雄性動(dòng)物的生殖過(guò)程離不開(kāi)神經(jīng)信號(hào)的精密調(diào)控。以常見(jiàn)的果蠅為例，它們交配時(shí)需要將精子和精液精準(zhǔn)傳遞給雌性，這個(gè)過(guò)程涉及多個(gè)生殖器官的協(xié)調(diào)收縮與分泌，背后全靠特定神經(jīng)細(xì)胞發(fā)號(hào)施令。這些神經(jīng)細(xì)胞就像信號(hào)兵，通過(guò)釋放不同的化學(xué)物質(zhì)（神經(jīng)遞質(zhì)），指揮著生殖系統(tǒng)完成從精子轉(zhuǎn)運(yùn)到射精的一系列關(guān)鍵步驟。這篇研究就精準(zhǔn)鎖定了果蠅雄性生殖系統(tǒng)中的兩類信號(hào)兵，揭開(kāi)了它們調(diào)控生育的神秘面紗。

來(lái)自蒙大拿州立大學(xué)R Steven Stowers教授研究團(tuán)隊(duì)做了一項(xiàng)專門研究，標(biāo)題為《Two classes of amine/glutamate multi-- transmitter neurons innervate Drosophila internal male reproductive organs》，相關(guān)成果于2026年1月9日發(fā)表在《eLife》期刊上。研究利用 GAL4 驅(qū)動(dòng)子、CRISPR/Cas9 編輯、膨脹顯微鏡等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)果蠅雄性生殖系統(tǒng)受 OGNs 和 SGNs 兩類非重疊多遞質(zhì)神經(jīng)元支配，其中SGNs 通過(guò)血清素 - 谷氨酸共釋放調(diào)控括約肌開(kāi)放，是雄性生育必需的關(guān)鍵神經(jīng)元，OGNs 則非必需，谷氨酸傳遞對(duì)生育無(wú)影響，揭示了雄性生殖神經(jīng)調(diào)控的特異性分工機(jī)制。

n果蠅雄性生殖系統(tǒng)的神經(jīng)支配類型與分布

研究首先明確了果蠅雄性生殖系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)，包括成對(duì)的睪丸、儲(chǔ)精囊（SV）、副腺（AG）以及單一的射精管（ED）等。通過(guò)GAL4 驅(qū)動(dòng)子報(bào)告基因技術(shù)和免疫染色技術(shù)，發(fā)現(xiàn)生殖系統(tǒng)受兩類非重疊的多遞質(zhì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元支配：章魚胺 - 谷氨酸神經(jīng)元（OGNs）和血清素 - 谷氨酸神經(jīng)元（SGNs）。

OGNs 表達(dá)章魚胺合成酶（Tdc2）和谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（vGlut），主要密集支配射精管和儲(chǔ)精囊，對(duì)副腺的支配較少；SGNs 表達(dá)血清素合成酶（TRH）和 vGlut，重點(diǎn)支配副腺和儲(chǔ)精囊，對(duì)射精管的支配較弱。兩種神經(jīng)元在儲(chǔ)精囊的支配比例相當(dāng)，且通過(guò)split-GAL4 技術(shù)和GAL4/LexA 雙標(biāo)記技術(shù)證實(shí)，二者無(wú)重疊且相互獨(dú)立。進(jìn)一步通過(guò)免疫熒光共定位發(fā)現(xiàn)，OGNs 和 SGNs 均共表達(dá)囊泡單胺轉(zhuǎn)運(yùn)體（vMAT），確認(rèn)其雙遞質(zhì)特性，且靶器官中谷氨酸、章魚胺和血清素受體的表達(dá)存在差異，提示存在組合性神經(jīng)調(diào)節(jié)。

• 神經(jīng)元的分子特征與突觸特性

分子層面研究顯示，兩類神經(jīng)元均表達(dá)性別決定基因 fruitless（fru），但 OGNs 同時(shí)表達(dá) doublesex（dsx），SGNs 則不表達(dá)，體現(xiàn)二者分子身份的差異。通過(guò)CRISPR/Cas9 基因組編輯技術(shù)構(gòu)建 epitope-tagged 受體菌株，發(fā)現(xiàn) OGNs 和 SGNs 的突觸 vesicles 中，vGlut 與 vMAT 高度共定位，經(jīng)膨脹顯微鏡技術(shù)驗(yàn)證，約 67%-75% 的突觸囊泡同時(shí)包含兩種轉(zhuǎn)運(yùn)體，證實(shí)其共釋放機(jī)制。

突觸標(biāo)記分析表明，兩類神經(jīng)元均表達(dá)突觸囊泡標(biāo)志物 Synapsin、活性區(qū)標(biāo)志物 Brp 等，但缺乏典型的突觸后致密區(qū)標(biāo)志物 Dlg 的富集，類似果蠅幼蟲的 II 型突觸特征。此外，免疫染色還檢測(cè)到大型致密核心囊泡（LDCVs）標(biāo)志物 IA2- GFP 的表達(dá)，提示神經(jīng)元可能通過(guò)神經(jīng)肽輔助信號(hào)傳遞。受體表達(dá)方面，谷氨酸受體 GluRIIB 在所有生殖器官肌肉中廣泛表達(dá)，GluRIIA 僅在儲(chǔ)精囊和副腺表達(dá)；章魚胺受體（OAMB、OAα2R 等）和血清素受體（5-HT7 等）在肌肉、上皮細(xì)胞和神經(jīng)元中呈差異化分布。

• 神經(jīng)元功能與生育調(diào)控機(jī)制

通過(guò)UAS-BONT-C 突觸沉默技術(shù)和生育力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn) SGNs 對(duì)雄性生育至關(guān)重要：沉默 SGNs 后，雄蠅完全不育，且交配實(shí)驗(yàn)證實(shí)，不育原因是儲(chǔ)精囊與射精管之間的括約肌無(wú)法打開(kāi)，導(dǎo)致精子無(wú)法進(jìn)入射精管；而沉默 OGNs 后，雄蠅仍保持生育能力，僅雌蠅不育。

進(jìn)一步通過(guò)條件性基因敲除技術(shù)消除 SGNs 和 OGNs 中的谷氨酸信號(hào)，發(fā)現(xiàn)雄蠅生育力未受影響，表明谷氨酸傳遞對(duì)生育非必需。鈣離子成像技術(shù)觀察到，射精管的自發(fā)蠕動(dòng)波起源于儲(chǔ)精囊的括約肌區(qū)域，且該區(qū)域是 5-HT7 受體的高表達(dá)區(qū)，提示血清素通過(guò) 5-HT7 受體調(diào)控括約肌松弛，這一過(guò)程是精子排放的關(guān)鍵。此外，沉默 SGNs 或 OGNs 會(huì)縮短交配時(shí)長(zhǎng)，但僅 SGNs 沉默影響生育結(jié)局。

總結(jié)

該研究通過(guò)多種精準(zhǔn)的遺傳操作和成像技術(shù)，系統(tǒng)解析了果蠅雄性生殖系統(tǒng)的神經(jīng)支配機(jī)制，鑒定出兩類非重疊的多遞質(zhì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（OGNs 和 SGNs），闡明了它們的解剖分布、分子特征、突觸特性及功能差異，發(fā)現(xiàn) SGNs 通過(guò)血清素信號(hào)調(diào)控括約肌開(kāi)放，是雄性生育必需的核心神經(jīng)元，而 OGNs 和谷氨酸傳遞對(duì)生育非必需，同時(shí)揭示了儲(chǔ)精囊 - 射精管連接處作為生殖調(diào)控中心的關(guān)鍵作用，為理解射精過(guò)程的神經(jīng)化學(xué)調(diào)控及雄性生育的進(jìn)化保守機(jī)制提供了重要模型。

研究意義

基礎(chǔ)科學(xué)意義：首次繪制了果蠅雄性生殖系統(tǒng)的高分辨率神經(jīng)支配圖譜，明確了多遞質(zhì)神經(jīng)元的分工與共釋放機(jī)制，填補(bǔ)了射精過(guò)程神經(jīng)調(diào)控的知識(shí)空白，為理解復(fù)雜器官運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)協(xié)調(diào)提供了理想模型。

進(jìn)化保守意義：果蠅與哺乳動(dòng)物雄性生殖系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)和神經(jīng)調(diào)控邏輯具有進(jìn)化保守性，該研究結(jié)果為解析人類等高等動(dòng)物的生殖神經(jīng)機(jī)制提供了參考。

應(yīng)用價(jià)值：為雄性不育的神經(jīng)調(diào)控研究提供新靶點(diǎn)，同時(shí)為開(kāi)發(fā)害蟲防治策略（如靶向生殖神經(jīng)的生物農(nóng)藥）提供理論基礎(chǔ)，也為理解神經(jīng)遞質(zhì)共釋放在復(fù)雜行為中的作用提供了范例。

https://doi.org/10.7554/eLife.108225

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