去甲腎上腺素調(diào)控恐懼記憶消退訓(xùn)練的研究進展
條件性恐懼模型是研究恐懼記憶的獲得、儲存、提取、消退等過程,以及這些過程的中樞機制的重要行為模型。此模型程序以典型的巴普洛夫條件反射為基礎(chǔ),即先對動物進行厭惡性刺激與中性刺激的聯(lián)結(jié)匹配訓(xùn)練(US-CS),其中厭惡性刺激即無條件刺激(UnconditionedStimulus,US,如電擊),中性刺激即條件性刺激(ConditionedStimulus,CS,如燈光、聲音或訓(xùn)練環(huán)境),當(dāng)動物再次接觸這個中性刺激時,就會表現(xiàn)出條件性恐懼反應(yīng)。然而,若條件性線索反復(fù)單獨呈現(xiàn),而不匹配厭惡性刺激時,動物先前習(xí)得的對CS的條件性恐懼反應(yīng)會逐漸弱化,這即是條件性恐懼的消退(CS-noUS)。目前條件性恐懼消退在臨床上的應(yīng)用多為創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(Post-traumaticStressDisorder,PTSD)的心理治療,即暴露療法。
大多數(shù)研究認為,消退記憶并不是抹除了原有的CS與US之間的聯(lián)系,而是形成一種CS和無US的安全環(huán)境之間的新條件反射。目前,對消退記憶形成的神經(jīng)生物學(xué)機制還不完全清楚。最近研究發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素(NE)在記憶消退的長期維持中有重要作用,現(xiàn)對其研究進展進行綜述。
1NE對消退記憶的影響
NE細胞信號系統(tǒng)在消退記憶學(xué)習(xí)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。早期研究發(fā)現(xiàn),在逃避性抑制模型中,給予NE能夠增加消退成功幾率,同時阻滯β受體可以減弱消退記憶的形成,提示NE增加消退記憶學(xué)習(xí)是通過β受體信號系統(tǒng)起作用的,并且NE可通過作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)增強消退,破壞藍斑的NE神經(jīng)投射或者過度消耗藍斑中的NE可以抑制其對消退記憶的作用。但是,抑制作用在某些條件下是不起作用的,提示NE在消退記憶學(xué)習(xí)中不一定起到?jīng)Q定性作用,只是在與US相關(guān)的CS變化時起到一種增強聯(lián)系的作用,包括獎賞記憶模型和恐懼記憶模型。
近些年的研究更加側(cè)重于恐懼記憶的消退,在恐懼記憶消退前或消退后給予NE能藥物所得到的試驗結(jié)果是相反的。在消退訓(xùn)練前系統(tǒng)注射β受體阻滯劑普萘洛爾可以抑制隨后環(huán)境性恐懼記憶的消退,但是對線索性恐懼記憶則不起作用。在線索性恐懼記憶的消退過程中,普萘洛爾可以在減低恐懼記憶本身的同時不影響消退的效果。此外,給予促進NE釋放的α2受體拮抗劑育亨賓可以促進大鼠在不同環(huán)境中的消退,并具有劑量依賴性,而對于在原環(huán)境中的消退則沒有作用,提示育亨賓可以增強動物對CS消退的學(xué)習(xí)。我們的研究團隊最近也發(fā)現(xiàn),恐懼記憶鞏固的后期在背側(cè)海馬CA1區(qū)注射NE可以促進消退記憶的長期維持。
大腦皮質(zhì)NE投射主要由微小核團藍斑發(fā)出,向杏仁核,海馬與中腦邊緣葉皮層投射,這些腦結(jié)構(gòu)參與消退記憶的學(xué)習(xí)與喚起。其中,杏仁核參與消退記憶的獲得,海馬控制CS喚起條件下消退記憶的表達,內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)下邊緣(InfralimbicMedialPrefrontalCortex,IL-mPFC)在消退記憶的鞏固過程中起重要作用,并在隨后的消退記憶再喚起中發(fā)揮作用。例如,在消退記憶喚起的過程中,IL-mPFC神經(jīng)元存在短暫的高頻電活動。
此外,IL-mPFC抑制杏仁核向外投射。因此,NE可以通過上述這些腦結(jié)構(gòu)調(diào)控消退記憶的學(xué)習(xí)和喚起。
研究認為IL-mPFC是NE調(diào)節(jié)恐懼記憶消退的關(guān)鍵區(qū)域。消退前在IL-mPFC微注射普萘洛爾可以降低消退效果,表明IL-mPFC周圍組織NE釋放在消退記憶形成中起著重要作用。離體細胞試驗證明,NE可以增加IL-mPFC神經(jīng)元的興奮性,且通過β受體和環(huán)磷酸腺苷激酶起作用。因此,在消退過程中,β受體活動性增高可以增強恐懼記憶消退。消退訓(xùn)練后在IL-mPFC注射普萘洛爾對消退記憶的沒有任何效果,這種結(jié)果可以根據(jù)對藍斑的研究結(jié)果解釋,藍斑是腦內(nèi)NE神經(jīng)投射的主要發(fā)出核團。藍斑神經(jīng)元對刺激呈階梯反應(yīng),強度越大的刺激反應(yīng)強度也越大。其實,藍斑神經(jīng)元對刺激的應(yīng)激強度的偶然性改變非常敏感,在消退過程中刺激的應(yīng)激強度也發(fā)生了從有到無的偶然性改變,這種神經(jīng)反應(yīng)過程的改變導(dǎo)致了試驗動物行為變化。因此,藍斑神經(jīng)元在消退訓(xùn)練開始時對CS的反應(yīng)很強烈。有研究表明,未經(jīng)訓(xùn)練試驗動物藍斑神經(jīng)元興奮性在訓(xùn)練的前幾分鐘呈現(xiàn)爆發(fā)式反應(yīng),但當(dāng)CS不在引起US反應(yīng)時,神經(jīng)元的興奮性即下降。在消退訓(xùn)練的早期,CS引起的藍斑NE釋放對隨后的消退記憶的形成有關(guān)鍵性意義。然而,在消退記憶的后期,NE的釋放不再能刺激細胞的NE信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)和增加神經(jīng)元細胞的興奮性和細胞膜的可塑性。
2消退記憶中去甲腎上腺素能系統(tǒng)的分子機制
NE作用于消退記憶的機制是增加了神經(jīng)元細胞的興奮性與細胞間突觸的可塑性,通過β受體和PKA通路增加杏仁核、海馬、IL-mPFC的神經(jīng)元興奮性起作用。
NE使細胞興奮性增加可以影響受體可塑性。NE可以單獨激活β受體,但是還不足以激活海馬長時程增強(LongTermPotentiation,LTP)作用,但是卻可以在閾下刺激時產(chǎn)生LTP。此外,β受體可以介導(dǎo)AMPA受體GluR1磷酸化,增加AMPA受體的嵌入和LTP的形成,減低了記憶形成的閾值。在杏仁核,情緒記憶可以產(chǎn)生長期的神經(jīng)元興奮性,這種興奮性是NE信號系統(tǒng)激活的結(jié)果。因此,NE增強記憶的形成的原因是增加了相關(guān)腦結(jié)構(gòu)神經(jīng)元細胞的可塑性。
消退訓(xùn)練時,CS可以喚起NE的釋放。NE可以通過激活β受體進一步激活下游的cAMP循環(huán),cAMP激活PKA通路從而調(diào)節(jié)受體可塑性。PKA通過受體磷酸化和激活離子通道,促進AMPA受體開放,進而激活轉(zhuǎn)錄因子CREB,間接激活MAPK通道,調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯。在IL-mPFC,相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯會影響消退記憶的鞏固。此外,這種信號激活可以促進突觸調(diào)節(jié)及消退記憶的維持。
雖然有明確證據(jù)表明NE激活β受體增加消退記憶的形成,但也有證據(jù)顯示系統(tǒng)注射普萘洛爾阻斷β受體并沒有損害消退記憶。這是因為NE信號系統(tǒng)可以增加神經(jīng)元細胞興奮性,但是單獨注射普萘洛爾卻不能改變神經(jīng)元興奮性。此外,單獨使用β受體阻滯劑對LTP的產(chǎn)生也沒有影響。因此β受體阻滯劑不能干擾記憶的形成過程,但是提前注射NE卻可以增強記憶。
3臨床研究及應(yīng)用
消退訓(xùn)練是應(yīng)用于臨床最常見的治療病理性反應(yīng)過度的手段。在獎賞記憶領(lǐng)域,條件性反應(yīng)過度可以導(dǎo)致成癮,在厭惡性記憶領(lǐng)域,條件性恐懼反應(yīng)過度可以導(dǎo)致焦慮障礙。消退訓(xùn)練作為認知行為療法已經(jīng)運用于人類成癮治療。但是無論是人類和動物試驗中,消退記憶在降低復(fù)發(fā)中并沒有達到應(yīng)有的效果。此外,消退理論是許多焦慮障礙的主要治療方法,包括恐怖癥,驚恐障礙,社交性焦慮,強迫癥,創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙。許多藥物可以影響消退訓(xùn)練的效果,現(xiàn)根據(jù)藥物分類對其臨床應(yīng)用研究進行總結(jié)。
3.1腎上腺素β受體拮抗劑普萘洛爾和阿替洛爾是常見的β受體拮抗劑,用于治療焦慮障礙。許多試驗結(jié)果顯示,β受體阻滯劑用于急性處理焦慮障礙及藥物戒斷引起的焦慮。還有一些初步證據(jù)顯示普萘洛爾與哌唑嗪治療PTSD有效,但在停止服藥后癥狀迅速反復(fù);谇笆雠R床研究,普萘洛爾可以用來聯(lián)合消退訓(xùn)練治療慢性應(yīng)激障礙,增加消退訓(xùn)練的效果。
在暴露于應(yīng)激環(huán)境下,高水平NE釋放可以讓創(chuàng)傷記憶過度再鞏固,導(dǎo)致PTSD。因此,有研究認為在暴露在創(chuàng)傷環(huán)境后立刻使用普爾洛爾會阻礙創(chuàng)傷記憶的鞏固,從而防止PTSD的產(chǎn)生。Pitman等做了隨機雙盲對照研究,發(fā)現(xiàn)在創(chuàng)傷后1個月,普萘洛爾組(18例)的創(chuàng)傷記憶明顯減低,在創(chuàng)傷后3個月,安慰劑組(23例)對創(chuàng)傷記憶的回憶明顯強于普萘洛爾組。Vaiva等在急診室研究了在創(chuàng)傷后20h內(nèi)給予普萘洛爾后對創(chuàng)傷回憶的差別,2個月之后進行評估,普萘洛爾組(11例)PTSD患病率明顯比安慰劑組(8例)低。Stein等創(chuàng)傷后48h內(nèi)對比了普萘洛爾(17例)、加巴噴。ǎ保蠢┖桶参縿┙M(17例)的創(chuàng)傷記憶,在1,4,8個月后進行評估,并沒有發(fā)現(xiàn)任何差異。Stein的試驗沒有發(fā)現(xiàn)普萘洛爾有效的證據(jù),可能是因為試驗本身的限制,在569例患者中,只有8%患者愿意參與試驗,這種高拒絕率導(dǎo)致了試驗的選擇偏倚。
有試驗研究了慢性應(yīng)激障礙患者在暴露于恐懼環(huán)境后立刻給予普萘洛爾后患者的恐懼反應(yīng)。Brunet等發(fā)現(xiàn),在9例PTSD患者中,喚起恐懼記憶前提前給予一次普萘洛爾,可以明顯減低患者1周之后創(chuàng)傷相關(guān)恐懼記憶的閃回。Morton等對4例社會焦慮癥患者進行了研究,4例患者進行暴露療法的同時分別給予普萘洛爾、苯二氮類、安慰劑及空白對照。與基線相比,在治療后第1天,4例都有相關(guān)焦慮癥狀下降。然而,在第2天,不同組之間的差異都消失了,研究認為普萘洛爾可以增加消退記憶的學(xué)習(xí),但是卻不能增加或者抑制隨后的消退記憶喚起。
3.2糖皮質(zhì)激素糖皮質(zhì)激素也可以增強記憶鞏固,β受體阻滯劑抑制糖皮質(zhì)激素的記憶增強作用,并且糖皮質(zhì)激素是通過β受體和PKA信號通路起作用。糖皮質(zhì)激素作用在投射于基底外側(cè)杏仁核的去甲腎上腺素能神經(jīng)元細胞上,增加去甲腎上腺素能神經(jīng)遞質(zhì)。此外,糖皮質(zhì)激素還通過激活細胞內(nèi)cAMP-PKA信號,提高NE信號系統(tǒng)的靈敏性。研究認為糖皮質(zhì)激素有與普萘洛爾相同的作用。在社交恐懼癥患者中,在暴露于恐懼線索的測試之前給予糖皮質(zhì)激素,可以減低恐懼反應(yīng)。在應(yīng)激過程中靜脈給予皮質(zhì)醇,可以減少隨后的PTSD癥狀。給蜘蛛恐懼癥暴露于蜘蛛圖片前給予皮質(zhì)酮或安慰劑,在后續(xù)測試中發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)酮組的恐懼反應(yīng)明顯低于安慰劑組。因此,皮質(zhì)酮可以在暴露療法中減低焦慮,增加消退記憶的維持。
3.3腎上腺素能藥物既往研究顯示,育亨賓是可以引發(fā)焦慮障礙患者的焦慮癥狀。例如,育亨賓可以引發(fā)PTSD和疼痛障礙患者的疼痛癥狀。Cain等發(fā)現(xiàn)育亨賓可以延遲恐懼記憶消退。Power團隊研究了育亨賓對于幽閉恐懼癥的作用,在消退訓(xùn)練前1h前給予育亨賓(12例)和安慰劑(12例),在消退訓(xùn)練中,兩組焦慮癥狀均降低。在后續(xù)測試中,育亨賓組比安慰劑組的幽閉恐懼和焦慮癥狀降低更為明顯。
4總結(jié)
前述臨床研究及基礎(chǔ)研究表明,NE調(diào)節(jié)消退記憶的理論有兩種方式應(yīng)用于臨床治療焦慮障礙。第一種通過系統(tǒng)注射β受體阻滯劑普萘洛爾降低NE信號通路活性,在暴露于恐懼相關(guān)環(huán)境中時減低焦慮癥狀。在發(fā)生創(chuàng)傷事件后立即給予普萘洛爾,可以促進癥狀快速恢復(fù),降低PTSD的發(fā)病率。在慢性PTSD患者中激活創(chuàng)傷記憶后立即給予普萘洛爾,會降低創(chuàng)傷記憶產(chǎn)生的焦慮。在消退訓(xùn)練之前給予普萘洛爾會降低消退訓(xùn)練中的焦慮癥狀,并減低無藥狀態(tài)下的焦慮癥狀。急性大量給予糖皮質(zhì)激素可以減低恐懼環(huán)境產(chǎn)生的焦慮,阻礙PTSD的發(fā)展,增加消退訓(xùn)練的成功率。
第二種方式是通過系統(tǒng)注射育亨賓增加NE水平,從而調(diào)節(jié)NE系統(tǒng)活動性。育亨賓可以增加焦慮水平,尤其是對患有疼痛障礙和PTSD的患者,經(jīng)常會導(dǎo)致疼痛和閃回。因此,聯(lián)合育亨賓和消退訓(xùn)練可以增加治療效果。消退訓(xùn)練前給予育亨賓可以增加恐懼記憶消退,并且在消退訓(xùn)練后立即給予NE也有效果,提示NE可以增強消退記憶的鞏固。
目前,雖然育亨賓作為藥物方法可能有其臨床應(yīng)用,但是其臨床試驗并沒有大量開展。因為臨床上消退訓(xùn)練并不能全部按計劃進行,而且焦慮水平也可能比預(yù)期的高,造成了患者需要反復(fù)持續(xù)治療,或者在反復(fù)治療時患者并沒有相關(guān)焦慮減低的顯現(xiàn),無法成功消退。臨床研究的局限在于無法確保消退訓(xùn)練中消退是否成功,從而不能確認藥物是否有效。