杏仁核功能的研究进展

高诗伟,黄孙卉

(吉林医药学院,吉林 吉林 132013)

杏仁核又名杏仁体,位于侧脑室下角前端和豆状核腹侧,主要结构包括皮质内侧核群和基底外侧核群。皮质内侧核群包括:前杏仁区、外侧嗅束核、内侧杏仁核、皮质杏仁核、中央杏仁核;基底外侧核群在人脑是最大且分化最好的部分,它包括外侧杏仁核、基底杏仁核、副基底杏仁核。杏仁核参与组成边缘系统,借终纹与隔区、下丘脑联系,与内脏活动的调节及情绪的产生有关,参与机体多种情绪的产生及表达,在日常生活中发挥着不可或缺的重要作用。除此之外,杏仁核还具有学习记忆和神经内分泌调节的作用,在电刺激的作用下,杏仁核能通过调控海马结构的活动,进行情感、学习和记忆等高级神经活动。当其作为植物神经中枢时,杏仁核可参与调节机体的各项功能和激素等的分泌。

近些年来,随着人们对杏仁核结构和功能的深入研究,科研人员逐渐意识到杏仁核对机体的重要作用,也发现许多疾病特别是精神类疾病的发生与杏仁核受损相关联。同时,杏仁核深层次且重要的作用也渐渐凸显,成为科研人员了解和剖析人体结构的重要切入点。本文将从杏仁核相关功能研究及部分相关疾病和治疗展开综述。

1 杏仁核功能

1.1 情绪功能

情绪表达指快乐、惊讶、害怕、生气、厌恶、悲伤,有研究表明这些都是由面部表情发出的信号[1]。Adolphs等在实验中记录过九例双侧杏仁核经受一定程度损伤的患者,结果发现患者面部表情对恐惧的识别减弱了[2]。有研究报道,双侧杏仁核受损后,女性对恐惧和愤怒的识别能力产生障碍[3]。恐惧条件作用于杏仁核,并在获取和储存恐惧的长期联想记忆方面发挥关键作用[4]。在Breiter等的研究中发现,与中性面孔相比,杏仁核更易激起恐惧和愉快面孔[5]。Hamann等提供证据证明,杏仁核不仅参与负面情绪的引发,也参与正面情绪的引发[6]。

1.2 学习和记忆

杏仁核有助于学习和记忆。当机体被火焰烫伤后,首先产生诸如恐惧、难过、后悔、悲伤等情绪,然后大脑就会把这类情绪连同触发这些情绪的事件储存为“火焰是危险的,被火烧伤会疼痛、难受,所以不要被火烧伤”这样的记忆信息,并且这种近乎本能的记忆是不需要努力记下来的。因为人体的危险警觉系统是最为重要且关乎个体是否能存活的重要神经系统,所以这部分的记忆是人类所有记忆当中最为深刻的部分。有研究用磁共振记录36名阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)患者杏仁核与海马的体积,结果发现这两个大脑中重要结构的体积发生了变化,患者的杏仁核、海马及海马旁回体积明显减小,并证实了杏仁核在感情记忆中发挥重要作用。临床实践表明AD病人颞叶内侧结构体积减小,这并不是海马结构病变所引起的,而是海马周围皮质或杏仁核损伤所致,从而影响了机体的记忆功能[7]。

1.3 神经内分泌调节功能

杏仁核类似于其他皮质下中枢,隶属于植物神经中枢。不仅下丘脑能释放神经肽Y,杏仁核同样可以释放这种激素,而这种激素的显著作用就是刺激机体进食,并通过抑制产热而导致机体肥胖。杏仁体皮质内侧核群中存在的胰多肽受体可能参与摄食行为,也可能调节肠胃功能[7]。杏仁核中含有大量多巴胺,且大多存在于中央杏仁核,多巴胺的传入纤维来自黑质和腹侧背盖区,并在帕金森治疗中发挥重要作用[8]。

1.4 联合注意

联合注意是指杏仁核处理面部肌肉和表情的能力,在日常生活中辨别个人的友善与否起着重要作用。具体表现在当与他人面对面时,杏仁核可以对其进行分析,辨别其是友善的还是非友善的,从而决定是与此人交往,还是选择逃避此人[9]。

2 与杏仁核有关的研究

2.1 应 激

肾上腺类固醇受体是存在于大脑海马中的结构,参与人类的应激反应。在以往的认知中,人们认为仅有下丘脑参与应激,但在一系列探究后,研究者发现大脑中的其他重要结构域也参与应激。随后研究者发现应激会对脑内基因表达产生影响,并发现了糖皮质激素在其中发挥的重要作用[10]。相关测定证实了当小鼠处于应激状态时,杏仁核区神经肽S基因高度表达[11],而在处于孕期的雌鼠中有些物质基因的表达发生了一定的变化,如γ-氨基丁酸(GABA)和5-羟色胺[12]。随后证实了产前大鼠存在行为障碍,而其原因则是杏仁核中与应激相关促特定基因启动子甲基化下降,经过测定发现,这个特定基因就是肾上腺皮质激素释放因子[13]。在另一些实验中,当给小鼠注射藤黄酚时,其杏仁核中某个特定基因的表达也发生了改变,出现了乙酰化的下降,其结果是损害了小鼠的长时记忆,而这个基因则是位于外侧核团的组蛋白H3[14]。还有一些研究发现,糖皮质激素在应激反应中异常表达,其不仅作用于糖皮质激素调控的级联反应,调节谷氨酸和GABA的含量,还可通过转录因子发挥作用[15],从而参与应激反应。

2.2 焦虑情绪

杏仁核是调节焦虑环路中必不可少的重要结构,基底外侧杏仁核(basolateral amygdala,BLA)主要接受来自大脑皮层和丘脑传入的纤维,并通过释放递质激活中央杏仁核参与整合信息,发出纤维到下丘脑、大脑半球前部及海马,调节焦虑相关的行为[16]。机体的焦虑情绪主要由外来刺激对BLA的锥体神经元产生的效应所决定。有研究表明,杏仁核调节焦虑环路的关键纤维网络由GABA能中间神经元组成,而GABA属于抑制性神经递质[17],当向实验动物的杏仁核中注入GABA或者GABA受体激动剂时,可以发现实验动物的焦虑情绪明显下降,而注入GABA拮抗剂的实验动物产生了明显的焦虑情绪[18]。脑源性神经营养因子可以促进GABA的表达,进而抑制焦虑。杏仁核中的细胞因子白介素33(IL-33)也参与调控小鼠的焦虑行为,当IL-33下降时,小鼠的焦虑情绪降低,而当IL-33增加时则相反,小鼠可产生明显的焦虑行为[16]。

2.3 抑 郁

大脑情感网络主要由杏仁核、扣带回、海马及其他边缘结构(眶额叶、颞叶、岛叶等)组成,越来越多的临床实践表明,抑郁症的产生与情感网络功能连接的改变有关[19]。实验人员在青少年抑郁症患者中证实,大脑情感网络中的杏仁核与前扣带回网络之间联系异常,与青少年抑郁症的发展变化有很大关系[20]。抑郁症的典型特征是在大脑中存在自杀的观念,研究表明伴有自杀观念的患者右侧杏仁核与左侧颞叶联系加强[21]。在此次实验发现,除了抑郁患者存在这种联系外,在具有抑郁倾向的人群里中也发现前杏仁体与扣带回的联系发生改变[22]。有文献也提出了另一种情况也可导致情绪的失调,即在杏仁核与扣带回功能连接异常时,大脑边缘系统的调节作用将会减弱[23]。在最近的研究中发现,楔前叶也可能参与抑郁的产生,主要是由于在抑郁症患者的大脑中发现其与杏仁核的联系加强[24],但对于抑郁患者杏仁核与楔前叶关系的研究还很少,抑郁症的产生是否与楔前叶有关,未来还需要更深入的研究。

3 与杏仁核有关的疾病及治疗

3.1 颞叶癫痫

颞叶癫痫是指起源于颞叶的含多类发作形式的一种癫痫综合征,多数为药物难治性癫痫[25]。以往的治疗虽然可以适当控制癫痫的发生,但为了长期控制癫痫逐渐开拓了新的技术手段,手术切除、灭活或切断致痫灶和病灶成为当下比较被认可的治疗方法[26]。随着手术的不断改进和完善,颞叶切除术中所切除的脑组织越来越少,其相应的并发症也随之减少,而选择性杏仁核海马切除术也成为临床上最有效、最安全的治疗手段。其手术过程是先准确定位颞叶内侧结构,随后把海马头、杏仁核及钩回切除,再将海马及海马旁回切除。而手术中最重要的则是切除的外侧边界应为侧副沟,切除的后界应达到脑干[27]。前颞叶切除术与选择性杏仁核海马切除术是目前常用的临床手术,有些研究者通过对比发现,后者的癫痫控制率要高于前者[28]。随着手术技术的逐渐发展和完善,颞叶切除术后癫痫控制的成功率在逐步提高。

3.2 焦虑症

焦虑症是一种最常见的神经精神疾病,主要表现为发作性或持续性的焦虑、紧张、担忧、害怕等情绪,并伴有自主神经功能紊乱、肌肉紧张与运动性不安症状[29]。BLA是杏仁核信号传输的重要结构,有数量众多的锥体神经元在此聚集,当其受到刺激而被抑制时,通过向杏仁核传递抑制信息抑制其功能,促进焦虑情绪的产生。近年研究显示,当BLA锥体神经元兴奋时,会引起腹侧海马谷氨酸能神经元的信息传递,进而诱发小鼠的焦虑表型,而当BLA椎体神经元受抑制时,可诱发小鼠产生抗焦虑作用[30]。有研究证明焦虑者BLA区的相关蛋白表达下降,在之后的研究中也指出这种蛋白就是Tmem74蛋白。而由于Tmem74蛋白表达下降,其功能也发生异常改变,这也是小鼠焦虑情绪产生的原因。为了找到缓解小鼠的焦虑状态,研究者们尝试增加Tmem74蛋白的表达,结果小鼠的焦虑得到明显的改善。同时他们指出,跨膜结构域TM 1介导Tmem74的膜定位并参与调控Tmem74与HCNⅠ的功能性偶联,Tmem74可直接调控离子通道HCNⅠ影响神经元兴奋性介导焦虑表型的发生,因此Tmem74可能会成为焦虑防治的药物新靶点[31]。

3.3 精神分裂症

精神分裂症是一种严重的精神疾病,大多数患者经过两年以上及数种传统抗精神病治疗效果不佳,而称为难治性精神分裂症[32]。大脑的边缘系统由边缘叶及与其密切联系的皮质下结构组成,杏仁核也属于大脑边缘系统的一部分。近些年来随着临床试验的不断深入,研究者发现了一种治疗精神分裂症的有效方法——靶点联合毁损术。这种方法包含多种不同的临床技术,如杏仁核+扣带回毁损术、扣带束+胼胝体膝毁损术、杏仁核+隔区毁损术、杏仁核+额叶底部毁损术等边缘系统核团毁损术[33]。靶点联合毁损术中的多项临床技术都有杏仁核的参与,由此可见杏仁核在精神分裂症的治疗过程中发挥着重要的作用。

综上所述,作为大脑边缘系统主要结构之一的杏仁核,在机体的日常活动中发挥着重要作用。它不仅是大脑的情绪管理中心,而且在学习、记忆及内分泌调节中也表现出了显著的作用。其形态和结构复杂,联系多个大脑功能区,可作为自主神经中枢调节机体许多重要的生命活动,如呼吸、循环及胃肠道等,也可参与机体各种行为活动,包括参与神经-内分泌调节。近些年随着对杏仁核研究的深入,发现杏仁核参与机体的各种反应及其在各个方面的作用机制,如应激、焦虑情绪、抑郁、阿尔兹海默症、抑郁症和自闭症等,相关疾病的治疗手段也得到了开创性的提升,从以前的药物治疗到如今更安全的手术,人们对杏仁核相关疾病的治疗越来越高效。但人们对于杏仁核的认识及如何更有效的进行手术操作还有待进一步探讨。未来随着对杏仁核功能结构的深入研究,与杏仁核相关的疾病会逐步攻克,使更多精神类疾病患者得到有效治疗。