综述：神经系统中的性别二态性：来自秀丽隐杆线虫（C. elegans）的三个原理

《Current Opinion in Neurobiology》：Sexual dimorphism in the nervous system: Three principles from the nematode C. elegans

本文探讨线虫（C. elegans）神经系统中性别差异的三个框架：发育程序调控神经元类型与结构、突触连接的性别特异修饰，以及内部状态动态调节共有神经元生理。研究强调线虫的高解析机制为理解性别差异提供了独特模型，其原则可能适用于其他生物系统。

　　

道格拉斯·S·波特曼（Douglas S. Portman）、钱斯·贝恩布里奇（Chance Bainbridge）、扎卡里·C·沃德（Zachary C. Ward）、张嘉瑞（Jiarui Zhang）

美国纽约州罗切斯特大学生物医学遗传学系，邮编14642

最近对秀丽隐杆线虫（C. elegans）雄性神经生物学的兴趣推动了我们对这一重要模式系统神经系统性别二态性理解的进展。通过这些研究，我们发现生物性别的影响可以归纳为三个相互重叠的类别：首先，性别调节细胞谱系的发育程序、神经发生以及细胞命运的确定，从而产生仅出现在某一性别的神经元类型和结构；其次，性别改变突触连接，进而影响神经回路的拓扑结构；第三，性别作为一种内部状态的维度，在发育过程中动态地调节共享于两种性别的神经元和回路的生理功能。这些因素共同决定了性别特异性的行为、调节共享行为，并实现性别二态性的行为可塑性。值得注意的是，秀丽隐杆线虫为我们提供了以极高机制分辨率研究这些现象的机会。尽管不同物种的性别决定机制存在显著差异，但这些原理在进化过程中可能是保守的。

章节摘录

秀丽隐杆线虫的独特实验可行性揭示了生物性别与多种性别分化水平之间的深刻联系

秀丽隐杆线虫这种“简单的”陆生线虫为现代生物学研究做出了巨大贡献。该物种具有独特的交配系统，包括既能自我受精也能被雄性受精的雌雄同体个体。由于可以轻松维持仅由雌雄同体组成的自我受精培养群体，因此大多数相关研究都集中在雌雄同体的生物学特性上。

生物性别作为发育的调节因素：性别特异性的细胞谱系和命运程序

秀丽隐杆线虫神经系统中最明显的性别二态性表现是其神经解剖结构的性别差异[1]。在成年雌雄同体个体中的302个神经元中，有8个是性别特异性的，它们是调控产卵的中体运动神经元。在雄性个体中，有93个性别特异性神经元主要位于尾部，负责支配雄性特有的感觉器官，并参与雄性交配行为中的感觉-运动调节。这种性别差异的神经解剖结构是通过多种细胞机制形成的。

突触稳定性的调节决定了性别特异性的连接模式

2010年代，科学家们首次完成了对成年雄性秀丽隐杆线虫完整连接组的研究[31,32]。令人惊讶的是，在两种性别共有的294个神经元中，存在广泛的突触连接差异。后续研究表明，这些差异主要源于两种性别幼体时期存在的连接结构的发育时间性修剪[33]。最近的一些研究揭示了实现这些差异的分子机制。

生物性别作为调节信号：对共享神经元及胶质细胞的性别特异性调控

对共享神经元及胶质细胞生理功能的性别特异性调节（例如，改变感觉敏感性或神经递质及神经调节物质的产生方式）已被证明对行为差异及行为优先级的形成至关重要[47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54]。最新研究进一步揭示了这些差异的广泛程度、功能及其背后的机制（见图4）。

跨层面的整合

需要强调的是，我们在这里探讨的三个原理并非彼此独立，而是紧密相互关联的。例如，细胞命运决定基因不仅影响神经元亚型，还影响其形态和连接方式；细胞生长的过程不仅影响连接结构，还可能通过改变调节物质释放和检测的位置来影响神经解剖结构；神经调节物质受体的表达会改变神经元生理功能。

推广到更复杂的神经系统

在各种实验系统中，神经系统的性别差异普遍存在于多个组织层次上。虽然我们在这里阐述的原理本身并非新发现，但它们为理解其背后的分子和细胞机制提供了一个统一的框架。那么，在那些性别决定机制截然不同的系统中，这些原理又具有怎样的适用性呢？以果蝇（Drosophila）为例……

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢美国国立卫生研究院（NIH）向D.S.P.提供的R35 GM148249号资助，并感谢两位匿名审稿人的宝贵意见。