即刻早期基因c-Fos、Arc与Npas4在厌恶和奖赏相关神经环路中的组合表达模式解析

这篇研究通过免疫组化技术系统分析了c-Fos、Npas4和Arc三种即刻早期基因（IEGs）在 prefrontal cortex（PFC）、basolateral amygdala（BLA）、hippocampal dentate gyrus（DG）和 retrosplenial cortex（RSC）等脑区的组合表达特征。研究发现不同IEGs的表达模式具有脑区特异性，在PFC和BLA中IEGs共表达显著增加，而DG中则呈现独特的表达规律。研究还揭示了不同IEGs标记的神经环路功能连接网络差异，为理解记忆印迹细胞（engram cells）的分子特征提供了新视角。

　　

【自动化细胞检测方法的建立与验证】

研究团队开发了自动化细胞检测背景假设算法（ADABA），该算法通过背景减除和阈值处理实现了对免疫标记细胞的高精度检测。与人工检测相比，该方法在c-Fos、Npas4和Arc阳性细胞检测中显示出>96%的精确度和>77%的灵敏度匹配率，特别在细胞密度高且荧光强度不均的样本中优势明显。该方法成功解决了传统人工检测在DG颗粒细胞层等背景不均区域存在的观察偏倚问题。

【多脑区IEGs表达图谱绘制】

研究系统检测了PFC（包括PL和IL亚区）、BLA（aBLA和pBLA）、DG（dDG和vDG）以及RSC（aRSC和pRSC的背腹侧）等10个脑亚区在三种条件下的IEGs表达：

1. 在PFC区域，CFC和RE均显著增加c-Fos⁺细胞密度（PL区CFC增加3.2倍，RE增加2.8倍），而Npas4⁺细胞仅在PL区显著增加

2. BLA区域呈现前后差异：aBLA仅c-Fos显著增加，而pBLA则三种IEGs均增加

3. DG区域显示独特模式：dDG和vDG的c-Fos⁺细胞均增加，但Npas4⁺细胞无显著变化

4. RSC各亚区响应各异：背侧aRSC的c-Fos在CFC中增加而腹侧无变化

【IEGs组合表达模式解析】

通过三色共标分析发现：

1. PFC和BLA中，CFC/RE显著增加三阳性（c-Fos⁺/Npas4⁺/Arc⁺）细胞比例（PL区从<3%增至15%），单阳性细胞比例下降

2. DG区域基础三阳性比例较高（dDG 26.7%），且CFC/RE未显著改变此比例

3. 表达水平相关性分析显示，在PFC和BLA中c-Fos与Npas4的表达相关性在CFC后显著增强（r从0.2增至0.6）

【功能连接网络的特征】

基于IEGs表达构建的脑区功能连接网络显示：

1. c-Fos网络在RE后连接复杂度显著增加（边数/节点从2.1增至3.4）

2. Npas4网络在CFC后有效节点连接数增加

3. 不同IEGs标记的网络间差异（图编辑距离）在CFC/RE后显著增大

4. 双/三IEG共表达网络呈现中间复杂度特征

【讨论与展望】

研究发现不同IEGs的组合表达模式具有脑区特异性，提示记忆印迹细胞可能存在分子异质性。特别值得注意的是DG区域独特的高基础三阳性比例，可能与该区域持续神经发生特性相关。研究还提出IEGs共表达可能反映特定的神经活动模式，如c-Fos与gamma振荡、Arc与theta振荡的潜在关联。这些发现为理解不同IEGs在记忆编码中的协同作用提供了新视角，未来需要结合单细胞测序和活体成像等技术进一步验证。