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DNA甲基化参与小鼠恐惧反应的消退

World journal of psychiatry · 2025-07-19

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World Journal of Psychiatry · 研究前沿

DNA甲基化参与小鼠恐惧反应的消退

降低甲基化相关读出后,小鼠消退训练后的回忆反应较强;提高相关读出可加快训练中的反应减弱,但后续回忆并无显著差别。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

原本预示危险的线索,后来不再伴随危险,动物会逐渐减少恐惧反应。这种记忆消退需要新的经验与旧有联系相遇。发表于 World Journal of Psychiatry 的研究观察成年雄鼠,发现海马 DNA 甲基化的变化,与消退相关行为、神经活动和细胞结构相连;训练时的变化与之后的回忆结果,则呈现出不同关系。

关键发现

RG108 降低海马总体甲基化,并伴随后续回忆凝固较高、齿状回树突棘密度较低。甲硫氨酸相关干预提高甲基化,加快消退训练中的凝固下降,未显著改变后续回忆。

阅读目录 · 6个部分

学习新的关系,需要细胞参与

在小鼠研究中,凝固是一种常用的恐惧相关行为读出。消退过程中,同样的线索不再伴随原来的危险事件,凝固通常逐步下降。这个过程能帮助研究者观察已有学习怎样随新经验改变,同时比较当时的行为与之后重新遇到线索时的表现。

DNA 甲基化是调节基因使用的一种方式,不需要改变 DNA 序列。负责添加甲基标记的酶,与神经可塑性和记忆过程有关。团队因此关注海马中的甲基化读出,以及它与齿状回细胞响应之间的联系。

齿状回通常与环境和情境相关的记忆过程相连,这项研究则观察了声音线索下的反应。关注点不仅是动物是否还能回应一个声音,也包括相关经验形成以后,细胞状态如何伴随后续学习变化。消退因而成为连接行为时间线与细胞调节的一个观察窗口。

训练相近,之后的回忆却不同

接受 RG108 的小鼠,海马总体 DNA 甲基化水平较低。研究采用了回忆后接续消退的情境:两组原先形成的恐惧反应相近,消退训练期间的凝固下降也没有显著组间差别;到了次日回忆,RG108 组凝固较高。

同样经历了训练,之后的反应却出现差别。结果把甲基化相关变化与消退后的表现联系起来,也提示仅看训练当时的凝固下降,未必能知道之后会怎样回应。记忆过程的不同时间点,提供了不同的信息。

原论文图 1降低甲基化与次日回忆表现
降低甲基化与次日回忆表现
原论文 Figure 1:RG108 后海马总体甲基化下降;两组形成及训练期间的凝固相近,次日回忆时 RG108 组凝固较高。
来源:Jiang L et al. · World journal of psychiatry · CC BY-NC
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齿状回树突棘密度较低

在另一组训练后的组织观察中,RG108 组齿状回的 Dnmt3a 阳性细胞密度较低,树突棘密度也下降。Dnmt3a 是一种 DNA 甲基转移酶,树突棘则是细胞接收突触输入的重要结构,两类读出把分子状态与神经结构放到同一研究问题中。

这种结构差别引出了对动态活动的观察。团队希望知道,在同样的学习情境里,相关细胞的响应方式是否也不同。于是,研究从训练后的静态图像,转向了线索出现时的实时钙信号。

原论文图 2甲基转移酶标记与树突棘观察
甲基转移酶标记与树突棘观察
原论文 Figure 2:RG108 组齿状回 Dnmt3a 阳性细胞密度及树突棘密度较低,与较低的海马总体甲基化读出相呼应。
来源:Jiang L et al. · World journal of psychiatry · CC BY-NC
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钙响应差别集中在线索后半段

背侧齿状回记录显示,回忆阶段的群体钙响应没有显著组间差别。在消退阶段,RG108 组的响应在线索后半段较低,线索结束后逐渐恢复。前半段比较与整个阶段的总体组效应未达到显著,时间细分揭示了更局部的差别。

这一发现让“神经活动改变”变得具体:差别并不贯穿每一个阶段或每一个时刻,而是在特定学习片段出现。它与训练后结构读出一起,呈现了甲基化相关干预下细胞状态的多个侧面。

原论文图 3回忆与消退中的齿状回钙信号
回忆与消退中的齿状回钙信号
原论文 Figure 3:回忆阶段无显著组间差别;消退线索后半段,RG108 组钙响应较低,前半段及总体组效应未显著。
来源:Jiang L et al. · World journal of psychiatry · CC BY-NC
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凝固下降加快,回忆结果相近

团队随后考察甲硫氨酸相关干预。海马总体甲基化读出升高后,小鼠在常规消退训练中凝固下降较快。然而,后续回忆时两组并没有显著差别。干预改变了学习过程中的下降速度,并没有同时带来更低的最终回忆反应。

这项比较使用的训练情境,与 RG108 的回忆后消退情境不同。两组结果分别揭示了甲基化相关变化在各自条件下的表现:一组在次日回忆中出现差别,另一组主要影响训练阶段的过程。

对照组在这些训练中也出现了凝固下降。提高甲基化相关读出的影响,体现为已有消退过程中的速度差别;到了后续回忆,两组都呈现较低的线索相关反应。

原论文图 4甲基化提高后的消退训练与回忆
甲基化提高后的消退训练与回忆
原论文 Figure 4:甲硫氨酸相关干预提高海马总体甲基化,加快近期及较久前形成记忆的部分消退过程;后续回忆组间差别不显著。
来源:Jiang L et al. · World journal of psychiatry · CC BY-NC
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较久前形成的记忆也有过程变化

对于较久前形成的恐惧记忆,提高甲基化相关读出也加快了第一天的消退;到了第二天及随后回忆,差别不再显著。近期与较早形成的记忆,都能在训练过程中显示变化,但变化出现的时段有自己的范围。

研究对象是成年雄鼠,干预作用于全身,甲基化测量来自海马总体读出。最直接的认识,是分子调节、神经响应与恐惧反应的减弱存在联系,而“学得更快”与“之后反应更低”在这组观察中并不等同。

论文信息

Jiang L, Ma RX, He ES, Zheng XY, Peng X, Ma WH, Li Y, Li HW, Zhang XY, Ji JY, Li YJ, Qu SL, Li LJ, Gong ZT.
DNA methylation regulates the extinction of fear memory
World journal of psychiatry · 2025-07-19
DOI: 10.5498/wjp.v15.i7.107524