生命科学
Life science
在动物界，求偶、社交、领地防御等行为常常体现出明显的性别差异——雄性和雌性往往对同一种气味或信息素做出截然不同的反应。这种“性别二态性”行为的根源，在于两性神经系统在检测、处理与整合化学信号时的不同策略。
近日，上海科技大学童夏静课题组、东南大学潘玉峰课题组、上海交通大学医学院李乾课题组，联合在Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Neurosciences发表综述文章“Sexual dimorphism in pheromone perception across worms, flies, and rodents”，系统梳理了秀丽隐杆线虫（C. elegans，简称线虫）、果蝇（Drosophila）和以啮齿类动物（Rodents）为代表的哺乳动物中信息素感知的性别差异神经机制，揭示了跨物种的共同原理与演化策略。
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一、从染色体到神经系统：性别是如何被“写入”大脑的
尽管进化路径各异，不同动物的性别决定方式都遵循着相同逻辑——遗传与激素信号共同塑造神经系统的性别特征。
在线虫中，性别由X染色体数量决定，关键性别决定基因触发体细胞的性别特异性分化，让雄性与雌雄同体在神经连接上形成差异；在果蝇中，性别决定基因调控特定转录因子的剪接模式，产生性别特异的蛋白，进而决定了特定神经元在数量与连接方式上的两性差异；在哺乳动物中，Y染色体上的性别决定基因Sry决定性腺的分化，随后由性激素在发育早期和青春期共同塑造出具有性别差异的大脑结构和功能。此外，Y染色体上Sry之外的其它基因，以及雌性X染色体失活机制也对此有贡献（图1）。
无论起点如何，这些机制都遵循着同一个原则：性别信息被“编码”进神经发育过程，从而塑造出性别特异的脑。
图1：线虫、果蝇和啮齿动物体细胞性别决定机制的示意图
二、两性的大脑对同一气味有不同的解读
性别特异的大脑形成后，便可介导性别特异的行为，其中性别特异的化学感知行为是最典型的例子之一。在人类和动物世界中，气味尤其是信息素是一种隐秘的交流“语言“。许多动物依靠信息素来识别同类、吸引配偶或划定领地，而雄性与雌性在对这些化学信号的感知和解读上，却表现出惊人的差异。
研究发现，两性的神经系统在处理信息素时“线路不同”。雄性通常对雌性释放的性信息素高度敏感，这些信号会激活与求偶和交配相关的脑区；而雄性信息素会促进雌性的交配接受，同时诱导其他雄性产生攻击行为。即便是同一种气味，雌性可能感到“吸引”，雄性却可能觉得“警觉” ——这正是大脑中性别特异神经回路的作用结果。此外，雌性在不同生理状态下（如发情周期、怀孕期）对信息素反应也会发生显著变化，揭示了内在状态也对感知神经环路进行动态调控。
三、性别差异的神经组织策略
那么，介导上述性别特异化学感知行为的神经环路基础是什么？又是在哪个层级体现出两性差异的？比较分析显示：在线虫中，性别差异最早出现在感觉输入层级，单个感觉神经元即可改变行为的趋避方向；而在果蝇与小鼠中，外周化学感知感知通路在两性间差异较小，性别差异则集中于中枢整合节点——果蝇的 pC1神经元，小鼠的内侧杏仁核（MeA）、终纹床核（BNST）及下丘脑腹内侧核（VMH）。这些神经枢纽通过神经连接强度、激活阈值与激素敏感性的差异，决定了性别特异的行为输出（图2）。
图 2：线虫、果蝇与啮齿动物中信息素加工的性别二态性示意图。三种模式动物均表现出从外周感受至中枢整合的性别差异：线虫主要在感觉外周（如性特异神经元与受体表达）形成二态性；果蝇在高阶整合中心（如pC1神经元）表现显著差异；啮齿动物的性别差异主要出现在杏仁核至下丘脑的整合通路中（MeA→VMH/MPA）。红框标示出具有性别差异的关键神经环路节点。
四、跨物种共性的神经组织原则
基于以上研究，作者们提出了两条跨物种共性的神经组织原则：
1. 尺度缩放原则（Scaling principle）：随着神经系统复杂度与神经元数量的增加，性别差异的“焦点”从外围感觉层逐步转向中枢整合层。
2. 门控机制（Gating motif）：内在生理状态（如激素、代谢或社会经验）可通过调控少数核心神经节点（线虫的RMG神经元、果蝇的pC1神经元、小鼠的 MeA/BNST/VMH脑区），实现情境依赖的性别特异行为。
五、总结与展望
本综述针对线虫、果蝇和以啮齿动物为代表的哺乳动物，从性别决定机制到性别特异的信息素处理机制做了系统的跨物种比较，在总结物种特异性的调控机制的同时，提出了跨物种共性的神经组织原则。作者提出，性别差异并非局限于某个特定感觉系统的特化，而是进化上保留下来的神经系统组织策略，即一种在繁殖需求与生态适应之间实现平衡的普遍设计原则。未来，这些“比例缩放”和“门控”原则可能延伸至视觉、听觉等其他感觉系统，为理解神经系统中的“性别之脑”提供新的框架。
论文作者介绍
李乾
研究员
李乾，上海交通大学医学院研究员，博士生导师。本科毕业于中国科学技术大学，博士毕业于中国科学院上海生化细胞所（导师：鲍岚），之后在美国哈佛医学院从事博士后研究（导师：Stephen Liberles），2016年10月加入上海交通大学医学院，获得国家优秀青年基金、上海市曙光计划、上海市青年东方学者和上海市浦江人才等项目资助。长期从事嗅觉受体功能和调控的研究，分别从特异嗅觉受体家族的基因表达调控、蛋白识别配体机制及特定功能等方向进行探究。通讯作者（含共同）研究论文发表在Nature、Cell、Nature Communications、Molecular Biology and Evolution、PNAS和eLife等学术期刊。
实验室网页：www.qianlilab.org
潘玉峰
教授
潘玉峰，东南大学首席教授，博士生导师，东南大学新生学院执行院长。本科毕业于南开大学物理学院，博士毕业于中国科学院生物物理研究所，之后于美国霍华德休斯医学研究所詹宁斯研究中心从事博士后研究，2014年9月加入东南大学，先后获得国家优秀青年基金、江苏省杰出青年基金、江苏省双创人才等项目资助。长期从事动物行为的遗传与神经生物学机制的研究，特别是本能与社交行为的分子与神经机制。通讯作者研究论文发表在Cell、Nature Communications（3）、PNAS（3）、eLife（2）、Cell Reports、EMBO Reports、Research、Science China Life Sciences等学术期刊。
实验室网页：www.panylab.org
童夏静
研究员
童夏静，上海科技大学生命学院研究员，博士生导师。本科毕业于中国科学技术大学，博士毕业于中国科学院生化细胞所（导师：周金秋），2011年起在美国哈佛大学医学院/麻省总医院开始博士后训练（导师：Joshua Kaplan），于2017年入职上海科技大学担任研究员。荣获教育部青年长江学者、上海市东方英才计划（拔尖）、高校特聘（东方学者）、浦江人才等。研究工作从遗传因素和环境因素来解析动物行为和生理两性差异的神经基础，近五年以通讯作者发表研究工作于Nature Communications、Journal of Cell Biology、Cell Reports和eLife等。担任Genetics杂志副主编、上海市神经科学学会女科学家工作委员会主任、中国神经科学学会女科学家工作委员会副秘书长、神经发育与再生分会委员、突触神经可塑性分会委员、中国细胞生物学学会（青年工作委员会和神经细胞生物学分会）委员。
实验室网页：https://slst.shanghaitech.edu.cn/txj/main.htm
相关论文信息
相关研究发表在Cell Press细胞出版社
旗下期刊Trends in Neurosciences，
▌论文标题：
Sexual dimorphism in pheromone perception across worms, flies, and rodents
▌论文网址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0166223625002206
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.tins.2025.10.007