肌球蛋白II信号通路在视皮层发育及弱视发病中作用的研究

Amblyopia is a visual cortex development-related disease in children and adult. Because a lack of effective treatment after the sensitive period of visual development, it is of great importance to further study the pathogenesis of amblyopia. Myosin II takes centre stage in the maturation of the hippocampal dendrite spine during development. Whether myosin II signal pathway plays a role in the development of visual cortex and the pathogenesis of amblyopia was unknown. Using monocular eye suture rats for amblyopia model and the techniques of golgi staining, electron microscopy, synaptosome extraction, western blot analysis, cannula implantation into the visual cortex and microinjection, electrophysiological visual acuity and behavioral visual acuity detection techniques, we will address the following questions: First, does structural synaptic plasticity occur during visual cortex development? Second, does actin rearrangement regulate the structural synaptic plasticity and visual acuity? Third, can the activity of myosin II regulate actin rearrangement-related structural synaptic plasticity during visual cortex development? Fourth, does myosin II regulate actin rearrangement-related structural synaptic plasticity through the regulation of expression or activity of PKM zeta? Furthermore, does the myosin II-actin rearrangement-PKM zeta signal pathway play roles in the amblyopia pathogenesis? This research is useful for understanding the molecular mechanism of visual cortex development and amblyopia pathogenesis, and provide new ideas for amblyopia intervention targets in the future.

弱视是与视皮层发育相关、损害视觉健康的多发病，在视觉发育敏感期后其缺乏有效治疗，深入研究其发病机制有重要意义。肌球蛋白II可诱导海马神经元树突棘发育，其是否诱导视皮层突触结构可塑性并在弱视发病中发挥作用，尚不明确。本课题以单眼缝合大鼠为弱视模型，拟采用高尔基染色、透射电镜、突触体提取、免疫印迹、脑内埋管微量注射、行为学结合电生理学检测视锐度等技术，研究：一、正常大鼠视皮层发育过程中突触结构的变化；二、抑制肌动蛋白重排对突触结构和视力的影响；三、肌球蛋白 II是否调控肌动蛋白重排相关的突触结构可塑性；四、上述调控是否最终通过促进蛋白激酶Mzeta表达或活性变化进而诱导突触结构可塑性；进一步，肌球蛋白II-肌动蛋白-PKM zeta信号通路是否在弱视发病中发挥作用。本课题有助于深入认识视皮层发育及弱视发病的分子机制，为将来以肌球蛋白II、肌动蛋白和PKMzeta为靶点的弱视干预提供思路。

肌动蛋白重排在突触结构可塑性中发挥重要作用，但肌动蛋白重排是否调控视皮层突触结构可塑性，并是否在生后初级视皮层V1区发育及弱视发病中发挥作用，尚未见完整报道。本研究发现：在视皮层发育过程中，初级视皮层单眼投射区（V1M）第IV-VI层大锥体细胞周围神经纤维网络的突触密度增加，视皮层V1区突触体肌动蛋白重排增加。在生后视皮层发育关键期微量注射肌动蛋白聚合抑制剂细胞松弛素D（CytoD）至V1区可以显著降低大鼠行为学视锐度值，同时微量注射CytoD后肌动蛋白聚合下降，突触密度下降。应用单眼形觉剥夺弱视（MD）模型，我们发现关键期内单眼形觉剥夺导致形觉剥夺眼的行为学视锐度值显著降低，与同一动物正常眼对侧视皮层比较，形觉剥夺眼对侧视皮层V1区突触体肌动蛋白聚合下降，突触密度降低。近一步，应用肌动蛋白聚合稳定剂Jasp微量注射入形觉剥夺眼对侧视皮层，可以明显提高关键期后剥夺眼的行为学视锐度值，同时，形觉剥夺眼对侧视皮层肌动蛋白聚合增加，突触密度增加。上述结果表明，肌动蛋白重排调控突触结构可塑性在大鼠生后视皮层发育中发挥重要作用，在单眼形觉剥夺弱视发病中发挥作用。在上述研究中，我们发现一有趣现象：视皮层发育关键期V1区肌动蛋白聚合在生后30天（P30）较生后15天（P15）明显增高，生后45天（P45）较生P30又明显下降。而V1M区突触密度在P30较P15显著增高，但从P30到P45，突触密度并未见显著性差异。初级视皮层V1区由V1M和双眼投射区V1B两部分组成。文献报道灵长动物在发育关键期视皮层来自双眼的纤维存在修剪，我们推测是否因V1B区突触的修剪导致V1区P45较P30肌动蛋白聚合的下降？一方面，我们检测了P30和P45时V1B区突触密度，发现二者间未见显著性差异；另一方面，我们应用Western方法检测了V1区突触体PSD-95的表达，发现PSD-95在P30较P15明显增高，但P45与P30间仍无显著差异。由此，我们推测：肌动蛋白虽然与突触密度相关，但二者变化并非完全等同，肌动蛋白重排调控突触结构，也同时反映突触功能的可塑性。本项目还探讨了近视的神经机制，发现透镜诱导近视豚鼠不仅视网膜，并且视皮层中GABA及其合成酶、GABA受体含量出现同步增高，提示近视发病存在中枢机制，需深入研究。