Mol Psychiatry | 李偉廣徐天樂江帆合作揭示恐懼消退記憶的動態印跡網路機制

優惠活動火熱進行中，點選以下連結瞭解活動詳情

和元生物·元載體，實業報國！AAV包裝3980元、慢病毒包裝1980元，好用不貴，只為讓基因遞送觸手可及

恐懼記憶是生物體適應複雜生存環境的保護性機制之一。然而，過度的、不合理的恐懼記憶對機體卻是極其有害的，是導致抑鬱症、焦慮症、創傷後應激障礙等重大情感和精神障礙的首要因素。作為生物體進化出的靈活應對恐懼記憶的重要機制，消退訓練（Extinction）是透過形成新的消退記憶用以對抗固有恐懼記憶的認知過程。消退記憶是機體透過調整學習行為以適應複雜環境變化的生理基礎，具有極為重要的理論和現實意義。現有的恐懼記憶消退策略是從認知層面減低恐懼情緒，是當前相關神經精神疾病治療的主要治療手段，然而這種方法並不能完全消除恐懼記憶：新形成的消退記憶容易遺忘或丟失，導致固有的恐懼記憶再次出現（記憶重現， Renewal）或自發恢復（Spontaneous recovery）。

恐懼記憶重現會進一步滋生絕望情緒甚至引起重度抑鬱乃至自殺。因此，恐懼記憶消退-重現轉換的神經環路和分子機制，是腦認知和腦疾病研究前沿的重大“痛點”問題。針對這一問題，2021年徐天樂團隊發表於National Science Review雜誌的論文揭示了恐懼記憶消退-重現轉換的場景依賴性以及感覺輸入聯合性的突觸整合規律，為制定針對抑鬱症、焦慮症等神經精神疾病的新型干預策略提供了科學依據。另一方面，解析恐懼消退形成新記憶的大腦物質基礎，刻畫消退記憶儲存和動態表達的基本規律，亦可以為相關神經精神疾病治療提供有效手段。

2022年7月8日，復旦大學腦科學轉化研究院李偉廣研究員、上海交通大學基礎醫學院徐天樂教授團隊和國家兒童醫學中心（上海）、上海交通大學醫學院附屬上海兒童醫學中心江帆教授團隊合作在Molecular Psychiatry雜誌上發表“Dynamic tripartite construct of interregional engram circuits underlies forgetting of extinction memory”的研究論文。研究針對恐懼記憶消退過程中新形成的消退記憶，發現了以內側前額葉皮層（medial prefrontal cortex， mPFC）為中心的消退記憶印跡神經網路，揭示了消退記憶印跡網路的工作模型，以及跨腦區消退記憶印跡神經連線的動態變化規律，為理解抑鬱症、創傷後應激障礙等神經精神疾病治療後復發提供了科學依據。

結果

01

消退記憶印跡神經元的分佈

首先，作者運用聲音-電擊偶聯恐懼記憶行為學正規化結合基於神經活性細胞群靶向重組技術的記印跡細胞標記方法（FosTRAP策略）探究消退記憶的印跡細胞基礎。將FosTRAP2 x H2B-GFP雙轉基因小鼠給予1天的聲音-電擊偶聯恐懼學習訓練（Conditioning A），隨後小鼠接受3天的消退記憶訓練（Extinction B），並在第3天消退訓練前30 min給予小鼠4-羥基他莫西昔芬（4-OHT）處理，促使在記憶消退過程中啟用的神經元表達H2B-GFP（圖1a），結果發現消退記憶印跡細胞儲存在內側前額葉皮層（medial prefrontal cortex， mPFC）、基底外側杏仁核（basolateral amygdala， BLA）和腹側海馬（ventral hippocampus， vHPC）、丘腦等多個腦區（圖1b，c）。

上述雙轉基因小鼠接受“恐懼記憶消退測試”（ABB測試）或“恐懼記憶重現測試”（ABA測試）（圖1d），行為學結果顯示，恐懼重現測試引起小鼠更強的恐懼反應（圖1e）且c-fos染色結果顯示恐懼記憶重現時伴隨著消退記憶印跡神經元的抑制。而記憶消退時伴隨著這類神經元的再啟用（圖1f-h）。

圖1 消退記憶印跡神經元的分佈

02

消退記憶印跡細胞的雙向操縱控制消退記憶的提取

為研究消退記憶印跡細胞群在恐懼記憶相關行為中的調控作用，研究者在TRAP2（Fos2A-iCreER）小鼠mPFC中注射AAV-EF1α-DIO-NpHR3。0-EGFP病毒，並埋入光纖，隨後小鼠接受恐懼記憶行為學正規化（圖2a）。結果顯示，在消退記憶測試階段，藉助光遺傳學技術抑制消退記憶印跡細胞群，可引起小鼠更強烈的恐懼反應，表現為小鼠的木僵行為（freezing）增加（圖2b）。

隨後，研究者將AAV-EF1α-DIO-ChR2（E123T/T159C）-mCherry病毒注射於TRAP2小鼠mPFC中，並埋入光纖（圖2a）。發現光遺傳啟用消退記憶印跡細胞群，可導致在恐懼記憶重現測試中小鼠的木僵行為明顯下降（圖2c），提示了啟用這類印跡細胞群可促進恐懼記憶消退，抑制記憶重現。

同樣地，光遺傳學分別失活或啟用BLA和vHPC中相關的記憶印跡細胞可抑制或促進恐懼記憶的消退（圖2d-g）。這些結果提示了，記憶消退印跡細胞對於消退記憶提取的充分必要性。

圖2 消退印跡細胞的雙向操縱控制消退記憶的提取

03

BLA→mPFC和vHPC→mPFC印跡環路介導消退記憶的提取

接下來，作者藉助光遺傳學技術分別抑制或啟用FosTRAP2 x H2B-GFP雙轉基因小鼠BLA和vHPC中消退記憶印跡細胞，恐懼記憶條件行為學正規化結果發現，BLA和vHPC印跡細胞與mPFC印跡細胞之間存在定向的功能連線（圖3）。藉助病毒示蹤技術發現，mPFC印跡神經元接受來自於BLA印跡神經元（BLA→mPFC）和vHPC印跡神經元（vHPC→mPFC）的單突觸輸入（圖4a，b）。

圖3 BLA和vHPC印跡細胞與mPFC印跡細胞之間存在定向的功能連線

為直接驗證BLA、vHPC和mPFC記憶印跡細胞之間的定向突觸聯絡，研究者在TRAP2小鼠mPFC注射AAV-EF1α-DIO-TetTox-EGFP病毒，BLA或vHPC注射AAV-DIO-ChR2-mCherry病毒（圖4c）。發現破傷風毒素輕鏈TetTox失活mPFC印跡神經元，光遺傳啟用BLA或vHPC印跡細胞無法逆轉恐懼重現（圖4d，f）；在相反的方向上，阻斷BLA或vHPC的突觸傳遞，同時啟用mPFC印跡神經元則可以逆轉恐懼重現，促進消退記憶表達（圖4e，g）。這些結果提示了mPFC作為消退記憶印跡網路的中樞，透過自下而上的傳輸模式整合來自BLA和vHPC的印跡特異性輸入，進而調控消退記憶。

圖4 消退記憶提取依賴於BLA→mPFC和vHPC→mPFC印跡環路

04

不同腦區印跡神經元間突觸連線的動態重塑調控了消退記憶的提取

記憶印跡突觸的穩定性是記憶強度維持的物質基礎。然而，消退記憶並不穩定，其對恐懼記憶的抑制作用會隨著時間的推移慢慢減弱，即固有恐懼記憶的復發，稱為自發恢復（spontaneous recovery）。這可能是由於消退記憶印跡細胞啟用不足導致的。基於此，研究人員藉助光遺傳結合電生理策略檢測了消退訓練一個月後，BLA→mPFC印跡細胞和vHPC→mPFC印跡細胞在自發恢復時的突觸連線變化（圖5a-c）。結果顯示，與非印跡神經元相比，BLA→mPFC和vHPC→mPFC印跡神經元在自發恢復時配對脈衝比值（paired-pulse ratios， PPRs）明顯升高，提示了印跡神經元突觸前遞質釋放能力減弱，同時，經過再次的消退訓練後，BLA→mPFC和vHPC→mPFC印跡神經元突觸強度得以重建（圖5d，e）。透過比較AMPAR/NMDAR比值，觀察到了類似的變化，提示了自發恢復與消退記憶印跡神經元突觸後適應性丟失有關（圖5f，g）。此外，在相反的方向上（mPFC→BLA），無上述突觸變化（圖5h-j）。這些結果提示了，恐懼記憶自發恢復可能是由於特定方向的消退記憶印跡神經元突觸連線強度減弱導致的。

圖5 消退記憶印跡連線的動態重塑

最後，研究者驗證印跡神經元突觸的可逆性。藉助AAV病毒載體在FosTRAP2 x H2B-GFP雙轉基因小鼠的BLA和vHPC印跡神經元中表達ChR2，在mPFC中埋入光纖。結果顯示，藉助光遺傳高頻刺激誘發LTP可抑制恐懼記憶的自發恢復，這與自發恢復前再次消退訓練的強度相當（圖6a，b）。此外，研究者藉助在體光纖記錄發現，光誘導LTP後光刺激上游BLA和vHPC印跡神經元可導致下游mPFC印跡神經元活性顯著增加（圖6c-g）。這些結果提示了，BLA→mPFC和vHPC→mPFC印跡神經元之間的突觸連線介導了消退記憶提取。

圖6 光控LTP增強印跡連線促進消退記憶的提取

結論

本文藉助病毒載體示蹤技術、TRAP記憶印跡細胞標記技術、行為學、光遺傳學、電生理、在體光纖記錄等多種技術手段，系統研究了恐懼消退中形成的新記憶—消退記憶，在記憶印跡細胞群及其互相連線構成的印跡環路和印跡網路層面，揭示了消退記憶印跡神經元的工作模式，解析了跨腦區印跡神經連線強度的動態變化規律，為加深理解消退記憶容易遺忘或失效的行為學特徵提供了最直接的神經生物學證據。同時也為情感障礙性腦疾病尤其是難治性（易復發）抑鬱症和焦慮症等疾病的治療提供全新思路。

上海交通大學基礎醫學院博士研究生谷雪和博士後吳延嬌為該論文的共同第一作者。復旦大學李偉廣研究員、上海交通大學基礎醫學院徐天樂教授和上海交通大學醫學院附屬上海兒童醫學中心江帆教授為該論文的共同通訊作者。

該研究得到了科技創新2030 —“腦科學與類腦研究”重大專案、國家自然科學基金、上海市級科技重大專項、上海市科委重點專案、上海市教委創新團隊、上海交通大學基礎醫學院基礎醫學前沿研究中心原創探索類青年支援專案等專案的支援。該研究還得到了加拿大多倫多大學王路陽院士、美國德克薩斯大學休斯頓健康科學中心朱曦教授、上海交通大學基礎醫學院徐楠傑研究員等的合作支援。

和元生物有幸為研究者提供實驗中使用的AAV病毒載體，助力神經科學研究！

業務諮詢

更多活動詳情可長按或掃描下方二維碼，填寫表單，我們將盡快安排專人與您聯絡！

● SARS-CoV-2新發現：四川大學華西醫院劉敬平組揭示如何減弱感染後的細胞因子風暴

●【Nat Commun。】震驚！鐵死亡療法竟是無間道？

●【Circulation Research】寶貝計劃，寶寶的小心臟有HDAC3來守護

● 【CNS Neuroscience & therapeutic】生酮飲食改善阿爾茨海默模型小鼠症狀

● 【文庫篩選】CRISPR篩選衝高分？臨床轉化來助力

和元生物（股票程式碼：688238）致力為神經科學研究和藥物開發提供從神經系統標記、環路示蹤、基因操作、生理操作到觀察驗證的全面靈活服務，可以提供從病毒包裝（腺相關病毒/慢病毒/腺病毒/逆轉錄病毒）、細胞功能實驗、動物實驗研究到病理研究的一站式服務。聚焦基因治療載體，用實際行動助力中國腦科學和神經系統疾病基因治療的發展！

如您有相關業務需求可點選連結瞭解更多內容

https：//www。

obiosh。com