東京大學大學院綜合文化研究科原田一貴助教、坪井貴司教授，及埼玉醫科大學周防諭講師、帶逛畜產大學姜興起教授等共同研究，透過秀麗隱杆線蟲發現神經遞質多巴胺會因性別不同而導致迥異的行為結果（圖1）。男女腦内物質功能如何不同，目前未知數衆多，本研究有望促進大腦機能性別差異的闡明[1]。該研究成果已發表在2019年4月15日的《Journal of Neuroscience》上[參考文獻1]。
圖1 雄性及雌雄同體的線蟲
「雄兔腳撲朔，雌兔眼迷離」，雌性和雄性動物之間的行為差異顯而易見。儘管行為的性別差異性對後代繁衍極爲重要，但目前對相關腦機能的何種差異造就了最終行為差異還不甚明瞭。
秀麗隱杆線蟲（Caenorhabditis elegans）由於腦内神經細胞非常少，易於解析，所以腦機能基礎研究常用的模式動物（圖2）。線蟲以雌雄同體爲主，同時存在極少比例的雄性個體。自然條件下，雌雄同體線蟲可自體受精，也可優先接受雄蟲的精子產生後代。本研究主要以雄線蟲和雌雄同體線蟲爲物件來調查行為的差異化。
圖2秀麗隱杆線蟲生態圈 （《Genetics》）
秀麗隱杆線蟲爲非寄生性線蟲，通體透明，長約1毫米，主要分佈在溫帶地區的土壤中。體細胞數目恆定，雌雄同體蟲和雄蟲分別具有959和1031個體細胞，且每一個細胞的位置和發育淵源均已確定，雌雄同體蟲共有302個神經元（圖3）。生命史短，其發育週期僅三天左右。1965年，秀麗隱杆線蟲首次被Sydney Brenner作爲分子生物學和發育生物學研究領域的模式生物。1998年成爲第一個完成全基因體測序的多細胞生物，到2012年是唯一完成連接組（Connectome）測定的生物。2002年與2006年的諾貝爾生理學或醫學獎及2008年的諾貝爾化學獎都與秀麗隱杆線蟲的應用直接相關。目前秀麗隱杆線蟲已作爲模式動物廣泛用於遺傳與發育生物學、行為與神經生物學、老化與壽命、人類遺傳性疾病、病原體與生物引擎體的相輔作用、藥物篩選、動物應急反應、動物睡眠、細胞融合、分子生物學、環境生物學和訊號傳導等多個領域。
圖3 秀麗隱杆線蟲 (wormbook.org)
行為分析顯示，雄蟲的運動量遠超雌雄同體蟲。這與雄蟲需要四處遊動不斷找尋交配伴侶的實際情況相符，而雌雄同體蟲沒這必要。多巴胺作爲重要的神經遞質，在哺乳類動物中與情感、動機、運動、藥物成癮等都息息相關，同時也線上蟲活體內被發現。然而，不能正常產生多巴胺的變異雄蟲運動量會驟減，變異雌雄同體蟲則運動量增加，二者之間運動量的性別差異變小（圖4）。換句話說，多巴胺對運動量的影響具有性別差異。
圖4 線蟲運動量測定 （圖/周防諭）
進一步研究表明，多巴胺對雄蟲起作用的靶細胞爲僅存在於雄蟲活體內的神經細胞；而多巴胺作用於雌雄同體蟲的靶細胞則爲同時存在於雄蟲和雌雄同體中的一類被稱爲SIA的神經細胞，但雄蟲活體內的SIA神經細胞對多巴胺的響應能力較差。由此，同樣是多巴胺水平降低，卻在不同性別引起完全相反的運動量調控效果。
導致雌雄動物行為差異的腦機能的研究極爲複雜，本次研究闡明瞭腦内物質基於性別不同引起與繁殖密切相關的行為差異。對腦機能性別差異機制的理清，將有助於更好地理解精神類疾病及相關藥物療效在男女之間的差異性。
供稿 宋傑 東京大學博士
編輯修改 JST客觀日本編輯部
參考文獻：
1.Satoshi Suo, Kazuki Harada, Shogo Matsuda, Koki Kyo, Min Wang, Kei Maruyama, Takeo Awaji, Takashi Tsuboi, "Sexually dimorphic regulation of behavioral states by dopamine in Caenorhabditis elegans," Journal of Neuroscience, doi:10.1523/JNEUROSCI.2985-18.2019.
相關鏈結：
1.東京大學新聞稿
