杏仁核突触网络的可塑性

过去10年见证了对实现经典条件性恐惧反应的获得和消失机制迅猛增长的兴趣。部分地，这是由于一种看法，即认为恐惧学习机制的异常可能也参与人类焦虑疾病的发展及/或维持。这种学习程序的简单性及强大性，再加上其他事实，即实现此反应的神经回路在进化上的保守性，使得它成为一个理想的模型，用来研究记忆的基本生物学，用来鉴定调节正常和病理学习恐惧表达的那些遗传因素和神经元系统。目前，已经在不少方面有了关键性的进展，例如当恐惧记忆巩固的时候，恐惧获得时被修饰的神经元功能是如何稳定下来的，而这些过程在恐惧记忆的消退中又是如何被调节的。与这些进展相伴随，出现了一种认识，那就是为了这些事件能够进行，远处神经元的网络一定是协调一起的。本章要回顾这些机制，即协调的网络活动及分子级联事件如何导致持久的恐惧记忆，而且还可以允许它们消退。我们将聚焦到作为一个模型的巴甫洛夫式恐惧条件反应，以及为了获得恐惧反应的消退，作为一个关键组成部分的杏仁核［13］。

先简要总结一下，在突触水平导致对条件性恐惧基础了解的实验结果，接着是有关分子层次反应的广泛讨论。有关记忆巩固的分子机制总结可以看图16-11，有关杏仁核神经元不同型式（pattern）的长时程可塑性的描写可以看图16-12［13］。

图16-11　杏仁核恐惧记忆稳定的分子层次反应

通过NMDA受体和电压门控钙通道（VGCC）所介导的钙内流，由于代谢型谷氨酸受体（mGluR）激活而导致细胞内储库的钙释放。这些使得突触后细胞内的钙浓度增加，钙浓度的增加触发了大量信号步骤。有3条相互关联的主要信号传导路径，包括：①Ca2+/钙调蛋白依赖的蛋白激酶Ⅱ（calcalmodul independent protein kinaseⅡ，CaMKⅡ）；②蛋白激酶（protein kinase，PK）家族的酶；③酪氨酸激酶通路。信号传导的级联（cascade）反应可以到达细胞核，诱导大分子合成，而大分子可以调控翻译过程，因此可以作用到细胞骨架和黏附分子，重新组构稳定的突触结构或调节AMPA受体（AMPAR）的运输，让AMPA受体到突触部位来。在中间步骤上，蛋白激酶信号汇聚到促（细胞）分裂原激活蛋白激酶（mitogen actuated protein kinase，MAPK）信号转导通路，这包括细胞外调节激酶（extracellular regulatory kinase，ERK）、大鼠肉瘤（rat sarcoma，Ras）蛋白、快速纤维肉瘤（rapidly accelerated fibrosarcoma，RAF）蛋白和分裂原激活蛋白激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MEK），转导细胞内和细胞外信号的介导，例如通过酪氨酸激酶（tyrosine kinase，Trk）到MAPK/ERK通路。脚手架蛋白决定激活的特异性以及进入细胞核的特异性。MAPK转位来到细胞核，使转录因子如cAMP反应组件结合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）发生磷酸化。肌动蛋白重新排列受Rho GTP酶的调控。它的激活，即从GDP结合形式到GTP结合形式，是由钙或激酶通路调控的，包括酪氨酸激酶和肉瘤基因（sarcoma gene，SRC）激酶。Rho GTP酶调节Rho缔合激酶（Rho kinase，ROCK）活性，ROCK是一个调节细胞骨架的关键分子。（图引自［13］）

图16-12　与条件性恐惧关联的杏仁基底外侧核的突触长时程可塑性

（a）投射神经元（projection neuron，PN）的长时程增强（LTP）。在丘脑或皮层的输入中，多数LTP是同突触性的，刺激了突触后NMDA受体及/或电压门控钙通道（VGCC）。第二个形式的LTP是异突触性LTP，LTP是由于通过同时激活丘脑输入而刺激突触前NMDA受体所致。（b）PN的长时程阻遏（LTD）可以通过刺激丘脑输入的突触后mGluR而被介导，或通过刺激LA-BLA突触连接处丘脑输入的突触前mGluR而被介导。（c）在丘脑及皮层输入处的局部中间神经元（interneuron，IN）的GABA能LTP可以是同突触的，由于刺激了钙通透的AMPA受体，也可以是异突触的，由于刺激了NMDA受体。（图引自［13］）

与条件性恐惧的获得（acquisition）、巩固（consolidation）相比较，关于恐惧消退（extinction）的机制知道得更少。然而由于其潜在可能的临床意义，消退越来越受到注意。的确，临床学家通常采用的处理焦虑症的途径（暴露治疗方法），类似于实验室里所做的消退条件性恐惧反应。在这两种情况下，实验者重复给予恐惧对象以条件刺激（CS），而不给予危险刺激（US）。因此人们普遍认为，了解消退的网络和机制，可能导致最终改善焦虑疾病的治疗。与此相一致的是有人建议，人类某些焦虑疾病反映了消退的缺失。事实上，创伤后应激障碍（PTSD）的情况可能就是如此。因此，下面将要回顾当前关于行为特征消退以及参与消退的网络和细胞机制的知识及观点［13］。

总的来说，现有证据表明，消退的学习和表达依赖于3个神经回路，包括：①杏仁核，为了储存条件恐惧及消退；②海马，为了加工情景信息；③mPFC的边缘下区，为了消退记忆的巩固和回放（retrieval）。从消退的相关方面看，通过GABA能ITCm神经元的谷氨酸能激活，mPFC活性抑制了Ce的恐惧输出神经元，导致恐惧表达的缓冲。在消退训练的情景以外，Ce神经元受到较少抑制，因而恐惧反应重新恢复。此外，基底神经节不同类型的神经元标志着恐惧的记忆或消退。在条件训练以后，这可能转移情景相关表达的恐惧和/或消退之间的平衡［13］。

与恐惧消退相关的两大类突触机制以及细胞内传导通路，都已经被鉴定。一是强化主动抑制性过程的机制，此过程为了调控行为而竞争初始恐惧记忆的消退。二是逆转在恐惧条件反应中所诱导的突触效力变化的机制。支持双重模式消退的最令人信服的证据来自最近的研究，此研究聚焦于αCaMKⅡ参与的消退。第一，研究证实了早期的实验观察，就是在情景恐惧条件化以后的消退训练，如果在情景恐惧条件化消退以后的24 h进行训练，而不是15 min，可以显示自发恢复。这提示，依赖于恐惧条件反应及消退训练之间的时间间隔，消退有可能是由于发生了新的抑制性学习，或由于跟初始CS-US相关的不学习。但是应该指出，有关消退时间影响恢复的效应（更新、自发性恢复、重新复原）是有矛盾的，在不同的研究中有所不同，甚至产生完全相反的效果。其次，如果用αCaMKⅡ活性部分减少的杂合子基因敲入小鼠来做这种试验，则研究显示，对于新的抑制性记忆的形成，αCaMKⅡ是需要的；但对于在早期消退中条件性恐惧反应的丢失，则αCaMKⅡ并不需要。这样就提供了恐惧消退双重机制的分子证据。这两套机制似乎是从发育上受调节的，与断乳后已经长大的大鼠不一样。动物如果在早期出生后3个星期以下，并不展示重新恢复或新发生的条件性恐惧记忆，而消退被提示是反映了一种不学习的过程，导致擦去初始的恐惧记忆。在所有关于出生后阶段的研究中，恐惧的消退依赖于杏仁核，而mPFC是参与了出生后24 d而不是出生后17 d动物的恐惧消退。一系列出色的实验显示，抵抗擦除的恐惧记忆是由神经元周围网的形成所介导的。在出生后的关键期，杏仁核的神经元周围网由细胞外基质（ECM）硫酸软骨素聚糖所组成［13］。

这是一个新提出来的观点。在以前的讨论中，较多描述的是一些实验证据，表明巴甫洛夫恐惧条件反应依赖于杏仁核的持久突触可塑性机制。然而，多数研究聚焦于丘脑输入到LA神经元的LTP。虽然这些研究抓住了对于恐惧条件反应具关键意义的突触特征，但事实也很清楚，实施反应的分子变化发生在多个部位而不是在单一部位。这个原理被称为“分布可塑性”（distributed plasticity）。对此已进行了多种研究，例如作图蛋白质表达的变化，作图代谢或电生理学活性在多个位点的变化等。多种研究都表明，学习发动了分布脑区中协调的活动型式，包括离开杏仁核以外的脑区，例如听觉丘脑皮层。此外，诱导突触可塑性需要相关的活性发生在相对狭窄的时间窗内，比如在突触前和突触后位点之间，或者在两个传入通路之间。但恐惧条件反应并不一定需要这样准确的时间条件，因为US可以应用在CS的末了，而不需要有时间的重叠。这提示，为了诱导恐惧条件行为，较长的时间窗被创造了出来。有一个可能的答案是，BLA神经元具有某种能力来产生振荡性活性型式，这些振荡提供了反复出现的时间窗。在时间窗里面，群体BLA神经元与传入的输入信号同步，从而易化了突触可塑性，而不需要在空间分布网络中有大的活性增加。因而，这些时间窗可以易化分布神经网络里面的突触可塑性，既包括杏仁核内局部神经元网络，也包括神经调制性输入系统。突出的问题涉及神经网络的细致组构，以及这些回路中的突触可塑性机制。虽然详细机制还有待检验与证实，但某些原理已经显露出来，如同上面所指出的那样［13］。