跳至内容

重回熟悉场景,为何更害怕?H1受体的一条记忆线索

Nature communications · 2024-07-10

Table of contents

No titles in the blog post

Nature Communications · 研究前沿

重回熟悉场景,为何更害怕?H1受体的一条记忆线索

小鼠研究把胆碱能细胞上的组胺H1受体,与内侧隔区—齿状回的情境恐惧回忆联系起来。受体减少后,场景唤起的冻结增加,声音线索反应却未同步增强。

原论文图3H局部:情境回忆相关齿状回细胞的多色荧光视野

一段令人紧张的经历,既可能被一声熟悉的提示唤起,也可能藏在重返某个场景的瞬间。大脑怎样区分“听到了什么”和“又回到了哪里”,又如何决定记忆表达的强弱?2024年7月10日发表于 Nature Communications 的研究,把线索指向组胺H1受体。这种受体出现在不同类型的脑细胞上,而研究发现,小鼠内侧隔区一群胆碱能细胞中的H1受体,与海马齿状回的活动及情境恐惧回忆紧密相连。受体减少后,动物再次进入曾经发生不愉快经历的场景,冻结反应更强;对声音提示的反应却没有同样增强。记忆的调节,显露出细胞、连接与回忆阶段的精细分工。

关键发现

内侧隔区胆碱能细胞H1受体不足,伴随细胞兴奋性下降、齿状回行为相关乙酰胆碱动态减弱,以及更强的情境冻结。回忆期增强相应胆碱能输出,或抑制被回忆招募的齿状回细胞,均能减轻异常增强的反应。

阅读目录 · 6个部分

同一段经历,留下两种不同线索

在恐惧条件化任务中,场景与声音都能成为回忆的入口。研究在胆碱能细胞中删除编码H1受体的Hrh1基因后发现,小鼠训练时的冻结变化与对照相近,但再次进入原场景时,冻结时间更多;换到声音线索测试,组间差异则不显著。改变集中在场景唤起的行为表达,而非所有恐惧反应都一起放大。

这一特点在一天后的近期记忆和四周后的远期记忆测试中都能看到,雌雄小鼠也出现相近的行为模式。即使交换场景与声音的测试先后,情境冻结增强仍然存在。对同一段经历,大脑处理场景和提示音的方式可以被不同地影响,这为寻找具体细胞与连接提供了出发点。

原论文图 1H1受体缺失选择性增强情境冻结
H1受体缺失选择性增强情境冻结
图1比较学习、情境回忆和声音线索回忆。近期与远期情境冻结增强,训练及声音线索反应未见相应显著改变。
来源:Cheng L et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

受体的变化,集中到内侧隔区

进一步检查不同细胞,团队发现训练后内侧隔区胆碱能细胞的Hrh1信使RNA降低,而同一区域的GABA能与谷氨酸能细胞没有显著变化。RNA变化在一天后已出现,细胞启动放电所需电流的显著增加则见于较晚时间点,受体表达与细胞状态的改变并非每一步都同时发生。

恢复这群细胞中的H1受体,能够减轻基因缺失小鼠增强的情境冻结;在原本保留受体的小鼠中局部降低其表达,则出现相反变化。相邻对角带水平支的对应操作没有同样的显著行为效应。红绿荧光背后,起作用的不只是受体名称,还包括它位于哪个脑区、哪类细胞。

原论文图 2区域受体恢复、降低与细胞兴奋性
区域受体恢复、降低与细胞兴奋性
图2展示Hrh1表达、内侧隔区局部恢复及降低表达的行为结果。受体缺失细胞启动放电更困难,受测电流下放电更少。
来源:Cheng L et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

齿状回里,哪些细胞被回忆唤起?

内侧隔区向海马发送胆碱能输入,研究于是把视线转向下游。情境回忆后,受体缺失小鼠的齿状回出现更多带有活动相关标记c-Fos的细胞;受测杏仁核、前额叶和海马其他亚区没有同样的显著差别。没有重新回到场景时,也未观察到这项齿状回差异,变化因此与回忆情境联系起来。

从回忆时活跃的齿状回细胞向上游追踪,团队找到来自内侧隔区的单突触输入,其中包括胆碱能细胞。相比声音回忆相关的标记群,情境回忆相关群所标记的内侧隔区上游细胞中,胆碱能细胞占比更高。场景信息并非只在海马内部流动,也受到远处调节性输入的影响。

原论文图 3回忆相关齿状回细胞及其上游输入
回忆相关齿状回细胞及其上游输入
图3展示c-Fos标记和活动相关示踪。情境回忆后齿状回标记增加,并可追踪到内侧隔区胆碱能输入。
来源:Cheng L et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

从移动到冻结,乙酰胆碱怎样起落?

把视角拉近到行为转换的瞬间,递质信号呈现出清晰起落:对照小鼠由移动转为冻结时,齿状回乙酰胆碱信号下降;重新活动时,信号升高。H1受体缺失小鼠中,这些行为相关波动变得平缓。来自内侧隔区的胆碱能轴突钙信号,也出现相应的动态减弱。

重要的是,这些动态主要出现在重新面对场景的回忆测试中。训练后巩固阶段的记录,没有出现同样的移动—冻结相关起落。乙酰胆碱并非只提供一份静止的背景,它的变化还与记忆被调用时的行为节奏相连;而受体不足,削弱了这套动态调节。

原论文图 4回忆期齿状回乙酰胆碱与轴突钙信号
回忆期齿状回乙酰胆碱与轴突钙信号
图4显示乙酰胆碱及内侧隔区胆碱能轴突的行为相关信号。受体缺失后,冻结与移动转换时的信号变化均减弱。
来源:Cheng L et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

在回忆发生时,重新调节这条连接

如果较弱的胆碱能动态参与了情境反应增强,那么在回忆时补上相关输出,会发生什么?研究增强了齿状回区域内、来自内侧隔区胆碱能细胞的末梢相关活动,受体缺失小鼠过强的情境冻结随之减轻。相应的训练后干预没有同样的行为效果,进一步把关键作用指向回忆阶段。

另一条检验路线落在齿状回本身:先降低内侧隔区胆碱能细胞中的H1受体,再抑制情境回忆时被招募的齿状回细胞,也能减轻增强的冻结反应。两端的干预将分子、调节性输入与回忆相关细胞群连接起来,形成对这条研究主线的互补支持。

原论文图 5增强胆碱能末梢相关活动或抑制回忆相关细胞
增强胆碱能末梢相关活动或抑制回忆相关细胞
图5展示回忆期干预。增强齿状回区域的胆碱能末梢相关活动,或抑制回忆相关齿状回细胞,均减轻异常增强的情境冻结;声音线索反应未显著改变。
来源:Cheng L et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

调节回忆的强弱,也要看细胞和时机

情境记忆被唤起时,它的表达强度仍可受到精细调节。相同的声音线索、相近的训练表现,与更强的场景冻结并列出现,让细胞类型、脑区和行为阶段之间的分工变得具体。H1受体因此不只是一个分子标签,也成为理解内侧隔区—齿状回联系的一条线索。

与此同时,内侧隔区包含多类细胞,研究中的其他混合群体操纵并不总产生相同方向的效应。哪些输入在不同情境下调动这些细胞,怎样影响齿状回内部网络,仍值得继续探索。理解记忆为何在某个场景突然变得鲜明,或许需要同时看见受体、细胞群与回忆发生的那一刻。

论文信息

Cheng L, Xiao L, Lin W, Li M, Liu J, Qiu X, Li M, Zheng Y, Xu C, Wang Y, Chen Z.
Histamine H1 receptors in dentate gyrus-projecting cholinergic neurons of the medial septum suppress contextual fear retrieval in mice
Nature communications · 2024-07-10
DOI: 10.1038/s41467-024-50042-4