杏仁核相关恐惧记忆神经环路研究进展☆

刘蕊 李继涛 司天梅

恐惧反应是指生物在进化过程中面对危险环境时所产生的一种适应性反应，所形成的恐惧记忆在个体再次面对危险情景时起警示作用，对人类和动物的生存具有重要意义[1]，但异常的恐惧记忆所引起的过度恐惧反应可导致精神疾病发生[2]。例如临床上常见的创伤后应激障碍（post traumatic stress disorder，PTSD）便与高水平的恐惧状态密切相关，提示异常恐惧记忆可能是造成PTSD的主要原因之一[2]，故研究恐惧记忆的神经环路对恐惧相关精神疾病的治疗具有一定指导作用。杏仁核是参与恐惧记忆调控的核心脑区[3]，随着研究技术的不断进步，对以杏仁核为中心，前额叶和海马等脑区共同参与的恐惧环路研究更加深入。本文主要综述近年来杏仁核相关恐惧记忆神经环路的研究进展，希望可为未来恐惧记忆的基础研究与PTSD的临床治疗提供新方向。

1 恐惧记忆与经典恐惧环路

后天的恐惧反应多为习得性行为，所形成的恐惧记忆包括记忆获得、提取、消退及恢复等多个阶段[3]。目前，对习得性恐惧记忆的研究多采用经典的巴普洛夫条件性恐惧模型[3]，即将不能引起恐惧反应的无害性刺激——即条件性刺激（conditioned stimulus，CS），例如光、声或环境，与单独能引起恐惧反应的有害性刺激——即非条件性刺激（unconditioned stimulus，US），例如足底电击，相结合引起机体对单独CS的恐惧反应[3]。

早期研究表明，杏仁核为恐惧记忆调节的核心，可协同恐惧信息传入与行为输出的相关脑区共同组成恐惧记忆的经典神经环路[4]。以声音刺激的条件性恐惧记忆环路为例，听觉信息经听觉皮层及丘脑的内侧膝状体核、后侧板内核等核团传入杏仁核外侧区（lateral nucleus of the amygdala，LA）的兴奋性神经元，随后LA区神经元直接投射至中央杏仁核（central nucleus of the amygdala，CeA）或间接经基底杏仁核区（basal nucleus of the amygdala，BA）投射至CeA，最后CeA的抑制性中间神经元下行投射至脑干和下丘脑相应区域（例如导水管周围灰质），进而产生恐惧行为[4]。

2 杏仁核相关恐惧记忆环路新进展

近年来，转基因技术、光遗传学、药物遗传学等新技术的应用，为探明精准的神经元投射信息提供了可能，使经典恐惧环路得到了进一步完善和拓展[7-11]。

2.1 杏仁核内微环路对恐惧记忆的调节作为调节恐惧记忆的核心脑区，杏仁核具有显著的亚区和亚细胞群特点[4-6]。亚区可分为基底外侧杏仁核（basolateral amygdala，BLA）、CeA和分散的夹层细胞团（intercalated cell masses，ICMs）等[4]。其中，BLA可分为LA、BA等部分，由80%的谷氨酸能神经元和 20%的 γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric acid，GABA）能中间神经元组成[5]。CeA由中央外侧核（lateral CeA，CeL）和中央内侧核（medial CeA，CeM）组成，神经元构成皆为GABA能中型多棘神经元[6]。而ICMs也分为多个部分，神经元类型多为GABA能中间神经元[6]。正是上述复杂的解剖结构与神经元构成为杏仁核对恐惧环路的精细调节提供了基础。

首先，研究表明，杏仁核的不同亚区对恐惧记忆有不同的调节作用。BLA是感觉信息传入的主要脑区，其神经元的活动可调节恐惧记忆的建立与恢复[7]。而ICMs介导BLA与CeA的信息传递，可在恐惧学习阶段前馈抑制BLA区神经元活动，也可负反馈抑制CeA，促进恐惧记忆的消退[8]。此外，CIOCCHI等[9]发现，通过光遗传学等技术在小鼠条件性恐惧记忆建立阶段，抑制CeL区神经元活性可损害恐惧记忆的获取，激活CeM可增强恐惧的表达[9]，提示CeA除介导恐惧反应输出外，还可调节恐惧记忆的其他阶段，且具有亚区特异性。

另外，杏仁核对恐惧行为的调控也具有细胞特异性。例如，研究发现，杏仁核BA区的锥体神经元（pyramidal cell，P-cell）存在恐惧细胞、消退细胞和消退抵抗细胞三种类型[7]，其神经元的活动与该区域内 parvalbumin阳性（PV+）、cholecystokinin 阳性（CCK+）中间神经元的兴奋性有关[10]。 同时 WOLFF等[11]报道，BLA区的 PV+和 somatostatin阳性（SOM+）神经元还可根据刺激类型的不同对P-cell不同部位产生去抑制作用，进而调节P-cell对不同刺激的反应性。此外，CeA在调节中也具有细胞特异性[12]。例如，CS刺激小鼠后其CeL内存在兴奋性增强的CeL-On神经元和兴奋性减弱的CeL-Off神经元，CeL-On神经元可通过抑制CeL-Off神经元的活动，引起CeM神经元脱抑制，兴奋性增加，间接调控恐惧行为的表达[12]。其中，需要注意的是，CeL内的神经元除间接通过CeM调节导水管周围灰质（periaqueductal gray，PAG）活动外，还可与 PAG 形成长程神经投射，独立于CeM直接调节恐惧记忆，且该通路与SOM+神 经 元 相 关[13]。

综上，机体面对恐惧刺激时，LA区的P-cell在接受丘脑和皮层的投射信息后被激活，一方面BLA内P-cell的各亚细胞群可在恐惧记忆的不同阶段特异性激活，且兴奋性受该区域多种抑制性神经元（例如PV+、SOM+神经元）调节。另一方面P-cell可直接投射至CeM，或间接投射至CeL亚区内的CeL-On神经元，通过抑制CeL-Off神经元的活性，引起CeM内中间神经元去抑制，使PAG区神经元兴奋性增加，最终影响恐惧行为的表达。此外CeL的SOM+神经元还可直接与PAG形成长程神经投射，独立地调节恐惧行为。故杏仁核内存在多条微环路共同调控恐惧记忆的不同阶段，且各环路的调节具有亚区与亚细胞特异性。

2.2 杏仁核—前额叶恐惧环路早期研究结果表明，前额叶的边缘前区（prelimbic，PL）和边缘下区皮层（infralimbic，IL）分别介导恐惧记忆的表达和消退过程[4]，但未阐明上述亚区特异性调节的具体环路机制。SENN等[14]发现，在恐惧记忆消退阶段抑制BA-PL通路可减少小鼠的恐惧反应，抑制BA-IL通路则产生相反效应。此外，BA区的恐惧细胞主要投射至PL区，且恐惧表达时细胞的兴奋性显著增加[14]；相反，消退细胞主要投射至IL区，参与恐惧的消退过程[14]。以上结果表明，BA可能是介导内侧前额叶 （medial prefrontal cortex，mPFC）与杏仁核连接的主要脑区。另外，COURTIN等[15]发现，CS刺激小鼠背内侧前额叶PV+神经元后可抑制PV+神经元自身兴奋性，间接增强mPFC锥体神经元活性，且对神经元θ共振进行重调，动态调节恐惧反应[15-16]，提示 mPFC内存在抑制性微环路，间接调节 BA与杏仁核间的神经投射，进而对恐惧记忆进行精细调控。

2.3 杏仁核—海马恐惧环路海马与杏仁核之间存在复杂的纤维投射[17]，可介导条件性恐惧过程中环境信息的输入与整合[18-21]。研究发现，抑制小鼠背侧海马（dorsal hippocampus，dHPC）CA1神经元活动可即刻阻断情景性条件性恐惧记忆的形成和恢复[18]，而阻断大鼠该区域内神经元记忆存储相关蛋白的合成及环磷酸腺苷反应元件结合蛋白的功能，可抑制恐惧反应的泛化[19]。同时，小鼠腹侧海马（ventral hippocampus，vHPC）可直接投射至BA区的恐惧细胞[7]，而阻断小鼠vHPC至BA区的神经投射可抑制恐惧记忆的恢复[20]，提示vHPC神经元与恐惧细胞间可能存在调节恐惧表达的通路。此外，STEFANELLI等[21]还发现，小鼠海马齿状回的SOM+中间神经元可通过抑制颗粒细胞的功能间接调节环境性恐惧记忆的恢复过程。以上结果表明杏仁核—海马恐惧环路对环境性恐惧记忆有特殊调控作用，且可能与两个脑区不同的亚细胞群有关。

综上，杏仁核内部及前额叶、海马与杏仁核间的神经环路在恐惧记忆调节中起关键作用，上述环路受不同亚区内各微环路共同调控，并具有细胞亚群特异性（如图1所示）。目前，杏仁核相关恐惧环路的研究虽然对恐惧记忆神经环路进行了完善与补充，但仍存在一定局限性。首先，多脑区涉及的多环路共同参与恐惧记忆的调节过程，但各环路之间如何相互作用与协调仍不清楚。其次，大量研究表明，5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、多巴胺、谷氨酸等中枢神经递质可通过改变杏仁核、前额叶等脑区内神经元的活动来影响恐惧记忆[22-24]，但上述神经递质与相应受体如何具体调控杏仁核相关恐惧环路的研究仍然缺乏。此外，已有的环路研究多侧重于正常恐惧记忆的调节过程，极少探讨病理性异常恐惧记忆的环路改变，其基础研究结果难以直接转化到临床治疗中，未来的研究需结合临床实际情况进一步完善。

图1 杏仁核相关恐惧记忆神经环路模式图

3 杏仁核相关恐惧环路与PTSD

与基础研究相似，临床研究表明PTSD患者存在杏仁核相关恐惧环路的异常[25-27]。例如，AGHAJANI等[25]发现，患PTSD的青少年右侧杏仁核BLA区与前扣带回及内侧前额叶连接减弱，CeM与眶皮层和胼胝体连接增强，同时伴有BLA和CeM区灰质的减少。此外，PTSD患者在静息状态下杏仁核、海马等多个边缘系统脑区活动增强，前额叶、岛叶等脑区功能减弱[26]。情绪反应时亦存在杏仁核与背侧前扣带回的异常激活，腹内侧前额叶与杏仁核的功能连接较健康对照减弱，且上述异常与疾病的严重程度密切相关[27]。同时在临床治疗中发现，PTSD的一线治疗药物5-HT再摄取抑制剂 （selective serotonin reuptake inhibitors，SSIRs）可影响患者杏仁核对情绪刺激的反应[28]。例如，恐怖症患者经舍曲林治疗后可减弱杏仁核对恐惧面孔的反应[28]。经帕罗西汀治疗12周的PTSD患者在情感调节过程中背外侧前额叶的活动较治疗前也显著增加[29]。另外，在PTSD患者的心理治疗中发现，认知疗法可增强杏仁核与额顶叶的环路连接，暴露疗法可增加额极皮层神经元的活性并加强与腹内侧前额叶的连接，且杏仁核、前额叶等脑区神经元反应性的改变程度与治疗效果密切相关[30-31]。故上述药物治疗与心理治疗的研究结果也间接提示PTSD的症状可能与恐惧环路相关脑区的功能异常有关。

4 杏仁核相关恐惧环路在临床治疗中的展望

目前，临床上多使用暴露疗法、认知疗法与抗抑郁药物相结合的方法治疗PTSD，但治疗中存在疗效差，症状易复发等现象[30]，故如何根据症状特点，特异地干预异常神经通路对PTSD的精准治疗具有重要意义。近年基础研究已对PTSD相关恐惧微环路及亚细胞功能进行深入研究，但仍需与临床PTSD患者的MRI、PET等脑功能影像研究相结合，将微环路与亚细胞群的特异性在临床研究中进行对应与转化。在治疗方面，传统的精神类药物和给药方式具有多靶点性和作用广泛的特点，治疗效果针对性差并易出现副作用，但最新的脑内纳米颗粒给药技术使得今后药物的定时、定点治疗甚至是特定干预神经环路成为可能[32]。此外，除药物及心理治疗外，经颅磁刺激等脑刺激物理疗法已应用于精神疾病的临床治疗中[33]，但尚未结合神经环路异常的病理学基础达到刺激部位与刺激参数的精确治疗，仍有待改善。相信随着未来研究的完善和技术的进步，靶点定向调控PTSD患者不同症状所对应的异常恐惧微环路或亚细胞群功能将会成为未来PTSD药物研发或脑电干预的新方向。