2021-10-16 14:26

在胚胎时期,局部产生的神经类固醇调节新生的生殖神经回路

Locally produced neurosteroids regulate the emerging reproductive neural circuitry in the embryo<em></em>nic mouse brain

青春期的开始,即青少年达到性成熟的发育阶段,已知与一类特定神经元的活动有关,即促性腺激素释放激素(GnRH)神经元。过去的神经科学研究表明,虽然这些神经元在人类和其他哺乳动物出生之前就已经被激活,但它们在青春期之前一直处于休眠状态。发表在《神经科学杂志》(Journal of Neuroscience)上的一项新研究现在为控制小鼠大脑中新生生殖神经回路活动的机制提供了分子视角。

此前研究发现,GnRH神经元的过早激活与小鼠和人类过早进入青春期有关。虽然现在有无数的研究研究这类神经元在成人中的作用,但它们的发育控制机制仍然知之甚少。此外,虽然人们早就知道性激素,如雌激素,是控制成人大脑生殖生理的重要神经回路的调节器,但这些类固醇对胚胎和青少年大脑的作用仍然难以捉摸。

德国萨尔大学医学院的研究人员此前已经对出生前小鼠的GnRH神经元的神经回路进行了表征。他们发现GnRH神经元在出生前就开始与分泌kisspeptin的另一类神经元进行交流。Kisspeptin是一种可以激活GnRH神经元并引发青春期的化合物。

该研究的资深作者Ulrich Boehm告诉《医学快报》:“我们的新研究想法源于我们令人惊讶的实验发现,胚胎下丘脑中与GnRH神经元对话的kisspeptin神经元已经表达类固醇激素受体,表明激素对这些细胞在子宫内的作用。”“因此,我们提出了一个假设,即神经类固醇是在胚胎大脑中局部产生的,以调节新兴的生殖神经回路。”

Locally produced neurosteroids regulate the emerging reproductive neural circuitry in the embryo<em></em>nic mouse brain荧光图像显示覆盖胚胎的矢状切面 nic老鼠的大脑。基因标记的芳香酶神经元(绿色)局限于靠近侧脑室的杏仁核区域。细胞核染色为蓝色。资料来源:Wartenberg等人。

为了验证他们的假设,Boehm和他的同事分析了小鼠胚胎中芳香化酶的表达,芳香化酶是产生雌激素的关键酶。其他团队过去已经尝试过这样做,但发现这很有挑战性,因为他们无法产生可靠的抗体标记表达这种酶的细胞。

“相反,我们制造了报告小鼠,用绿色荧光标记激活芳香化酶启动子的神经元,”Boehm解释说。“使用这种实验方法,我们在胚胎大脑中鉴定了一个由大约6000个芳香化酶神经元组成的网络。在出生时,这个网络在靠近kisspeptin神经元的弓状核的芳香化酶神经元簇中变得两性二态性。”

研究人员接着表明,为了调节kisspeptin神经元的活动,男性芳香化酶神经元将睾酮转化为雌二醇。他们创造了报告小鼠,允许他们标记激活芳香化酶启动子和它们的投射的神经元。

“芳香化酶mRNA和其他雌激素合成关键基因的急性表达也通过定量PCR进行了分析,”Boehm说。“此外,为了寻找旁分泌神经类固醇的作用,我们使用免疫组织化学测量芳香化酶神经元和雌激素敏感神经元之间的距离。最后,我们使用电生理(全细胞膜片钳)记录来研究雌激素(由邻近的芳香化酶神经元产生)对幼年雄性和雌性kisspeptin神经元放电的影响。”

Boehm和他的同事进行的实验带来了一些有趣的发现。首先,利用单细胞分辨率成像技术,他们发现神经元芳香化酶在胚胎13.5天开始在两个不同的前脑核表达。

Boehm说:“我们发现芳香化酶的表达一直局限于下丘脑和杏仁核,直到出生。”“此外,胚胎大脑中芳香化酶神经元的数量和投射没有明显的主要性别二态性。出生时,在下丘脑弓状核靠近kisspeptin神经元的一簇芳香化酶神经元在男性中变得明显,而在女性中则不明显。”

最后,研究人员还表明芳香化酶神经元将性腺(即生殖腺体产生配子)和/或脑源性雄激素信号传递给邻近的雌激素敏感神经元。总的来说,他们收集的发现为小鼠和其他啮齿动物发育中的大脑中芳香化酶作用的细胞底物提供了有价值的新见解。如果这些结果被发现也适用于人类,它们将显著提高目前对与出生前和青少年时期青春期开始相关的激素和神经元活动的理解。

Boehm补充说:“我们未来的实验将旨在描绘芳香化酶神经元的连接图(使用病毒辅助的跨突触追踪),并将神经类固醇功能分配给单个芳香化酶表达核(使用功能成像和药物遗传学)。”