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調控多巴胺神經元,讓老齡雄果蠅找回愛愛的動力

文/林政達(國立暨南國際大學應用化學所生物醫學組 碩士)

我們常會看到一些跟性功能障礙有關的廣告,總是會特別關注中老年人:過去的臨床研究中已經證實[1],人類的性慾及性活動力會隨著年齡的增長而降低。但為什麼年紀越大會越來越「不行」?大腦如何調節我們對這些慾望的需求,其中複雜的神經網絡與所涉及的分子機制至今仍難以釐清。

最近暨南大學應用化學所生物醫學組的傅在峰副教授與他的研究團隊,利用神經科學研究中經常使用的模式生物–果蠅(Drosophila melanogaster )做為研究對象,來研究這項議題。果蠅如同人類一般,老年雄性果蠅的性活動力也較年輕力壯的年輕雄蠅來的低,研究者利用了遺傳技術補充老年雄果蠅體內的多巴胺量(dopamine level),竟使老年雄果蠅「回春」了,研究團隊甚至在果蠅腦中找到一群名為PPL2ab的多巴胺神經元,發現它是調控老年雄果蠅重新找回愛情動力的關鍵。此研究已被發表在2015年6月30日出刊的自然通訊(Nature Communications)期刊[2]

正在交配的果蠅。source:Luc

正在交配的果蠅。source:Luc

 果蠅:你也懂我?研究員:「瞭若指掌!」

果蠅因為生活史短、可大量繁殖,自20世紀初便是遺傳學研究者愛用的模式生物。同時,科學家們在果蠅身上建立了許多豐富且精巧的基因工具,以藉此觀察基因、神經網路與行為之間的關係:這些技術也已相當成熟,並在神經科學的研究上扮演了重要的地位。

而果蠅的求偶行為也已經被科學家們充分地觀察和定義,整個羅曼蒂克的求愛過程要從雄果蠅的主動獻殷勤開始:一開始牠會鎖定對象(orientation)並圍繞著心儀的雌性(following),接著嘗試與對方的肢體接觸(tapping與licking)並透過化學訊號來確認對方是否為適合的伴侶,進而使出十八般武藝拍擊振翅唱著情歌(singing),最終被心儀的雌性接受並成功交尾(copulation)達到傳宗接代的重要任務;過程中雌果蠅通常扮演著被動卻關鍵性的 「同意或拒絕」的角色。

科學家藉由記錄初次見面的一對果蠅在固定時間內雄果蠅對雌果蠅的求偶頻率,以及從互相見面到開始追求所花費的時間長短,得以量化雄果蠅性活動力的強弱。

Credit: Marla B. Sokolowski from Nature Review Source: Nature

Credit: Marla B. Sokolowski from Nature Review Source: Nature

多巴胺與性慾

多巴胺是一種重要的神經傳導物質(neurotransmitter),它能調節動物許多重要的生理反應,包括性慾與深陷羅曼蒂克的愛情。臨床證據顯示,當給予帕金森氏症(Parkinson’s disease)患者多巴胺促進劑治療後,除了可減緩病徵外,也曾有部分病例出現性慾增加(hepersexuality)的情況[3]。在傅在峰副教授此次發表的研究當中發現,不管是利用給予多巴胺前驅物(L-DOPA)的方式,或是利用基因工具增加老年雄果蠅的多巴胺量,皆可使上年紀的雄果蠅性能力顯著回升。

PPL2ab多巴胺神經元

果蠅的大腦中約有280顆左右的多巴胺神經元,根據這些神經元的細胞體及神經纖維的走向可以區分為13個群集(clusters)[4]。而本研究最大的突破,便是證實其中獨特的PPL2ab神經元群集為調控雄果蠅求偶行為強度的關鍵。

利用基因工具專一性地增加PPL2ab神經元的多巴胺量,可使40天大的老年雄果蠅的性活動力提升;反之,若專一性地抑制PPL2ab神經元的多巴胺量,則可使10天大的年輕雄果蠅的性活動力顯著下降。重要的是,多巴胺在這些神經元的變化皆不影響到果蠅的活動力(motor activity)、化學感覺的敏感性(感受性費洛蒙的嗅覺與味覺能力)與壽命。

雖然人類比果蠅大腦的神經網絡複雜得更多,但是了解果蠅腦中具有如此關鍵調控性活動力的神經元,是神經科學研究上重要的契機。透過理解這群神經元的分子調節機制,或許可提供未在來哺乳類動物研究上發現促進或抑制性慾開關的切入點,或許會成為改善老年人、性功能障礙者之性慾低下或人道地抑制性暴力者之性慾的契機。

Credit: Shu-Yun Kuo et al. Source:http://www.nature.com/ncomms/2015/150630/ncomms8490/fig_tab/ncomms8490_F5.html (a, b) Intersectional genetic approach基因工具原理示意圖 (c)利用intersectional genetic approach的方式可以專一性地顯示特定PPL2ab神經元在果蠅大腦的分布 (d,e)使用intersectional genetic approach專一性地增加PPL2ab神經元的多巴胺量並分析老年雄果蠅的性活動力,實驗組(深灰柱)相較於兩個對照組(淺灰及白色柱)性活動力顯著地提升。

Credit: Shu-Yun Kuo et al.    Source:Nature
(a, b) Intersectional genetic approach基因工具原理示意圖
(c)利用intersectional genetic approach的方式可以專一性地顯示特定PPL2ab神經元在果蠅大腦的分布
(d,e) 使用intersectional genetic approach專一性地增加PPL2ab神經元的多巴胺量並分析老年雄果蠅的性活動力,實驗組(深灰柱)相較於兩個對照組(淺灰及白色柱)性活動力顯著地提升。

References

  • [1] Corona, G. et al.Age-related changes in general and sexual health in middleaged and older men: results from the European Male Ageing Study (EMAS). J. Sex. Med. 7, 1362–1380 (2010).
  • [2] Shu-Yun Kuo et al. PPL2ab neurons restore sexual responses in agedDrosophila males through dopamine: Nature Communications 6:7490 (2015).
  • [3] Politis, M. et al. Neural response to visual sexual cues in dopamine treatmentlinkedhypersexuality in Parkinson’s disease. Brain136, 400–411 (2013).
  • [4] Mao, Z. & Davis, R. L. Eight different types of dopaminergic neurons innervate the Drosophila mushroom body neuropil: anatomical and physiological heterogeneity. Front. Neural Circuits.3, 5 (2009).
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