中的神经元，而MCMs只存在于雄性中改造这些回路改变了处理信息的方式。

 

论文共同作者、艾伯特爱因斯坦医学院遗传学与神经科学系教授Scott Emmons说：“只有在线虫中，此刻有可能鉴别出神经回路中的每个突触。尽管是在小线虫中开展这项工作，它为我们提供了一个视角帮助我们鉴别并有可能认识人类性欲、性取向和性别认同的多样性。”

 

科学家们希望发现神经胶质细胞生成神经元的机制，这是修复大脑损伤区域一个有前景的途经。他们还想确定脑回路哪些特性调控了信息的获得与保留来了解学习发生的机制。