食欲肽经视网膜自感光神经节细胞对非成像视觉的调制及其机制

Our previous studies showed that orexins affect image-forming vision through modulating activities of retinal neurons. In this project, using electrophysiological recording, immunohistochemistry, high-performance liquid chromatograph (HPLC) and behavior test, we investigate how orexins modulate activities of intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs), and further affect non-image-forming (NIF) visual functions, such as circadian rhythm and pupillary light reflex. Firstly, we will investigate modulation by orexins of signals to ipRGCs driven by cone pathway or rod pathway by using transgenic mice, in which functions of rod/cone and ipRGC are genetically deletion. Secondly, we will study how orexins modulate melanopsin-driven (intrinsical) light responses of ipRGCs and its underlying mechanisms. Since ipRGCs project to a variety of brain nuclei mediating NIF visual functions, the orexin effects on ipRGCs will inevitably have impact on NIF vision. Such impact will be analyzed in the conditional orexin gene knockout mice to examine how lacking the orexins selective in the retina or in the ipRGCs affect NIF vision. This study will therefore provide a more complete understanding of the effect of orexins on NIF vision.

本实验室以往的研究显示，食欲肽（orexin）通过调制视网膜神经元的活动而影响成像视觉。本项目的主题是运用电生理、免疫组化、高效液相色谱及行为学等技术研究orexin如何调制自感光神经节细胞—ipRGC，并进一步影响非成像（NIF）视觉（如昼夜节律、瞳孔对光反射）。包括两部分工作：一是在相应的转基因和基因敲除小鼠上分别研究orexin对视杆、视锥信号通路的调制而影响ipRGC的活动及其机制，二是orexin对ipRGC的内源性光反应（由它所包含的melanopsin介导）的调制及其机制。由于ipRGC投射至NIF视觉核团，orexin对ipRGC活动的调制将影响NIF视觉，这种影响将通过分析条件性敲除orexin基因导致小鼠视网膜或ipRGC中orexin的缺失对NIF视觉的影响加以检测，从而对orexin在NIF视觉中的作用及其机制形成较完整的认识。

食欲肽（orexin）A和B是两种重要的神经活性肽，通过与两类特异性受体（OX1R，OX2R）结合，调节睡眠与觉醒、神经元的放电、神经递质释放及摄食等生理活动。我们实验室先前的研究表明，orexin调制内层和外层视网膜神经元的活动影响成像视觉。虽然已有研究显示OX1R在视网膜自感光神经节细胞(ipRGC)上有明显的表达，但orexin对ipRGC及其所介导的非成像视觉功能是否有调制作用仍不知晓。在本研究中，我们首次报道orexin调节小鼠的瞳孔光反射——一种非图像视觉功能。玻璃体内注射orexin受体(OXR)拮抗剂TCS1102和orexin-A分别减小和增强了瞳孔对光反应的收缩。orexin-A激活M2型ipRGC(M2细胞)上的OX1R，通过调节向内整流钾通道和非选择性阳离子通道引起M2细胞的膜去极化，从而增加内源性兴奋性。内在兴奋性的增加可能解释orexin-A诱发的M2细胞的自发放电和光诱导的动作电位发放率的增加，导致瞳孔收缩的加剧。RNAscope原位杂交结果显示，orexin-A没有改变M1细胞的光反应，这可能是由于OX1R在M1细胞上没有表达或表达较弱所致。综上所述，orexin-A可能通过影响M2细胞来加剧小鼠的瞳孔加剧，从而通过增强眼睛屈光系统的聚焦深度来改善清醒小鼠的视觉。