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天津市眼科醫(yī)院史學鋒團隊與復旦大學顧宇團隊合作揭示上丘眼優(yōu)勢可塑性的關鍵期及其調(diào)控機制與單眼形覺剝奪的影響
1月6日，天津市眼科醫(yī)院天津市眼科學與視覺科學重點實驗室史學鋒主任團隊與復旦大學腦科學研究院顧宇研究員團隊在Cell Press細胞出版社期刊《細胞通訊》（Cell Reports）上在線發(fā)表了題為“A developmental critical period for ocular dominance plasticity of binocular neurons in mouse superior colliculus”的研究論文（圖1）,，并被Cell Reports選為封面論文,。該研究發(fā)現(xiàn)小鼠上丘（SC）的雙眼神經(jīng)元存在類似初級視覺皮層（V1）的眼優(yōu)勢可塑性，找到了其發(fā)育關鍵期時間窗口,，揭示了SC的眼優(yōu)勢可塑性的來源及分子機制,，并且進一步證明單眼剝奪（MD）導致的SC眼優(yōu)勢改變在調(diào)控小鼠捕食效率中的決定作用,。
圖1. 論文封面截圖
自從Hubel與Wiesel上世紀50年代研究貓V1的結構和功能開始，眼優(yōu)勢可塑性就成為了研究視覺發(fā)育可塑性的經(jīng)典模型,?？伤苄允且话央p刃劍，動物從發(fā)育期到成年期神經(jīng)可塑性的降低有利于神經(jīng)環(huán)路的逐漸成熟與穩(wěn)定,，但與此同時也限制了成年后諸多腦疾?。ㄈ缛跻暤龋┑闹委煛Ｒ虼?，有關可塑性的研究是當今神經(jīng)科學研究的熱點問題之一,。V1的眼優(yōu)勢可塑性業(yè)已有大量研究，經(jīng)驗依賴性的可塑性在視覺系統(tǒng)中一直被認為主要發(fā)生在皮層水平上,。然而,，SC（在低等動物中又稱為視頂蓋）作為一個在進化中高度保守的多感官整合和感覺運動轉(zhuǎn)換中心，其是否具有眼優(yōu)勢可塑性至今未見文獻報道,。另外,，既往研究發(fā)現(xiàn)，弱視患者不僅存在最佳矯正視力的降低,，同時還存在注視性眼球運動,、視覺搜索和雙眼視覺功能的異常，這提示了SC可能參與弱視的發(fā)病過程,。
在此背景下,，該聯(lián)合研究團隊以小鼠為實驗動物，綜合運用一系列電生理學,、生物化學及行為學的實驗方法,，發(fā)現(xiàn)了SC雙眼神經(jīng)元在介導眼優(yōu)勢可塑性中的重要作用，并闡釋其眼優(yōu)勢可塑性的來源及分子機制,。研究發(fā)現(xiàn)SC雙眼神經(jīng)元具有眼優(yōu)勢可塑性和一個明顯的關鍵期窗口,，并且SC的眼優(yōu)勢可塑性獨立于V1投射，可能源自于視網(wǎng)膜輸入的重構,。不同于V1,，降解成年小鼠SC中的細胞外間質(zhì)不能恢復其可塑性。進一步蛋白免疫印跡實驗揭示NR2A亞基含量隨著發(fā)育的進行逐漸升高,，而NR2B亞基含量隨著發(fā)育的進行逐漸降低,，藥理學阻斷NR2A、NR2B亞基均可以部分阻斷SC關鍵期內(nèi)的可塑性,。行為學實驗證明小鼠的搜索性捕食效率依賴于SC雙眼神經(jīng)元眼優(yōu)勢的維持,，MD可以導致小鼠的搜索潛伏期延長，同時搜索路徑變長,，阻斷SC眼優(yōu)勢偏移可以部分逆轉(zhuǎn)這種行為功能的損害,。
綜上,，該研究報道了SC雙眼神經(jīng)元眼優(yōu)勢可塑性及其分子機制，揭示了SC雙眼神經(jīng)元眼優(yōu)勢可塑性的來源,，以及與V1眼優(yōu)勢可塑性的相似性和不同點，進一步揭示了SC雙眼神經(jīng)元眼優(yōu)勢在搜索性捕食行為中的作用,，從而在細胞,、分子、環(huán)路機制及行為學等方面明確了SC這一皮層下視覺中樞在弱視進程中存在損傷,。這一發(fā)現(xiàn)更新了當前臨床自Hubel和Wiesel在視皮層的工作以來長期形成的對弱視發(fā)病部位和發(fā)病機制的認識,，為基于SC功能損傷為靶點的弱視治療的新策略的研發(fā)提供了基礎實驗依據(jù)。
我院史學鋒團隊碩士研究生陳艾琳和復旦大學顧宇團隊博士研究生呼廣雷為本論文共同第一作者,，顧宇研究員和史學鋒主任醫(yī)師是本論文的共同通訊作者,。本研究得到了弗吉尼亞大學蒼建華教授，復旦大學腦科學研究院張嘉漪教授,、鐘詠梅教授,、翁史鈞教授，華東師范大學周曉明教授以及上?？萍即髮W沈偉教授的指導和幫助,。該項工作得到國家自然科學基金、上海市科學技術委員會,、上海市科技重大專項,、上海市腦科學與類腦技術中心、臨港實驗室,、天津市“131”創(chuàng)新型人才團隊項目,、天津市科學技術局、天津市杰出青年科學基金,、天津市衛(wèi)生健康委員會,、天津市津門醫(yī)學英才項目以及天津市醫(yī)學重點學科（專科）建設項目經(jīng)費的資助,。
史學鋒 主任醫(yī)師
醫(yī)學博士 博士生導師
美國匹茲堡大學醫(yī)學院眼科學系訪問學者,，美國西北大學神經(jīng)生物學系訪問學者、博士后,。天津市“131”人才工程第一層次,，天津市首屆杰出青年科學基金，天津市首批衛(wèi)生計生行業(yè)高層次人才選拔培養(yǎng)工程“津門醫(yī)學英才”,，天津市“131”創(chuàng)新型人才團隊負責人?，F(xiàn)任中華醫(yī)學會眼科學分會視覺生理學組委員、中國醫(yī)師協(xié)會眼科醫(yī)師分會視覺生理學組委員,、中國醫(yī)師協(xié)會眼科醫(yī)師分會青年委員會委員,、天津市康復醫(yī)學會視覺康復專委會主任委員,、天津市藥理學會臨床多組學專委會副主任委員、天津市醫(yī)學會眼科學分會視覺生理學組組長,、天津市整合醫(yī)學學會轉(zhuǎn)化醫(yī)學專委會常委,、天津市醫(yī)學會罕見病分會委員。師從我國著名眼科專家趙堪興教授,，系統(tǒng)地開展了影響雙眼視覺發(fā)育的斜視,、弱視及兒童眼病的診斷、治療及發(fā)病機制的研究,。承擔國家自然科學基金重點和面上課題,、天津市杰出青年科學基金等科研項目12項，其中國家級項目4項,，省部級項目5項,，局級項目3項，在Nat Neurosci,、eLife,、iScience、Front. Cell. Neurosci等國內(nèi)外期刊上發(fā)表論文50余篇,，獲天津市科技進步一等獎等獎勵2項,。
供稿：斜視與小兒眼科
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