基底外侧杏仁核GABA能中间神经元亚型的突触组织与学习相关活动模式解析

本刊推荐：为解析恐惧学习与消退的神经机制，研究人员针对基底外侧杏仁核(BLA)中生长抑素(SOM)、小清蛋白(PV)和血管活性肠肽(VIP)三类γ-氨基丁酸能(GABAergic)中间神经元(INs)，通过光遗传学、电生理学和光纤记录技术，揭示了它们分别主导反馈抑制、前馈抑制及双重抑制功能的微环路特性，并发现其在恐惧条件反射(FC)和消退过程中呈现差异化的可塑性变化和活动模式，为创伤后应激障碍(PTSD)等精神疾病的环路调控提供了新见解。

　　

恐惧学习与记忆是人类和动物适应环境变化的重要能力，其神经机制的核心脑区之一是基底外侧杏仁核(BLA)。BLA中的锥体细胞(PCs)和各类中间神经元(INs)共同构成精细的微环路，在恐惧条件反射(FC)和消退学习中发挥关键作用。然而，不同亚型的GABA能中间神经元——包括生长抑素(SOM)阳性、小清蛋白(PV)阳性和血管活性肠肽(VIP)阳性神经元——在突触连接模式、活动特性以及学习过程中的可塑性变化等方面，尚未得到系统性的比较研究。理解这些细胞的特异性贡献，不仅有助于揭示情绪学习的细胞机制，也对创伤后应激障碍(PTSD)等精神疾病的治疗具有重要启示。

为此，Rita Baldi、Sunil Muthuswamy、Farhana Yasmin等研究人员在《Cell Reports》上发表了他们的最新研究成果。该研究综合运用光遗传操控、离体脑片电生理记录、在体光纤钙信号记录和行为学分析，揭示了SOM、PV和VIP中间神经元在BLA微环路中的不同作用模式及其在恐惧学习与消退过程中的动态活动变化。

本研究采用的关键技术方法包括：利用Cre转基因小鼠结合病毒载体实现细胞类型特异性标记和光遗传操控；通过离体电生理技术分析不同神经元亚型的突触输入特性及内在兴奋性；采用光纤光度记录法在体监测神经元钙活动；并通过经典的听觉恐惧条件反射和消退范式评估小鼠行为与神经元活动的关联。实验对象为10周龄以上的雄性及雌性小鼠。

Differential long-range targeting of BLA IN types

研究人员首先通过电生理记录发现，SOM和PV中间神经元自发性兴奋性突触后电流(sEPSCs)频率和幅度均高于锥体细胞，而VIP神经元则表现出不同的兴奋/抑制平衡特性。进一步利用光遗传刺激来自前额叶皮层(dmPFC)、背内侧丘脑(DMT)或外侧内嗅皮层(LEC)的长程输入，发现在SOM和PV神经元中可记录到多相兴奋性突触后电位(EPSPs)，包括短潜伏期的单突触响应和长潜伏期的双突触响应，且后者幅度更大。而VIP神经元主要显示单突触响应。应用河豚毒素(TTX)和4-氨基吡啶(4-AP)阻断钠钾通道证实，长潜伏期响应为双突触性质，依赖于局部PCs的兴奋输入。

Differential excitation of BLA INs from extrinsic and intrinsic inputs

为区分外源输入与内部BLA锥体细胞对中间神经元的驱动，研究者分别激活来自dmPFC、DMT、LEC的轴突末梢或特定投射的BLA PCs（如投向中央杏仁核CeL或dmPFC的PCs）。结果显示，SOM和PV神经元均可被外部输入和内部PCs激活，但内部刺激诱发动作电位(AP)的数量更多；VIP神经元几乎仅被外部输入激活，对内部PCs的刺激不敏感。电压钳实验进一步表明，SOM和PV神经元在接收局部PC输入时表现出较高的兴奋/抑制(E/I)平衡，而VIP神经元则否。

BLA IN types exert differential inhibitory control over PCs

研究人员还探究了不同类型INs对PCs的抑制控制。通过特异性激活SOM或PV神经元，可在PCs上引发明显的抑制性突触后电位(IPSPs)，其中SOM产生的IPSP幅度更大、衰减更慢；VIP激活对PCs抑制效果微弱。在同时激活长程输入（如dmPFC、DMT、LEC）和INs的条件下，SOM和PV的激活均显著抑制了PCs的EPSP和AP发放，且抑制效果可持续较长时间，表明它们能有效门控外部输入对BLA的兴奋驱动。

BLA IN types exhibit distinct adaptations in intrinsic excitability across auditory cue FC

研究者比较了在不同行为经历（仅听音、恐惧条件化、消退训练）后，各类中间神经元内在兴奋性的变化。发现PV神经元在消退后兴奋性增强，而VIP神经元在恐惧条件化后兴奋性降低、膜电位去极化，SOM神经元的兴奋性则无显著改变。这些变化提示中间神经元在学习过程中经历了细胞类型特异性的可塑性调节。

BLA IN types exhibit unique activity patterns across auditory cue FC

通过光纤光度记录法在体监测神经元活动，发现在恐惧条件化过程中，SOM神经元对条件刺激(CS+)和非条件刺激(US)的反应随试验次数增加而增强，且US反应可持续数十秒；PV神经元的CS+反应稳定，US反应则逐渐习惯化；VIP神经元仅显示短暂的US反应，且随试验次数减弱。这些活动模式在雄性和雌性小鼠中均得到验证。

BLA IN subtypes exhibit unique activity patterns across conditioned fear extinction

在消退训练中，SOM和PV神经元在CS+呈现初期显示短暂的钙活动升高，随后在刺激持续期间出现缓慢降低，且在CS+结束时又出现一个峰反应；这些反应与冻结水平呈相关关系。VIP神经元仅显示CS+起始时的短暂反应，随消退进程减弱。消退后期，所有神经元的CS+相关活动均发生改变，与冻结行为的减少相一致。

BLA IN subtypes show differential responsivity to behavioral-state transitions

最后，研究者分析了神经元活动与行为状态（运动与冻结）之间的关系。发现SOM和PV神经元的钙信号在运动期间较高，在冻结期间较低，且在行为状态转换（如冻结开始或结束）时发生快速变化；这些变化在高恐惧状态下更为明显，且与是否呈现CS+无关。VIP神经元的信号则与行为状态关联较弱。

结论与意义

本研究系统阐明了BLA中三类主要GABA能中间神经元的突触组织模式、活动特性及其在恐惧学习与消退中的分化角色。SOM神经元主要参与反馈抑制，表现出显著的学习相关性可塑性和对行为状态转换的高度响应；VIP神经元主要负责前馈抑制，主要被外部输入驱动，并对 salient 刺激（如US）产生短暂反应；PV神经元则表现出混合特性，部分类似SOM，部分类似VIP。这些发现不仅深化了对BLA微环路组织和可塑性的理解，也为探索焦虑、恐惧相关精神疾病的神经环路调控提供了重要理论依据。

该研究的局限性包括未能明确建立突触组织模式与在体活动间的因果关系，电生理记录中可能存在的电紧张差异，以及尚未检验其他BLA输出通路（如投射至腹侧海马或伏隔核的PCs）对INs的驱动特性。未来研究可借助细胞特异性记录与操控技术，进一步解析不同神经元亚型在行为编码与环路功能中的因果贡献。