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俗话说眼睛是心灵的窗户，有了它我们才得以捕捉世界的美好。眼睛的每个部分对于感知外界的变化都很重要，但对视觉形成最重要的部分是视网膜。1. 视网膜的简介 视网膜是由胚胎时期外胚叶形成的视杯发育而来，视杯外层形成单一的视网膜色素上皮层（retinal pigment epithelium, RPE），视杯内层则分化为视网膜神经感觉层（neurosensory retina），二者间由一潜在间隙，临床上视网膜脱离即由此处分离。 视网膜由外向内共10层： ①视网膜色素上上皮层，由单层色素上皮构成； ②视锥、视杆层，由光感受器细胞的内、外节组成； ③外界膜，为一薄网状膜，由邻近的光感受器和Muller细胞的接合处形成； ④外核层，由光感受器细胞核组成； ⑤外丛状层，为疏松的网状结构，是视锥、视杆细胞的终球与双极细胞树突及水平细胞突起相连接的突触部位； ⑥内核层，主要由双极细胞、水平细胞、无长突细胞及Mülller细胞的细胞核组成； ⑦内丛状层，主要是双极细胞、无长突细胞与神经节细胞相互接触形成突触的部位； ⑧神经节细胞层，由神经节 细胞核组成; ⑨神经纤维层，由神经节细胞轴突即神经纤维构成； ⑩内界膜，为介于视网膜和玻璃体间的一层薄膜。 图1 . 视网膜5种主要细胞分层排布的模式图[1] 视觉信息在视网膜内形成视觉神经冲动主要以三级神经元传递，即光感受器(视杆和视锥细胞)-双极细胞-神经节细胞。神经节细胞轴突即神经纤维沿视路将信息传递到外侧膝状体（第四级神经元），换元后再传向视中枢形成视觉。 视网膜中的各类神经元都是视觉形成缺一不可的元件，本文将为您详细介绍视网膜中主要的五类神经元：光感受器细胞、双极细胞、无长突细胞、水平细胞以及神经节细胞。 2. 视网膜中各类神经元 2.1 光感受器细胞光感受器细胞是视网膜上的第一级神经元，分视杆和视锥细胞两种。哺乳动物视网膜中有两到三种视锥细胞和一种视杆细胞。 视杆细胞感弱光（暗视觉）和无色视觉，在中心凹处缺乏，距中心凹0.13mm处开始出现并逐渐增多，在5mm只有视杆细胞最多，再向周边逐渐减少。 视锥细胞感强光（明视觉）和色觉，约700万个，主要集中在黄斑区。在中心凹处只有视锥细胞，此区神经元的传递又呈单线连接，故视力非常敏锐；而离开中心凹后视锥细胞密度显著降低，所以在黄斑区病变时，视力下降明显。 每个光感受器细胞外节内只有一种感光色素。视杆细胞外界所包含感光色素为视紫红质（rhodopsin），对500nm波长的蓝绿色光敏感。在暗处，视紫红质的再合成，能提高视网膜对暗光的敏感性。 视锥细胞含3种色觉感光色素：视紫蓝质（iodopsin）、视紫质、视青质，在光的作用下起色觉作用，所以色觉是眼在明亮处视锥细胞的功能。 图2. 视网膜视杆和视锥细胞。 （A）视杆和视锥细胞的模式图[1]。 （B）视杆和视锥细胞在视网膜上的数量分布情况[2]。 2.2 双极细胞双极细胞是视网膜上的第二级神经元，其胞体位于内核层，轴突末梢在内丛状层中与无长突细胞和神经节细胞相连。视觉所需的所有信息都是通过双极细胞向视网膜内进行传递。 图3. 哺乳动物视网膜中不同类型的双极细胞[3]。 双极细胞可以大致分为两类：视杆和视锥双极细胞。前者主要与视杆细胞形成突触连接，而后者主要与视锥细胞形成突触连接。哺乳动物视网膜中至少有10种视锥双极细胞以及1种视杆双极细胞。 视网膜内丛状层可被细分为5层，1、2层为OFF亚层，3~5层为ON亚层。根据双极细胞轴突末端的形态及其在内丛状层中的分布，其被划分为ON型和OFF型。在光照增强时，ON型双极细胞表现为去极化，而OFF型双极细胞表现为超极化。 视锥双极细胞既有ON型也有OFF型，分别与ON型和OFF型神经节细胞形成突触传递视觉信号。AII无长突细胞与ON型视锥双极细胞的轴突末端形成电突触(缝隙连接)，与OFF视锥双极细胞的轴突末端形成抑制性化学突触，视觉信息将通过这些视锥双极细胞传递到神经节细胞。 与视锥双极细胞不同，所有的视杆双极细胞均为ON型。视杆双极细胞与AII无长突细胞形成突触联系，而不与神经节细胞直接相连。最近的研究表明，视杆信号还可以通过其他途径传播：视杆与视锥细胞之间的缝隙连接、视杆和某些视锥双极细胞之间的谷氨酸能突触，视杆信号在视网膜中的信息传递正引起人们的广泛关注。 图4. 哺乳动物视网膜视杆信号通路[4]。 2.3 水平细胞 水平细胞是视网膜外丛状层中横向相互连接的神经元，这类细胞在视网膜中所占的比例很小，一般少于内核层细胞总数的5%。在人视网膜已发现三种水平细胞，HI、HII和HIII型。每个水平细胞都接受大量光感受器的输入，光照光感受器引起水平细胞的反应为超极化。 水平细胞的另一特性是，不同类型的水平细胞存在缝隙连接，它们在整个外丛状层形成了一个大的相互连接的细胞网络。水平细胞向光感受器和双极细胞释放GABA，与之形成抑制性突触连接。因此，黑暗中光感受器的去极化，能被水平细胞的抑制性输入所拮抗。总之，从水平细胞至光感受器之间存在负反馈：光照→光感受器超极化→水平细胞超极化→光感受器去极化。 图5. 水平细胞在视网膜内的连接[2]。 （A）三种类型的水平细胞与光感受器的连接模式图。 （B）视锥细胞的轴突终末与水平细胞和双极细胞的树突形成的突触三联体的电镜图。箭头所指处可能是水平细胞与视锥细胞的反馈性突触。 2.4 无长突细胞无长突细胞的胞体位于内核层，大多数无长突细胞的突起是单层分布的，局限于内丛状层中的某一层，而有些则横跨双层或三层分布。哺乳动物视网膜中有40多种不同类型的无长突细胞，划分依据其突起大小、分支特征、在内丛状层中的分布等等。 不同类型的无长突细胞所占的相对比例不同，但它们均介导或参与视网膜神经节细胞的各种不同类型的反应及感受野特性。其中的许多作用可谓之动态的或变化的，它们依赖于刺激强度的变化范围、刺激相对于背景的运动或者图案的空间不対称性。比如：无长突细胞可对信号作早期处理，称对比适应或对比增益控制，其可迅速影响神经节细胞的对比敏感度，从而使神经节细胞在经历数秒内的光照强度变化时，就能作出一系列反应。 图6. 视网膜部分无长突细胞的模式图[5]。 2.5 神经节细胞神经节细胞是视网膜上的第三级神经元，并且是视网膜唯一的输出神经元，它们通过轴突将视觉信息传递到更高的视觉中心。人类视网膜中有多达25种不同类型的神经节细胞，分类依据胞体大小、树突野范围、树突分支模式(如放射状或簇状)以及树突在内丛状层中的分布。 在人类视网膜中，最常见的神经节细胞类型是伞状神经节细胞（parasol ganglion cell，也称P型细胞）和侏儒神经节细胞（midget ganglion cell，也称M型细胞），前者投射到外侧膝状核的巨细胞层，后者投射到外侧膝状核的小细胞层。 侏儒神经节细胞有小的感受野、高的空间分辨率，对颜色敏感，提供高对比度刺激时精细的细节信息。伞状神经节细胞型细胞具有广泛的树突分支，感受野较侏儒神经节细胞更大、对对比度的微小变化和运动更敏感。 图7. ON型伞状神经节细胞和ON型侏儒神经节细胞的形态和分层[6]。 20世纪初，研究人员在哺乳动物视网膜中发现了一类特殊的神经节细胞，它们因含视黑素蛋白（melanopsin, 基因Opn4）而具有感光性，被称为内在光敏性视网膜神经节细胞（intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGCs），这一发现被Science评为2002年十大科技进展之一。 ipRGCs是视网膜中的第三类光感受器，占视网膜神经节细胞总数不到5%，依据其树突的形态和分布特征可划分为M1~M6型。相对经典的光感受器（视杆和视锥细胞）而言，ipRGCs的光敏性更低，对光的反应更慢且更持久，这些特征与其在潜意识的、非成像视觉中发挥的作用相匹配，如：瞳孔对光反应、昼夜节律等。近期，复旦大学杨雄里院士揭示了ipRGC在近视形成中的重要作用，借助Opn4-Cre小鼠首次阐明了ipRGC在眼球发育及近视形成中的重要作用，这一发现为未来近视干预治疗策略提供了新思路。 图8.内在光敏性神经节细胞[7]。 （A）M1-M6型ipRGCs在内丛状层的分布及视黑素蛋白的的表达水平。 （B）使用Opn4-Cre转基因小鼠结合腺相关病毒等操纵ipRGC活性（顶部）或标记ipRGC的体细胞和轴突（底部）。 3. 视觉系统神经元研究工具鼠 基于现有的研究，南模生物在小鼠视网膜多种神经细胞的特定标记基因中敲入目标元件（Cre或CreERT2重组酶），对多类细胞进行定义、标记及区分，有助于研究者在特定视网膜神经细胞中进行精确的基因及细胞功能研究。各类视网膜神经细胞研究工具小鼠模型信息见下表： 4.视网膜疾病相关基因的研究模型 介于视网膜结构的复杂性，其功能受损会导致多种视网膜疾病。通过人类全基因组范围内寻找与视网膜疾病相关的潜在致病基因，在小鼠同源基因上进行基因编辑，对探索视网膜疾病的致病机理有至关重要的意义。南模生物自主研发出一系列视网膜疾病相关基因的研究模型，详见下表，如有需要欢迎前来咨询。 *该数据来源于DisGeNET，代表这些基因在人类研究中被报道过与视网膜疾病有相关性，可用于基因在相应疾病中的功能研究，不代表该基因编辑小鼠必然有疾病表型。 南模生物深耕基因编辑领域，提供全方位模式生物服务，包括基因修饰成品模型供应、个性化模型定制、饲养繁育、表型分析、药效评价等，满足不同实验室需求。 [2]Kolb H. Photoreceptors. In: Kolb H, Fernandez E, Nelson R, eds. Webvision: The Organization of the Retina and Visual System. Salt Lake City (UT): University of Utah Health Sciences Center; May 1, 2005. [3]Euler T, Haverkamp S, Schubert T, Baden T. Retinal bipolar cells: elementary building blocks of vision. Nat Rev Neurosci. 2014;15(8):507-519. doi:10.1038/nrn3783 [4]Wässle H. Parallel processing in the mammalian retina. Nat Rev Neurosci. 2004;5(10):747-757. doi:10.1038/nrn1497 [5]Masland RH. The fundamental plan of the retina. Nat Neurosci. 2001;4(9):877-886. doi:10.1038/nn0901-877 [6]Tsukamoto Y, Omi N. ON Bipolar Cells in Macaque Retina: Type-Specific Synaptic Connectivity with Special Reference to OFF Counterparts. Front Neuroanat. 2016;10:104. Published 2016 Oct 27. doi:10.3389/fnana.2016.00104 [7]Aranda ML, Schmidt TM. Diversity of intrinsically photosensitive retinal ganglion cells: circuits and functions. Cell Mol Life Sci. 2021;78(3):889-907. doi:10.1007/s00018-020-03641-5 [8]杨培增,范先群.眼科学[M].第9版.北京:人民卫生出版社,2018.
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