NatNeurosci|復旦馬蘭組解密可卡因記憶中的印跡細胞

　　在1904年德國科學家Richard Semon利用 “印跡（engram）”這一專有名詞來描述大腦中記憶的特點。印跡細胞在記憶中的作用越來越受到關注了。研究表明齒狀回（DG）中的印跡細胞在特定場景中恐懼記憶提取過程中特定被激活。抑制或敲除印跡細胞可擾亂恐懼記憶的存儲，而通過光化學或化學方法人工激活記憶印跡時，即便是在不相關的環境中也會誘發恐懼的表達。因此印跡細胞在記憶存儲和提取過程中的關鍵作用。

　　系列證據表明神經回路中的印跡細胞之間的連接可能參與記憶的形成和恐懼記憶的提取。在恐懼條件下，內嗅皮層-DG-CA3回路中的印跡細胞與印跡細胞的連接是在恐懼訓練中特定形成的。

　　2019年11月12日，復旦大學腦科學研究院馬蘭課題組在Nature Neuroscience雜志上發表長文A ventral CA1 to nucleus accumbens core engram circuit mediates conditioned place preference for cocaine，利用可卡因相關的條件位置偏好實驗揭示印跡細胞環路在記憶中的關鍵作用。

　　研究人員通過腹腔注射可卡因建立獎賞線索相關的記憶，訓練小鼠形成位置偏好，通過這種訓練使小鼠即便是沒有可卡因這種獎賞也會出現位置偏好。通過cre-loxp系統使小鼠在可卡因訓練期激活的神經元標上c-fos綠色熒光，結果發現在NAc（伏隔核）、BLA、前額葉皮層、VCA1等腦區發現綠色熒光，表明這些腦區被激活。再次暴露在環境中后小鼠的NAc的core亞區（ AcbC ）和VCA1腦區出現表達綠色c-fos的神經元與紅色c-fos神經元共標，這些共標的神經元就是印跡細胞。這兩個腦區的印跡細胞是否參與可卡因依賴的位置偏好相關的記憶提取？研究人員進一步利用化學遺傳學技術分別抑制這兩個腦區印跡細胞的活性，結果發現這些小鼠并不能像正常小鼠那樣出現對可卡因獎賞相關的記憶表達（圖1）。逆行病毒示蹤實驗發現NAc的core亞區接收來自prl、BLA、vCA1、VTA（腹側被蓋區）的投射。光抑制vCA1-AcbC（vCA1區印跡細胞投射到NAc的core亞區的纖維）后小鼠也并不能出現對可卡因獎賞相關的記憶表達。這些結果表明vCA1-AcbC對于可卡因的相關記憶的提取是必要的。

圖1 AcbC 和VCA1腦區印跡細胞參與可卡因依賴的條件位置偏好

　　研究人員進一步認為vCA1區印跡細胞可能參與可卡因配對的情景記憶，而AcbC印跡細胞編碼可卡因的獎賞信息，令人意外的使，他們發現抑制vCA1區印跡細胞活性后小鼠的記憶提取過程受損，給與可卡因可以逆轉這種受損。光遺傳學或化學遺傳學激活AcbC印跡細胞后可誘導小鼠進行可卡因獎賞相關的位置偏好行為。這些結果表明AcbC印跡細胞參與位置偏好行為的記憶提取。

　　在AcbC中主要存在多巴氨Ⅰ型(D1)受體和多巴氨Ⅱ型(D2)受體神經元，那么究竟是哪種類型的印跡細胞參與上述行為？研究人員同樣采用逆行示蹤技術發現在AcbC中D1神經元接受來自vCA1的纖維投射要比D2神經元要多一些。此外，大約79%的AcbC印跡細胞是D1神經元。化學激活D1神經元后可促進小鼠的位置偏好行為，激活D2神經元后記憶提取過程受損。進一步利用電生理記錄腦片發現可卡因獎賞相關的位置偏好訓練可增加AcbC中D1神經元的微小興奮性突觸后電流，而對D1神經元幾乎沒有影響。

　　vCA1-AcbC這條印跡細胞環路究竟怎么影響可卡因相關的記憶提取的?研究人員進一步結合全細胞膜片鉗技術分別檢測光誘發的興奮性突觸后電流配對脈沖比值(paired-pulse ratio,PPR)和光誘發的AMPAR/NMDAR比值(AMPAR/NMDA ratio),前者檢測vCA1投射至AcbC的突觸前釋放是否發生了改變，后者檢測該環路突觸后AMPAR和NMDAR的相對變化。結果發現光誘發的PPR和MPAR/NMDA ratio在AcbC 中D1印跡神經元（既是D1神經元，也是印跡細胞）和D1非印跡神經元中并沒有差異，D2神經元也是類似結果。這就表明vCA1投射至AcbC的D1印跡神經元突觸前谷氨酸釋放與D1非印跡神經元類似，但是D1印跡神經元的谷氨酸受體特異性增強。

　　總的來說，本文從全新的角度揭示了一條特殊的vCA1-AcbC印跡細胞神經環路，在這條通路中vCA1編碼不同的情景相關的記憶， AcbC儲存可卡因獎賞相關的記憶。vCA1印跡細胞與AcbC中的D1印跡神經元形成特定的加強的連接，而這種突觸后連接加強對于記憶提取至關重要。