PKCα缺陷小鼠显示突触信号改变和恐惧消退受损

《Neurobiology of Stress》：PKCα-deficient mice show altered synaptic signaling and impaired fear extinction

　　

摘要：蛋白激酶Cα (PKCα)，由Prkca编码，已在神经元信号、可塑性和记忆中被涉及。人类遗传学研究将PRKCA确定为与记忆和创伤后应激障碍 (PTSD)相关的候选基因座，但PKCα的生理功能仍未完全明确。在此，研究人员检测了与Prkca^-/-小鼠中组成性全局PKCα缺陷相关的解剖分布、信号功能和行为表型。PKCα在前脑区域丰富，包括海马和前额叶皮质。它在MAP2阳性神经元中检测到，而在GFAP阳性星形胶质细胞中未检测到。在培养的海马神经元中，PKC激活诱导PKCα重新分布到树突和膜相关区室，包括PSD95阳性突触后位点。PKCα缺陷未改变大体海马形态或主要神经元和突触标志蛋白的基础丰度，但降低了pan-PKC、CaMKIIα和AMPA受体亚基GluR1在Ser₈₃₁位点的基础磷酸化。雄性Prkca^-/-小鼠表现出海马依赖性空间记忆受损、焦虑样行为增加和情境恐惧消退的显著缺陷。这些发现将PKCα确定为与突触功能相关的信号程序的一部分，并支持PKCα依赖性过程在习得恐惧的适应性更新中的作用。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
创伤后应激障碍（PTSD）以持续性创伤记忆、焦虑升高和条件性恐惧消退受损为特征，这些行为域依赖于海马和皮质边缘回路协调活动。尽管环境暴露是疾病诱因，个体间易感性差异提示突触信号和可塑性的分子决定因素可能影响适应不良恐惧的持久性。蛋白激酶C（PKC）信号参与多种神经元可塑性形式，其中PKCα（由Prkca编码）是一种常规钙和甘油二酯依赖性丝氨酸/苏氨酸激酶。人类遗传学研究将PRKCA变异与记忆表型及创伤人群中的PTSD风险关联，但PKCα的生理功能尚不完全清楚。本研究旨在利用组成性全局Prkca^-/-小鼠，明确PKCα的解剖分布、活性依赖性定位、对基础海马信号通路的影响，以及其在空间记忆、焦虑相关行为和情境恐惧消退中的行为学作用，为理解PKCα依赖性过程在适应性恐惧更新中的角色提供证据。该论文发表在《Neurobiology of Stress》。

**主要技术方法**
研究人员使用C57BL/6背景的Prkca^-/-小鼠（由Michael Simons博士提供，饲养于密歇根州立大学动物设施），通过免疫荧光染色和Western blot检测PKCα分布及信号蛋白磷酸化；采用Morris水迷宫、物体位置记忆（OLM）任务评估海马依赖性空间记忆；通过旷场、明暗箱和高架十字迷宫测试焦虑样行为；利用条件性恐惧消退范式评估恐惧记忆表达与消退。所有行为学实验仅使用雄性小鼠（2.5-3.5月龄）。

**研究结果**
**3.1 PKCα在前脑神经元中富集，在GFAP阳性星形胶质细胞中未检测到**
通过Western blot和免疫荧光发现，PKCα蛋白主要表达于海马和前额叶皮质，在纹状体和 cerebellum 中几乎检测不到；海马内主要分布于CA1、CA2和CA3区，而非DG区。PKCα与神经元树突标志物MAP2共定位，但与星形胶质细胞标志物GFAP不重叠，支持其神经元特异性表达。

**3.2 PKCα发生活性依赖性亚细胞转位**
PKC激活剂PMA处理原代海马神经元后，PKCα总量不变，但向树突和细胞膜转位，并与突触后标志物PSD95共定位，表明活动依赖性转位至突触后区室。

**3.3 PKCα缺陷不影响大体脑形态和基础标志物丰度**
HE染色显示Prkca^-/-海马形态正常；Western blot和免疫荧光检测显示，突触前标志物突触素I、突触后标志物PSD95、CaMKIIα以及MAP2、GFAP的表达水平在WT和Prkca^-/-之间无差异。

**3.4 PKCα缺陷与基础PKC和CaMKIIα磷酸化降低及GluR1 Ser₈₃₁磷酸化减少相关**
Western blot显示Prkca^-/-海马中pan-PKC（S660位点）磷酸化降低，CaMKIIα（Thr₂₈₆）磷酸化减少，而AKT、ERK1/2、CREB和p38 MAPK活性无变化。GluR1的Ser₈₃₁（PKC/CaMKII靶点）磷酸化降低，但Ser₈₄₅（PKA靶点）磷酸化正常，表明选择性损伤。

**3.5 Prkca^-/-小鼠空间记忆受损**
Morris水迷宫测试中，Prkca^-/-小鼠在可见平台和隐藏平台训练中表现正常，但探针测试中在目标象限停留时间无显著偏好，表明空间记忆保留受损。物体位置记忆测试中，训练阶段两组探索时间相似，测试阶段Prkca^-/-小鼠对新位置物体无偏好，进一步证实空间记忆缺陷。

**3.6 Prkca^-/-小鼠表现出焦虑样行为**
旷场测试中，Prkca^-/-小鼠总运动距离减少，中央区域停留时间和运动减少；明暗箱测试中，总运动减少，但在暗箱中停留时间和运动增加；高架十字迷宫测试中，在开臂停留时间减少。这些结果一致表明焦虑样行为增加。

**3.7 Prkca^-/-小鼠恐惧消退受损**
情境恐惧条件化训练中，两组电击前后冻结水平相似，表明恐惧获取和表达正常。在第一次消退训练中，WT小鼠冻结随时间减少，而Prkca^-/-小鼠无显著下降，且晚期时间点冻结更高；第二次消退训练仍无改善；24小时后测试，WT小鼠保持消退，Prkca^-/-小鼠无恐惧降低，表明恐惧消退巩固受损。

**讨论与结论**
讨论部分指出，PKCα缺失选择性地降低GluR1 Ser₈₃₁磷酸化和CaMKIIα Thr₂₈₆磷酸化，提示PKCα是维持兴奋性突触增强的信号组分，与先前关于PKCα在结构可塑性中作用的研究一致。行为学上，PKCα缺陷小鼠在空间记忆和恐惧消退中表现出特定缺陷，而非普遍性学习障碍，表明其角色在于记忆稳定和灵活更新。尽管存在仅使用雄性小鼠、全局敲除可能引起发育补偿、分子测量仅基于基线等局限性，但结合人类遗传学关联，这些结果支持PKCα依赖性信号在持久恐惧状态中的贡献。研究结论：这些发现将PKCα确定为与突触功能相关的信号程序的一部分，并支持PKCα依赖性过程在习得恐惧的适应性更新中的作用。