Cell | 中国科学技术大学薛天/鲍进揭示光感知促进脑发育的神经机制

在发育过程中，表达视黑素（melanopsin）的视网膜自感光神经节细胞 (ipRGC) 变得比视杆细胞和视锥细胞更早地对光敏感。 IpRGCs 投射到许多皮层下区域，而这些投射的生理功能尚未完全阐明。

2022年4月8日，中国科学技术大学薛天和鲍进共同通讯在Cell 在线发表题为“Melanopsin retinal ganglion cells mediate light-promoted brain development”的研究论文，该研究发现 ipRGC 介导的光感促进了各种皮质和海马中锥体神经元的突触发生。这种现象取决于 ipRGCs 的激活，并由视上核 (SON) 和室旁核 (PVN) 向脑脊髓液中释放催产素介导。

该研究进一步描述了 SON 中 ipRGC 和催产素神经元之间的直接联系，以及 SON 和 PVN 中催产素神经元之间的相互投射。此外，该研究发现缺乏 ipRGC 介导的、光促进的早期皮质突触发生损害了成年小鼠的学习能力。总之，该研究结果强调了生命早期光感对学习能力发展的重要性，因此呼吁关注适合婴儿护理的光环境。

哺乳动物的视觉感知起始于视网膜。哺乳动物视网膜中主要存在三类感光细胞：视杆细胞（rods）、视锥细胞（cones）和视网膜自感光神经节细胞（intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGCs）。不同于介导视觉图像编码的经典成像视觉感光细胞（视杆细胞和视锥细胞），ipRGCs通过其基因Opn4编码的感光蛋白视黑素（melanopsin）特异性感知蓝光波段的光，并主要介导非成像视觉功能，如昼夜节律光调节、瞳孔光反射和光调控情绪等。在发育过程中，ipRGCs是最早具有感光功能的视网膜感光细胞，这暗示ipRGCs可能是介导光促进幼年大脑发育最关键的感光细胞。

在发育上，ipRGC 对光的反应比视杆细胞和视锥细胞更早，并介导哺乳动物最早的光感。在啮齿动物中，ipRGCs 作为唯一的视网膜光感受器直到出生后第 10 天 (P10)，并且 ipRGCs 的新生儿细胞密度是成人视网膜的 5 倍。昼夜节律“起搏器” SCN 可以在新生小鼠的光感时被激活，这清楚地表明 ipRGC 确实将光信息输入新生大脑。先前的研究表明，ipRGCs 的早期光感有助于幼犬的光厌恶、眼睛发育和图像视觉功能。

在这里，该研究发现通过 ipRGCs 的早期光感是光驱动的皮层突触发生所必需的，并且该研究描述了一个包含 ipRGCs-催产素神经元的回路，该神经元负责这种以前未知的 NIV 功能。此外，该研究证明了通过 ipRGCs 的早期光感对于成年期的学习很重要。因此，该研究扩大了已知有助于 NIV 功能的范围和大脑区域，并展示了早期大脑发育过程中光感的终生功能影响。

综上，这项研究发现了发育早期视觉（光）感知促进大脑高级认知区域神经元突触协同发育的感光、神经环路和分子机制，并揭示了发育早期光感知对成年脑高级认知能力的影响。该研究成果提示公共卫生研究应关注新生儿日常的光环境，进一步探索光环境对新生儿大脑发育的影响。

中国科学技术大学生命科学与医学部博士生胡佳希、博士生史逸铭和鲍进特任研究员（现为中国科学院深圳先进技术研究院研究员）为本文的共同第一作者，中国科学技术大学生命科学与医学部薛天教授和鲍进特任研究员为本文的共同通讯作者。该成果得到了科技部、国家基金委、峰基金、安徽省、中科院以及中国科学技术大学的资助。

参考消息：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00912-6

转自： iNature

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