雄性偏倚的下丘脑环路调控小鼠交配后睡眠抑制

《SCIENCE ADVANCES》：A male-biased hypothalamic circuit modulates postmating sleep suppression in mice

　　

许多物种表现出交配相关的睡眠抑制以最大化繁殖成功，但哺乳动物中潜在的神经机制尚不清楚。研究人员报道雄性小鼠在成功交配后的时段表现出入睡延迟和睡眠时长减少，而雌性不受影响。单细胞转录组学鉴定出下丘脑视前区（preoptic area，POA）中一群促睡眠的Rxfp1表达神经元（POARxfp1神经元），光纤光度法揭示其在雄性小鼠交配期间及交配后选择性被抑制。通过化学遗传激活解除该抑制可逆转已交配雄性的睡眠抑制。从这些POARxfp1神经元出发的单突触逆向示踪鉴定出源自终纹床核主核（principal nucleus of the bed nucleus of the stria terminalis，BNSTpr）的雄性偏倚γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）能输入。值得注意的是，光遗传激活这些神经元仅在雄性小鼠中诱导即刻觉醒，且BNSTpr→POARxfp1神经元在交配后呈现过度活跃。综上，这些发现确立了一条整合繁殖信号以实现雄性特异性睡眠抑制的BNSTpr→POARxfp1环路。

研究背景与立项依据：睡眠是基础性生理过程，多种物种以睡眠减少换取性活动时间以提升繁殖成效，如果胸滨鹬繁殖季延长觉醒、果蝇雄性近全睡眠丧失，且雌雄模式常不同。无脊椎动物中果蝇已阐明信息素→P1→睡眠抑制等通路，但脊椎动物尤其是哺乳动物中性别特异性繁殖行为调控睡眠的机制长期空白。下丘脑视前区（POA）是睡眠控制中枢，含腹外侧（vlPOA）等GABA能促眠神经元，且POA神经元表达性激素受体，雌性中雌二醇可抑vlPOA睡眠活性神经元，雄性睾酮波动不改变睡眠活性神经元，提示POA可能整合性别与睡眠信号，但是否介导繁殖行为性睡眠调制从未被研究。该研究即为此缺口而开展，论文发表于《SCIENCE ADVANCES》。

主要关键技术方法：研究以8至32周龄C57BL/6J、Rxfp1-Cre及Ai148小鼠为样本，结合视频行为标注与脑电图（EEG）/肌电图（EMG）多导睡眠记录定性定量交配后睡眠；采用单细胞RNA测序（scRNA-seq）筛选POA睡眠活性簇，荧光原位杂交（FISH）验证Rxfp1与Fos共表达；在自由活动鼠行光纤光度法记POA^Rxfp1钙动态；用化学遗传（hM3Dq/hM4Di）与光遗传（ChR2/stGtACR2）双向操控神经元；以狂犬病病毒（RV）单突触逆向示踪界定BNSTpr→POA^Rxfp1输入，并用RV-GCaMP/RV-ChR2在体成像与操控投射神经元。

研究结果

性特异性交配后睡眠抑制：在ZT23引入动情雌鼠，EEG/EMG显示已交配雄鼠非快速眼动（NREM）与快速眼动（REM）睡眠减少、入睡潜伏期延长，睡眠深度（δ功率比）未变；睡眠时长与射精时长负关，与爬跨/插入时长无关；雌鼠交配后睡眠无显著变化，确立雄性特异性交配后睡眠抑制。

POA^Rxfp1神经元在雄性交配中及后被抑制：scRNA-seq见RS期雌性偏倚Fos簇i8表达Rxfp1与Slc32a1；FISH显示雄鼠交配2小时后POA侧部Rxfp1⁺中Fos⁺比例由约25%降至10%，雌鼠维持约25%；光纤光度法示雄鼠POA^Rxfp1钙信号在爬跨、插入、射精及交配后持续下降，雌鼠不变；化学遗传激活POA^Rxfp1可逆转雄鼠交配后眠抑。

POA^Rxfp1抑制是交配致眠失必要因：上述化学遗传激活实验直接证明解除抑制恢复NREM/REM睡眠并缩短潜伏期，且不影响性行为和EEG频谱。

POA^Rxfp1促睡眠起始与维持：睡眠剥夺后恢复睡眠期Rxfp1⁺的Fos比例升（61% vs 16%）；光纤示NREM期钙信号高于觉醒/REM；光遗传激活增NREM减觉醒，抑制则反，两性别表型一致，证其为促NREM必要充分元件。

BNSTpr提供雄性偏倚抑制性输入：RV示踪见POA^Rxfp1输入密集于BNST、伏隔核（NAc）、MPOA、内侧杏仁核（MeA），其中BNSTpr输入雄显著多于雌；雄鼠RV⁺ BNSTpr神经元58%共标Esr2、96%共标Slc32a1（GABA能标记），雌鼠Esr2共标较低，提示雄性BNSTpr^Esr2 GABA能神经元构成偏倚抑制源。

激活BNSTpr→POA^Rxfp1致觉醒：RV-GCaMP示雄鼠该投射交配后至少10分钟钙幅与瞬变频升高，雌鼠与未交配雄鼠无此变；光遗传激活雄鼠该通路减NREM/REM促觉醒，雌鼠无效；化学遗传抑该通路恢复POA^Rxfp1的Fos并逆转雄鼠交配后眠抑，确认必要充分性。

讨论与结论翻译：与繁殖相关的睡眠抑制广见于多物种，但哺乳动物机制不清。本研究揭示自由活动小鼠交配中睡眠调控神经元动态：促眠POA^Rxfp1在性行为中被抑且交配后持续受抑。该持续抑制由雄性交配环路节点BNSTpr介导，BNSTpr^Esr2神经元编码性满足且交配后过度活跃，因其多为GABA能，故抑制POA^Rxfp1；雌鼠此环路解剖弱且Esr2阴性，无交配后过度活跃，构成性别二态BNSTpr→POA^Rxfp1通路赋予雄性特异性交配后睡眠抑制。此为首次报道哺乳动物中负责繁殖后性别特异性睡眠控制的神经环路。雄鼠交配后进入不应期但仍需防竞争者，觉醒抑制或助其守卫雌鼠，射精凝固栓为第二重物理防护；雌鼠性选择压弱故无需强化该通路。该工作识别脑内繁殖与睡眠控制环路互作节点，为未来剖析复杂调制提供框架。