2021年11月6至7日，北京大学IDG麦戈文脑科学研究所成立十周年庆典暨脑科学国际论坛成功举办。来自美国哈佛大学、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、英国伦敦大学学院、德国马普研究所、日本筑波大学、北京师范大学、中科院脑智卓越创新中心等国内外高校和科研机构的知名学者，从分子、细胞、环路、系统、认知、心理、计算、神经精神疾病等多个层面和角度，热情分享了他们在脑科学前沿研究的最新进展，并与线上线下观众频繁互动，在思维的碰撞中激荡出创新的火花。现陆续推出根据报告内容整理的学术笔记，让我们重温精彩再出发！

　　本期的推出的学术笔记，根据哈佛大学Josh Sanes教授所作的题为“What transcriptomics tells us about retinal development, disease and evolution”的学术报告整理而成。

　　Prof. Josh Sanes

　　整理：刘元婧

　　审核：苗成林

　　Josh Sanes教授团队选择视网膜作为系统模型。视网膜与大脑的任何其它部分一样复杂，但它具有一些简化特征：易于分析、细胞和突触排列非常紧凑、有规律且结构规则等。视觉信息从视网膜光感受器传递到中间神经元，再到视网膜神经节细胞 (RGC)，然后再传递到大脑的其余部分。约25种类型的 RGC会根据其上约70种中间神经元分别对不同的视觉特征（例如特定的运动方向）做出响应。为了理解这些环路是如何形成的，他们通过转基因标记视网膜细胞类型，寻找黏附分子和转录因子来建立环路特异性。随着研究的深入，他们逐渐意识到研究视网膜所有的细胞类型以及他们表达的基因能够帮助解释这种环路特异性。

　　　Fig.1 视网膜的神经元排列

　　几年中，借助高通量单细胞RNA测序（High throughput single cell RNAseq），他们构建了相对完整的小鼠视网膜细胞类型图谱，由约130种神经元和10种左右的非神经元组成。随着图谱的完成，Josh教授开始考虑是否可以把它作为一个基础，解决一些生物学上有趣的问题，分为五类：发育（Development），选择易损性（Selective vulnerability），人类和灵长类的视网膜（Humans vs. Primates），视网膜相关疾病（Disease），和进化（Evolution）。

　　Josh教授首先讲述了团队在视网膜选择易损性（Selective vulnerability）方向上的进展。选择易损性（Selective vulnerability）是指在治疗神经退行性疾病以及修复神经损伤的过程中，神经元亚群可能或多或少地倾向于响应特定类型的病理状态或损伤而出现功能异常或死亡。为了观察视网膜神经元的选择易损性，他们破坏了小鼠眼球后方的视神经，发现伤口处的轴突会因为沃勒变性（wallerian degeneration）而退化，80%的RGC在两周内死亡，90%在一个月内死亡，并无轴突的再生。那么这80%RGC的死亡是否是随机的呢，或者是基于某种细胞类型的？如果有选择易损性，在极限情况下，80%类型的细胞全部死亡，而20%类型的细胞全部存活。为了量化视网膜不同类型神经元的选择易损性，他们用破坏视神经前细胞类型占比除以破坏两周后细胞类型的占比，发现细胞类型之间的存活率确实有很大差异，其中最快恢复的神经元类型存活了95%以上，最脆弱的神经元类型死亡了95%以上。进一步研究这种特性的表达差异，发现大部分有恢复性的神经元类型在视神经破坏前后都表达了神经肽UCN（一种CRH的同系物）和Crhbp（UCN结合蛋白以阻止其激活受体），过表达UCN和敲除Crhbp能够显著提升RGC的存活率。为了深入挖掘神经元恢复性的机制，研究基因表达程序受促进生存或再生的干预措施的影响，发现通过强启动子选择性删除PTEN（mTOR inhibitor）、SOCS3（Jack STAT inhibitor）、过表达CNTF都会干预RGC的存活和再生。同时敲除PTEN和SOCS3与过表达CNTF对促进轴突再生有显著作用，并且能够克服选择性，使再生的RGC和存活的RGC有相似比例的细胞类型。在基因水平上，过表达转录因子Wt1，神经肽基因CRH和Gal中的任意一个都能够显著增强RGC的轴突再生能力。通过上述这些基因表达过程的差异，他们重新聚类和划分了视网膜的所有细胞。

　　Fig.2 视网膜细胞的选择易损性

　　Fig.3 有恢复性的神经元在视神经破坏前后表达了UCN和Crhbp

　　在进化方面，不同于人类或灵长类，小鼠的视网膜缺少中央凹（Fovea）。但通过比较小鼠、恒河猴、绒猴和人类视网膜的细胞类型，发现其在形态学上，光感受器（photoreceptors）、中间神经元（interneurons）、双极神经元（bipolar cells）、水平细胞（horizontal cells）、米勒神经胶质细胞（müller glia）和视网膜神经节细胞（RGC）几乎一样。基于转录本的分析也发现了视锥细胞（cone cells）和视杆细胞（rod cells）的相似性。另外，视网膜的双极细胞（bipolar cells）和无长突细胞（amacrine cells）在不同类型间趋于保守，而RGC的保守性更低。Josh提出的解释是视网膜作为“显卡”在不同物种间非常保守，但RGC负责眼睛向大脑的其他非保守区域发送信息，可能是导致其保守性低的原因。

　　Fig.4 视神经节细胞有更低的保守性