低强度经颅超声刺激通过BDNF-TrkB信号通路促进恐惧记忆消退的机制研究

推荐：为探索恐惧记忆消退的神经机制，研究人员开展低强度经颅超声刺激（TUS）对前额叶皮层（FrA）的调控研究。通过行为学测试、双光子成像等技术，发现TUS通过激活BDNF-TrkB通路减少树突棘消除、增强神经元活性，显著促进小鼠恐惧记忆消退。该研究为创伤后应激障碍（PTSD）的非侵入性治疗提供了新策略。

　　

恐惧记忆的顽固性是创伤后应激障碍（PTSD）等精神疾病的核心病理特征。尽管已有研究表明前额叶皮层（Frontal Association cortex, FrA）在恐惧记忆调控中起关键作用，但如何通过非侵入性手段干预其神经可塑性仍是未解难题。传统药物治疗和 psychotherapy 对PTSD核心症状改善有限，而低强度经颅超声刺激（low-intensity transcranial ultrasound stimulation, TUS）凭借其高空间分辨率和深部穿透性，成为神经调控领域的新兴技术。

研究团队通过精巧的实验设计，首次揭示了TUS通过BDNF-TrkB信号通路促进恐惧记忆消退的完整机制。论文发表在《NeuroImage》的研究表明，TUS不仅能减少恐惧条件反射诱导的树突棘消除，还能维持皮层神经元钙离子活动，这种双重调控作用为理解恐惧记忆的神经基础提供了新视角。

关键技术方法包括：1）采用Thy1-YFP和Thy1-GCaMP6f转基因小鼠模型进行在体双光子成像，动态监测树突棘和Ca²⁺活动；2）设计恐惧条件反射-消退-维持行为学范式；3）使用1MHz聚焦超声（空间峰值脉冲平均强度Isppa=8.6 W/cm²）刺激FrA区域；4）通过Western blot和qPCR检测BDNF/TrkB表达；5）采用TrkB抑制剂ANA-12（2.5 mg/kg）进行通路阻断实验。

3.1 TUS促进恐惧记忆消退行为

通过条件性恐惧实验发现，TUS组小鼠在消退训练中的冻结时间显著低于假刺激组（p<0.01），且在24小时后的记忆维持测试中仍保持更低恐惧反应（p<0.001）。回忆测试中，TUS组在Recall-1和Recall-2的冻结时间分别减少37.2%和41.5%，证实TUS具有持续抑制恐惧记忆再激活的作用。

3.2 TUS减少树突棘消除

双光子成像显示，恐惧条件反射后4-24小时，Sham组FrA区第1层锥体神经元树突棘消除率持续上升（8h达峰值12.3%），而TUS组消除率显著降低（8h仅7.1%，p<0.01）。线性拟合分析表明TUS显著减缓消除速率（斜率降低64%）。

3.3 TUS维持神经元活性

GCaMP6f钙成像揭示，Sham组第5层锥体神经元的Ca²⁺瞬变频率在24小时内下降42%，而TUS组保持稳定。TUS组钙信号峰值振幅（ΔF/F）和总面积（AUC）均显著高于Sham组（p<0.05），提示超声能抵抗恐惧诱导的神经活动抑制。

3.4 TUS上调BDNF-TrkB表达

Western blot显示TUS使FrA区BDNF和TrkB蛋白表达分别增加2.1倍和1.8倍（p<0.01），qPCR验证mRNA水平同步上调。值得注意的是，恐惧条件反射本身会降低BDNF表达，而TUS能逆转这种抑制效应。

3.5 BDNF-TrkB通路的关键作用

使用ANA-12阻断TrkB后，TUS的促消退作用完全消失：树突棘消除率回升至Sham组水平（p>0.05），钙活动增强效应被抵消，行为学指标无显著差异（p>0.05）。这确证BDNF-TrkB是TUS调控恐惧记忆的核心通路。

讨论部分指出，该研究首次阐明TUS通过"机械波-整合素-BDNF"级联反应维持突触可塑性的分子机制。超声刺激可能通过激活整合素-细胞骨架信号转导，上调BDNF分泌，进而通过TrkB受体维持树突棘稳定性并增强神经元兴奋性。相较于传统深部脑刺激（DBS），TUS具有无创、高精度调控特定脑区的优势，为PTSD的靶向治疗开辟了新途径。未来研究需进一步明确超声参数与神经可塑性变化的量效关系，并探索其在灵长类模型中的转化应用价值。