Nature ： 信息素：从尿液中找到的爱情真相

来源：BioArt

撰文 | 十一月

“费洛蒙贴片”：来自电影《女人不坏》（All About Women）

《女人不坏》是十二年前一部星光璀璨但票房一般的荒诞爱情故事片。从这部不怎样的电影中，笔者第一次听说了“费洛蒙”（Pheromones）这个名词，电影中为了追寻爱情的女主角发明了费洛蒙贴片用以吸引喜欢的男生。而生物进化出了多种多样的策略正是为了增加遇见配偶的可能性【1】，很多物种使用费洛蒙也就是信息素向潜在的伴侣释放性吸引信号以及位置信息【2】。但是，吸引以及相关动物行为的神经环路与遗传学的机制还不是很清楚。

近日，冷泉港实验室Adam Kepecs研究组以及哥伦比亚大学Richard Axel研究组在Nature联合发文The pheromone darcin drives a circuit for innate and reinforced behaviours，以小鼠尿液中的信息素darcin对小鼠的吸引而引发的小鼠先天性的行为与之后强化行为的神经环路进行了研究。

在小鼠中，主要尿蛋白（Major urinary protein, MUP）家族中的darcin是出现在雄性尿液中的蛋白，能够为雌性提供具有吸引性的气味标记并驱动学习行为的产生【3,4】。darcin可以吸引雌性，使雌性根据其气味标记对雄性进行识别、评估以及定位【4】。为了对darcin的效应进行研究，作者们发展了一种行为定量研究方式（图1）。雌性小鼠被放置在装有两个玻璃过滤器端口的培养箱之中，两个端口透过不同的气味信息，雌性小鼠靠近触动两个端口的次数会被统计出来用以分析小鼠行为模式和对气味的偏向性（图1）。在最初进行适应性培养的实验时，两个端口中其中一个是不包含气味信息空白端口，小鼠触碰两侧端口的次数均不是很频繁（左端口18 ± 3vs右端口14 ± 3）。随后这些小鼠会被暴露在具有雄性小鼠的尿液家庭笼（Home cage）之中进行休息，在此之后再对小鼠进行气味偏向性的实验，发现雌性小鼠对于端口的触动次数有所增加，但是对含有气味线索的端口会比不含气味信息的空白过滤器端口没有明显的偏向性（左端口247 ± 35vs右端口246 ± 3）。但是如果在过滤器端口放置包含darcin的气味信息，相较于空白的过滤器端口，触碰次数会显著增加（包含darcin的端口 516 ± 47 vs 空白端口326 ± 21）。如果将雌性小鼠暴露在包含很低水平darcin的雄性小鼠【3】的尿液家庭笼中进行休息之后，相较于空白对照来说，雌性小鼠还是更倾向于具有低darcin的端口（低水平darcin端口386 ± 42vs空白端口154 ± 14），加入重组型的darcin之后比例也依然高于空白对照（重组型darcin端口391 ± 29vs空白端口96 ± 18）。关于端口触动的此部分实验可总结为：无论是含有正常水平darcin还是低水平darcin的雄性尿液均对雌性小鼠的端口选择偏好性具有显著的影响。

图1 小鼠对气味标记的定量测量方式

进一步地，已有的研究发现这种天然的性吸引信息同时也可以作为加强学习行为的信号【5】。那么darcin存在的效应是不是对雌性小鼠的记忆或者学习行为产生影响呢？通过对第二天清除气味信息后，雌性小鼠对于气味端口的选择偏好性的数据进行分析后作者们发现，正常水平的darcin会引发雌性小鼠的记忆偏好性。雌性小鼠在被暴露在含有darcin的培养箱中会发出超声波叫声并且会在darcin端口附近通过排尿留下气味信息（图1 箭头处）。另外，在进行回忆行为的时候，雌性小鼠的这些行为也会再次出现。

在对小鼠的行为进行分析之后，作者们希望找出这其中的遗传学机制。darcin结合感觉神经元中的受体V2R【6】，这些感觉神经元汇聚于副嗅球之中【7】。作者们通过实验发现，副嗅球对于darcin诱导的吸引行为和随后的强化行为非常关键。副嗅球中的神经元僧帽细胞会将轴突伸入杏仁核【7】。作者们对杏仁核中的神经元进行光激活，发现在darcin诱导下光激活神经元后雌性小鼠表现出先天性的被吸引的一些行为以及会对记忆等条件性行为进行增强。

但是有研究发现，在泌乳期的小鼠不会被darcin吸引【8】。作者们非常好奇这其中的原因。通过对泌乳期的小鼠进行实验后发现，无论是对于处女鼠还是泌乳期鼠darcin诱导后激活的副嗅球中的僧帽细胞数量是差不多的。所以对泌乳期的小鼠来说，对darcin不再具有响应可能不是被副嗅球而是被杏仁核中的某些神经元所控制。杏仁核中的神经元的遗传学标记是一氧化氮合酶（Neuronal nitric oxide synthase, nNOS）。一氧化氮合酶参与darcin诱导的相关行为。通过光诱导的杏仁核中神经元的沉默实验发现，在此遗传操纵之后雌性小鼠对于darcin的响应就不复存在了。但是对于随后的记忆等强化行为，杏仁核中的nNOS神经元并不是必须的。

总的来说，两个研究组的联合工作发现雄性小鼠尿蛋白中的darcin能够引发雌性小鼠一系列被吸引后的行为，比如超声、叫声以及留下气味信息（排尿），并且会进一步加强随后对于该信息素的记忆行为。副嗅球中的僧帽细胞以及杏仁核中nNOS细胞均会参与到此过程中。而且，杏仁核中nNOS神经元会整合小鼠的内在状态（例如是否在泌乳期）与信息素线索，调节小鼠的固有吸引行为以及之后的加强行为，帮助小鼠进行成功的配偶选择。

参考文献

1. Andersson, M. Sexual selection: Princeton Univ Pr.  (1994).

2. Wyatt, T. D. Pheromones and animal behavior: chemical signals and signatures.  (Cambridge University Press, 2014).

3. Roberts, S. A., Davidson, A. J., McLean, L., Beynon, R. J. & Hurst, J. L. Pheromonal induction of spatial learning in mice. Science 338, 1462-1465, doi:10.1126/science.1225638 (2012).

4. Roberts, S. A. et al. Darcin: a male pheromone that stimulates female memory and sexual attraction to an individual male's odour. BMC biology 8, 75, doi:10.1186/1741-7007-8-75 (2010).

5. Schultz, W. Neuronal Reward and Decision Signals: From Theories to Data. Physiol Rev 95, 853-951, doi:10.1152/physrev.00023.2014 (2015).

6. Kaur, A. W. et al. Murine pheromone proteins constitute a context-dependent combinatorial code governing multiple social behaviors. Cell 157, 676-688, doi:10.1016/j.cell.2014.02.025 (2014).

7. Halpern, M. & Martinez-Marcos, A. Structure and function of the vomeronasal system: an update. Prog Neurobiol 70, 245-318, doi:10.1016/s0301-0082(03)00103-5 (2003).

8. Martin-Sanchez, A. et al. From sexual attraction to maternal aggression: when pheromones change their behavioural significance. Hormones and behavior 68, 65-76, doi:10.1016/j.yhbeh.2014.08.007 (2015).