即早基因（Immediate-Early Genes, IEGs）是一類在神經(jīng)元受到刺激后無需新蛋白質(zhì)合成即可被快速且短暫激活的基因。它們在神經(jīng)元對環(huán)境刺激的響應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，參與發(fā)育、學(xué)習(xí)、程序性細(xì)胞死亡以及對損傷和藥物的反應(yīng)等過程。IEGs常被稱為“遺傳響應(yīng)的門戶”，通常在刺激后數(shù)分鐘至一小時內(nèi)表達(dá)。即早基因是神經(jīng)科學(xué)中標(biāo)記神經(jīng)元激活狀態(tài)的重要分子工具，它們無需新蛋白合成即可在神經(jīng)元受刺激后數(shù)分鐘至1小時內(nèi)快速、短暫表達(dá)，因此成為“神經(jīng)活動的歷史記錄器”。

IEG編碼的蛋白產(chǎn)物包括可誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子和效應(yīng)蛋白。調(diào)控型IEGs（如c-Fos和Zif2668，又稱早期生長反應(yīng)蛋白1，Egr1）可調(diào)節(jié)下游基因表達(dá)；而效應(yīng)型IEGs（如活動調(diào)控細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白Arc、Homer和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF）則直接在突觸發(fā)揮作用。IEGs具有表達(dá)迅速且短暫、基礎(chǔ)水平低、mRNA和蛋白產(chǎn)物不穩(wěn)定等特點(diǎn)。例如，F(xiàn)OS基因通常在刺激后30–60分鐘達(dá)表達(dá)峰值，90分鐘后恢復(fù)至基線水平。其激活不依賴初始蛋白質(zhì)合成，翻譯抑制劑對其表達(dá)無影響。

常用即早基因

• c-Fos：最經(jīng)典、應(yīng)用最廣；

• FosB / ΔFosB：FosB的穩(wěn)定剪接變體，反映長期或重復(fù)激活；

• Arc：與突觸可塑性密切相關(guān)；

• Egr1 (Zif268/Krox-24)：參與學(xué)習(xí)記憶；

• Npas4：調(diào)控興奮-抑制平衡

在神經(jīng)環(huán)路研究中的主要應(yīng)用

1. 定位行為相關(guān)的激活腦區(qū)

給動物執(zhí)行特定任務(wù)（如恐懼記憶、社交、攝食），隨后檢測哪些腦區(qū)IEG表達(dá)升高。

例：讓小鼠攻擊幼崽后，發(fā)現(xiàn)MPOA中c-Fos顯著增加 → 提示該區(qū)域參與攻擊行為。

案例簡潔解析：（結(jié)合行為范式）

Fig1 Arc和c-Fos在多個被定量分析的腦區(qū)中呈現(xiàn)差異性表達(dá)

本研究采用情境恐懼條件反射（CFC）探究不同記憶狀態(tài)對即早基因 Arc 和 c-Fos 表達(dá)的影響。小鼠接受無電擊對照或三次電擊訓(xùn)練，并在無電擊、編碼、1天提取或5天提取后1小時被安樂死，以捕獲各時間點(diǎn)誘導(dǎo)的 Arc 和 c-Fos 蛋白表達(dá)。

行為結(jié)果顯示，1天和5天提取組小鼠的僵直時間顯著高于無電擊組和編碼組，表明恐懼記憶成功形成并表達(dá)。為同時檢測兩種蛋白，采用兔源抗Arc與大鼠源抗c-Fos一抗組合，有效避免通道間交叉反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了在海馬、皮層及皮層下腦區(qū)對 Arc? 和 c-Fos? 細(xì)胞的可靠定量。結(jié)果顯示，在各時間點(diǎn)，每個腦區(qū)中最多約30%的細(xì)胞表達(dá) Arc 或 c-Fos。

腦聲常談建立了多個《動物模型構(gòu)建與行為評估》交流群，群內(nèi)分享各種經(jīng)典和前沿的行為范式，共同交流解決動物實(shí)驗(yàn)中遇到的棘手問題，避坑少走彎路！有需要的老師可以掃碼添加微信進(jìn)入討論群！

2. 繪制功能連接圖譜

結(jié)合逆行/順行病毒示蹤 + IEG染色，可識別“被特定行為激活的輸入/輸出通路”。

例：在A腦區(qū)注射逆行病毒標(biāo)記投射到B區(qū)的神經(jīng)元，再結(jié)合c-Fos染色，判斷這些A→B神經(jīng)元是否在某行為中被激活。

3. 篩選參與特定行為的神經(jīng)元群體

IEG表達(dá)被廣泛用作功能性標(biāo)記物，以識別對特定刺激或行為產(chǎn)生響應(yīng)的神經(jīng)元，為神經(jīng)環(huán)路映射提供細(xì)胞分辨率。常用檢測方法包括原位雜交和免疫組織化學(xué)，可在組織固定前確定哪些腦區(qū)處于活躍狀態(tài)。熒光原位雜交（FISH）提高了時間分辨率，可在同一腦內(nèi)區(qū)分不同經(jīng)歷激活的神經(jīng)元群體。

利用IEG啟動子驅(qū)動的遺傳工具（如Fos-CreERT2, TRAP小鼠），可在行為發(fā)生時“標(biāo)記”活躍神經(jīng)元，并在后續(xù)通過光/化學(xué)遺傳激活或抑制這群細(xì)胞。

轉(zhuǎn)基因報(bào)告小鼠（如Fos或Arc啟動子驅(qū)動熒光蛋白表達(dá)）可實(shí)現(xiàn)長時間尺度的皮層活動重復(fù)測量并以三維空間分辨率繪制行為相關(guān)環(huán)路。這些品系已與TRAP（靶向活性神經(jīng)元群重組）等誘導(dǎo)技術(shù)整合：TRAP小鼠在IEG啟動子下表達(dá)他莫昔芬依賴的Cre重組酶，可操控和分析被激活的神經(jīng)元集群。CANE（捕獲激活神經(jīng)元集群）方法則利用IEG啟動子驅(qū)動不穩(wěn)定的TVA受體表達(dá)，實(shí)現(xiàn)對激活神經(jīng)元的靶向病毒感染。

總結(jié)

IEG映射的優(yōu)勢包括可同時分析多個腦區(qū)的神經(jīng)活動，并識別各區(qū)域的功能屬性；局限在于IEG誘導(dǎo)短暫、需精確把握分析時機(jī)，且可能無法標(biāo)記環(huán)路中所有激活神經(jīng)元。這些方法已被用于繪制特定行為相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路，并識別和分析激活的神經(jīng)元集群。

文獻(xiàn)引用：

• Splitting Hares and Tortoises: A classification of neuronal immediate early gene transcription based on poised RNA polymerase II Saha R.N., Dudek S.M.Neuroscience , 2013 pp 175-181

• Bulthuis NE, Quintana LI, Stackmann M, Denny CA. Immediate-early genes Arc and c-Fos show divergent brain-wide expression following contextual fear conditioning. Commun Biol. 2025 Oct 9;8(1):1452. doi: 10.1038/s42003-025-08856-5. PMID: 41068278; PMCID: PMC12511597.

• Denny, C. A. et al. Hippocampal memory traces are differentially modulated by experience, time, and adult neurogenesis. Neuron83, 189–201 (2014).

腦聲小店基于深度科研洞察，專注為動物實(shí)驗(yàn)提供"簡器械·精實(shí)驗(yàn)"解決方案。我們突破高精設(shè)備局限，開發(fā)手工定制化儀器及配件，通過科研巧思將基礎(chǔ)工具轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案。產(chǎn)品涵蓋行為學(xué)裝置、操作輔助工具等，使實(shí)驗(yàn)室在保持操作簡效的同時，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化數(shù)據(jù)采集，助力科研人員以創(chuàng)造性思維發(fā)掘簡易儀器的潛在科研價值。