eLife：雄性生殖神經調控新靶點！蒙大拿州立大學團隊發現兩類多遞質神經元支配果蠅雄性內部生殖器官

雄性動物的生殖過程離不開神經信號的精密調控。以常見的果蠅為例，它們交配時需要將精子和精液精準傳遞給雌性，這個過程涉及多個生殖器官的協調收縮與分泌，背后全靠特定神經細胞發號施令。這些神經細胞就像信號兵，通過釋放不同的化學物質（神經遞質），指揮著生殖系統完成從精子轉運到射精的一系列關鍵步驟。這篇研究就精準鎖定了果蠅雄性生殖系統中的兩類信號兵，揭開了它們調控生育的神秘面紗。

來自蒙大拿州立大學R Steven Stowers教授研究團隊做了一項專門研究，標題為《Two classes of amine/glutamate multi-- transmitter neurons innervate Drosophila internal male reproductive organs》，相關成果于2026年1月9日發表在《eLife》期刊上。研究利用 GAL4 驅動子、CRISPR/Cas9 編輯、膨脹顯微鏡等技術，發現果蠅雄性生殖系統受 OGNs 和 SGNs 兩類非重疊多遞質神經元支配，其中SGNs 通過血清素 - 谷氨酸共釋放調控括約肌開放，是雄性生育必需的關鍵神經元，OGNs 則非必需，谷氨酸傳遞對生育無影響，揭示了雄性生殖神經調控的特異性分工機制。

n果蠅雄性生殖系統的神經支配類型與分布

研究首先明確了果蠅雄性生殖系統的解剖結構，包括成對的睪丸、儲精囊（SV）、副腺（AG）以及單一的射精管（ED）等。通過GAL4 驅動子報告基因技術和免疫染色技術，發現生殖系統受兩類非重疊的多遞質運動神經元支配：章魚胺 - 谷氨酸神經元（OGNs）和血清素 - 谷氨酸神經元（SGNs）。

OGNs 表達章魚胺合成酶（Tdc2）和谷氨酸轉運體（vGlut），主要密集支配射精管和儲精囊，對副腺的支配較少；SGNs 表達血清素合成酶（TRH）和 vGlut，重點支配副腺和儲精囊，對射精管的支配較弱。兩種神經元在儲精囊的支配比例相當，且通過split-GAL4 技術和GAL4/LexA 雙標記技術證實，二者無重疊且相互獨立。進一步通過免疫熒光共定位發現，OGNs 和 SGNs 均共表達囊泡單胺轉運體（vMAT），確認其雙遞質特性，且靶器官中谷氨酸、章魚胺和血清素受體的表達存在差異，提示存在組合性神經調節。

• 神經元的分子特征與突觸特性

分子層面研究顯示，兩類神經元均表達性別決定基因 fruitless（fru），但 OGNs 同時表達 doublesex（dsx），SGNs 則不表達，體現二者分子身份的差異。通過CRISPR/Cas9 基因組編輯技術構建 epitope-tagged 受體菌株，發現 OGNs 和 SGNs 的突觸 vesicles 中，vGlut 與 vMAT 高度共定位，經膨脹顯微鏡技術驗證，約 67%-75% 的突觸囊泡同時包含兩種轉運體，證實其共釋放機制。

突觸標記分析表明，兩類神經元均表達突觸囊泡標志物 Synapsin、活性區標志物 Brp 等，但缺乏典型的突觸后致密區標志物 Dlg 的富集，類似果蠅幼蟲的 II 型突觸特征。此外，免疫染色還檢測到大型致密核心囊泡（LDCVs）標志物 IA2- GFP 的表達，提示神經元可能通過神經肽輔助信號傳遞。受體表達方面，谷氨酸受體 GluRIIB 在所有生殖器官肌肉中廣泛表達，GluRIIA 僅在儲精囊和副腺表達；章魚胺受體（OAMB、OAα2R 等）和血清素受體（5-HT7 等）在肌肉、上皮細胞和神經元中呈差異化分布。

• 神經元功能與生育調控機制

通過UAS-BONT-C 突觸沉默技術和生育力檢測實驗，發現 SGNs 對雄性生育至關重要：沉默 SGNs 后，雄蠅完全不育，且交配實驗證實，不育原因是儲精囊與射精管之間的括約肌無法打開，導致精子無法進入射精管；而沉默 OGNs 后，雄蠅仍保持生育能力，僅雌蠅不育。

進一步通過條件性基因敲除技術消除 SGNs 和 OGNs 中的谷氨酸信號，發現雄蠅生育力未受影響，表明谷氨酸傳遞對生育非必需。鈣離子成像技術觀察到，射精管的自發蠕動波起源于儲精囊的括約肌區域，且該區域是 5-HT7 受體的高表達區，提示血清素通過 5-HT7 受體調控括約肌松弛，這一過程是精子排放的關鍵。此外，沉默 SGNs 或 OGNs 會縮短交配時長，但僅 SGNs 沉默影響生育結局。

總結

該研究通過多種精準的遺傳操作和成像技術，系統解析了果蠅雄性生殖系統的神經支配機制，鑒定出兩類非重疊的多遞質運動神經元（OGNs 和 SGNs），闡明了它們的解剖分布、分子特征、突觸特性及功能差異，發現 SGNs 通過血清素信號調控括約肌開放，是雄性生育必需的核心神經元，而 OGNs 和谷氨酸傳遞對生育非必需，同時揭示了儲精囊 - 射精管連接處作為生殖調控中心的關鍵作用，為理解射精過程的神經化學調控及雄性生育的進化保守機制提供了重要模型。

研究意義

基礎科學意義：首次繪制了果蠅雄性生殖系統的高分辨率神經支配圖譜，明確了多遞質神經元的分工與共釋放機制，填補了射精過程神經調控的知識空白，為理解復雜器官運動的神經協調提供了理想模型。

進化保守意義：果蠅與哺乳動物雄性生殖系統的核心結構和神經調控邏輯具有進化保守性，該研究結果為解析人類等高等動物的生殖神經機制提供了參考。

應用價值：為雄性不育的神經調控研究提供新靶點，同時為開發害蟲防治策略（如靶向生殖神經的生物農藥）提供理論基礎，也為理解神經遞質共釋放在復雜行為中的作用提供了范例。

https://doi.org/10.7554/eLife.108225

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