基底外侧杏仁核抑制性神经环路的构建及其在恐惧中的作用和机制

Basolateral amygdale (BLA) is critical for fear memory. Recent studies show that inhibitory neurons in BLA are essential for fear encoding and retrieval. BLA receives extensive inputs from multiple regions of the brain; however, it is currently largely unknown how different inputs involve in fear processing through the regulation of distinct subgroups of inhibitory neurons in BLA. Up to now, there are still many debates about whether extinction is fear erasure or inhibition. Thus, with a combination of monosynaptic retrograde trans-synaptic tracing based on modified rabies virus, fluorescence micro-optical sectioning tomography, in vitro and in vivo electrophysiology, optogenetics, and animal behavior tests, we will perform whole-brain mapping of direct inputs onto inhibitory neurons of BLA, followed by a systematic study of their roles in fear memory and extinction and their regulation by NRG1-ErbB4 signaling. By using contextual and cue dependent fear conditioning paradigm, we will also study the molecular, cellular and neural circuitry mechanisms underlying memory extinction and erasure, and how stress regulates memory extinction. Our study will add to our knowledge of the structure and function of inhibitory circuits in BLA and the mechanism(s) underlying fear behavior, and further improve our understanding of the pathophysiology of diseases associated with dysfunctions of BLA inhibitory circuitry such as PTSD and anxiety.

基底外侧杏仁核(BLA)是参与恐惧记忆和恐惧消退的关键核团。BLA抑制性神经环路在恐惧信息处理过程中扮演重要角色。BLA广泛接受中枢不同脑区的多种神经纤维投射，然而目前并不清楚不同的神经投射是如何调节不同的抑制性神经环路进而参与恐惧信息处理；对恐惧记忆消退训练是形成新的抑制性记忆还是记忆擦除仍存在广泛争论。因此，本研究综合应用逆向跨单突触病毒追踪、荧光显微光学切片断层成像技术、光学遗传学、离体与在体电生理等多种先进技术，将完整构建BLA主要抑制性神经元的全脑连接图谱，系统研究BLA的抑制性神经环路在恐惧记忆和消退中的作用、弥散性调制系统参与的抑制环路功能以及神经调节素NRG1-ErbB4信号对这些功能的调控及其分子机制；同时，选取环境、线索依赖的恐惧条件反射作为实验模型，从分子细胞到神经环路水平全面研究记忆消退和擦除的发生机制，以及应激影响记忆消退的机制，该研究不仅有助于人们对杏仁核不同抑制性神经环路的结构和功能、对恐惧发生机制有更深入的了解，更为人们进一步理解与BLA抑制性神经环路结构和功能异常相关疾病如创伤后应激障碍和焦虑症等的发病机理提供新的思路。

我们的预期目标为：（1）阐明基底外侧杏仁核主要抑制性神经元的全脑连接图谱，并系统研究杏仁核主要抑制性神经环路在恐惧记忆和消退中的作用以及神经调节素NRG1-ErbB4 信号对这些功能的调控及其分子机制；（2）培养研究生 10-15 名，博士后 3-5 名；（3）发表研究论文5-8篇。.根据任务书的要求，项目负责人近四年来，在基底外侧杏仁核和中央杏仁核主要抑制性神经环路的构建以及在恐惧和防御性行为等情绪相关行为中的作用等方面取得了系列的创新性研究成果：1、完成了基底外侧杏仁核PV阳性、CCK阳性神经元以及中央杏仁核（CeA）SST阳性神经元的全脑连接图谱的构建；2、发现了两条新的分别由CeA 的SST阳性和PKCδ阳性神经元介导的恐惧相关环路；3、揭示了杏仁核的SST阳性神经元在恐惧诱发的防御性行为中的重要作用（Nature neuroscience，Revised）；4、阐述了杏仁核CCK阳性神经元和杏仁核非CCK阳性神经元在抑郁和奖赏相关行为中的重要作用（Nature Medicine，已经接受，2019）；5、发现中缝背核（DRN）五羟色胺神经元（5-HT）到杏仁核BLA区的神经环路介导焦虑和社交相关行为；6、发现了CeA到中脑深核（DpMe）的神经环路介导小鼠饮水相关行为。这些研究不仅有助于解析杏仁核不同抑制性神经环路的结构和功能、对恐惧发生机制有更深入的了解，也为杏仁核抑制性神经环路结构和功能异常相关疾病的发病机理提供了环路依据。.四年内已经发表SCI论文9篇，另有1篇正在修稿。此外，在项目实施过程中，培养博士生研究生6名，硕士研究生1名，其中2名博士已毕业。项目负责人2016年被加拿大多伦多大学聘为正教授。总之，根据计划书的要求，我们基本完成了各项指标。