小清蛋白阳性抑制性中间神经元与视觉发育可塑性的研究进展.pdf

欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁氉氉氉氉引文格式：杨诗巧，郝瑞，张伟 小清蛋白阳性抑制性中间神经元与视觉发育可塑性的研究进展 眼科新进展，（）：【文献综述】小清蛋白阳性抑制性中间神经元与视觉发育可塑性的研究进展杨诗巧郝瑞张伟欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁氉氉氉氉作者 简 介：杨 诗 巧（：），女，年 月出生，海南人。研究方向：视觉发育。：通信作者：郝瑞（：），女，年 月出生，博士，副主任医师。研究方向：斜视、弱视及小儿眼科。：收稿日期：修回日期：本文编辑：盛丽娜基金项目：国家自然科学基金资助项目（编号：）；天津市卫生健康科技基金面上项目（编号：）作者单位：天津市，天津市眼科医院 南开大学附属眼科医院天津医科大学眼科临床学院 天津市眼科研究所 天津市眼科学与视觉科学重点实验室【摘要】大脑的复杂功能有赖于其内在神经元及神经网络系统的相互作用，而谷氨酸能投射神经元和 氨基丁酸能抑制性中间神经元在其中发挥重要作用。生后视觉系统的发育存在“关键期”，此时易受外界环境影响，从而影响视觉可塑性。视觉环境的变化会使视皮层之间的神经联系和突触结构发生适应性调整，细胞外基质中的神经周围网在这个过程中被证实发挥重要作用，而其主要包裹的小清蛋白阳性抑制性中间神经元（）亦参与了视觉发育关键期可塑性调控。为一类表达小清蛋白的中间神经元，存在于大脑各部分。尤其近年来研究发现，特异性调控这类神经元不仅解释了弱视、抑郁症以及自闭症等疾病的潜在治疗机制，还为这些疾病提供了更为精准的治疗方法。现对 从起源到视觉发育关键期结束过程中各类调控因素，以及其参与视觉发育可塑性的研究现状进行综述，以期为视皮质可塑性基础研究提供一定的指导。【关键词】小清蛋白；抑制性中间神经元；视皮层；可塑性；关键期【中图分类号】目前研究发现，大脑皮层主要存在谷氨酸能兴奋性投射神经元和 氨基丁酸（）能抑制性中间神经元（）。在大脑皮层中的占比相对较少，在人脑皮层中仅占 ，在猕猴脑皮层中占 ，在小鼠和大鼠脑皮层中占 ，但由于其短树突的形态特点，主要产生局部神经回路，故对大脑皮层中兴奋性 抑制性网络平衡的维持至关重要。根据其表达分子不同分为四种类型：小清蛋白（）阳性、生长抑素（）阳性、血管活性肠肽阳性以及卷轴蛋白阳性 。其中 和 同起源于腹侧端脑皮质下区内侧神经节隆起（）和视下区 。本文就 在视皮层发育中的作用进行综述，以期能够为视皮层可塑性研究提供一定的指导。中间神经元的发育和分型人胚胎孕第 周开始出现神经节隆起，此时中间神经元祖细胞向皮层迁移；至孕 周，初步形成；孕 周时，神经节隆起区中间神经元祖细胞大量产生；在孕 周时 表达转录因子 的细胞切线迁移至皮层 ，该转录因子激活依赖于 ，而 表达受上游音猬因子通路调节，其下游转录因子 表达促进 的成熟及最终定位 ，；孕 周，不同亚型中间神经元在皮层区域大量出现，而不同的转录因子表达 、神经肽 、钙网膜蛋白或钙结合蛋白促进这一过程发生。研究发现，和 的产生并非同时进行，孕 小鼠，先于 产生，此过程受核素受体 调控，（即胚胎期 ）和 时 缺失引起出生后 增多，而 时该受体功能的缺失则导致出生后 减少，从而表明 在小鼠 和 时抑制 的中间前体细胞向 的分化 ，但是否存在其他核素受体调控 和 分化和发育尚待进一步研究。此外，神经营养因子、胶质源性神经营养因子等均在 中间神经元迁移中起精细调控作用 。依据细胞形态分为两种亚型：篮状细胞和吊灯状细胞；前者出现较早，后者的功能目前存在争议。有研究显示，吊灯状细胞对靶向的锥体神经元产生兴奋效应 。中特异性 的表达在出生后开始，目前尚未明确早期 的特征性标志物 ，因此，控制 向篮状细胞和吊灯状细胞分化的机制亦有待进一步研究。与视皮层可塑性及视觉发育关键期的关系 在控制锥体细胞兴奋、维持神经网络平衡以及生物节律等方面起着重要作用。出生后随着视觉发育及周围环境的刺激，以及突触增多，逐渐成熟，神经网络稳态也随之建立。其主要分布眼 科新进展 年 月第 卷第 期 ：在大脑新皮层的 ，在 中几乎没有。对钙离子和镁离子具有高亲和性，在动作电位后可使细胞回到静息电位，从而促进 的成熟 。而 本身动作电位的激发是连续或延迟的，单个动作电位的激发具有快尖峰动力特征，具有较小或者中等大小的输入阻抗以及较大的超极化后电位 ，这样的电生理特征使其突触反应十分迅速，也表示了其代谢高且易受氧化应激损伤的特质。研究表明，在快速动眼睡眠时活性增加，且在维持大脑清醒状态中起重要作用，这主要与成熟的 形成稳定神经网络和 振荡有关 。主要投射在锥体神经元的胞体和近端树突，相比其他 ，其与锥体神经元距离最近，具有更强的抑制性支配。对其他 几乎没有抑制作用，但被 为主的其他 抑制性支配 。参与视皮层可塑性调控的相关机制见图。：周围神经网；：脑源性神经营养因子；：受体蛋白酪氨酸激酶；：酪氨酸激酶；：神经生长因子受体；：蛋白酪氨酸激酶亚家族；：信号素。图 参与视皮层可塑性调控机制图 未成熟的周围神经网稳固状态的破坏正常小鼠出生后第 周，视皮质中开始表达 ，也在此时出现较为稳定的固有膜特性（膜电阻、膜电容和静息电位），同时，未成熟的周围神经网（），即视皮层内主要包裹 的细胞外基质成分被首次观察到 ；出生后第 周时，其数量及增长速度渐趋稳定 （图 ）。猫视皮层的研究进一步表明，数量在关键期后仍继续增长，而 比 发育晚两周，但成年后二者数量基本稳定，数量占皮层神经细胞数量的 ，占全部 总数的 左右 。研究表明，部分 的成熟触发了关键期的开启，至关键期结束，周围包裹着 ，的 包裹着 ，此时 的抑制作用也达到最大 。等 认为这种变化是由于成熟的 抑制了 的表达导致的。视皮层可塑性也随着关键期的结束维持在低水平。等 认为，成熟的 抑制神经元轴突生长以及作为屏障阻断某些神经递质而发挥限制可塑性的功能，通过消除 能够重新恢复成人视皮层可塑性，同时观察到 动作电位发生变化。图 和 发育趋势图 的幼稚化能够触发关键期开启 ，其特征性改变为 结构完整性破坏和皮质中 振荡降低或消失 ，使其包裹的 轴突生长受限。其中发挥作用的因子是同源蛋白 ，一种能够促进 成熟的蛋白，从而加速关键期关闭。而 型小鼠（结合位点突变）幼年关键期出现延迟，表明 对可塑性的调控是双向的，产生于视网膜，而视皮层中的 能够优先募集 离不开 上的特异性复合糖，短 ：眼 科新进展 年 月第 卷第 期 暂的 消除实验中无法观察到 电生理的改变，只有当 浓度下降时，电生理特性才随之改变，此时可塑性发生改变 。因而，成年期 的互相稳固离不开 的介导 ，目前具体的结合位点仍在研究。同时敲除四种组成 的硫酸软骨素蛋白多糖可以引起仅限于 的 数量减少，但 仍能被 内化，可能是由于残余的 中存在 的结合位点 。目前提出一种 成分蛋白聚糖可能为其作用位点 。除了 ，关键期长达 的暗饲养能够降低蛋白聚糖浓度，从而减少视皮层 含量，包裹 的 体积缩减了 ，但数量几乎不受影响，而未包裹 的 体积缩减了 ，二者没有显著差异 。体积变小可能是由于细胞膜蛋白聚糖的缺失，体积的改变在可塑性变化中发挥的作用有待进一步研究，但可以肯定的是，本身完整性的破坏不会直接引起可塑性的改变，其上一些复合糖才是关键期的开关，例如蛋白聚糖的裂解促进皮质发生可塑性变化，的降解联合感觉剥夺才能引起可塑性的改变证实这一点 。研究发现，内源性蛋白酶对蛋白聚糖有直接靶向作用，作为体内丝氨酸类组织型纤溶酶原激活物（）的主要来源之一，通过细胞自主纤溶酶原依赖途径降解包裹在周围的 ，条件性敲除 的 后，密度增加 ，病理状态下 纤溶酶系统参与皮质可塑性 ，目前激发 释放 的因子尚待探索，而其他的内源性蛋白酶可作为未来研究方向。简言之，在特定条件下释放内源性蛋白酶 ，激活纤溶酶原系统作用于 的蛋白聚糖，继而降解 。考虑到蛋白聚糖也是 的作用位点，降解 可能减少 的募集从而恢复皮质可塑性。除了 和 ，神经营养因子参与关键期可塑性也被认为和蛋白聚糖有关 。神经营养因子是一类神经元生长发育所必需的蛋白质，主要包括脑源性神经营养因子（）、神经营养因子 、胶质细胞源性神经营养因子等。其中 及其受体蛋白酪氨酸激酶（）、酪氨酸激酶 （，）在诱导 成熟方面的作用已被证实，依赖于经典 （）信号通路，该信号通路表达下调可以观察到成年小鼠中视皮层具有幼年可塑性 ，而蛋白聚糖促进这一通路表达，意味着限制视皮层可塑性。表观遗传学修饰也能影响可塑性。综合征为一种甲基 结合蛋白 （）突变的连锁基因遗传病，主要表现为严重的神经发育障碍，在 中条件性敲除 的小鼠（）不会产生 综合征的大多行为，但在出生后 眼优势可塑性完全消失 ，表明 的去甲基化导致小鼠原本的关键期可塑性消失。等 研究显示，条件性敲除的小鼠在出生后 开始显现出 的增多，伴随着成熟型 、更大的自发抑制电流的出现，这有利于抑制性网络形成，过早出现眼优势转移。因而，推论出在 特异性敲除 小鼠关键期提前使其在出生后 期间而单眼剥夺无法诱导出眼优势转移。总之，、和 的数量与关键期的可塑性变化趋势呈负相关，从而表明：（）的成熟是经验依赖性的；（）控制着视觉发育关键期的开始和关闭。至此，抑制性回路形成，突触结构稳定，视皮层神经网络中兴奋 抑制达到平衡，关键期结束，视皮层可塑性被限制；反之，其中任何一个因素受到干扰发生改变，都会导致关键期开启。通过锥体神经元影响突触可塑性大脑皮层中 与锥体神经元通过突触形成前馈抑制和反馈抑制。局部兴奋性突触机制的研究表明，与锥体神经元之间兴奋性回路的形成依赖于经典的 信号通路，其活性变化受 浓度影响，而该信号通路的高表达是视觉发育关键期的“刹车”，但亦有研究发现其高表达只是限制了成人可塑性，将皮质可塑性维持在极低水平，抑制剂可诱导眼优势转移，改善弱视成年期大鼠视力 ，但 中的 来源尚不明确。不同于兴奋性突触，介导的锥体神经元抑制性突触形成不依赖于酪氨酸激酶依赖的经典通路，其作为细胞黏附分子与抑制性突触后膜特异性标志物 相互作用，阻断该过程可导致抑制性突触减少，从而使得抑制回路形成缺陷 。等 提出酪氨酸激酶 的光激活降低了 兴奋性，引起抑制性突触标志物突触结合蛋白 的表达减少，降低了前馈抑制作用，从而激活可塑性。相较于局部锥体神经元，等 提出来自丘脑外侧膝状体的长程投射神经元更强烈地激活 ，而 等 则提出一种细胞黏附分子 介导该兴奋性突触形成，阻断该分子作用同样可以再激活成年视皮层可塑性。以上均是在视皮层 中观察到的结果，而单眼剥夺能够使 的锥体神经元与 间兴奋性突触短暂失活，这种失活表现为全或无 ，但不同于 中 的作用，其失活是由神经中枢蛋白 介导。单眼剥夺引起的 短暂的突触失活导致的抑制作用下降被认为是后期皮质发生可塑性变化的基础 。此外，细胞骨架动力学说表明，上调激活 信号通路，诱导细胞骨架重组、细胞迁移和应力纤维形成，抑制 轴突生长和突触形成，发挥类似作用的还有促红细胞生产素和脑信号眼 科新进展 年 月第 卷第 期 ：蛋白信号素 。本身与视皮层可塑性的联系一定浓度的 和 的成熟是启动关键期的重要因素，主要原因可能是 本身膜电阻以及静息膜电位的改变，也就是内在可塑性发生变化 ，关键期前成熟 数量减少必然会影响关键期开启。基因敲除的小鼠，其睁眼时间推迟且 中 成熟延迟，从而引起关键期开始延迟，并且可持续到出生后 。上述提到 等通过 激活下游 激酶信号通路。此信号可能由 家族介导作用于肌动蛋白，从而强烈刺激 起源的中间神经元的切向迁移，早期发育时 的浓度降低会导致包括 在内的中间神经元数量减少 。另一种观点认为，在中间神经元向皮层发育迁移的过程中发挥十分重要的作用，其敲除导致成年小鼠中 的数量显著下降，但不依赖于 活性 ，此外是否存在其他机制尚不明确。对 有保护作用，作为一种钙结合蛋白对细胞内 有亲和作用，作为钙离子缓冲剂介导细胞恢复静息电位，其缺失导致细胞内 病理性堆积，从而引起 降解以及 浓度降低，机体对氧化应激损害敏感 。在敲除生物钟基因 和（或）的大鼠中观察到 复合体的缺失，抑制了上游基因表达和细胞内 蛋白激酶 信号通路，导致氧化物堆积，诱导 的损伤 。上述 的缺失多在认知功能障碍疾病中被证实，其诱导的认知功能减退和皮层幼稚化不仅和神经网络兴奋 抑制失衡息息相关，其与视觉系统可塑性的关联性值得我们探究。探索 与其他类型神经元对视皮层可塑性的影响 与 同起源于 ，且数量达 的 ，许多免疫组织化学染色结果显示，分泌的 能神经递质和 蛋白少数直接作用于 的胞体和近端树突，而大部分以膜接触的形式传递信号，减少 上的兴奋性突触来降低抑制性，提高 锥体神经元兴奋性，改变视皮层神经元活动以及神经网络稳定性 。除了中间神经元，大脑皮质中另一类神经细胞 胶质细胞也参与视皮层可塑性的变化。其中，在重复麻醉剂量氯胺酮恢复小鼠视皮层可塑性的研究中，证实了反应性小胶质细胞和 相互作用，用药后短时间内可观察到反应性小胶质细胞吞噬 片段，这个过程可能通过 分解 ，三者之间的具体作用机制仍待研究。基于 与视皮层可塑性的弱视治疗方法弱视是一种由于双眼信息输入不平衡导致的疾病，通常伴有大脑视皮层结构和功能改变，关键期视皮层可塑性的存在有利于纠正这种输入错误，因而在关键期治疗弱视具有重要意义，重现关键期的可塑性一直以来是眼视觉科学研究的重点。经颅直流电刺激被认为是治疗弱视有效的无创措施 ，在大鼠实验中发现该治疗方法能够增加 的数量且有效改善弱视眼视力。多次麻醉剂量氯胺酮在小鼠实验中被证实能够在不产生精神分裂等严重副作用下恢复视皮层可塑性，且停药后不影响 再形成；给予视皮层 光刺激也能达到上述效果，这为无创干预弱视治疗提供了新思路 。中条件性 敲除提示在成年期应用 抑制剂减少兴奋性突触，降低 兴奋性，可用以治疗成年弱视 。但有学者认为，抑制剂的应用仅仅只是提高可塑性，而移植胚胎 的中间神经元才能重新激活关键期，并在出生后 的小鼠中实现了视皮层关键期的激活，该过程与受体 上的 有关 。此外，体育活动也能提高视皮层可塑性，促进弱视大鼠视力的恢复，尽管 在该过程中活性没有变化，但生长因子的表达增强 ，表明外环境可塑性可能发生改变。此外，等 认为，视觉皮层的可塑性是由神经元振荡局部控制的；而神经元振荡是由 中间神经元的活动调节的，氯胺酮的应用和 激活使包含 （）、（）、（）和 （）在内的神经振荡都有不同程度增强 ，成人视皮层关键期可塑性重启，但目前 产生的 神经振荡与可塑性缺乏直接的联系。结束语 在皮层和海马区发挥重要作用，前人的研究普遍集中在海马区的认知障碍性疾病如阿尔茨海默病，近年来越来越多的文献肯定了其在视觉皮层发育中关键期可塑性的价值。鉴于特异性标志物 与 膜固有特性密切相关，其在发育过程中参与视皮层关键期的机制鲜有研究；目前多是关注 外周环境如 的改变。关于去除 是否提高 的兴奋性仍存在争议，等 认为，提高了 的兴奋性；而在用硫酸软骨素去除 的实验中观察到 兴奋性增强，明确了硫酸软骨素介导的可塑性不完全与突触可塑性相同。此外，皮层中仍有 未包裹 的 ，它们在关键期可塑性调控中的作用仍待探索。尽管目前有关 治疗极少应用于临床，但我们仍要思考激活视觉皮层可塑性带来的问题：长期未关闭的关键期不利于双眼的图像整合 ，从而影响高级视觉功能如立体视觉，因此，激活关键期可塑性的最长时限是作为干预手段投入临床治疗弱视的一大挑战。：眼 科新进展 年 月第 卷第 期 参考文献 ，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：赵方圻，时颖超，潘娜，吴倩，王晓群，张军 人皮层中间神经元的时空起源与动态发育迁移研究进展 中国细胞生物学学报，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，?，：，（）：，：李斌，纪木火，贾敏，杨建军 生长抑素中间神经元与认知功能关系的研究进展 临床麻醉学杂志，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，?，（）：，：，（）：，：，?，（）：，：，：?，（）：，（）：，：，：，：，（）：，（）：眼 科新进展 年 月第 卷第 期 ：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，?，?（），：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，：，：【】，（），【】；：眼 科新进展 年 月第 卷第 期