前丘脑室旁核通过杏仁核和海马下托双重环路在恐惧记忆提取中抑制恐惧表达

《Communications Biology》：The anterior paraventricular thalamus counteracts fear expression during retrieval through both amygdala and subiculum circuits

本研究针对恐惧记忆过度表达引发的适应不良问题，通过神经环路操控技术发现，前丘脑室旁核(PVA)在恐惧记忆提取过程中被持续激活，其谷氨酸能神经元通过分别投射至基底外侧杏仁核(BLA)和腹侧下托(vSub)的双重通路，不仅抑制被动冻结行为，还促进主动探索策略。该发现揭示了大脑内在的恐惧对抗机制，为创伤后应激障碍(PTSD)等疾病提供了新的治疗靶点。

　　

在自然界中，面对反复出现的威胁，生物体需要一种灵活的策略来平衡生存需求。如果每次回忆起危险经历都陷入长时间的僵直状态（冻结），反而可能增加被捕食的风险。因此，大脑很可能演化出了内在的机制，在回忆恐惧记忆时，能够动态地抑制过度的恐惧反应，并促进更主动的生存行为，例如探索或逃跑。然而，这种在记忆提取过程中被特异性招募、并主动对抗恐惧表达的神经回路，长期以来并不清楚。

为了解决这一科学问题，发表在《Communications Biology》上的这项研究，由浙江大学药学院陈佳慧、陈天乐等人完成，他们发现大脑中一个名为前丘脑室旁核（Paraventricular thalamus, anterior part, PVA）的小区域，扮演了关键角色。研究表明，PVA像一个枢纽，在恐惧记忆被唤起时，通过两条不同的下游通路，一方面压制恐惧带来的僵直行为，另一方面鼓励探索性行为，从而帮助个体在危险环境中做出更明智的决策。

研究人员主要运用了几项关键技术来揭示这一机制。首先是活动依赖性神经元标记技术（FosTRAP），用于在全脑范围内筛选在恐惧记忆提取不同时间点被激活的脑区。其次是光遗传学和化学遗传学技术，用于精确地操控特定神经元群体（如PVA的谷氨酸能神经元）或其神经投射（如PVA到BLA或vSub的投射）的活动，并观察其对行为的影响。第三是光纤光度记录技术，用于实时监测神经元或其神经末梢在行为过程中的钙离子或神经递质（如谷氨酸）动态变化。此外，还结合了病毒追踪、免疫组织化学染色以及多种行为学测试（如条件性恐惧实验、楼梯攀爬测试等）来解析环路结构和功能。

PVA在恐惧记忆提取中被持续激活并反向调节恐惧表达

为了寻找在恐惧记忆提取中持续起作用的脑区，研究人员首先使用了FosTRAP方法。结果发现，与许多脑区仅在特定时间点被激活不同，PVA在记忆提取后6小时、24小时和7天均显示出显著的神经元活动标记。这一现象通过c-Fos免疫染色在野生型小鼠中得到了验证。随后，通过体内光纤记录技术，研究人员观察到PVA神经元的活动在动物冻结时降低，而在冻结行为停止、开始运动时升高，表明其活动与恐惧状态密切相关。

那么，直接操控PVA的活动会有什么后果呢？研究人员利用化学遗传学技术抑制PVA的谷氨酸能神经元后，发现小鼠在情境性和线索性恐惧记忆提取中的冻结时间显著增加。相反，通过光遗传学技术激活PVA神经元，则能有效减轻冻结行为。重要的是，这种调控作用在近期（24小时）和远期（7天）记忆提取中均存在，并且不影响小鼠的自主运动、焦虑水平或先天恐惧反应，说明PVA特异性地参与了恐惧记忆提取过程的调节，而非普遍影响情绪或运动功能。与此形成鲜明对比的是，先前研究表明PVA的后邻区——后丘脑室旁核（PVT）的激活会促进恐惧表达。本研究也重复验证了抑制PVT会减少恐惧表达，从而确立了PVA和PVT在恐惧调节中的相反作用。

PVA通过投射至BLA的环路部分参与恐惧抑制

接下来，研究人员探索PVA是如何实现其恐惧抑制功能的。病毒追踪实验显示，PVA发出密集的投射到三个关键脑区：基底外侧杏仁核（Basolateral amygdaloid nucleus, BLA）、腹侧下托（Ventral subiculum, vSub）和背内侧伏隔核壳部（dmNAcSh）。他们首先聚焦于在恐惧记忆中作用明确的BLA。

光纤记录表明，PVA投射到BLA的神经末梢在记忆提取过程中同样表现出"冻结时活动降低，运动时活动升高"的模式。光刺激PVA神经元能在BLA区引起谷氨酸释放，而抑制PVA神经元则会削弱这种释放，证明了两者之间功能上的兴奋性连接。更重要的是，化学遗传学抑制PVA到BLA的投射通路，能够模拟抑制PVA神经元胞体所产生的效果，即增加恐惧表达。这表明PVA-BLA通路确实参与了PVA介导的恐惧抑制。

那么，PVA是作用于BLA中的哪类神经元呢？通过单细胞水平的病毒追踪和免疫染色，研究人员发现PVA主要与BLA中的谷氨酸能神经元（CaMKIIα阳性，约占81%）形成连接，而与GABA能抑制性神经元的连接较少。有趣的是，当研究人员在激活PVA的同时，特异性抑制BLA中的谷氨酸能神经元，PVA的恐惧抑制效应并未被完全阻断。然而，如果抑制的是BLA中的GABA能神经元，则会削弱PVA激活所带来的恐惧抑制效果。这表明PVA可能通过兴奋BLA内的局部GABA能环路，进而抑制BLA的整体输出，最终达到减轻恐惧表达的目的。因此，PVA-BLA通路是PVA实现恐惧抑制的部分机制。

PVA通过投射至vSub的环路抑制恐惧并促进探索

研究人员随后将目光转向了另一个重要的投射靶点——vSub。类似的实验发现，PVA-vSub通路在记忆提取时同样被激活，并且光刺激PVA能在vSub引起谷氨酸释放。抑制PVA-vSub通路会增强恐惧表达，而激活该通路则能抑制冻结行为。

关键的区别在于行为层面的深入分析。在标准的恐惧条件化实验中，激活PVA-BLA或PVA-vSub通路都能减少冻结。然而，当研究人员在一个更具生态效度的行为测试——楼梯攀爬测试中观察小鼠行为时，差异出现了。在这个测试中，小鼠暴露于恐惧线索时，对面有一个可以攀爬逃离的楼梯。结果发现，激活PVA-vSub通路不仅能减少冻结，还会显著增加小鼠的运动时间、缩短其逃到安全平台的潜伏期、并增加在楼梯上停留的时间，即促进了主动的逃避/探索行为。相反，激活PVA-BLA通路虽然减少了冻结，但并未显著影响这些主动探索行为指标。此外，在非恐惧相关的新物体识别测试中，激活PVA-vSub通路并不增强探索行为，说明其促探索效应是针对恐惧情境的。这些结果清晰地表明，PVA-vSub通路在恐惧记忆提取中扮演着双重角色：既抑制被动的冻结反应，又促进主动的应对策略。

综上所述，本研究首次系统地揭示了前丘脑室旁核（PVA）作为恐惧记忆提取的一个关键枢纽，其功能不同于后部的PVT。PVA通过并行作用于杏仁核（BLA）和海马下托（vSub）的两条下游通路，协同调控防御策略的选择。其中，PVA-BLA通路主要参与抑制恐惧表达本身，而PVA-vSub通路则在抑制恐惧的同时，特异性地驱动从被动僵直向主动探索的行为转换。这种"双管齐下"的机制，确保了生物体在回忆起威胁时，能够灵活地从僵直中恢复，并采取更有利于生存的行动。

这项研究不仅深化了我们对恐惧记忆神经环路的理解，揭示了大脑内在的、主动的恐惧对抗系统，更重要的是为创伤后应激障碍（PTSD）等以病理性恐惧为特征的疾病提供了新的潜在治疗靶点。未来，针对PVA及其特定下游环路的干预策略，或许能够帮助患者更好地控制恐惧记忆带来的 debilitating 症状，重塑适应性的行为反应。