“前诺奖得主”利根川进新突破:发现编码正负情绪的基因
2016/10/20
利根川进(Susumu Tonegawa),因“发现抗体多样性的遗传学原理”而获1987年诺贝尔生理学或医学奖。最近,他的团队在神经科学领域又有了新的发现,鉴定出两个神经元基因ppp1r1b和rspo2,分别可以编码快乐或恐惧的记忆。

众所周知,我们的情绪状态是由位于前颞叶背内侧部,海马体和侧脑室下角顶端稍前处、被称为杏仁核(amygdala)的微小脑结构控制,它负责产生、识别和调节情绪,正面的情绪如快乐,负面的情绪如恐惧和焦虑。

简而言之,如同幼儿餐盘里的花椰菜和冰淇淋一般,大脑的不同部位也分别保存着良好和令人讨厌的信息。杏仁核是大脑记忆中心的重要部分,它将愉快的体验、口味和气味局限于基底外侧核(BLA)后面,而将令人不愉快的放在前面。前部和后部的区域推拉式的相互作用方式调节我们的正负情绪,而正负情绪不平衡是导致如抑郁症、创伤后应激障碍等疾病的主要原因。

10月17日发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)研究揭示:麻省理工学院(MIT)发现,正负情绪是由两个种群的神经元控制的,它们通过基因工程编码可怕或愉快的事件。对立的神经元在杏仁核上不仅是机体分离,在遗传上也存在显著差异。

前诺贝尔奖得主利根川进(Susumu Tonegawa)如今是RIKEN-MIT神经回路遗传学中心研究生物学和神经科学教授,他的MIT学生Joshua Kim是文章的一作。作为文章的通讯作者,利根川进表示:通过遗传标记鉴定阳性细胞,后者具有反阴性记忆细胞的功能,有望找出治疗情绪障碍(如抑郁症和创伤后应激障碍)的有效分子靶点。

不同的神经元群体

事实上,早在2014年,利根川进实验室(Tonegawa’s lab)就发现了积极和消极情绪的脑电路。该电路连接海马内的神经元,这与记忆机制有关,并与基底外侧杏仁核神经元共同存储事件的情感关联,并可以在小鼠体内扭转一个记忆的情感关联。他们首先人为地激活了一直储存着消极的记忆的海马细胞,使得小鼠可以经历一种更快乐的体验,而后观察小鼠对其容器中的特定位置的偏好,发现这削弱了原始记忆的恐惧关联,并用一个更积极的感觉取代。

遗憾的是,同样的策略在杏仁核神经元上却无影响,表明基底外侧杏仁核在恐惧或奖励前发生驱动作用。

在最新的研究中,利根川进实验室通过寻找一些遗传差异,来区分恐惧反应和奖励响应的神经元群体;然后对基底外侧杏仁核细胞内开启表达的所有基因进行分析,在负责编码快乐记忆的基底外侧杏仁核细胞中发现了一个在负责编码恐惧记忆的细胞中不表达的基因。除此之外,他们还在负责编码恐惧记忆的细胞中找到了一个独特的标记基因。

这个与奖赏神经元有关的基因叫做ppp1r1b,其表达产物参与多巴胺信号途径,对于快乐情绪的形成是非常重要的;但是目前对于与恐惧神经元相关的基因rspo2的功能还不清楚。

在解剖学上基底外侧杏仁核区域也分为前后两部分,研究人员发现表达rspo的恐惧神经元细胞组成了前部区域,而表达ppp1r1b的奖赏神经元细胞组成了后部区域。

当正负情绪失去动态平衡

而后,研究人员还借助光遗传技术证实了上述两种神经元细胞在记忆形成过程中发挥的重要作用:当表达rspo2的神经元受到抑制,小鼠不会形成恐惧记忆;当表达ppp1r1b的神经元受到抑制,小鼠不会形成快乐记忆。

此外,其中一种神经元都能抑制另外一种神经元:当刺激奖赏神经元产生活性,恐惧神经元的活性就会受到抑制,反之亦然。这说明:大脑始终在这两种神经元活性之间保持微妙平衡。

Joshua Kim表示,最终我们拥有的是积极和消极之间的“微妙平衡”。虽然这是高度推测性的,但焦虑和抑郁症状可能是这两个群体之间不平衡的结果。

RIKEN脑科学研究所教员Joshua Johansen则表示,这项研究加深了人们对于情绪记忆加工过程的理解,为未来进行情绪功能和功能失调的研究开启了新的大门。

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