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『学术经纬』改写教科书！今日《科学》发现“从眼睛到大脑”的一条全新通路


▎药明康德内容团队编辑
数十年来 ， 生物教科书都告诉我们 ， 我们的眼睛会向大脑传递信号 ， 而这些信号清一色都是“兴奋性”的 。 而在今日最新一期《科学》杂志上 ， 美国西北大学的一支科研团队提供了切实的证据 ， 找到了一条“抑制性”的信号通路 。 这也让我们对视网膜神经节细胞有了全新的认识 。
『学术经纬』改写教科书！今日《科学》发现“从眼睛到大脑”的一条全新通路
本文插图

科学家们知道 ， 视网膜神经节细胞（RGC）对于视觉有着重要的作用 。 事实上 ， 这些细胞能将光信号传到40多个不同的脑区 ， 产生有意识的视觉感知 ， 或是实现某种潜意识的功能（如调节瞳孔大小和生物节律） 。 一般来讲 ， 这些功能依赖于视网膜神经节细胞在突触释放“兴奋性”的神经递质谷氨酸 。 然而 ， 过去的一些研究结果暗示 ， 在某些哺乳动物里 ， 可能也存在某种释放“抑制性”神经递质γ-氨基丁酸（GABA）的视网膜神经节细胞 。
为了寻找这些细胞的线索 ， 研究人员们设计了一个巧妙的实验 。 他们将负责合成GABA的酶与Cre重组酶共同表达 ， 再在小鼠单眼中表达Cre依赖性的荧光蛋白 。 由于在视网膜里 ， 只有这些神经节细胞能够映射到脑部 ， 因此任何发出荧光信号的轴突 ， 都代表了产生GABA的视网膜神经节细胞的存在 。
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▲小鼠的视网膜：蓝色为细胞核 ， 紫红色为抑制性细胞 ， 绿色为ipRGC（图片来源：参考资料[2]）
【『学术经纬』改写教科书！今日《科学》发现“从眼睛到大脑”的一条全新通路】利用这个技术 ， 科学家们找到了这些视网膜神经节细胞的轴突 ， 并发现它们大多存在于大脑的“非成像区” 。 顾名思义 ， 这个区域不参与视觉成像 ， 但和昼夜节律的调控有关 。 根据以前的资料 ， 研究人员们又发现 ， 在这些脑区 ， “内在光敏视网膜神经节细胞”（ipRGC）是起主要支配功能的视网膜神经节细胞类型 。 那么 ， 研究人员们观察到的荧光信号 ， 是否真的来自ipRGC呢？后续的一系列研究表明正是如此 ， 并确认这些细胞会释放GABA 。
接下来的问题则在于 ， 这些ipRGC究竟有啥用？科学家们抑制了这些细胞的功能 ， 发现模型小鼠的生物节律对弱光变得更为敏感了 。 “这些抑制性的信号防止我们的生物钟在弱光环境下发生重置 ， 也防止瞳孔在弱光情况下收缩 ， ”本研究的通讯作者Tiffany Schmidt教授说道：“我认为我们的研究提供一个机制上的解释 ， 让我们理解为何眼睛对光如此敏感 ， 但潜意识的行为却相对来说不是那么对光敏感 。 ”
这个机制对生物体也有着一定意义 。 当环境短时间变暗时（如进入一个黑暗的房间） ， 我们肯定不想让身体的生物钟做出大幅的调整 。 只有真正出现持久的光线变化时（如昼夜交替） ， 我们才希望生物钟对其做出反应 。
研究人员们在论文最后提到 ， 他们的研究发现了一条从视网膜出发的GABA能环路（GABAergic circuit） ， 能降低大脑非成像区在弱光下的灵敏度 ， 从而减少对生物节律的影响 。 这也能防止身体的生物钟做出太多不必要的调整 。
参考资料：
[1] Takuma Sonoda et al., (2020), A noncanonical inhibitory circuit dampens behavioral sensitivity to light, Science, DOI: 10.1126/science.aay3152
[2] Eyes send an unexpected signal to the brain, Retrieved April 30, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/nu-esa042720.php
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