杏仁核相關恐懼記憶神經環路研究進展☆

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境時所產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生[2]。例如臨床上常見的創傷后應激障礙（post traumatic stress disorder，PTSD）便與高水平的恐懼狀態密切相關，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環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控的核心腦區[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共同參與的恐懼環路研究更加深入。本文主要綜述近年來杏仁核相關恐懼記憶神經環路的研究進展，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 恐懼記憶與經典恐懼環路

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節的核心，可協同恐懼信息傳入與行為輸出的相關腦區共同組成恐懼記憶的經典神經環路[4]。以聲音刺激的條件性恐懼記憶環路為例，聽覺信息經聽覺皮層及丘腦的內側膝狀體核、后側板內核等核團傳入杏仁核外側區（lateral nucleus of the amygdala，LA）的興奮性神經元，隨后LA區神經元直接投射至中央杏仁核（central nucleus of the amygdala，CeA）或間接經基底杏仁核區（basal nucleus of the amygdala，BA）投射至CeA，最后CeA的抑制性中間神經元下行投射至腦干和下丘腦相應區域（例如導水管周圍灰質），進而產生恐懼行為[4]。

2 杏仁核相關恐懼記憶環路新進展

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

2.1 杏仁核內微環路對恐懼記憶的調節作為調節恐懼記憶的核心腦區，杏仁核具有顯著的亞區和亞細胞群特點[4-6]。亞區可分為基底外側杏仁核（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%的谷氨酸能神經元和 20%的 γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric acid，GABA）能中間神經元組成[5]。CeA由中央外側核（lateral CeA，CeL）和中央內側核（medial CeA，CeM）組成，神經元構成皆為GABA能中型多棘神經元[6]。而ICMs也分為多個部分，神經元類型多為GABA能中間神經元[6]。正是上述復雜的解剖結構與神經元構成為杏仁核對恐懼環路的精細調節提供了基礎。

首先，研究表明，杏仁核的不同亞區對恐懼記憶有不同的調節作用。BLA是感覺信息傳入的主要腦區，其神經元的活動可調節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區神經元活動，也可負反饋抑制CeA，促進恐懼記憶的消退[8]。此外，CIOCCHI等[9]發現，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區神經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，還可調節恐懼記憶的其他階段，且具有亞區特異性。

另外，杏仁核對恐懼行為的調控也具有細胞特異性。例如，研究發現，杏仁核BA區的錐體神經元（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]，其神經元的活動與該區域內 parvalbumin陽性（PV+）、cholecystokinin 陽性（CCK+）中間神經元的興奮性有關[10]。 同時 WOLFF等[11]報道，BLA區的 PV+和 somatostatin陽性（SOM+）神經元還可根據刺激類型的不同對P-cell不同部位產生去抑制作用，進而調節P-cell對不同刺激的反應性。此外，CeA在調節中也具有細胞特異性[12]。例如，CS刺激小鼠后其CeL內存在興奮性增強的CeL-On神經元和興奮性減弱的CeL-Off神經元，CeL-On神經元可通過抑制CeL-Off神經元的活動，引起CeM神經元脫抑制，興奮性增加，間接調控恐懼行為的表達[12]。其中，需要注意的是，CeL內的神經元除間接通過CeM調節導水管周圍灰質（periaqueductal gray，PAG）活動外，還可與 PAG 形成長程神經投射，獨立于CeM直接調節恐懼記憶，且該通路與SOM+神 經 元 相 關[13]。

綜上，機體面對恐懼刺激時，LA區的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，且興奮性受該區域多種抑制性神經元（例如PV+、SOM+神經元）調節。另一方面P-cell可直接投射至CeM，或間接投射至CeL亞區內的CeL-On神經元，通過抑制CeL-Off神經元的活性，引起CeM內中間神經元去抑制，使PAG區神經元興奮性增加，最終影響恐懼行為的表達。此外CeL的SOM+神經元還可直接與PAG形成長程神經投射，獨立地調節恐懼行為。故杏仁核內存在多條微環路共同調控恐懼記憶的不同階段，且各環路的調節具有亞區與亞細胞特異性。

2.2 杏仁核—前額葉恐懼環路早期研究結果表明，前額葉的邊緣前區（prelimbic，PL）和邊緣下區皮層（infralimbic，IL）分別介導恐懼記憶的表達和消退過程[4]，但未闡明上述亞區特異性調節的具體環路機制。SENN等[14]發現，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通路則產生相反效應。此外，BA區的恐懼細胞主要投射至PL區，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，參與恐懼的消退過程[14]。以上結果表明，BA可能是介導內側前額葉 （medial prefrontal cortex，mPFC）與杏仁核連接的主要腦區。另外，COURTIN等[15]發現，CS刺激小鼠背內側前額葉PV+神經元后可抑制PV+神經元自身興奮性，間接增強mPFC錐體神經元活性，且對神經元θ共振進行重調，動態調節恐懼反應[15-16]，提示 mPFC內存在抑制性微環路，間接調節 BA與杏仁核間的神經投射，進而對恐懼記憶進行精細調控。

2.3 杏仁核—海馬恐懼環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境信息的輸入與整合[18-21]。研究發現，抑制小鼠背側海馬（dorsal hippocampus，dHPC）CA1神經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]，而阻斷大鼠該區域內神經元記憶存儲相關蛋白的合成及環磷酸腺苷反應元件結合蛋白的功能，可抑制恐懼反應的泛化[19]。同時，小鼠腹側海馬（ventral hippocampus，vHPC）可直接投射至BA區的恐懼細胞[7]，而阻斷小鼠vHPC至BA區的神經投射可抑制恐懼記憶的恢復[20]，提示vHPC神經元與恐懼細胞間可能存在調節恐懼表達的通路。此外，STEFANELLI等[21]還發現，小鼠海馬齒狀回的SOM+中間神經元可通過抑制顆粒細胞的功能間接調節環境性恐懼記憶的恢復過程。以上結果表明杏仁核—海馬恐懼環路對環境性恐懼記憶有特殊調控作用，且可能與兩個腦區不同的亞細胞群有關。

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

3 杏仁核相關恐懼環路與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路的異常[25-27]。例如，AGHAJANI等[25]發現，患PTSD的青少年右側杏仁核BLA區與前扣帶回及內側前額葉連接減弱，CeM與眶皮層和胼胝體連接增強，同時伴有BLA和CeM區灰質的減少。此外，PTSD患者在靜息狀態下杏仁核、海馬等多個邊緣系統腦區活動增強，前額葉、島葉等腦區功能減弱[26]。情緒反應時亦存在杏仁核與背側前扣帶回的異常激活，腹內側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現，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，恐怖癥患者經舍曲林治療后可減弱杏仁核對恐懼面孔的反應[28]。經帕羅西汀治療12周的PTSD患者在情感調節過程中背外側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現，認知療法可增強杏仁核與額頂葉的環路連接，暴露療法可增加額極皮層神經元的活性并加強與腹內側前額葉的連接，且杏仁核、前額葉等腦區神經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果也間接提示PTSD的癥狀可能與恐懼環路相關腦區的功能異常有關。

4 杏仁核相關恐懼環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合的方法治療PTSD，但治療中存在療效差，癥狀易復發等現象[30]，故如何根據癥狀特點，特異地干預異常神經通路對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合，將微環路與亞細胞群的特異性在臨床研究中進行對應與轉化。在治療方面，傳統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副作用，但最新的腦內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環路成為可能[32]。此外，除藥物及心理治療外，經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]，但尚未結合神經環路異常的病理學基礎達到刺激部位與刺激參數的精確治療，仍有待改善。相信隨著未來研究的完善和技術的進步，靶點定向調控PTSD患者不同癥狀所對應的異?？謶治h路或亞細胞群功能將會成為未來PTSD藥物研發或腦電干預的新方向。