杏仁核相關恐懼記憶神經(jīng)環(huán)路研究進展☆

劉蕊 李繼濤 司天梅

恐懼反應是指生物在進化過程中面對危險環(huán)境時所產(chǎn)生的一種適應性反應，所形成的恐懼記憶在個體再次面對危險情景時起警示作用，對人類和動物的生存具有重要意義[1]，但異常的恐懼記憶所引起的過度恐懼反應可導致精神疾病發(fā)生[2]。例如臨床上常見的創(chuàng)傷后應激障礙（post traumatic stress disorder，PTSD）便與高水平的恐懼狀態(tài)密切相關，提示異?？謶钟洃浛赡苁窃斐蒔TSD的主要原因之一[2]，故研究恐懼記憶的神經(jīng)環(huán)路對恐懼相關精神疾病的治療具有一定指導作用。杏仁核是參與恐懼記憶調(diào)控的核心腦區(qū)[3]，隨著研究技術的不斷進步，對以杏仁核為中心，前額葉和海馬等腦區(qū)共同參與的恐懼環(huán)路研究更加深入。本文主要綜述近年來杏仁核相關恐懼記憶神經(jīng)環(huán)路的研究進展，希望可為未來恐懼記憶的基礎研究與PTSD的臨床治療提供新方向。

1 恐懼記憶與經(jīng)典恐懼環(huán)路

后天的恐懼反應多為習得性行為，所形成的恐懼記憶包括記憶獲得、提取、消退及恢復等多個階段[3]。目前，對習得性恐懼記憶的研究多采用經(jīng)典的巴普洛夫條件性恐懼模型[3]，即將不能引起恐懼反應的無害性刺激——即條件性刺激（conditioned stimulus，CS），例如光、聲或環(huán)境，與單獨能引起恐懼反應的有害性刺激——即非條件性刺激（unconditioned stimulus，US），例如足底電擊，相結(jié)合引起機體對單獨CS的恐懼反應[3]。

早期研究表明，杏仁核為恐懼記憶調(diào)節(jié)的核心，可協(xié)同恐懼信息傳入與行為輸出的相關腦區(qū)共同組成恐懼記憶的經(jīng)典神經(jīng)環(huán)路[4]。以聲音刺激的條件性恐懼記憶環(huán)路為例，聽覺信息經(jīng)聽覺皮層及丘腦的內(nèi)側(cè)膝狀體核、后側(cè)板內(nèi)核等核團傳入杏仁核外側(cè)區(qū)（lateral nucleus of the amygdala，LA）的興奮性神經(jīng)元，隨后LA區(qū)神經(jīng)元直接投射至中央杏仁核（central nucleus of the amygdala，CeA）或間接經(jīng)基底杏仁核區(qū)（basal nucleus of the amygdala，BA）投射至CeA，最后CeA的抑制性中間神經(jīng)元下行投射至腦干和下丘腦相應區(qū)域（例如導水管周圍灰質(zhì)），進而產(chǎn)生恐懼行為[4]。

2 杏仁核相關恐懼記憶環(huán)路新進展

近年來，轉(zhuǎn)基因技術、光遺傳學、藥物遺傳學等新技術的應用，為探明精準的神經(jīng)元投射信息提供了可能，使經(jīng)典恐懼環(huán)路得到了進一步完善和拓展[7-11]。

2.1 杏仁核內(nèi)微環(huán)路對恐懼記憶的調(diào)節(jié)作為調(diào)節(jié)恐懼記憶的核心腦區(qū)，杏仁核具有顯著的亞區(qū)和亞細胞群特點[4-6]。亞區(qū)可分為基底外側(cè)杏仁核（basolateral amygdala，BLA）、CeA和分散的夾層細胞團（intercalated cell masses，ICMs）等[4]。其中，BLA可分為LA、BA等部分，由80%的谷氨酸能神經(jīng)元和 20%的 γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric acid，GABA）能中間神經(jīng)元組成[5]。CeA由中央外側(cè)核（lateral CeA，CeL）和中央內(nèi)側(cè)核（medial CeA，CeM）組成，神經(jīng)元構成皆為GABA能中型多棘神經(jīng)元[6]。而ICMs也分為多個部分，神經(jīng)元類型多為GABA能中間神經(jīng)元[6]。正是上述復雜的解剖結(jié)構與神經(jīng)元構成為杏仁核對恐懼環(huán)路的精細調(diào)節(jié)提供了基礎。

首先，研究表明，杏仁核的不同亞區(qū)對恐懼記憶有不同的調(diào)節(jié)作用。BLA是感覺信息傳入的主要腦區(qū)，其神經(jīng)元的活動可調(diào)節(jié)恐懼記憶的建立與恢復[7]。而ICMs介導BLA與CeA的信息傳遞，可在恐懼學習階段前饋抑制BLA區(qū)神經(jīng)元活動，也可負反饋抑制CeA，促進恐懼記憶的消退[8]。此外，CIOCCHI等[9]發(fā)現(xiàn)，通過光遺傳學等技術在小鼠條件性恐懼記憶建立階段，抑制CeL區(qū)神經(jīng)元活性可損害恐懼記憶的獲取，激活CeM可增強恐懼的表達[9]，提示CeA除介導恐懼反應輸出外，還可調(diào)節(jié)恐懼記憶的其他階段，且具有亞區(qū)特異性。

另外，杏仁核對恐懼行為的調(diào)控也具有細胞特異性。例如，研究發(fā)現(xiàn)，杏仁核BA區(qū)的錐體神經(jīng)元（pyramidal cell，P-cell）存在恐懼細胞、消退細胞和消退抵抗細胞三種類型[7]，其神經(jīng)元的活動與該區(qū)域內(nèi) parvalbumin陽性（PV+）、cholecystokinin 陽性（CCK+）中間神經(jīng)元的興奮性有關[10]。 同時 WOLFF等[11]報道，BLA區(qū)的 PV+和 somatostatin陽性（SOM+）神經(jīng)元還可根據(jù)刺激類型的不同對P-cell不同部位產(chǎn)生去抑制作用，進而調(diào)節(jié)P-cell對不同刺激的反應性。此外，CeA在調(diào)節(jié)中也具有細胞特異性[12]。例如，CS刺激小鼠后其CeL內(nèi)存在興奮性增強的CeL-On神經(jīng)元和興奮性減弱的CeL-Off神經(jīng)元，CeL-On神經(jīng)元可通過抑制CeL-Off神經(jīng)元的活動，引起CeM神經(jīng)元脫抑制，興奮性增加，間接調(diào)控恐懼行為的表達[12]。其中，需要注意的是，CeL內(nèi)的神經(jīng)元除間接通過CeM調(diào)節(jié)導水管周圍灰質(zhì)（periaqueductal gray，PAG）活動外，還可與 PAG 形成長程神經(jīng)投射，獨立于CeM直接調(diào)節(jié)恐懼記憶，且該通路與SOM+神 經(jīng) 元 相 關[13]。

綜上，機體面對恐懼刺激時，LA區(qū)的P-cell在接受丘腦和皮層的投射信息后被激活，一方面BLA內(nèi)P-cell的各亞細胞群可在恐懼記憶的不同階段特異性激活，且興奮性受該區(qū)域多種抑制性神經(jīng)元（例如PV+、SOM+神經(jīng)元）調(diào)節(jié)。另一方面P-cell可直接投射至CeM，或間接投射至CeL亞區(qū)內(nèi)的CeL-On神經(jīng)元，通過抑制CeL-Off神經(jīng)元的活性，引起CeM內(nèi)中間神經(jīng)元去抑制，使PAG區(qū)神經(jīng)元興奮性增加，最終影響恐懼行為的表達。此外CeL的SOM+神經(jīng)元還可直接與PAG形成長程神經(jīng)投射，獨立地調(diào)節(jié)恐懼行為。故杏仁核內(nèi)存在多條微環(huán)路共同調(diào)控恐懼記憶的不同階段，且各環(huán)路的調(diào)節(jié)具有亞區(qū)與亞細胞特異性。

2.2 杏仁核—前額葉恐懼環(huán)路早期研究結(jié)果表明，前額葉的邊緣前區(qū)（prelimbic，PL）和邊緣下區(qū)皮層（infralimbic，IL）分別介導恐懼記憶的表達和消退過程[4]，但未闡明上述亞區(qū)特異性調(diào)節(jié)的具體環(huán)路機制。SENN等[14]發(fā)現(xiàn)，在恐懼記憶消退階段抑制BA-PL通路可減少小鼠的恐懼反應，抑制BA-IL通路則產(chǎn)生相反效應。此外，BA區(qū)的恐懼細胞主要投射至PL區(qū)，且恐懼表達時細胞的興奮性顯著增加[14]；相反，消退細胞主要投射至IL區(qū)，參與恐懼的消退過程[14]。以上結(jié)果表明，BA可能是介導內(nèi)側(cè)前額葉 （medial prefrontal cortex，mPFC）與杏仁核連接的主要腦區(qū)。另外，COURTIN等[15]發(fā)現(xiàn)，CS刺激小鼠背內(nèi)側(cè)前額葉PV+神經(jīng)元后可抑制PV+神經(jīng)元自身興奮性，間接增強mPFC錐體神經(jīng)元活性，且對神經(jīng)元θ共振進行重調(diào)，動態(tài)調(diào)節(jié)恐懼反應[15-16]，提示 mPFC內(nèi)存在抑制性微環(huán)路，間接調(diào)節(jié) BA與杏仁核間的神經(jīng)投射，進而對恐懼記憶進行精細調(diào)控。

2.3 杏仁核—海馬恐懼環(huán)路海馬與杏仁核之間存在復雜的纖維投射[17]，可介導條件性恐懼過程中環(huán)境信息的輸入與整合[18-21]。研究發(fā)現(xiàn)，抑制小鼠背側(cè)海馬（dorsal hippocampus，dHPC）CA1神經(jīng)元活動可即刻阻斷情景性條件性恐懼記憶的形成和恢復[18]，而阻斷大鼠該區(qū)域內(nèi)神經(jīng)元記憶存儲相關蛋白的合成及環(huán)磷酸腺苷反應元件結(jié)合蛋白的功能，可抑制恐懼反應的泛化[19]。同時，小鼠腹側(cè)海馬（ventral hippocampus，vHPC）可直接投射至BA區(qū)的恐懼細胞[7]，而阻斷小鼠vHPC至BA區(qū)的神經(jīng)投射可抑制恐懼記憶的恢復[20]，提示vHPC神經(jīng)元與恐懼細胞間可能存在調(diào)節(jié)恐懼表達的通路。此外，STEFANELLI等[21]還發(fā)現(xiàn)，小鼠海馬齒狀回的SOM+中間神經(jīng)元可通過抑制顆粒細胞的功能間接調(diào)節(jié)環(huán)境性恐懼記憶的恢復過程。以上結(jié)果表明杏仁核—海馬恐懼環(huán)路對環(huán)境性恐懼記憶有特殊調(diào)控作用，且可能與兩個腦區(qū)不同的亞細胞群有關。

綜上，杏仁核內(nèi)部及前額葉、海馬與杏仁核間的神經(jīng)環(huán)路在恐懼記憶調(diào)節(jié)中起關鍵作用，上述環(huán)路受不同亞區(qū)內(nèi)各微環(huán)路共同調(diào)控，并具有細胞亞群特異性（如圖1所示）。目前，杏仁核相關恐懼環(huán)路的研究雖然對恐懼記憶神經(jīng)環(huán)路進行了完善與補充，但仍存在一定局限性。首先，多腦區(qū)涉及的多環(huán)路共同參與恐懼記憶的調(diào)節(jié)過程，但各環(huán)路之間如何相互作用與協(xié)調(diào)仍不清楚。其次，大量研究表明，5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、多巴胺、谷氨酸等中樞神經(jīng)遞質(zhì)可通過改變杏仁核、前額葉等腦區(qū)內(nèi)神經(jīng)元的活動來影響恐懼記憶[22-24]，但上述神經(jīng)遞質(zhì)與相應受體如何具體調(diào)控杏仁核相關恐懼環(huán)路的研究仍然缺乏。此外，已有的環(huán)路研究多側(cè)重于正常恐懼記憶的調(diào)節(jié)過程，極少探討病理性異?？謶钟洃浀沫h(huán)路改變，其基礎研究結(jié)果難以直接轉(zhuǎn)化到臨床治療中，未來的研究需結(jié)合臨床實際情況進一步完善。

圖1 杏仁核相關恐懼記憶神經(jīng)環(huán)路模式圖

3 杏仁核相關恐懼環(huán)路與PTSD

與基礎研究相似，臨床研究表明PTSD患者存在杏仁核相關恐懼環(huán)路的異常[25-27]。例如，AGHAJANI等[25]發(fā)現(xiàn)，患PTSD的青少年右側(cè)杏仁核BLA區(qū)與前扣帶回及內(nèi)側(cè)前額葉連接減弱，CeM與眶皮層和胼胝體連接增強，同時伴有BLA和CeM區(qū)灰質(zhì)的減少。此外，PTSD患者在靜息狀態(tài)下杏仁核、海馬等多個邊緣系統(tǒng)腦區(qū)活動增強，前額葉、島葉等腦區(qū)功能減弱[26]。情緒反應時亦存在杏仁核與背側(cè)前扣帶回的異常激活，腹內(nèi)側(cè)前額葉與杏仁核的功能連接較健康對照減弱，且上述異常與疾病的嚴重程度密切相關[27]。同時在臨床治療中發(fā)現(xiàn)，PTSD的一線治療藥物5-HT再攝取抑制劑 （selective serotonin reuptake inhibitors，SSIRs）可影響患者杏仁核對情緒刺激的反應[28]。例如，恐怖癥患者經(jīng)舍曲林治療后可減弱杏仁核對恐懼面孔的反應[28]。經(jīng)帕羅西汀治療12周的PTSD患者在情感調(diào)節(jié)過程中背外側(cè)前額葉的活動較治療前也顯著增加[29]。另外，在PTSD患者的心理治療中發(fā)現(xiàn)，認知療法可增強杏仁核與額頂葉的環(huán)路連接，暴露療法可增加額極皮層神經(jīng)元的活性并加強與腹內(nèi)側(cè)前額葉的連接，且杏仁核、前額葉等腦區(qū)神經(jīng)元反應性的改變程度與治療效果密切相關[30-31]。故上述藥物治療與心理治療的研究結(jié)果也間接提示PTSD的癥狀可能與恐懼環(huán)路相關腦區(qū)的功能異常有關。

4 杏仁核相關恐懼環(huán)路在臨床治療中的展望

目前，臨床上多使用暴露療法、認知療法與抗抑郁藥物相結(jié)合的方法治療PTSD，但治療中存在療效差，癥狀易復發(fā)等現(xiàn)象[30]，故如何根據(jù)癥狀特點，特異地干預異常神經(jīng)通路對PTSD的精準治療具有重要意義。近年基礎研究已對PTSD相關恐懼微環(huán)路及亞細胞功能進行深入研究，但仍需與臨床PTSD患者的MRI、PET等腦功能影像研究相結(jié)合，將微環(huán)路與亞細胞群的特異性在臨床研究中進行對應與轉(zhuǎn)化。在治療方面，傳統(tǒng)的精神類藥物和給藥方式具有多靶點性和作用廣泛的特點，治療效果針對性差并易出現(xiàn)副作用，但最新的腦內(nèi)納米顆粒給藥技術使得今后藥物的定時、定點治療甚至是特定干預神經(jīng)環(huán)路成為可能[32]。此外，除藥物及心理治療外，經(jīng)顱磁刺激等腦刺激物理療法已應用于精神疾病的臨床治療中[33]，但尚未結(jié)合神經(jīng)環(huán)路異常的病理學基礎達到刺激部位與刺激參數(shù)的精確治療，仍有待改善。相信隨著未來研究的完善和技術的進步，靶點定向調(diào)控PTSD患者不同癥狀所對應的異?？謶治h(huán)路或亞細胞群功能將會成為未來PTSD藥物研發(fā)或腦電干預的新方向。