男性和女性大脑区别的研究一直以来都极具争议,也不深不透。二者在形态上最为明显的区别就是大小,也就是男性的大脑通常比女性大一些【1,2】。而且,二者在脑部疾病的易感性方面也有所区别【3,4】,例如自闭症【5】和神经分裂症【6】,这也证明了男性和女性在大脑结构和功能上有所差异。事实上,多种模式生物的研究都显示了不同性别,其形态学和行为学指标均有所不同【7-9】。但是,关于人类男性和女性的大脑大小差异,以及形成这一区别的具体机制仍旧不得而知。
2022年1月19日,来自英国剑桥大学的Madeline A. Lancaster研究组在Nature上发表题为Androgens increase excitatory neurogenic potential in human brain organoids的文章,发现雄性激素可以促进大脑皮质祖细胞增殖,这也许是可以解释男性和女性大脑的差异的具体机制之一。

性别差异主要体现在两个方面,一是遗传物质,二是性激素。对于小鼠来说,性激素如何影响大脑发育的研究较为充分,也就是睾丸素的代谢产物雌二醇行使性激素的功能,并影响大脑发育【10,11】。而灵长类的研究结果却与此不同。为了研究人类性别对大脑的影响,类器官可以表征器官和神经发育情况,作者通过这一研究方法发现,来自于雌性和雄性细胞系的类器官对性激素的响应基本一致,也就是说,遗传物质对大脑发育的影响不大。接下来,作者研究大脑类器官对雄性激素的响应情况。雄性激素包括睾丸素和二氢睾丸酮(dihydrotestosterone,简称DHT),以及其代谢产物雌二醇。作者发现,雄性激素可以促进神经元祖细胞的增殖,且这些细胞多会发育为大脑皮层兴奋性神经元。
接下来,作者研究雄性激素在大脑基因表达方面的影响。作者通过RNA测序的方法,发现雄性激素可以上调神经发育相关基因,包括HDAC2、HDAC3、YBX1、EML1等。SRD5A1可以诱导睾丸素形成DHT,这一基因同样上调。作者进一步通过GO数据库聚类分析发现上调基因簇通常于大脑大小、大脑发育紊乱等相关。单细胞RNA测序也得到类似结果。有报道指出,mTOR信号通路与大脑发育相关。作者发现mTOR抑制剂可以明显降低祖细胞水平。上述结果说明,HDACs和mTOR信号参与雄性激素所诱导的组细胞增殖。
最后,作者研究雄激素是否可以影响大脑神经元数目。作者发现,虽然雄性激素可以促进神经元祖细胞增殖,但对神经元数目影响不大。作者推测,持续供给雄性激素可以使得神经元祖细胞处于增殖状态。为了证实这一推测,作者在大脑类器官培养基中持续加入DHT18天,再过17天后,作者发现,神经元数目显著增加。另外,作者发现,相比对照组,雄性激素处理后兴奋性神经元数目高出9.4%,而男性大脑兴奋性神经元高出女性9.8%,这说明雄性激素可以促进神经元祖细胞处于增殖状态,并随后促使兴奋性神经元数目增加。
综上所述,作者以类器官为研究对象,发现遗传信息本身对人类大脑发育的影响不大,但是,雄性激素可以促进皮层祖细胞增殖,并维持这一增殖状态。转录组学分析确定雄性激素是通过HDACs和mTOR信号通路起作用。最后,作者确定雄性激素特异性促进兴奋性神经元祖细胞对水平。这些结果说明雄性激素可以调控兴奋性神经元的数目,这很可能是男性大脑比女性大脑大的生物学基础。
原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41586-021-04330-4
参考文献
1. Ritchie, S. J. et al. Sex differences in the adult human brain: evidence from 5216 UK Biobank participants. Cereb. Cortex 28, 2959–2975 (2018).
2. Ruigrok, A. N. V. et al. A meta-analysis of sex differences in human brain structure. Neurosci. Biobehav. Rev. 39, 34–50 (2014).
3. Green, T., Flash, S. & Reiss, A. L. Sex differences in psychiatric disorders: what we can learn from sex chromosome aneuploidies. Neuropsychopharmacol. 44, 9–21 (2018).
4. McCarthy, M. M. Multifaceted origins of sex differences in the brain. Phil. Trans. R. Soc. B 371, 20150106 (2016).
5. Loomes, R., Hull, L. & Mandy, W. P. L. What is the male-to-female ratio in autism spectrum disorder? A systematic review and meta-analysis. J. Am. Acad. Child Adolesc. Psychiatry 56, 466–474 (2017).
6. Abel, K. M., Drake, R. & Goldstein, J. M. Sex differences in schizophrenia. Int. Rev. Psychiatry 22, 417–428 (2010).
7. Hines, M. Neuroscience and sex/gender: looking back and looking forward. J. Neurosci. 40, 37–43 (2020).
8. McCarthy, M. M. & Arnold, A. P. Reframing sexual differentiation of the brain. Nat. Neurosci. 14, 677–683 (2011).
9. Woodson, J. C. & Gorski, R. A. in Sexual Differentiation of the Brain (ed. Matsumoto, A.) Ch. 13 (CRC Press, 1999).
10. Arnold, A. P. The organizational–activational hypothesis as the foundation for a unified theory of sexual differentiation of all mammalian tissues. Horm. Behav. 55, 570–578 (2009).
11. McCarthy, M. M. Estradiol and the developing brain. Physiol. Rev. 88, 91–134 (2008).
近年来,《中国制造2025》、《健康中国2030规划纲要》、《“十四五”医药工业发展规划》以及《“十四五”生物经济发展规划》等多项重要政策文件的相继出台,均彰显了国家对医药产业创新高地建设与生物经济先......
“我们孵化的3款心血管领域首创产品,可快速检测诊断暴发性心肌炎、心梗后心衰、主动脉夹层,目前均处于临床阶段,计划明年上市。”11月7日,武汉产业创新发展研究院(以下简称“武创院”)院长助理王慧中说,武......
自2018年首届进博会以来,默克每年都会以各种形式参与。随着溢出效应持续放大,进博会已然成为跨国药企拓展中国市场的重要平台。11月6日,2024第七届进博会医疗器械及医药保健展区,默克集团与成都东部新......
来自生命科学的前沿研究,始终是化妆品行业创新的重要源泉。而在探索生命科学的边界中,人工智能(以下简称:AI)技术正成为一个不可或缺的研究工具,尤其是在蛋白质科学领域,AI技术的应用正在揭开蛋白质的神秘......
近日,中盛溯源生物科技有限公司(以下简称“中盛溯源”)已完成1.5亿元B轮融资首关。本轮融资由广州产投领投,联合中源投资、国聚创投、合肥高投和老股东君联资本等机构投资。本轮融资将主要用于加速推进中盛溯......
全国中小企业股转系统公告显示,基因科技(上海)股份有限公司(证券简称:基因科技;证券代码:874483)的挂牌申请获得批准,并于2024年11月8日挂牌。基因科技成立于2004年2月4日。公告显示,基......
冠状病毒已经在本世纪引发了三次重大疾病爆发,包括COVID-19大流行,科学家们怀疑潜伏在自然界中的其他家族成员威胁着人类。但是,这些病原体中的许多都很难在实验室中生长,这使得在它们袭击之前研究它们并......
大模型竞争下半场,行业开始走深走实。健康、文旅、大数据、城市治理……越来越多的垂直领域大模型兴起并开始商业化应用,AI应用及其产业生态发展进入了新的阶段。在这股垂直大模型浪潮之前,有一家AI创业公司,......
11月5日,在第十四届兰州生命科学论坛上省科协与中国科协生命科学学会联合体签署战略合作框架协议。双方本着“帮带结合、优势互补、协同创新、共同发展”的原则,在深化生命科学领域人才合作培养、柔性引才促进学......
11月5日,第十四届兰州生命科学论坛在兰州举行。来自国内外生命健康领域的院士、专家学者以及各省在生命健康领域理论研究、临床实践及健康管理等相关企事业单位的专业人士,甘肃省科协相关部门负责人,省级学会和......