動物行為是一個系統而複雜的機體活動，不但與遺傳和環境因素有關，也深受腸道的共生微生物的影響[1]。共生微生物不僅影響了宿主的代謝和免疫活動，還深刻地影響著宿主的行為，包括焦慮、認知和社會活動等[2]。攻擊行為是動物個體之間為爭奪資源而發生打鬥的一種高級社會行為，廣泛地存在於各類動物中，包括模式動物果蠅[3，4]。攻擊行為使得優勝者獲得控制重要資源的權利，包括食物、領域和配偶等，而失敗者則喪失公平分享資源的機會，即“勝者為王，敗者為寇”。研究模式動物的攻擊行為有助於理解這一高級社會行為產生以及調控的機理。現時，在模式動物小鼠和果蠅中，調控攻擊行為的神經環路機制已經得到較為深刻的研究，但是共生微生物是否影響以及如何影響宿主的攻擊行為仍然未知。
2021年5月11日，東南大學生命科學與技術學院潘玉峰課題組與山西醫科大學汾陽學院劉威課題組在Nature Communications上合作發表題為Gut Microbiome Modulates Drosophila Aggression through Octopamine Signaling的研究論文[5]，報導了共生微生物調控果蠅攻擊行為的機制。
研究發現，相比於常規飼養果蠅，無菌果蠅的多種本能行為包括運動能力、睡眠、求偶行為並無异常，然而，無菌果蠅的攻擊行為顯著减少，這包括打鬥頻率的降低和打鬥潜伏期的延長。研究進一步發現，在果蠅飼養食物中補充特定的細菌，可以有效地挽回經過經過無菌處理的果蠅的攻擊行為。有趣的是，共生微生物促進宿主果蠅的攻擊行為還需要保證充足的食物營養；在營養匱乏的情况下，共生微生物並不能促進宿主果蠅的攻擊行為。同時，共生微生物與食物營養對果蠅攻擊行為的促進存在一個關鍵發育期，即在果蠅幼蟲取食的主要階段（二齡和三齡幼蟲）。這些研究結果揭示了發育早期的營養訊號以及共生微生物協同促進了成年果蠅的攻擊行為。
章魚胺（Octopamine）是一類已報導促進果蠅攻擊行為的神經遞質[6]。研究發現，共生微生物與食物營養協同促進了三齡幼蟲以及成蠅腦內章魚胺的表達水准，進而促進了成年果蠅的攻擊行為。值得一提的是，儘管無菌果蠅的求偶行為正常，當一隻無菌雄性果蠅與正常飼養的雄性果蠅競爭性向雌蠅求偶時，無菌果蠅的交配成功率顯著降低。由於果蠅長期以腐爛的水果（存在大量微生物）為食，幼蟲也生長在這些食物上，其交配行為往往也是聚集在食物上，該研究針對食物營養與微生物在發育階段協同促進神經遞質章魚胺的表達，以促進攻擊行為而增强繁殖優勢的發現，也在進化上深化了對於共生微生物介導宿主攻擊行為的理解。
果蠅與微生物的共生促進其攻擊行為。
綜上，該研究成果發現共生微生物與營養訊號協同調控宿主攻擊行為的機制，極大地豐富了我們對微生物調控宿主高級社會行為的認知，也為將來利用腸道菌群調節社交行為异常提供了新的理論基礎。該項目獲得科技部重點研發計畫、國家自然科學基金等專案資助。
原文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-021-23041-y
參考文獻：
1.Lynch，J.B. and E.Y. Hsiao，Microbiomes as sources of emergent host phenotypes.Science，2019.365（6460）：p. 1405-1409.
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3.Anderson，C.A. and B.J. Bushman，Human aggression.Annu Rev Psychol，2002.53：p. 27-51.
4.Hoopfer，E.D.，Neural control of aggression in Drosophila.Curr Opin Neurobiol，2016.38：p. 109-18.
5.Jia，Y.，S. Jin，K. Hu，L. Geng，C. Han，R. Kang，Y. Pang，E. Ling，E. Tan，Y. Pan，and W. Liu，Gut microbiome modulates Drosophila aggression through octopamine signaling.Nature Communications，2021.12（2698）.
6.Zhou，C.，Y. Rao，and Y. Rao，A subset of octopaminergic neurons are important for Drosophila aggression.Nat Neurosci，2008.11（9）：p. 1059-67.
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