《Behavioural Brain Research》：Male paternal exposure to predatory risk during adolescence alters offspring antipredator behavior and basal HPA axis activity in Brandt’s voles
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跨代遗传研究揭示雄性Brandt's仓鼠青春期接触猫尿气味可显著改变后代性别比例、体重增长及应激反应，并通过独立于父母投资的神经内分泌机制（HPA轴活性增强）实现表型传递，为理解环境压力的跨代适应性适应提供证据。
王平|周涛秀|顾音月|兰新艺|魏万宏|吴瑞勇
中国江苏省扬州市生物科学与生物技术学院动物行为学系，邮编225009
摘要
青少年时期的压力不仅会对个体的行为和生理产生持久影响，还会通过跨代遗传机制塑造后代的表型。然而，在野生社会性啮齿动物中，捕食风险的跨代效应仍知之甚少。本研究以布兰特田鼠（Lasiopodomys brandtii）为模型，系统探讨了青少年时期暴露于猫尿（作为捕食者刺激物）、兔尿（非捕食者刺激物）和蒸馏水（对照组）60分钟/天，连续18天对后代行为和生理特征的影响。数据显示，虽然父亲在青少年时期接触猫尿并未显著改变父母的整体投资行为，但确实引发了后代的表型变化，包括断奶时雌性比例增加和断奶后体重增长减少。此外，青少年时期的后代在开放场地测试中的活动量减少，而成年后代在面对猫尿刺激时表现出更高的警觉性和更少的探出头部行为。这些行为和发育变化伴随着血清中促肾上腺皮质激素和皮质酮水平的升高，表明下丘脑-垂体-肾上腺轴的基础活动增强。这些发现表明，父亲在青少年时期经历的捕食风险可以跨代调节后代的性别比例、生长发育、应激反应和抗捕食策略，且这种调节独立于父母的投资行为。本研究阐明了父亲遗传在早期逆境跨代传递中的独特作用，并为理解环境压力如何驱动跨代表型传递提供了进一步的实验证据。
引言
青少年时期是一个重要的发育阶段，其特征是神经内分泌和行为的显著变化[1] [2]。例如，青少年雄性黑猩猩（Pan troglodytes）表现出睾酮水平升高以及社会探索和学习能力的增强，有助于社会适应和生存技能的获取[3]。在啮齿动物模型中，这一发育阶段涉及大量的神经重构，包括灰质体积、神经元数量以及突触前后的组织变化[4]。然而，青少年时期也是一个脆弱的时期，暴露于压力源和创伤事件可能会对表型结果产生持久的不利影响。研究表明，青少年时期的慢性可变压力（CVS）会增加Wistar大鼠（Rattus norvegicus）的焦虑和抑郁样行为[5]，而慢性不可预测压力（CUS）会导致雄性C57BL/6J小鼠（Mus musculus）杏仁核中CrfR2基因表达的上调[6]。接触邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）会损害小鼠的生殖发育和内分泌功能[7]，而社交隔离会降低雌性小鼠VMHvl nNOS神经元的活性，减弱其对雄性气味的反应，干扰信号处理并减少性行为[8]。这些发现表明，青少年时期的压力可以深刻改变成年后的行为表型和应激反应模式。
最近的研究进一步阐明了青少年时期的压力通过跨代遗传影响后代行为和生理状态的能力。例如，青少年时期遭受慢性轻度压力的雌性大鼠产生的F1和F2后代表现出更强的焦虑样行为、恐惧反应改变、皮质酮（CORT）水平变化以及前额叶皮质中促肾上腺皮质激素释放因子受体1 mRNA表达的失调[9] [10] [11] [12]。同样，青少年时期暴露于吗啡的Sprague-Dawley大鼠（Rattus norvegicus）产生的后代发出的分离诱导痛苦叫声减少[13]。父亲在青少年时期的压力也表现出跨代效应：暴露于CUS的雄性C57BL/6小鼠产生的F1和F2后代在杏仁核中表现出广泛的转录组变化，而雌性F1后代表现出更强的焦虑样行为[14]。此外，青少年时期暴露于慢性束缚压力的雄性C57BL/6J小鼠产生的后代窝仔数减少、体重下降和血糖升高[15]。这些发现表明，青少年时期的压力可以通过母系和父系对后代表型产生跨代影响。
捕食风险作为一种显著的生态压力源，可以诱导动物的发育可塑性[16]。青少年时期的啮齿动物在扩散过程中特别容易受到捕食威胁，表现出独特的行为、生理和生态适应反应。研究表明，青少年时期暴露于捕食者气味的Long Evans大鼠（Rattus norvegicus）在成年后表现出更高的应激反应性和防御行为，同时内侧前额叶皮层中的多巴胺D2受体表达减少[17] [18] [19]。反复接触猫尿（CO）会导致厌恶和焦虑样行为增加、逃避行为减少以及运动活动和感觉运动门控功能下降，部分焦虑效应会持续到成年[20] [21]。同样，暴露于活捕食者会减少雄性Wistar大鼠的探索行为、降低蔗糖偏好并减少乙醇摄入[22]，而暴露于2,4,5-三甲基噻唑啉（TMT，来自红狐Vulpes vulpes的肛门分泌物）会导致成年雄性Wistar Han大鼠（Rattus norvegicus）的攻击性增强和睾酮/皮质酮比率升高[23]。小鼠的研究还报告了多动和焦虑样行为，伴随着皮质酮水平的升高[24] [25]。此外，父亲在青少年时期暴露于TMT会增加后代的攻击性，并在侧隔中引起特定的代谢变化[26]。尽管这些啮齿动物研究表明青少年时期的捕食风险会对成年行为甚至跨代产生深远和持久的影响，但目前尚不清楚这些结果是否适用于非模型野生啮齿动物物种，尤其是那些具有扩展家庭社会结构的物种。
布兰特田鼠（Lasiopodomys brandtii）是一种典型的草食性啮齿动物，栖息于中国内蒙古草原、蒙古和俄罗斯东南贝加尔地区，它们生活在大型家庭群体中，父母与后代之间的互动时间较长（幼年雌性会留在出生巢穴中），季节性繁殖，交配系统多样，从滥交和一夫多妻制到一夫一妻制都有[27] [28]。在野外，雄性在青春期之前和期间分散，这使它们更容易受到捕食风险的影响。先前的实验室研究表明，布兰特田鼠对猫（Felis catus）尿液和粪便表现出恐惧和防御反应，这与它们对黄鼠狼（Mustela sibirica）气味的反应相似[29]，因此可以使用CO刺激物建立捕食风险压力模型。我们之前的研究表明，母亲在青春期、怀孕期间和产后暴露于CO会对后代的抗捕食反应产生跨代影响[30] [31] [32]。值得注意的是，怀孕期间反复暴露于CO会增加成年后代的雌性比例[33]。这些后代表现出社交行为改变、焦虑和抑郁样行为增加、海马齿状回的神经发生受损以及树突分支和棘密度下降[34] [35]。最近的研究表明，青少年时期急性暴露于CO会增加警觉性和回避行为，而反复暴露则会引发抗捕食反应和激素水平的习惯化[36]。然而，反复的青少年CO处理也会改变社交行为，包括增强兄弟姐妹之间的社交接触和稳定的配对关系，同时损害认知能力，包括物体识别、空间识别和社会识别能力，伴随着中枢神经肽系统的变化[37] [38]。此外，青少年时期的捕食风险经历还会通过父系影响精子质量和繁殖表现[39]。这些发现支持了布兰特田鼠作为研究青少年时期捕食风险跨代效应的合适模型的价值。结合我们之前的母系效应研究，最新证据表明，交配前的父亲捕食风险暴露会减少产后母亲的投资行为并增加成年后代的冒险行为。相反，伴侣怀孕期间的暴露可以缓解父亲的焦虑，增强父亲的投资行为，并增加成年后代的防御行为[40]。综合这些父母效应的观点，本研究旨在探讨青少年时期反复暴露于CO对雄性布兰特田鼠产后父母投资行为、后代焦虑样行为、抗捕食反应和应激激素水平的影响，以填补理解野生社会性啮齿动物青少年时期父亲压力如何塑造后代表型的关键空白。
动物
本研究中使用的布兰特田鼠是来自中国内蒙古锡林郭勒草原的野生种群的实验室饲养后代。繁殖对被饲养在46厘米×35厘米×20厘米的聚碳酸酯笼子中，非繁殖的同性对则被饲养在22厘米×18厘米×15厘米的笼子中。木屑用作垫料，所有动物都可以自由获取标准啮齿动物饲料（中国扬州益正动物生物技术有限公司）和清洁水。房间保持适当温度和湿度。
父母投资水平
为了探讨青少年时期父亲的捕食风险压力是否会影响交配成功率、繁殖产出、成年后的亲代行为以及对伴侣的潜在补偿反应，我们记录了分娩后父母在巢穴中的相关繁殖参数和亲代抚育行为。Fisher精确检验表明，成功生育后代的配对雄性比例在各组之间没有显著差异。
讨论
先前的研究表明，雄性布兰特田鼠在青少年时期暴露于捕食风险会导致一系列长期后果。成年后，这些雄性在各种认知能力上表现出显著缺陷，同时社交兴趣减弱，配对稳定性增强，父代行为改变，特别是在PPD4上的舔舐/梳理行为增加[37] [38]。本研究进一步揭示，尽管父亲在青少年时期暴露于捕食风险
结论
总体而言，利用布兰特田鼠这一社会性啮齿动物模型，本研究系统地证明了父亲在青少年时期的捕食风险压力可以通过独立于父母行为的途径跨代调节后代的生长发育、应激生理和行为策略。这些发现描绘了一种适应性场景，即后代在预期的高风险环境中进行系统性的表型调整。这加深了我们对
数据可访问性
本研究生成或分析的所有数据均包含在图表和电子补充材料中。如有进一步查询，请联系相应的作者。
资助
本工作得到了中国国家自然科学基金（31770422和31900334）、江苏省自然科学基金（BK20190910）、中国博士后科学基金（2018M630610和2019T120468）、扬州大学学生创新与创业培训项目（XCX20250828）以及江苏省高等教育机构重点学术发展计划的支持。
伦理声明
所有动物实验均符合《中国实验动物护理和使用指南》，并获得了扬州大学机构动物护理和使用委员会的批准（批准编号202302051）。
作者贡献声明
魏万宏：监督、资金获取。吴瑞勇：写作——审稿与编辑、验证、方法学、调查、资金获取、概念化。王平：写作——初稿撰写、调查、正式分析、数据管理。周涛秀：调查、数据管理。顾音月：调查、数据管理。兰新艺：调查、数据管理。
