上海生科院發現視網膜自發活動波的起源

　　9月3日，《自然-通訊》期刊在線發表了中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所杜久林研究組題為《雙極細胞通過突觸前NMDA自受體放大機制介導視網膜波的發生》的研究論文。該研究發現谷氨酸能視網膜自發活動波的發生是由雙極細胞軸突末梢NMDA自受體依賴的放大機制所介導。

　　在發育早期的視網膜中，相鄰神經節細胞（視網膜的第三級細胞）會發生波狀傳播的自發神經活動，這種現象被稱為視網膜波。對于視網膜波的研究已有近30年，人們已知道視網膜波能通過視神經傳遞到中樞視覺系統，對視覺系統中拓撲投射樣神經通路的精確形成至關重要。在發育的不同階段，視網膜波會從乙酰膽堿能轉變為谷氨酸能。目前，已知乙酰膽堿能視網膜波是由星狀無長突細胞所介導的，但谷氨酸能視網膜波的來源以及具體機制仍不清楚。

　　為研究谷氨酸能視網膜波的來源，研究者以斑馬魚為模式動物，首先運用在體雙光子鈣成像技術，發現谷氨酸能視網膜波起始于雙極細胞（視網膜的第二級細胞）的軸突末梢。為解析其機制，研究者結合在體全細胞膜片鉗、光遺傳學、谷氨酸成像等方法，發現雙極細胞軸突末梢通過NMDA自受體，發起視網膜波；進而發現雙極細胞上的視網膜波能傳遞至神經節細胞以及視頂蓋（即視覺中樞）。研究人員進一步發現視網膜波的產生閾值在顳側視網膜區域是最低的，因此導致視網膜波偏向于在顳側發起。綜上所述，該工作首次發現雙極細胞軸突末梢通過NMDA自受體依賴的方式起始谷氨酸能視網膜波。

　　這項工作是在研究員杜久林指導下，主要由副研究員張榮偉獨立完成，同時得到李小泉和日本國立遺傳學研究所教授川上浩一的大力支持。該工作得到中科院戰略性先導科技專項、科技部國家重點基礎研究發展計劃、國家自然基金杰出青年項目、上海市優秀學術帶頭人項目和青年科學基金以及中科院青年促進會等項目的支持。

　　圖：（a）在3天斑馬魚幼魚的雙極細胞上發生的自發鈣波。不同顏色指示不同時間點時鈣波的位置。（b）谷氨酸能視網膜波起始模式圖。單個雙極細胞釋放的谷氨酸會激活其自身軸突上的NMDA受體，從而導致細胞膜進一步去極化、打開低閾值鈣通道，釋放大量的谷氨酸進入視網膜內網狀層。通過游離的谷氨酸以及間隙連接，臨近的雙極細胞軸突末梢被激活，從而導致視網膜波在內網狀層的側向傳播。另一方面，谷氨酸還會作用到神經節細胞上的突觸后AMPA和NMDA受體，從而導致視網膜波從雙極細胞傳遞至神經節細胞。