细胞:哺乳动物性别的典型社会行为是由大脑基因活动的差异决定的

2022年1月31日/Bion/-根据斯坦福大学医学院研究人员领导的一项新研究，雄性和雌性小鼠的大脑在重要方面存在差异。这些差异可能反映在男性和女性的大脑中。相关研究成果于2022年1月21日在线发表在《细胞》(Cell)杂志上，标题为“性和发情周期依赖基因表达和行为的功能性细胞框架”。

这些作者研究了老鼠大脑中的四个微小结构，它们被认为是“评估、约会、交配和厌恶”行为的程序。这些行为——比如，雄性对陌生人性别的快速判断、雌性接受交配的能力、母性保护——都有利于动物繁殖和后代生存。

这些作者分析了从这些大脑结构中提取的组织，并丰富了对性激素有反应的细胞，发现一种性别的大脑中有1000多个基因比另一种性别的大脑更活跃。基因是编码蛋白质的蓝图，蛋白质几乎完成了每个细胞的所有工作。基因激活的水平——基因中包含的信息被复制并转化为蛋白质的速度——决定了细胞的功能。

这些发现有助于解释哺乳动物行为中的性别差异。该论文的作者、斯坦福大学医学院精神病学和行为科学教授尼劳沙阿(Nirao Shah)博士说，“以这些基因为切入点，我们已经确定了特定的脑细胞群，它们协调特定性别特有的典型行为。”本文的第一作者是沙阿实验室的博士后学者约瑟夫科斯勒博士。

作者还测定了雌性小鼠发情周期不同阶段600多个基因激活水平的差异。(在女性中，这叫月经周期；雌性老鼠不来月经)。Shah说，“在这四个微小的大脑结构中，发现数百个基因的活性水平只取决于雌性小鼠发情周期的阶段，这是完全令人惊讶的。”Shah将他的职业生涯致力于理解性激素如何调节典型的性别行为。

图片来自单元格，2022，doi :10.1016/j . cell . 2021 . 12 . 031

这些作者所关注的大脑结构在包括人类在内的哺乳动物中很常见。沙阿说：“老鼠不是人。但我们可以合理地预计，类似的脑细胞类型将在我们特定性别的社交行为中发挥作用。”

神经疾病和精神疾病新论

这些作者列出的一些基因是大脑疾病的既定风险因素，这种疾病在一种性别中更常见。在已知的207个导致自闭症谱系障碍高风险的基因中(男性自闭症谱系障碍的发病率是女性的四倍)，他们确定有39个基因在一个性别的大脑中更活跃：29个男性和10个女性。他们还发现，与阿尔茨海默病和多发性硬化症相关的基因在雌性小鼠中更活跃，这两种疾病对女性的影响往往大于男性。

这些作者推测，男性需要一些基因来更努力地工作，而女性需要其他基因来更努力地工作——需要高度激活的基因突变可能比闲置的基因突变造成的伤害更大。Shah说，“偏头痛、癫痫发作和精神疾病的频率会在月经周期中发生变化，在整个发情周期中发现的基因激活差异显示了这种变化的生物学基础。”

典型的性别社会行为

在数百万年的进化过程中，典型的性别社会行为被植入动物的大脑。例如，雄性老鼠可以快速识别入侵自己领地的陌生人的性别。如果入侵者是另一只雄性，它们会立即攻击。如果是女性，她们会粗暴地发起旋风求爱。

雌性老鼠表现出母性攻击性，而不是领土攻击性。他们会攻击任何威胁到他们孩子的东西。它们比雄性老鼠更倾向于保护幼崽，找回任何丢失的幼崽。它们的交配意愿在发情周期的不同阶段有很大差异。

沙阿说：“这些原始行为对生存和繁殖至关重要，它们在很大程度上是本能的。如果你需要学习当事情发生时如何交配或战斗，那可能就太晚了。证据非常清楚，大脑不是纯粹的白板，只是等待被环境影响塑造。”

沙阿的团队认为，在过去，试图找到雄性和雌性啮齿动物脑细胞之间的基因激活差异，只发现了大约100个——这似乎太少了，无法在已知的本能行为中产生许多深刻的差异。

Shah说，“我们最终发现了大约10倍于此的基因，更不用说600个基因，它们在雌性小鼠体内的活性水平因发育周期的不同阶段而异。一般来说，这些基因加起来占小鼠基因的6%，受性别或发育周期阶段的调控。”

在海里捞针

沙阿把他的团队使用的方法比作大海捞针。他说，“我们已经确定对这些性别的典型评估、约会、交配或仇恨行为至关重要的脑细胞可能只占小鼠大脑所有细胞的不到0.0005%。”要确定是什么让这些脑细胞起作用，就要把它们和周围的细胞分开，逐一检查它们的基因含量。

这些作者通过关注对雌激素有反应的罕见但重要的细胞，即具有这种主要雌激素受体的细胞(雌激素也存在于男性中，但水平较低)，极大地改善了他们的前景。女性雌激素水平和另一种激素孕酮水平每月大致波动。就像月相一样，很多哺乳动物都有相应的雌性典型行为。在小鼠中，排卵和最大性感受性，即发情期，由这两种激素的峰值水平来标记。相反，第二阶段的特点是这些激素水平低。