创伤后应激障碍（Post-traumatic stress disorder, PTSD）由突发的、威胁性或灾难性事件导致个体延迟出现令人痛苦且持久的精神障碍。据统计，全球约70%的人一生都曾经历过创伤事件，其中约4%的人将终生受困于PTSD的困扰。PTSD核心特征包括过度的恐惧反应，以及无法克服的、持续侵入的创伤记忆。

临床上基于恐惧消退的认知行为治疗（如暴露疗法）旨在减轻PTSD患者恐惧状态、增加对环境的适应能力。然而，相比于恐惧消退在正常人群中促进个体实现自适应状态的健康保障作用，恐惧消退在PTSD人群中表现出严重的障碍，即难以通过消退训练实现从高恐惧到低恐惧反应的转换，或习得的低恐惧反应无法有效维持、高恐惧反应不可控地复发等。

恐惧消退障碍通过增加对正常行为的回避或排斥进而加剧PTSD的核心症状，如情感障碍、社交回避和认知失控，最终发展为难治性PTSD。因此，破解PTSD恐惧消退障碍的神经机制和发展促进恐惧消退的干预新策略有望为治疗这类精神疾病提供全新的机会。

针对上述临床治疗难题，上海交通大学医学院徐天乐教授团队，联合复旦大学脑科学转化研究院李伟广研究员以及上海市精神卫生中心、天桥脑科学研究院（Tianqiao and  Chrissy Chen Institute, TCCl）研究员袁逖飞教授等，于近日在国际医学研究期刊Journal of Clinical Investigation在线发表了题为Stimulation of an entorhinal-hippocampal extinction circuit facilitates fear extinction in a post-traumatic stress disorder model 的研究论文，揭示了物理调控促进PTSD恐惧消退治疗的神经环路新机制。

该研究首先鉴定了一条前所未知的神经环路：外侧内嗅皮层（LEC）→ 腹侧海马CA1（vCA1），并发现了该环路在恐惧消退中的关键作用。研究还发现，恐惧消退启动LEC → vCA1跨脑区协调低频伽马（low-γ）振荡同步化这一内源性电生理标志物，进一步利用临床可及的深脑电刺激（deep brain stimulation, DBS）和非侵入性经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation, tACS）等手段靶向LEC → vCA1神经环路，在小鼠模型上实现了显著的恐惧消退增效，为PTSD等恐惧消退障碍的精准治疗提供了全新的理论基础和临床前研究证据。

在最新的研究中，利用多脑区在体电生理记录发现，恐惧消退训练特异地招募了LEC → vCA1间的low-γ振荡同步性。他们进一步运用c-Fos染色结合光纤记录探究恐惧消退过程中vCA1不同中间神经元的活性变化，发现vCA1 PV+神经元在消退后期活性显著上升，并介导了消退依赖的LEC → vCA1间的 low-γ振荡同步电生理活动。作者接着借助逆向跨单突触示踪、交叉遗传学（intersectional genetics）、电生理等技术，发现vCA1 PV+神经元接收大量来自LEC 2a层的直接突触输入，在LEC以Sim1+扇形细胞为主，后者与vCA1 PV+神经元形成兴奋性单突触。光和化学遗传学操作揭示，这条神经投射的激活和抑制可双向调控恐惧消退记忆，并同时伴随LEC-vCA1 low-γ振荡同步性的增强和减弱。因此，LEC扇形细胞与vCA1 PV+神经元之间的神经连接通过协调low-γ同步化，调控恐惧消退。

为了指导临床转化，研究人员建立了DBS小鼠模型，发现给予vCA1脑区以low-γ DBS可显著激活vCA1 PV+神经元，促进恐惧消退，且在DBS关闭一天后的消退提取阶段仍然显著。机制上发现，low-γ vCA1-DBS通过持续增强PV+神经元活性，增加LEC-vCA1间的前馈抑制，进而有效抑制vCA1的恐惧记忆印迹细胞，实现恐惧消退增效。研究人员还在小鼠上开发了靶向LEC的tACS技术，同样可提升恐惧消退。此外，研究人员应用LEC-tACS对表现出明显消退受损的PTSD小鼠模型进行干预，显示出长效促进消退和削弱恐惧的效果。因此，靶向LEC → vCA1环路的无创神经调控也可实现恐惧消退增效，为PTSD的临床治疗带来新希望。

研究团队克服了病理组织冻存样品难以进行单细胞测序的难题，成功获取了11例人类髓母细胞瘤样本来源的共59015个单细胞的高质量染色质可及性信息。通过甲基化微阵列的金标准检测表明甲基化分型结果与单细胞数据分子分型结果完全一致。团队随后鉴定了MB中影响细胞命运的顺式调控元件（Cis-regulatory elements）和转录因子（Transcription factors, TFs），并筛选了亚型特异性的TFs。这些调控元件通过招募不同的转录因子来影响细胞命运，揭示了MB肿瘤细胞的分化和发展。

研究表明，神经肿瘤细胞与神经元发生相互作用，促进恶性演进。由于髓母细胞瘤是一种起源于神经细胞的肿瘤，肿瘤细胞与周边神经细胞的不同细胞交流与信号传输的方式可能是导致肿瘤内异质性产生的原因。联合snATAC-seq与scRNA-seq MB数据集，团队发现MB细胞中存在广泛的突触合成基因表达，基于神经递质受体（NTR genes）基因特征集表达的队列分型与甲基化金标准几乎一致（准确性>98%），这为肿瘤分类提供了新的生物标记。

团队进一步证实MB亚型中的特异性的癌症驱动通路（WNT, SHH等）对于NTR表达的调控具有特异性并绘制了调控图谱，它解释了为何MB存在亚型特异性的NTR基因。由于神经元和肿瘤细胞间的相互作用主要依赖于电化学突触，MB细胞中存在大量亚型特异性的NTR基因表达，表明MB的生长和起源可能与肿瘤细胞与神经元形成突触的作用存在重要关联。体外和体内的基因敲除实验证明NTR基因的敲除能够抑制相应分子亚型的肿瘤细胞增殖。以上结果证实了TF-NTR网络可作为MB分子分型的依据，神经信号参与了髓母细胞瘤的增殖。

综上所述，该研究通过构建髓母细胞瘤的染色质可及性图谱，从神经突触合成维度，发现神经递质受体基因的不同髓母亚型特异性，为髓母细胞瘤的分子分型和对应治疗提供了新依据。

该研究由复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授，华山医院/脑科学转化研究院杨辉研究员，中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）蒋岚研究员合作完成，蒋岚组硕士研究生高晓玥，复旦大学附属华山医院博士研究生庄骐源，蒋岚组特别研究助理李芸以及助理研究员李国超为文章的并列第一作者。蒋岚组博士研究生黄正，硕士研究生孙少省、陈甚之参与了单细胞ATAC-seq数据以及CNV数据的分析。

铁对神经递质合成、髓鞘形成、DNA合成和线粒体功能等生理过程至关重要，深刻影响神经发育、认知和大脑结构。大脑对铁稳态进行精确调节，铁过量或铁缺乏的失调都可能导致大脑紊乱。

一些神经退行性疾病中，铁积累可能加速神经元细胞死亡，如阿尔茨海默病（AD）。帕金森症（PD）中，黑质通常含有过量的铁，可能会导致氧化应激和神经元损伤。此外，大脑铁缺乏与海马糖皮质激素受体信号变化相关，诱发抑郁症的发生。鉴于铁在大脑发育中的重要作用及其与多种大脑疾病的联系，探索脑铁积累的遗传因素可以深入了解大脑发育和疾病发生的潜在机制，从而设计更好的诊断和治疗策略。

2024年7月2日（当地时间），复旦大学附属华山医院、天桥脑科学研究院（Tiaoqiao and Chirssy Chen Institute，TCCI）研究员郁金泰、复旦大学类脑智能研究院研究员程炜和复旦大学青年研究员公维康合作，于期刊Nature Communications发表题为“Whole-exome sequencing identifies protein-coding variants associated with brain iron in 29,828 individuals”的论文。该研究对生物样本库的26,789名英国参与者的26个大脑区域的脑铁进行了外显子组范围的关联分析，通过定量磁化率成像技术进行测量。

研究发现了36个与脑铁相关的基因，其中29个以前从未报道过，其中16个可以在3,039名受试者的独立数据集中复制。FTH1和MLX等许多基因参与铁转运和体内平衡。一些基因虽然与脑铁无关，但与铁相关的脑部疾病有关，如帕金森症（STAB1, KCNA10）、阿尔茨海默症（SHANK1）和抑郁症（GFAP）。孟德尔随机化分析揭示了局部脑铁到脑部疾病的六种因果关系，如从海马体到抑郁症，从黑质到帕金森症。该研究增强了研究者对脑铁遗传基因的理解，并为脑部疾病提供了潜在的治疗靶点。

定量磁化率成像（QSM）是一种新兴技术，能够以高空间分辨率和灵敏度对脑铁水平进行非侵入性测量。QSM建立在磁化率加权磁共振成像（swMRI）的基础上，比其他swMRI衍生的测量（如T2*）更能反映表型和遗传上的组织铁含量，并对采集噪声具有更高的稳健性和可重复性。尸检研究证明脑铁水平与QSM之间存在高度正相关关系，脑铁在多个区域具有较高的遗传性，如壳核、黑质和苍白球。虽然全基因组关联研究（GWAS）发现了几个与脑铁相关的位点，但仍局限于几个大脑区域和常见的遗传变异（次要等位基因频率>1%）。

此外，GWAS鉴定的许多位点映射到基因组的非编码区域，给机制探索带来了挑战。针对上述限制，全外显子组测序（WES）可用于识别与脑铁相关的蛋白质编码变异，对多个大脑区域进行大规模的外显子组全关联分析可以揭示脑铁积累的复杂遗传结构，并突出铁相关脑部疾病的重要神经通路。

该研究进行了迄今为止最广泛的脑铁积累全外显子组关联研究（EWAS）。利用英国生物样本库中26,789名受试者的遗传信息、脑成像和表型数据，系统地鉴定了与脑铁相关的蛋白质编码变异，并研究了铁相关基因与脑部疾病和表型之间的关系。

具体来说，该研究有四个主要目标：首先，确定与覆盖皮质下和小脑结构的多个大脑区域脑铁积累相关的罕见和常见基因；其次，探索已鉴定基因的生物学功能，如其富集的生物学途径；第三，探索脑铁相关基因与疾病之间的关系，包括区域脑铁积累是否与多种脑部疾病有因果关系；最后，使用全表型组关联研究（PheWAS）鉴定脑铁相关基因与一组系列表型变量的遗传关联。

该研究不仅为临床成瘾者提供了重要的诊断策略，也为基于个体化脑环路神经振荡异常的精准脑刺激干预提供了新的思路。一方面，戒毒康复机构能够采用相应技术，为成瘾康复全程提供动态评估追踪和分级管理，并纳入管理模式作为参考指标；另一方面，个体化脑连接组学的异常不仅是个体化精准脑刺激干预的重要理论依据，也可以作为定制化的药物治疗、心理干预或运动康复计划的直接参考。在下一步研究计划中，研究人员将实现可穿戴、便携式的脑电采集设备设计，有望为戒毒康复人员实现实时反馈的毒瘾评估，并用于无创脑刺激技术及数字化疗法的反馈。

天桥脑科学研究院（Tiaoqiao and Chirssy Chen Institute，TCCI）研究员、国家精神疾病医学中心（上海市精神卫生中心）研究员袁逖飞和斯坦福大学精神病学和行为科学系吴畏为共同通讯作者，田维文、赵迪为共同第一作者。

作者专访

您的团队为何开展本研究？

袁逖飞教授、吴畏研究员：毒品成瘾（物质使用障碍）是一种慢性脑疾病。我国现有毒品成瘾者超过1300万人，目前鲜有有效的干预策略；即使戒断多年已无戒断症状，药物相关线索仍可触发成瘾者极强的毒品心理渴求；且患者存在冲动控制障碍，最终导致80%以上的复吸率。毒品成瘾既涉及重大的科学问题，又属于严重的社会问题。因此，揭示成瘾机制，发展有效的干预手段，可有助于理解异常牢固记忆和冲动控制障碍机制，也为开发更为有效的成瘾干预策略提供新靶点和科学数据支撑。心理渴求（毒瘾）的强度与成瘾物质复吸风险密切相关，其客观评价对于及时干预、防止复吸具有重要意义。

您认为本项工作的亮点和重要发现是什么？

袁逖飞教授、吴畏研究员：既往神经影像与行为学研究未能揭示心理渴求的动态加工过程及神经环路的异常振荡。我们的研究发现了多条神经环路上振异常参与毒瘾，为理解成瘾行为的内在驱动和维持过程提供了理论支持。该标记物也为临床患者的复吸风险评估、精准个体化干预评估提供了重要生理指标。

基于人工智能AI和高密度EEG技术的个体化脑连接组学绘制，为解析精神疾病的脑网络异常提供了重要方法，我们较为完善的采用了多种数据分析方法与模型，希望在未来的工作中对成瘾的神经机制作出更为系统的探索。

您团队在该领域有哪些下一步的计划？

袁逖飞教授、吴畏研究员：我们将首先验证利用低通道、可穿戴设备进行毒瘾实时监测的可行性，以实现精准戒毒康复；进一步，我们希望利用该计算模型，对现有临床干预疗法实现有效预测，以预判患者戒毒后的疗效，避免治疗中“走弯路”。

此外，我们通过高密度电生理信号的精准溯源解析了毒瘾的功能环路和具体振荡模式。该些发现使得针对成瘾者的个体化位点、个体化频率模式的精准干预成为可能。

郁金泰教授团队的这项研究，证明了体重增加和肥胖对几种神经和精神疾病的有害影响。尽管处于健康的代谢状态可以部分减轻肥胖的不良影响，但代谢健康型肥胖并不是一种完全良性的疾病。因此，应该向所有肥胖人群推荐体重管理，以预防神经和精神疾病。

天桥脑科学研究院研究员、复旦大学附属华山医院神经内科郁金泰教授为该论文的通讯作者。复旦大学附属华山医院神经内科王榕泽博士、何宇博士为该文的共同第一作者。该研究还得到了复旦大学类脑智能科学与技术研究院冯建峰教授、程炜研究员的大力支持和帮助。

本文转载自丁香园神经时间微信公众号

参考文献：