综述：恐惧消退神经环路中的新兴主题，包括多巴胺能预测误差、兴奋/抑制平衡及新型治疗策略

《Current Opinion in Physiology》：Emerging themes in fear extinction neurocircuitry, including dopaminergic prediction error, excitatory/inhibitory balance and novel therapeutic strategies: Short title: Emerging themes in fear extinction neurocircuitry, including dopaminergic prediction error, E/I balance and novel therapeutic strategies

　　

通过恐惧消退（fear extinction）进行安全学习（safety learning）：健康与病理形式。对危险情境的适应性行为反应在不断变化的环境中至关重要，这需要通过已建立且保守的恐惧神经环路（fear neurocircuitry）将刺激与威胁相关联。恐惧学习（fear learning）可概念化为巴甫洛夫式联想学习（Pavlovian associative learning），其中先前的中性刺激（条件刺激，Conditioned Stimulus, CS）与厌恶或恐惧事件（非条件刺激，Unconditioned Stimulus, US）配对，由杏仁核（amygdala）、海马体（hippocampus）和前额叶皮层（prefrontal cortex）构成的经典脑环路编码。与此同时，安全学习涉及将线索与安全结果（即无危险）关联，可通过多种学习形式实现，包括恐惧消退，以及条件性恐惧抑制（conditioned fear inhibition）、辨别学习（discriminative learning）等。本文聚焦于恐惧记忆的消退（fear extinction），这是一种新的抑制性记忆（inhibitory memory），与原始恐惧记忆痕迹动态竞争并暂时抑制它。尽管恐惧消退在行为上表现为恐惧反应减弱（可能类似遗忘），但实验表明消退是一个主动但暂时的过程，因为可通过更新（renewal）、重建（reinstatement）和自发恢复（spontaneous recovery）等实验条件重新提取原始恐惧记忆，尽管它也被概念化在潜在状态更新（latent-state updating）和预测误差依赖学习（prediction error-dependent learning）框架中。除了在生存和适应性行为中的核心重要性，恐惧消退受损是多种精神疾病以及焦虑、恐惧、创伤和应激相关障碍（包括创伤后应激障碍，post-traumatic stress disorder, PTSD）的核心特征。因此，大量研究试图在印迹神经元（engram neurons）、突触和环路层面剖析恐惧消退过程的物理和生物学基础。这类工作利用了多层面和多学科方法，包括基因组学（genomics）、神经生物学/化学（neurobiological/chemical）和神经环路记录技术（neurocircuitry recording techniques）。在这篇重点综述中，研究人员首先简要更新了经典恐惧消退环路，包括基底外侧杏仁核（basolateral amygdala, BLA）、内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）和海马体，然后探讨了更广泛的消退环路，如内嗅皮层（entorhinal cortex）和岛叶皮层（insular cortex），以及神经调质控制，包括神经肽Y（neuropeptide Y）。接着，研究人员涵盖了关于多巴胺能系统通过腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）在消退调节中作用的近期发现，以及预测误差编码（prediction error coding）的产生，随后探讨了兴奋性谷氨酸能系统（excitatory glutamatergic system）的作用，特别是通过NMDA受体（NMDA receptor）信号传导。研究过程中，研究人员考虑了兴奋性和GABA介导的抑制性（E/I）平衡，通过局部突触E/I机制、抑制性中间神经元微环路门控（inhibitory interneuron microcircuit gating）以及恐惧和消退神经集群之间的竞争。最后，研究人员探讨了神经生理学见解如何指导治疗策略，重点关注多巴胺能和谷氨酸能活性化合物，如左旋多巴（L-DOPA）和D-环丝氨酸（D-cycloserine）。

**Update on canonical neurocircuitry of fear extinction, including interneuron gating & ensemble competition**

恐惧消退（fear extinction）的生物学基础在于印迹细胞（engram cells），这些细胞分布于广泛连接的脑区网络。临床前啮齿类动物研究显示，恐惧消退印迹存在于后基底外侧杏仁核（posterior basolateral amygdala, BLA）中表达磷酸酶1调节抑制亚基1B（phosphatase 1-regulatory inhibitor subunit 1B, Ppp1r1b⁺）的奖赏响应神经元亚群中，这些细胞与奖赏反应重叠，并能直接抑制前杏仁核中表达R-spondin 2（Rspo2⁺）的恐惧表达神经元亚群，表明恐惧消退包含一个具有奖赏样特性的印迹，抑制恐惧环路。BLA包含非重叠的抑制性GABA能中间神经元（interneurons, INs），其中生长抑素（somatostatin, SOM）和血管活性肠肽（vasoactive intestinal peptide, VIP）中间神经元在恐惧学习和消退中表现出不同活动模式，而SOM和小清蛋白（parvalbumin, PV）中间神经元密切反映由冻结水平测量的不同行为状态。此外，围绕BLA的背侧和腹侧内侧插入神经元（ITC_dm和ITC_vm）功能上不同的抑制性集群，消退需要ITC_vm到ITC_dm的连接，而恐惧表达需要相反的连接，表明ITC代表恐惧状态调节的关键开关。海马齿状回（dentate gyrus, DG）高度参与恐惧消退，先前研究表明存在“恐惧神经集群”，而消退需要抑制该恐惧集群并激活竞争性的“消退集群”。近期工作显示，恐惧消退抑制了背侧和腹侧DG以及背侧CA1（dorsal CA1, dCA1）中的恐惧集群活动，但未抑制腹侧CA1（ventral CA1, vCA1）。该研究还揭示，消退强烈改变了恐惧集群细胞的转录组，包括抑制即刻早期基因Arc和c-Fos，而恐惧召回和消退召回期间激活的细胞整体转录谱不同。相反，在腹侧海马中，情境恐惧消退特别需要vCA1中的SOM中间神经元，而非PV中间神经元。有趣的是，该研究还显示消退环路与基于奖赏的食欲性条件化存在重叠，表明消退可能通过正性价态记忆编码。恐惧消退的编码和巩固高度依赖内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）的抑制性环路，包括下边缘皮层（infralimbic, IL）和边缘前皮层（prelimbic, PL）。例如，IL mPFC中的消退印迹对恐惧记忆消退至关重要，并通过局部环路（包括IL处的PV中间神经元）依赖神经调节蛋白1-ErB4信号传导。此外，从腹侧海马到mPFC的PL亚区的输入对消退记忆的提取至关重要。总体而言，大量研究指出mPFC、BLA和腹侧海马组成的三方神经元环路介导恐惧消退，且这些脑区间的印迹环路突触连接对消退提取至关重要，特别是来自BLA和海马的特定印迹细胞汇聚于mPFC的单个印迹细胞，而此连接在恐惧更新或自发恢复期间发生改变。

**Wider distribution of circuits and neuromodulatory control in fear extinction**

恐惧消退还受到更广泛分布的神经环路支持，超越BLA、mPFC和海马间的经典连接。例如，岛叶皮层（insular cortex, IC）包含不同但空间相邻的神经元群体，在威胁或消退学习期间被激活，投射到中央杏仁核（central amygdala, CEA）的神经元编码恐惧，投射到伏隔核（nucleus accumbens, NAc）的神经元促进消退学习。此外，眶额皮层（orbitofrontal cortex, OFC）选择性地支配并增强消退特异性IC-NAc环路的活动，表明皮层对IC投射环路提供自上而下的调节以控制恐惧消退。近期两项研究揭示了海马vCA1中额外的神经环路和神经调质作用。具体而言，外侧内嗅皮层（lateral entorhinal cortex, LEC）的第2a层扇形细胞靶向vCA1中的PV中间神经元，在消退学习期间提供低频伽马同步化。通过深部脑刺激或经颅交流电刺激增强该通路，在PTSD样小鼠模型中促进了消退并减少了持续恐惧反应。第二项研究显示，恐惧消退需要vCA1中表达神经肽Y（neuropeptide Y, NPY）的中间神经元的募集，通过表达NPY2受体（NPY2R）的神经元亚群产生慢速NPY介导的抑制以促进消退。相反，记忆获取需要NPY1R表达神经元介导的快速GABA能抑制，表明中间神经元的神经肽能抑制可调节恐惧记忆与消退。

**Dopaminergic modulation, VTA and prediction error in fear extinction**

多巴胺能系统传统上与奖赏编码相关，但新近研究将其与厌恶形式的学习和消退联系起来，作为其更广泛的预测误差（prediction error, PE）信号能力的一部分。消退学习可视为当实际结果（无US的CS）与先前预测（强烈预测US存在的CS）之间存在足够差异时产生神经元PE信号。因此，在恐惧消退中，预期厌恶US的遗漏可概念化为积极结果或奖赏事件。研究表明，消退学习依赖于腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）中多巴胺能神经元亚群产生的多巴胺能PE信号。具体而言，这些多巴胺能PE信号在时间上与预期厌恶结果的遗漏对齐，且仅在消退学习早期（即US遗漏最意想不到时）出现，满足真正PE信号的特征。近期工作显示，这种消退预测误差（extinction prediction error, EPE）通过投射到NAc前部区域的VTA多巴胺能神经元发生，且VTA接收来自中缝背核的输入，其他脑区（包括BLA和IL/mPFC）也可能是VTA的投射靶点。重要的是，VTA多巴胺能信号直接影响BLA神经元群体中的情境恐惧印迹，该群体由恐惧消退Ppp1r1b⁺神经元和恐惧表达Rspo2⁺神经元组成。研究人员证明，BLA恐惧和消退神经元亚群接收来自不同VTA神经元的输入以控制恐惧消退，更精确地说，是通过多巴胺D1受体介导的传递作用于Ppp1r1b⁺神经元亚群。此外，对PE规则和神经环路的理解可阐明记忆的基本组织方式。根据潜在状态理论及恐惧条件化和消退的实验数据，当新经验与过去经验相似时产生的小预测误差导致现有信息更新；而新经验与过去经验不同时产生的大预测误差（与恐惧消退高度相关）导致状态分裂，即新经验编码为新的状态或记忆，同时保留先前信息，但这取决于学习与消退配置、时间间隔和情境特异性等关键变量。

**Balance of synaptic plasticity: glutamatergic and GABAergic signaling in fear extinction**

尽管PE为理解恐惧消退提供了有力框架，但通过长时程增强（long-term potentiation, LTP）或长时程抑制（long-term depression, LTD）塑性过程改变突触强度至关重要。LTP和LTD与兴奋性谷氨酸能N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体在杏仁核突触中发挥对比作用。恐惧学习通常由含GluN2A的NMDAR介导的LTP支持，而恐惧消退由含GluN2B的NMDAR介导的杏仁核LTD支持。与此一致，恐惧消退需要神经营养因子信号（神经营养素3-原肌球蛋白受体激酶C），通过GluN2B依赖机制阻断LTP。此外，携带Grin2b基因点突变（Grin2b^C456Y/+）的啮齿类动物表现出恐惧记忆消退，并伴随BLA中自发兴奋性突触传递和神经元兴奋性降低。相反，GluN2A过表达损害外侧杏仁核的LTD并导致恐惧消退受损。除了兴奋性NMDAR介导的突触可塑性，恐惧消退可能受突触处抑制性GABA能系统影响，从而贡献于局部突触兴奋/抑制（E/I）平衡。事实上，已知基底杏仁核的GABA能突触在恐惧学习期间发生结构和功能变化，且这些特征在消退期间部分逆转。相反，用GABA拮抗剂印防己毒素（picrotoxin）实验性诱导GABA能系统去抑制，可刺激IL并随后促进恐惧消退。这种局部突触水平的E/I平衡可能至关重要，并且是恐惧消退所需的其他E/I调节形式（包括抑制性中间神经元门控、恐惧与消退神经元间的集群竞争、杏仁核ITC切换和环路由输出调节）的一部分。

**Dysregulated fear extinction in disorders and novel treatment strategies**

适应不良的恐惧消退是焦虑和创伤及应激相关障碍（如PTSD）的核心病因学特征。近期患者群体神经影像研究显示，恐惧消退学习期间背外侧前额叶皮层功能连接缺陷，而临床前和临床研究表明，多巴胺能和谷氨酸能系统失调均参与恐惧消退受损。因此，增强恐惧消退被视为有前景的治疗策略，包括使用靶向多巴胺能和谷氨酸能通路的药理化合物。多巴胺前体左旋多巴（L-DOPA）可增加多巴胺生物利用度，在健康人类和PTSD人群中均增强消退的学习和巩固。临床前，L-DOPA同样在消退受损的啮齿类动物模型（近交系S1小鼠）中挽救恐惧消退缺陷，同时增强细胞外多巴胺和PL神经元的激活。机制上，L-DOPA可能通过增加VTA产生的预测误差/教学信号的关键阶段的多巴胺可用性来增强恐惧消退，这些信号是消退学习或形成新安全记忆所需。在谷氨酸能靶向方面，NMDA受体部分激动剂D-环丝氨酸（D-cycloserine, DCS）作用于NMDA受体的甘氨酸结合位点，促进NMDAR可塑性，可增强消退记忆的巩固，但也可增强原始恐惧记忆的巩固。DCS近期在健康志愿者中促进消退学习，并在恐惧条件化的PTSD患者和社交焦虑障碍患者中增强消退保持。同时，NMDA受体拮抗剂氯胺酮在PTSD患者的一项初步研究中增强创伤记忆提取后消退。此外，临床前PTSD和慢性应激啮齿类动物模型被用于探索新型NMDAR活性化合物，其中阳性调节剂NYX-783和新型拮抗剂氟乙基去甲美金刚胺（fluoroethylnormemantine, FENM）均显示出促进恐惧消退的作用。因此，L-DOPA和DCS可视为有前景的增强药物，分别作用于预测误差或NMDAR可塑性框架。但其他药理学治疗方法（如四氢大麻酚、育亨宾、糖皮质激素地塞米松、苯丙胺MDMA和致幻剂裸盖菇素）也已探索用于增强恐惧消退。

**Summary and future directions**

基础与临床研究在理解健康与病理形式的恐惧消退方面取得了显著进展，提供了关于相关神经环路和神经过程（如多巴胺能和谷氨酸能NMDA受体）的清晰见解。未来需进一步探索奖赏学习与厌恶记忆消退的神经环路重叠，以及它们如何由多巴胺能预测误差编码通路支持。神经环路方面的其他未解问题包括：谷氨酸能可塑性与消退预测误差信号间的相互作用（鉴于恐惧学习中类似需求）；抑制性GABA能印迹在恐惧消退中的进一步表征（如近期BLA中SOM表达中间神经元的工作）；突触非依赖性可塑性形式（如轴突起始段动力学）的作用；