上海交通大学医学院徐天乐团队揭示恐惧记忆恢复机制神经环路
vHPC-LA通路启迪精神创伤治疗新方向
导语
2021年1月，上海交通大学医学院基础医学院徐天乐教授团队在National Science Review上发表论文 - “Input associativity underlies fear memory renewal”展示科研人员关于特定场景下(context-dependent)声音-电击偶联学习记忆消退(extinction)后恢复(renewal)机制最新研究成果，为证实输入联合性(input associativity)在恐惧记忆恢复过程中的重要作用提供依据；结合光遗传、病毒载体示踪技术、细胞标记等方法，探究了恐惧记忆恢复(renewal)的信息传递机制，证明了听皮层ACx (auditory cortex)和腹侧海马vHPC(ventral hippocampus)各自产生神经递质且共同作用于外侧杏仁核LA(lateral amygdala)，使得经过记忆消退训练的小鼠重新恢复特定环境下习得的相关恐惧性条件反射，同时证明海马体提供环境表征(contextual-representation)作用对于激发这类恐惧反射的影响。
习得性恐惧(也称为恐惧记忆)作为神经生物学领域的一个重要课题，过度的恐惧记忆是诱发焦虑症、抑郁症、创伤后应激障碍(PTSD)等情感和精神障碍的首要因素。其中，恐惧记忆重现机制是通过认知层面完全消除恐惧情绪的主要障碍。相关神经生物学机制，尤其是神经环路和分子机制成为有关研究的重要方向。
实验采用条件性恐惧反射范式，通过有害刺激(足部电击)和无害刺激(声音刺激)的同时作用，使小鼠对原本无害刺激产生条件性恐惧反应。随后对小鼠进行记忆消退训练，即在另一环境中只对小鼠进行无害刺激且不伴随有害刺激，并最终在训练场景中测试记忆重现的程度。
文章首先通过对照实验证明恐惧记忆恢复的过程中，条件刺激(conditioning stimulation)过程中产生的记忆印迹(memory engram)被重新唤醒。实验中小鼠被分为ABA renewal 和ABB test两组，A表示条件刺激的环境(试验箱地面为红色，renewal)，B表示消退环境(试验箱地面为蓝色，extinction)。两组小鼠均先在A环境中接受声音和电击刺激，而后在B环境中通过只接受声音刺激进行恐惧记忆的消退。最后，两组小鼠分别在A、B环境中接受声音刺激，记录其惊吓后的反应(freezing)时间，并通过ForTRAP技术切片检测海马外侧核细胞活性。
实验结果表明，两组小鼠LA神经元的活性相似，但是renewal组中小鼠LA中与学习相关的神经元比例更高(similar number of LA neurons are engaged in the fear renewal of learning-engaged LA cells compared with that happening by chance, whereas the extinction test reduced the number by more than half).
随后，实验进一步研究LA组织在恐惧恢复中的作用，通过在实验中对小鼠分别注入含有ArchT和ChR2基因的AAV(病毒)，通过植入光纤进行不同光波(绿光和蓝光)照射实现LA神经元的激活或抑制，结果表明LA神经元的兴奋度对恢复已消退的恐惧记忆至关重要(the renewal of extinguished fear).
通过对比实验，证明小鼠通过学习，仅对特定声音产生恐惧反应
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之后科研人员通过实验依次证明，LA神经元通过接受包括听觉细胞，以及具有环境表示功能的神经元(contextual-representation neurons)的共同传递(convergent inputs)，从而实现恐惧记忆恢复的功能；以及通过对光遗传实验数据的分析，两种传递的突触前联合性(presynaptic associativity)对用LA神经元的相关功能同样重要，以及通过光遗传方法特异性沉默ACx- LA通路能明显减少反应时间。
最后，科研人员通过利用光照分别直接刺激ACx-LA 和 vHPC-LA传递回路，以有无声音刺激为环境变量，在A和B环境下研究单回路的作用。结果表明，B环境(extinction)中给予声音刺激的一组小鼠，vHPC-LA回路能够引发恐惧记忆的恢复，而A环境(renewal)中无声音刺激的小鼠，ACx-LA回路则更为重要，从另一个角度佐证了双回路的重要性。
实验表明，ACx->LA(tone-related)和vHPC->LA(context-dependent)回路共同组成了LA组织中恐惧学习功能的细胞传递机制，突出了LTP(long-tern potentiation)中突触联合性(synaptic associativity)的机制；发现并验证了vHPC-LA回路的重要性，以及ACx-LA回路通过改变这一回路实现对恐惧恢复调节的潜在能力，为未来研究和治疗精神创伤和适应性行为提供新的思路。
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光遗传设备在探究特定神经区域在反射活动中的作用提供了关键支撑，通过植入实验体的光纤对特定脑区进行光照，控制相关区域神经元的抑制或兴奋状态，为探究脑区功能提供了有力的工具。
上海交通大学基础医学院徐天乐教授课题组李伟广研究员、博士后吴延娇和博士研究生谷雪为该论文的共同第一作者。李伟广研究员和徐天乐教授为该论文的共同通讯作者。
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作|者|介|绍徐天乐上海交通大学医学院特聘教授，博士生导师。现任上海交通大学医学院解剖学与生理学系主任，国家儿童医学中心（上海）儿童脑科学中心主任；中国生理学会副理事长、中国神经科学会常务理事、上海市神经科学会理事长以及Channels、ACS Chemical Neuroscience、Molecular Pain、Neuroscience Bulletin、Journal of Neurogenetics、Scientific Reports、Frontiers in Pharmacology of Ion Channel and Channelopathies等学术期刊的编委或副主编。获上海市自然科学奖一等奖（2019）和上海市育才奖（2019）等。
李伟广上海交通大学医学院解剖学与生理学系研究员，博士生导师。中国科学院神经科学研究所博士，上海交通大学医学院博士后。2014年加入上海交通大学医学院工作至今。主要研究方向为：1）离子通道与神经环路；2）学习记忆及相关脑疾病
参考文献：
[1] Li WG, Wu YJ, Gu X, Fan HR, Wang Q, Zhu JJ, Yi X, Wang Q, Jiang Q, Li Y, Yuan TF, Xu H, Lu J, Xu NJ, Zhu MX, Xu TL. Input associativity underlies fear memory renewal. Natl Sci Rev. 2021; nwab004. https://doi.org/10.1093/nsr/nwab004