前脑限制性敲除Rap1基因对恐惧消退的影响及机制研究

适度的恐惧对于生物体的生存乃至进化都是不可或缺的，但目前对大脑如何学习和消退恐惧等仍知之甚少。Rap1分子是细胞内小G蛋白家族的重要成员。我们前期的研究表明，Rap1分子在小鼠的恐惧学习过程中有着重要的作用（Pan et al, J.Neurosci., 2008: 2089-98）：前脑限制性敲除Rap1基因增强了大脑皮层与杏仁核投射神经元间的突触传递效能，降低了相关突触的可塑性，并显著损害了小鼠对恐惧的学习能力。在本课题中，我们将进一步分析Rap1基因敲除对小鼠恐惧消退的可能影响；并结合光遗传学、电生理学等手段探查Rap1基因敲除对大脑恐惧消退环路、尤其是"海马－前额叶皮层腹内侧区－杏仁核"间信息传递的影响及潜在机制。本研究对于阐明大脑消退恐惧记忆的神经分子机制具有重要的理论意义。

及时有效地消退大脑中的恐惧记忆对于维持个体的精神健康极为关键。近年的研究已对大脑消退恐惧的神经环路进行了深入的研究，但对恐惧消退产生的分子机制知之甚少。Rap1是胞内Ras家族蛋白的重要成员，它在神经细胞发育、细胞膜受体转运以及学习记忆等过程中发挥重要作用。我们前期工作提示，前脑限制性敲除Rap1可适度损害小鼠的恐惧学习能力。鉴于恐惧消退被广泛认为是一种“抑制性学习”，Rap1是否参与恐惧消退过程仍不得而知。为此，在本项目中，我们通过培育前脑限制性敲除rap1a/rap1b双基因，及单纯敲除rap1a或rap1b小鼠，对Rap1在恐惧消退中的可能作用及相关机制进行了深入探讨。对不同基因型小鼠进行高强度听觉恐惧学习训练（5 CS-US Pairs），24小时后进行恐惧消退训练，并在48小时后检测小鼠的消退记忆。结果发现：1）双基因或敲除rap1其中任何一个基因对高强度恐惧学习训练后恐惧记忆的提取无显著影响；2）在恐惧消退过程中，双基因敲除加快了小鼠对CS恐惧反应的消退速度；与此类似，单基因敲除rap1a（而非rap1b）同样加快了小鼠的恐惧消退反应。提示Rap1a而非Rap1b抑制了小鼠的恐惧消退进程；3）双基因或敲除rap1其中一个基因并不影响小鼠的消退记忆的提取，提示Rap1对消退记忆的巩固及提取过程无显著影响；4）为进一步明确Rap1抑制恐惧消退过程的作用靶区，我们检测了rap1双基因或单基因敲除对恐惧消退前后杏仁核区和前额叶皮层c-fos表达变化的影响，发现：恐惧消退训练后，在所有基因型小鼠内的上述两个脑区，c-fos表达水平均显著升高。双基因敲除或单基因敲除rap1a显著提升了小鼠c-fos在前额叶皮层内侧区的升高幅度，但对杏仁核区c-fos表达的上升幅度无明显影响；单基因敲除rap1b对上述两个脑区c-fos表达变化程度均无显著影响，提示Rap1可能通过调控前额叶皮层活动而抑制恐惧消退进程；5）为验证前额叶皮层Rap1分子信号是否足以抑制恐惧消退过程，我们通过病毒注射局部敲除Rap1a/1b，发现：局部敲除rap1a本身即可损害小鼠的恐惧学习能力，且消退能力与对照组比较无显著区别。而对rap1a/1b单基因局部敲除的工作仍在开展。