本能行为是与生俱来的，但也会受到社交经历的调节。是否存在一套共通的调控机制介导社交经验对本能行为的调节？近日，东南大学生科院潘玉峰教授在美国科学院院刊（pnas）发表研究论文“a neural pathway for social modulation of spontaneous locomotor activity (somo-sla) in drosophila”，探究了这一科学问题。
本研究中，作者以果蝇的自发运动作为行为输出，探究社交隔离（“独居”对比“群居”）对本能行为的调控机制。作者发现，社交隔离的果蝇自发运动更多，而群居后的果蝇自发运动较少。作者进一步发现，处于群居饲养中的雄蝇通过味觉受体ppk23接收环境中的社交信息刺激，并增加了神经肽diuretic hormone 44 (dh44) 的表达，同时降低了神经肽tachykinin (tk) 的表达。缺乏dh44或tk的突变体果蝇的自发运动不再受到社交经历的调控。
图1. 两类神经肽信号相反的介导社交隔离调控自发运动和本能行为
该团队2022年发表在pnas上的另一篇研究论文发现，doublesex（dsx）基因调控性别特异的求偶与攻击行为（the doublesex gene regulates dimorphic sexual and aggressive behaviors in drosophila）。本研究中，作者发现社交隔离对自发运动的调节也具有性别二态性，主要影响雄性，且受到dsx神经元控制。作者进一步发现了一条性别二态性的神经环路dsxdh44-p1a-dsxtk（图1）。其中，dsxdh44代表同时表达dh44和dsx的神经元，dsxtk代表同时表达tk和dsx的神经元，这两种神经元均在雄性中有更多细胞；p1a代表一类主要表达dsx的雄性特异的神经元。这三类神经元的性别二态性也决定了该行为调节的性别特异性。
作者发现，dsxtk和dsxdh44神经元分别促进和抑制自发运动，而p1a神经元可在不同的兴奋强度时双向调节自发运动。一方面，p1a和dsxtk神经元形成功能正反馈，放大了该环路对外界刺激的响应，并产生一种延续性的效果；另一方面，p1a和dsxdh44神经元形成功能负反馈，一定程度上保持了该环路的稳定性。作者还发现，丰富的社交经验增强了dsxdh44神经元的本底活性，同时抑制了dsxtk和p1a的神经元可兴奋性。这些神经肽表达以及神经元功能上的改变共同调控了社交经验对自发运动的调节，使得社交隔离的雄蝇自发运动更多，而社交经验丰富的雄蝇自发运动更少。
作者认为，自发运动代表了动物的一种内在状态，这种内在状态可进一步泛化并调控多种本能行为。因此，社交隔离调控自发运动的机制可也能应用于其对更多本能行为比如求偶与攻击行为的调节，作者也在该文中对此做出了初步的验证。未来的研究将进一步解析神经肽dh44和tk在哺乳动物中的同源物是否也具备类似的功能。这些研究为解析生物体如何响应外界环境和内在需求，并经验依赖性的调节本能行为输出，提供了新的见解。
该研究的第一作者是东南大学生科院博士生赵环，通讯作者为潘玉峰教授及其团队成员纪小小博士。该项目受到科技部重点研发计划和国家自然科学基金委等项目资助。
文章连接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2314393121