提到父愛，我們腦海裡總會浮想出『父愛如山』，有稜有角，含蓄又威嚴，愛得深沉又愛得偉大；
也有人說『父愛如山體滑坡』，隨性又猛烈，愛得如山崩地裂或又毀天滅地般沉重。
不同於母愛如水般的細膩柔和與無微不至，大部分情況下父愛沒有體貼華麗的言語，沒有無處無形的嘮叨，也沒有如春天甘霖般的溫柔，母愛的偉大，往往讓我們忽視了父愛的存在。事實上，父愛潛移默化地，以其特有的隱形的沉默的力量影響著我們。
1、背景介紹無論是如水般的母愛還是如山般的父愛，這種父母行為普遍存在於整個動物界，從進化角度看對於物種生存至關重要，而編碼這種父母行為的神經環路從較低級的昆蟲到哺乳動物、靈長類和人類反覆進化，每個物種都產生了適用於自身的父系行為或母系行為。
事實上父愛與母愛的差異可能與調控父母行為的生理機制的不同有關，如母親的行為更容易受到荷爾蒙的影響。將哺乳期雌鼠的血漿輸入到未成年雄性小鼠可誘導其產生母系行為，這主要是因為雌激素、孕酮和催乳素等激素水平在孕期、產後和幼崽的養育過程中保持高水平狀態。其中對母愛行為影響最深刻也最具有特異性的當屬催乳素（Prolactin, Prl），主要由下丘腦背內側弓形核的結節多巴胺能神經元（Tuberoinfundibular dopamine,TIDA）分泌，其主要作用是促進乳腺生長發育並維持泌乳作用。但催乳素並不是女性專屬，男性也會分泌用以促進前列腺及精囊腺的生長。催乳素在大多數生理條件下的雄性或非孕期雌性中發揮較強的抑制作用。這種多巴胺介導的對催乳素釋放的抑制作用主要是通過激活產生催乳素的乳營養細胞上的D2多巴胺受體來實現的，當孕期引起的乳營養細胞的塑性變化引起多巴胺能的抑制作用減弱進而導致孕期和產後血液中催乳素的激增。
父性行為對後代照顧的相對貢獻在不同的物種之間，甚至在相同物種不同動物之間也明顯不同，目前對阻織和控制父系行為的機制仍然知之甚少。儘管越來越多的研究證實母性行為的神經與激素調控機制，但父性行為對後代或子女照顧的神經機制仍不清楚。2020年08月20日，瑞典卡羅林斯卡研究所Christian Broberger團隊在頂級刊物Cell雜誌在線發表題為『ANeuro-hormonal Circuit for Paternal Behavior Controlled by a HypothalamicNetwork Oscillation』的學術成果。該研究以Sprague-Dawley大鼠和C57BL/6J小鼠這兩種截然不同的父系行為動物為模型，證明了下丘腦亞區的多巴胺能神經元不同的網絡振蕩模式與低多巴胺釋放控制催乳素的分泌，進而調控父愛行為，揭示了催乳素在父愛表現中的關鍵作用。
2、實驗結果
2.1 TIDA神經元活性與多巴胺釋放和血清催乳素水平有關 2.1.1雄性大鼠和小鼠TIDA神經元具有不同的振蕩頻率偏好性
近期的一些研究表明雄性大鼠或小鼠抑制催乳素的TIDA神經元的節律性電活動有顯著的物種差異。作者也發現了類似的現象，由於大鼠是母系單親物種，而小鼠為雙親物種，雄性大鼠TIDA神經元以較強的緩慢振蕩放電，通常為0.17 Hz （圖1A, C, E）；而雄性小鼠TIDA神經元表現出更快的振蕩放電，通常為0.45 Hz（圖1B, D, E）。值得注意的是，雄性大鼠TIDA神經元在細胞水平、腦片水平和動物水平之間表現出同步化的振蕩頻率，而雄性小鼠TIDA神經元在不同水平之間的表現不協調，且以較快頻率為主導（圖1F-H）。
圖1 雄性大鼠和小鼠TIDA神經元具有不同的振蕩頻率偏好性
2.1.2 TIDA神經元的節律活動與多巴胺釋放密切相關那雄性大鼠和小鼠TIDA神經元振蕩節律的不同是否反映在神經元的輸出強度上呢？作者藉助光遺傳學方法給予TIDA神經元一定頻率的電刺激，並通過快速掃描循環伏安法記錄了正中隆起處多巴胺濃度（圖2A）。刺激頻率範圍為0.1-0.8Hz的光遺傳學電刺激作用與DAT-Cre轉基因小鼠後，誘發正中隆起出多巴胺釋放表現出劑量依賴性特點，即0.2Hz和0.4Hz的刺激引起不同程度的多巴胺釋放（圖2B）。當給與0.2 Hz光遺傳學電刺激時，正中隆起出的多巴胺信號迅速達到頂峰並保持高水平直至刺激終止（圖2C, D）；而給與0.4 Hz刺激時，多巴胺水平也有相似的動力學升高但迅速從峰值衰減（圖2E, F）。不同刺激頻率方案的結果表明，倒U型頻率-反應關係的峰值就在0.2 Hz附近（圖2G, H）。這些結果表明，多巴胺與催乳素之間的逆相關關係，增加了雄性大鼠和小鼠血清催乳素濃度不同的可能。
圖2 較慢的TIDA神經元節律活動維持多巴胺的釋放而更快的節律活動會導致TIDA終端處多巴胺的消耗
2.1.3單親型雄性大鼠與雙親性雄性小鼠血清中催乳素水平差異顯著接下來作者收集了雄性大鼠和小鼠尾巴處的血樣，藉助酶聯免疫吸附測定ELISA定量計算血清中催乳素的水平；同時由於採樣程序帶來的急性應激反應也測定了血清中皮質酮水平（圖3A, B, E），結果表明少部分血清樣本中因皮質酮水平升高而排除在進一步的催乳素測定與分析之外。使用標準化ELASI方案計算血清中皮質酮和催乳素的標準曲線來估算它們的絕對水平（圖3A, C），結果表明雄性小鼠血清催乳素的水平比無性經驗雄性大鼠和雄性大鼠高4-5倍（圖3D, E）。
圖3 雄性大鼠和小鼠血清中催乳素水平的差異
2.2 雄性大鼠與雄性小鼠內側視前區催乳素受體的激活水平差異明顯既然雄性大鼠和小鼠血清催乳素水平存在明顯差異，那這種差異是否會反應在大腦催乳素相關神經環路中呢？作者選擇內側視前區（medial preoptic area, MPOA）作為研究對象，該腦區在父母行為的調節中發揮重要作用，因此MPOA區域催乳素受體的激活對於母系行為的表達和後代的生存是必需的（圖4A）。信號轉導子和轉錄激活子（STAT5）的磷酸化是催乳素受體激活的關鍵下遊步驟，能可靠編碼催乳素信號轉導的信息。在無性經驗大鼠的MPOA區域僅觀察到偶發的pSTAT5免疫反應性細胞（圖4B, D, E）；而在新生雄性小鼠MPOA區域則表現出非常強烈的免疫反應（圖4C-E），這表明在MPOA是鼠類動物呈現父母活動有關的關鍵核團。
圖4A-E 雄性大鼠和小鼠內側視前區催乳素受體的激活水平不同
2.3 催乳素特異性激活內側視前區的神經肽甘丙肽神經元之前研究表明，表達神經肽甘丙肽（neuropeptidegalanin, Gal+）的MPOA神經元的激活可以驅動父母行為，因此作者接下來想驗證是否MPOA神經元能否被催乳素直接激活。作者運用全細胞膜片鉗技術記錄Gal-tdTomato無性經驗成年小鼠MPOA區域的Gal神經元，結果表明催乳素直接引起13個Gal神經元中的11個發生可逆去極化並誘發動作電位（圖4F, G）。在存在催乳素的情況下，Gal神經元的內在興奮性顯著增加，且隨著去極化激發頻率的增加而增加（圖4H-I）。同時，突觸前膜的自發興奮性輸入增加而自發抑制性輸入減少，這與MPOA Gal神經元的整體刺激相吻合（圖4J, K）。通過電壓鉗的斜率變化和藥理學實驗操縱Gal神經元電流變化表明，鉀離子通道介導了催乳素的突觸後去極化作用（圖4L, M）。
圖4 F-M 催乳素直接激活內側視前區的Gal+神經元
2.4 非父系大鼠和父系小鼠作者前面的研究已經表明單親系大鼠種和雙親系小鼠種在催乳素介導的父母行為中表現出明顯差異，那是否他們在照料後代的行為上是否存在顯著差異呢？作者設計了幼崽回籠測試，該測試由一個正方形的廣場組成，其中一半包含碎屑的用於休息的材料，另一半是6個幼崽（圖5A, B），然後在一小時時間內對參與實驗的有經驗的父系或母系大鼠或小鼠進行父母行為評分。在大多數測試中，兩個物種的母鼠在幼崽取回的持續時間、靠近幼崽的時間、蹲伏或築巢的時間等指標上都非常接近，但哺乳期大鼠花費更多時間餵食幼崽（圖5C-H）。
上述所有實驗結果證明，雄性動物TIDA神經元活性決定了血清催乳素水平並隨之激活設計父母行為的關鍵腦區及神經元，如MPOA。
圖5 單親系大鼠與雙親系小鼠的行為比較
2.5 催乳素激發了非父系動物的父愛行為那麼，人為增加血液中催乳素的水平是否能激發非親生雄性大鼠觸發父愛行為呢？作者通過腹腔注射一定劑量的催產素或生理鹽水，30分鐘後收集鼠系動物尾巴處的血清來確定血清催乳素水平並收集動物腦組織測定MPOA區域pSTAT5免疫螢光強度（圖6A）。腹腔注射催乳素後顯著提升了非親生雄性大鼠血清中催乳素的水平達到正常孕期大鼠的水平，並增強了MPOA區域神經元的pSTAT5的免疫螢光水平（圖6B-D）。為了激發更多的內源性催乳素的分泌，作者向無性經驗大鼠腹腔注射多巴胺D2受體拮抗劑，如抗精神病藥物氟哌啶醇或誘發高速酸血症的埃替普利，顯著提升了血清催乳素水平和MPOA神經元免疫螢光水平。
接下來作者繼續進行幼崽回籠測試實驗來探究催乳素對父愛行為的影響，結果表明，類似於基礎水平的行為表現（圖5），腹腔注射催乳素的無性經驗大鼠表現出高於基礎水平的更多的父愛行為，如蹲伏、接近幼崽的時間、幼崽餵食及張口等行為（圖6E-L）。這些結果表明，催乳素在父愛行為中作為準許增益控制信號，激發非父系物種的父愛行為。
圖6A-L提升催乳素水平增加非父系動物的父愛行為
2.6 光遺傳學抑制催乳素受體的活動減少了父愛行為即使已經證明增加催乳素水平可增加父愛行為，但降低催乳素水平是否可以降低已生育雄性小鼠的父愛行為呢？作者通過光遺傳學方法人為抑制催乳素受體的活動水平，顯著降低了已生育雄性小鼠MPOA區域的pSTAT5免疫螢光水平（圖6M-O），同時父愛行為的多個評估指標均受到重大損害（圖6P-W）。這些結果表明，催乳素反應性的MPOA神經元對父愛行為至關重要。
圖6M-W 降低催乳素水平減少了父愛行為
2.7 下丘腦節律性神經活動與父愛行為的光遺傳學調控為了驗證TIDA神經元節律性活動是否決定血清催乳素水平及相關的父愛行為，作者以光遺傳學方法重複了成年雄性小鼠在幼崽回籠測試期間TIDA神經元的振蕩頻率。在重複的幼崽回籠測試中，通過光遺傳學方法施加不同頻率的電刺激，並同時記錄父愛行為及實驗結束後採集血清催乳素。由於TIDA神經元本身自發性活動，我們光遺傳學抑制方法誘發神經元的周期性超極化，引起TIDA振蕩頻率的高保真控制（圖7A-E）。施加緩慢的0.2 Hz的刺激引起血清催乳素水平的顯著降低，損害了父愛行為，如幼崽回籠時間、第一隻幼崽回籠的潛伏期和築穴質量；當施加較快的0.4 Hz的刺激時並未引起血清催乳素水平的改變，而且已生育雄性小鼠的父愛行為與基線水平無異；類似地，給予0.1 Hz和0.8 Hz的光遺傳刺激也沒有引起父愛行為的改變（圖7F-J）。這些結果表明TIDA神經元振蕩頻率直接調節催乳素的釋放，進而調節父愛行為。
圖7 TIDA神經元的振蕩頻率調製血清催乳素水平和父愛行為
3、結論作者使用單親系大鼠和雙親系小鼠兩個不同的動物模型，藉助於光遺傳學技術、全細胞電生理記錄、行為學、分子生物學等技術手段證明以下主要結論：
3.1 物種特異性的下丘腦多巴胺能神經元節律活動與催乳素的釋放密切相關
3.2 血清催乳素為雄性動物照看幼崽等父愛行為中提供『母系』神經環路支持
3.3 光遺傳學調製TIDA神經元的振蕩頻率調節催乳素水平和父愛行為
3.4 內側視前區MPOA區域的催產素受體對父愛行為至關重要
4、參考文獻Stagkourakis, S., et al., ANeuro-hormonal Circuit for Paternal Behavior Controlled by a HypothalamicNetwork Oscillation. Cell, 2020. 182(4):p. 960-975 e15.
DOI: 10.1016/j.cell.2020.07.007
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