『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。

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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]）
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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