榮登封面的這項(xiàng)研究成果來自哈佛著名神經(jīng)科學(xué)家JoshuaSanes教授領(lǐng)銜的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)。研究人員采用高通量單細(xì)胞基因測序的方法，首次創(chuàng)建了靈長類動(dòng)物的視網(wǎng)膜細(xì)胞型態(tài)分類圖譜，揭示為我們帶來敏銳視覺的細(xì)胞有哪些特殊的基因特征。這項(xiàng)研究同時(shí)為理解人類視覺在疾病情況下如何被破壞提供了重要的基礎(chǔ)。

 

　　人類的視覺在哺乳動(dòng)物中出類拔萃，比如我們能夠閱讀，分辨人臉。這些功能可不簡單，需要視覺能夠分辨極細(xì)微的差異，并能迅速對焦。高清視覺全得歸功于視網(wǎng)膜中間一個(gè)極小的特殊區(qū)域——中央凹，也就是眼底黃斑的中心。中央凹的直徑不到1.5毫米，面積只占視網(wǎng)膜的不到1%，但大腦獲得的視覺信息卻有50%來自這里。

 

　　中央凹的特殊，還不僅是因?yàn)橐暰€的“焦點(diǎn)”落在此處提供清晰影像，要知道哺乳動(dòng)物中只有部分靈長類生物進(jìn)化出了這個(gè)結(jié)構(gòu)，比如人類。

 

　　中央凹為人類提供了絕佳視力的同時(shí)，卻讓科學(xué)家在解決人類視覺疾病時(shí)面臨一個(gè)難題。就拿實(shí)驗(yàn)“勞模”小鼠來說，雖然它們?yōu)槿祟惖目茖W(xué)研究提供了無數(shù)疾病模型，但它們“鼠目寸光”，視網(wǎng)膜沒有中央凹！這種“先天缺陷”讓它們在視覺相關(guān)疾病的模型上幫不上什么忙。再加上中央凹結(jié)構(gòu)太微小了，過去科學(xué)家在靈長類動(dòng)物上的研究也止于形態(tài)解剖學(xué)的描述。

 

　　而這一次，科學(xué)家們終于可以對中央凹的組成及其獨(dú)特性有系統(tǒng)的認(rèn)知！

 

　　來自獼猴165000個(gè)細(xì)胞的信息

 

　　本研究的第一作者彭懿蓉博士與她的同事們首先從人類的靈長類親戚食蟹猴（一種獼猴）中采集了165000個(gè)視網(wǎng)膜細(xì)胞，進(jìn)行單細(xì)胞測序分析。這些細(xì)胞一大半來自中央凹，其余一半來自周圍視網(wǎng)膜，以此對兩個(gè)部位的細(xì)胞進(jìn)行系統(tǒng)分型以及計(jì)算對比。

 

　　最終，他們在中央凹和外周視網(wǎng)膜中均鑒定出了近70種不同類型的細(xì)胞，并且還知道了每一個(gè)類型的細(xì)胞表達(dá)哪些基因。

 

　　詳盡的細(xì)胞分類圖譜給科學(xué)家們提供了許多過去不知道的信息。用Sanes教授的話說，“我們現(xiàn)在弄清楚了中央凹特別在哪里。”

 

　　盡管細(xì)胞類型九成相同，但中央凹和外周視網(wǎng)膜的細(xì)胞類型組成不同。更關(guān)鍵的是，在同類型的細(xì)胞中，中央凹處的細(xì)胞檢測到表達(dá)與外周不一樣的基因。非常有意思的是，這些基因的表達(dá)和中央凹獨(dú)特的視覺信息處理極為相關(guān)，科學(xué)家們相信，可能這才是中央凹功能特殊的原因。

 

　　例如，在靈長類視網(wǎng)膜中，有一類叫作“小神經(jīng)節(jié)細(xì)胞”的神經(jīng)元負(fù)責(zé)從中央凹向大腦發(fā)送信號(hào)，它們也是中央凹神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中占絕大多數(shù)的一類。在靈長類實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這類細(xì)胞特異投射的腦區(qū)如果發(fā)生損傷，高清視覺分辨率會(huì)極大下降，因此這類細(xì)胞可以說是特異性地決定了高清分辨率?？墒?，當(dāng)研究人員試著在小鼠的視網(wǎng)膜中尋找同等類型的細(xì)胞時(shí)，卻無功而返。也就是說，“鼠目寸光”還不光是因?yàn)樾∈笕狈χ醒氚?，更是由于小鼠中缺乏這類向大腦發(fā)送信號(hào)的獨(dú)特細(xì)胞。

 

　　為研究眼科疾病提供重要基礎(chǔ)

 

　　然而，與小鼠的差異愈加體現(xiàn)了這份來自靈長類親戚的細(xì)胞圖譜對人類有著特殊的意義。彭懿蓉博士與同事們在這份細(xì)胞圖譜的基礎(chǔ)上，分析了近200個(gè)與人類致盲疾病有關(guān)的基因。

 

　　例如黃斑變性和糖尿病性黃斑水腫是兩種引起失明的疾病，目前治療手段和效果都不好，是全世界范圍的難題?，F(xiàn)在，有了基因表達(dá)圖譜，科學(xué)家獲得了重要的線索來理解為什么位于黃斑當(dāng)中的中央凹會(huì)受這些致盲性眼病的影響。

 

　　他們發(fā)現(xiàn)，與這兩種疾病相關(guān)的一些基因只在中央凹細(xì)胞中表達(dá)。“舉例來講，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)黃斑變性易感基因在中央凹的感光細(xì)胞中有明顯高于周圍感光細(xì)胞的表達(dá)水平，這正符合它是一種黃斑疾病的事實(shí)。”Sanes教授解釋說：“類似地，我們在中央凹的血管上皮細(xì)胞以及周細(xì)胞中找到兩個(gè)糖尿病性黃斑水腫易感基因有高水平表達(dá)。”

 

　　同樣的，比對小鼠細(xì)胞圖譜，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些疾病相關(guān)基因要么沒有表達(dá)，要么表達(dá)在別的細(xì)胞中。這個(gè)結(jié)果再次提示，要攻克某些致盲疾病時(shí)，用小鼠檢查這類基因起的作用可能就不夠了。

 

　　因此，正如Sanes教授所說，這項(xiàng)研究帶來的視網(wǎng)膜細(xì)胞圖譜可以為將來的疾病研究提供寶貴的資源，幫助后來人在此基礎(chǔ)上探索更好的療法。