重新学习环境已安全,海马胶质细胞也参与其中
雌雄小鼠研究连接基底前脑乙酰胆碱与海马星形胶质细胞:作用集中在恐惧消退训练,随后回忆时的单独激活未见同样效果。
一个环境曾经伴随危险,后来不再发生坏事,动物如何调整旧有反应?恐惧消退正是这种重新适应的学习过程。2025 年 4 月 4 日发表于《Science Advances》的研究发现,海马背侧 CA1 星形胶质细胞在小鼠重返相关环境、进行消退训练时出现增强的钙活动。来自后部基底前脑的乙酰胆碱信号比这股胶质细胞响应先出现,二者共同参与训练期间的变化,让恐惧记忆研究从神经元延伸到神经元与胶质细胞之间的交流。
CA1 星形胶质细胞的钙响应支持恐惧消退学习;含 α4 或 α7 亚基的烟碱型乙酰胆碱受体参与接收上游信号。
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经历过危险,重返相关环境才出现响应
小鼠先形成环境相关的恐惧反应,再重返同一环境,经历没有新的伤害刺激的消退训练。背侧 CA1 的星形胶质细胞活动标记增加,钙响应也在训练过程中逐渐增强,与冻结行为减少相伴。
这种响应依赖经历和环境:刚形成恐惧反应后并未立即出现同样变化,换到无关环境时也减弱;没有恐惧经历的小鼠、物体识别或蔗糖相关场景中,未见同样增强。星形胶质细胞参与的是具有具体背景的学习过程。
来源:Li Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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训练时增强有效,回忆时增强未见同样效果
降低这些细胞的钙响应,消退训练中的冻结下降变慢,次日仍保持较高冻结。相反,在训练阶段增强星形胶质细胞活动,会加快冻结下降,之后的测试中也可观察到较低冻结,部分效果延续到第十天。
如果等到次日回忆消退记忆时才增强活动,冻结水平没有明显改变。相同细胞的作用取决于时间:在重新学习阶段调节,与后来表达已有记忆时调节,是不同的事情。旷场运动及相关探索基本不变,也让这种效应更聚焦于消退学习。
来源:Li Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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乙酰胆碱先升高,胶质细胞随后响应
研究继续寻找上游信号。消退训练期间,CA1 的细胞外乙酰胆碱信号增加,受测的 ATP 和血清素信号没有明显变化。乙酰胆碱同样依赖相关恐惧经历与环境,在无关场景中没有出现同样增强。
同时记录两种信号时,乙酰胆碱的上升比星形胶质细胞钙响应早约两秒,二者正相关。这个先后关系把细胞外的调节分子与胶质细胞内部变化连接起来,并引出下一步问题:乙酰胆碱来自哪里,细胞又怎样接收它?
来源:Li Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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后部基底前脑输入抵达 CA1
这次从背侧 CA1 出发的追踪,在后部基底前脑标记到较多胆碱能细胞,其轴突可抵达海马,并靠近星形胶质细胞。激活这些胆碱能末梢能够引起胶质细胞钙响应,经历消退训练后,诱发的响应更强。
阻断烟碱型受体相关作用会削弱这一响应,阻断毒蕈碱型受体则没有同样影响;含 α4 或 α7 亚基的受体参与其中。训练后,星形胶质细胞中的两种亚基转录信号也增加,显示接收信号的细胞自身同样会改变。
来源:Li Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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胶质细胞中的受体,参与上游输入的作用
增强胆碱能输入可促进消退训练,但把 CA1 星形胶质细胞的钙响应压低后,这种促进作用受到阻断。进一步降低胶质细胞中的 α4 或 α7 亚基表达,也削弱末梢激活引起的钙响应,以及随后对消退行为的促进。
这一步把分子检测推进到功能联系:接收信号的胶质细胞和其中的受体,是上游输入发挥作用的重要环节。神经元发出的调节信号,经过胶质细胞响应,参与动物在环境中重新学习。
上游信号减少,增强胶质活动可补偿
减少后部基底前脑胆碱能细胞后,CA1 胶质细胞在训练中的钙响应减弱,冻结下降也更慢。直接增强 CA1 星形胶质细胞活动,则能补偿这些小鼠的消退缺陷,让训练及次日测试中的冻结朝恢复方向改变。
上游信号减少后,胶质细胞响应和学习表现一起改变;直接增强胶质细胞活动,则能改善这一行为表现。神经元与胶质细胞在重新适应环境时相互联系,星形胶质细胞进一步怎样调节海马网络,也成为研究延伸出的新问题。
来源:Li Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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加强胆碱能信号,也能影响消退训练
乙酰胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐也被用于这项小鼠检验。局部处理增加胶质细胞钙响应,并促进训练及次日表现;全身处理的较低受测条件促进当天训练,次日冻结差异不明显,较高条件则同时影响两个阶段。作用会随受测条件改变。
这项雌雄小鼠研究把上游神经调节与胶质细胞的学习作用相连,也显示时机的重要性。药物能够影响多类细胞,其具体作用路径还需进一步区分;眼下最清楚的发现,是恐惧消退的重新适应过程包含了胶质细胞的主动贡献。
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