視網(wǎng)膜感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞研究進(jìn)展△

王爔烔 朱勤 胡敏 周圓

作者單位：650021 云南省昆明市，昆明醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院眼科，云南省眼科研究所，云南省眼科疾病研究重點實驗室

視網(wǎng)膜感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells，ipRGCs)是哺乳動物視網(wǎng)膜上一種特殊類型的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，是除了視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞外的第3類感光細(xì)胞[1]，它能表達(dá)黑視素蛋白(由Opn4基因編碼)，這是一種在ipRGCs的胞體和樹突上均有分布的膜蛋白[2]，因此它具備直接對光產(chǎn)生反應(yīng)的能力。目前已經(jīng)鑒定出2種不同亞型的黑視素蛋白[3]，即短(OPN4S)和長(OPN4L)黑視素蛋白，它們僅在C-末端尾部不同，這可能賦予了不同亞型ipRGCs的功能差異。大部分ipRGCs也接受視錐、視桿細(xì)胞傳遞的信號，產(chǎn)生間接對光反應(yīng)[4]。ipRGCs參與了非成像視覺過程和成像視覺過程的信息傳遞，包括參與瞳孔光反射、晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)、色覺[5-6]和空間感知[7-8]等。隨著轉(zhuǎn)基因動物模型和更多標(biāo)記ipRGCs方法的出現(xiàn)，ipRGCs的細(xì)胞分類和中樞投射變得更加清楚，其與多種疾病的關(guān)系也更加明確。本文就ipRGCs的細(xì)胞分類、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、中樞投射、生理功能以及其在疾病研究中的最新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 ipRGCs的分類

1.1嚙齒類小鼠出生后的早期視網(wǎng)膜發(fā)育階段，ipRGCs可以分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3種亞型[9]，成年后小鼠ipRGCs可以分為至少5種亞型(M1～M5)[10]。區(qū)別5種ipRGCs亞型的最明顯的特征是樹突在內(nèi)叢狀層(inner plexiform

layer，IPL)中的分層。不同亞型的ipRGCs的樹突在視網(wǎng)膜IPL的分布不同[2]：M1型僅在OFF亞層(IPL的外層，對撤光起反應(yīng))中層化；M2僅在ON亞層(IPL的內(nèi)層，給光興奮)中層化；M3在ON和OFF亞層中層化；M4和M5型細(xì)胞在ON亞層中發(fā)現(xiàn)有特別低水平的黑視素蛋白表達(dá)和樹突。據(jù)文獻(xiàn)報道，M6型ipRGCs可能存在，它通常也在IPL的2個亞層中分布。M1細(xì)胞可能對應(yīng)于最初的Ⅲ型細(xì)胞，M2～M5型細(xì)胞對應(yīng)Ⅱ型細(xì)胞，M4型細(xì)胞被認(rèn)為是早期Ⅰ型細(xì)胞演變而來[11]。

ipRGCs亞型可基于樹突形態(tài)學(xué)和細(xì)胞類型特異性標(biāo)記物的免疫染色鑒定。前3種可以用抗黑視素蛋白的抗體免疫細(xì)胞化學(xué)顯現(xiàn)，并具有獨特的形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特性。此外，5種ipRGCs類型顯示出不同的離子電流和電流誘導(dǎo)的尖峰模式[12]，并且M1和M2細(xì)胞具有不同的膜靜息電位，M1細(xì)胞類型具有較高水平的光色素，并且在沒有突觸輸入的情況下，其內(nèi)在的光敏感性比M2細(xì)胞更大[13]，因為其內(nèi)在光反應(yīng)閾值較低，幅度較大，且速度快于M2～M5[4]。M3細(xì)胞的光反應(yīng)和膜特性彼此非常相似，并且非常類似于M2細(xì)胞[14]。M4和M5細(xì)胞不能用傳統(tǒng)的免疫細(xì)胞化學(xué)方法來標(biāo)記，但具有微弱的內(nèi)在光反應(yīng)。M6型ipRGCs有刺狀的、濃密的分支狀樹突，表達(dá)極低水平的黑視素蛋白，產(chǎn)生類似M4和M5細(xì)胞的弱內(nèi)在光反應(yīng)。

1.2類靈長類樹鼩是晝行性的動物，具有視錐細(xì)胞占優(yōu)勢的視網(wǎng)膜和類似于靈長類動物的膝狀體- 皮質(zhì)組織[15]。研究發(fā)現(xiàn)其ipRGCs分為3種類型[16]，分別是與嚙齒動物和靈長類動物中描述的M1、M2細(xì)胞具有形態(tài)相似性的細(xì)胞，以及一種新的第3種類型的黑視素蛋白免疫陽性細(xì)胞。3種ipRGCs的特征分別是：M1樣細(xì)胞大部分胞體在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層(ganglion cell layer，GCL)中，約23%的胞體位于內(nèi)核層(inner nuclear layer，INL)。然而，與M1細(xì)胞不同之處在于，它的樹突分布在S1和S5 2個亞層中(INL從眼內(nèi)玻璃體面開始分為S5～S1 5個亞層)。M2樣細(xì)胞的樹突分布在S5亞層，且其樹突分支更小更密集。第3種類型的ipRGCs僅在INL中具有胞體，其樹突單層分布在S1亞層中。第3類ipRGCs特別之處在于它能被用于標(biāo)記多巴胺能無長突細(xì)胞的酪氨酸羥化酶標(biāo)記，表明它是多巴胺能的ipRGCs。

1.3獼猴和人類在獼猴和人視網(wǎng)膜中，ipRGCs樹突局限于IPL最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)的兩層，根據(jù)ipRGCs的樹突在IPL的內(nèi)部或外部的分層，鑒別出2種不同ipRGCs，即IPL內(nèi)層分層的ipRGCs和外層分層的ipRGCs[17]。2種ipRGCs亞型的不同之處在于：首先，2種感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的樹突分層不同；其次，在IPL內(nèi)層分層的ipRGCs的樹突分支比外層分層ipRGCs更明顯，在IPL內(nèi)層分層的ipRGCs可能與小鼠M2型細(xì)胞ipRGCs類似[18]；最后，靈長類的內(nèi)層分層細(xì)胞有比外層分層細(xì)胞更明顯更大的胞體，并且這2種類型它們所在視網(wǎng)膜的位置也不同。內(nèi)層分層細(xì)胞的胞體總是位于GCL中，而大部分外層分層細(xì)胞的胞體在INL中。

1.4ipRGCs的數(shù)量有研究發(fā)現(xiàn)，從人類視網(wǎng)膜中的細(xì)胞計數(shù)可估計ipRGCs占所有人的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的0.4%[19]。但在另外2項研究中，人類ipRGCs的數(shù)量占所有神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的比例變化由0.8%[20]到1.5%[21]。這種差異是否是由于個體視網(wǎng)膜之間的差異、標(biāo)記方法的差異，還是兩者原因皆有不確定。在獼猴中，ipRGCs細(xì)胞密度同樣很低，僅占總的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的0.2%[18]。

ipRGCs的數(shù)量還會受一些因素的影響。小鼠T-box brain 2(Tbr2)(也稱為Eomes)是一種含有T-box的轉(zhuǎn)錄因子，Mao等[22]研究顯示，黑視素蛋白表達(dá)基因(Opn4)僅在Tbr2陽性的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cells，RGCs)中表達(dá)。Tbr2會影響ipRGCs形成，ipRGCs缺失Tbr2后，ipRGCs數(shù)量會減少。而Tbr2陽性表達(dá)的RGCs可以在ipRGCs喪失時激活Opn4表達(dá)黑視素蛋白，所以Tbr2陽性的RGCs可以作為ipRGCs的儲備，以調(diào)節(jié)ipRGCs的數(shù)量和Opn4的表達(dá)水平。

2 ipRGCs與周圍細(xì)胞的連接及中樞投射

2.1ipRGCs的周圍連接及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在視網(wǎng)膜早期發(fā)育中，ipRGCs與其他包括ipRGCs的RGCs形成廣泛的間隙連接網(wǎng)絡(luò)介導(dǎo)光依賴性功能調(diào)節(jié)[23]。在光感受器成熟之前，阻斷神經(jīng)活動主要來源膽堿能視網(wǎng)膜會增加ipRGCs的間隙連接網(wǎng)，從而增加光響應(yīng)細(xì)胞的數(shù)量。這種間隙連接網(wǎng)的調(diào)節(jié)是通過視網(wǎng)膜釋放的多巴胺來調(diào)節(jié)的。

ipRGCs在明視環(huán)境下，光的活化主要由黑視素蛋白介導(dǎo)，通過信號級聯(lián)反應(yīng)直接響應(yīng)明亮光刺激，這是ipRGCs的直接光反應(yīng)；在暗視環(huán)境下，ipRGCs主要接受視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞對光刺激產(chǎn)生的信號輸入，產(chǎn)生間接光反應(yīng)。

在黑視素蛋白介導(dǎo)的ipRGCs的光反應(yīng)中，Mure等[24]研究顯示，黑視素蛋白的C末端細(xì)胞質(zhì)區(qū)域中的Ser/Thr(絲氨酸/蘇氨酸)殘基簇的磷酸化有助于其失活，這決定了ipRGCs的響應(yīng)潛伏期和閾值敏感性，而遠(yuǎn)離磷酸化簇的保守性差的區(qū)域抑制磷酸化作用，從而構(gòu)成獨特的延遲失活機(jī)制，這2個區(qū)域的協(xié)同作用能維持對昏暗光線的響應(yīng)，并允許光刺激隨時間而整合，從而產(chǎn)生精確的信號持續(xù)時間。G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor，GPCR)黑視素蛋白是哺乳動物視網(wǎng)膜中ipRGCs的光色素。Sexton等[25]研究顯示，G蛋白偶聯(lián)受體激酶2(G protein-coupled receptor kinase 2，GRK2)使黑視素蛋白磷酸化，并在光照后降低其活性，可能在ipRGCs的光反應(yīng)中發(fā)揮作用。

目前ipRGCs間接光反射的機(jī)制尚不十分清楚，有一種多細(xì)胞參與的通路假說被提出，即視桿細(xì)胞將信號傳遞到視桿雙極細(xì)胞、無長突細(xì)胞和視錐雙極細(xì)胞，其最終刺激ipRGCs。在此通路中，GABA能無長突細(xì)胞通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)，為視桿和視錐雙極細(xì)胞提供抑制反饋。此外，GABA無長突細(xì)胞能接受來自ipRGCs的輸入，并且與ipRGCs密切相關(guān)[26]。Walker等[27]研究顯示，小鼠RGC層的GABA無長突細(xì)胞和部分神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中存在一種RdgB2蛋白，RdgB2蛋白缺陷對小鼠在明視下的晝夜節(jié)律和瞳孔光反射無影響，但在暗視環(huán)境中其晝夜節(jié)律與瞳孔光反射均受損。RdgB2并不影響黑視素介導(dǎo)的直接光反射，而是在ipRGCs間接對光反射的細(xì)胞回路中發(fā)揮作用。

Vuong等[28]研究顯示，M1型ipRGCs與多巴胺(dopamine，DA)無長突細(xì)胞和生長激素釋放抑制因子(somatotropin release-inhibiting factor，SRIF)無長突細(xì)胞在視網(wǎng)膜內(nèi)形成微電路循環(huán)，參與晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)和瞳孔光反射等非圖像形成功能。它們的相互作用方式是：M1型ipRGCs激發(fā)DA無長突細(xì)胞，DA無長突細(xì)胞反過來又將抑制反饋回M1型ipRGCs，SRIF無長突細(xì)胞釋放的神經(jīng)肽生長抑素也抑制M1型ipRGCs的內(nèi)在光響應(yīng)。Sheng等[29]研究顯示，在大鼠M1型ipRGCs中存在褪黑激素受體亞型MT1和MT2的表達(dá)，表明褪黑激素可通過激活MT1/MT2受體直接調(diào)節(jié)大鼠ipRGCs的活性，這可能與M1型ipRGCs的晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)等非成像視覺功能相關(guān)。Schroeder等[30]研究顯示，黑視素蛋白對M4 ipRGCs的光響應(yīng)是不必要的，而視桿和視錐細(xì)胞信號輸入有助于M4細(xì)胞的光響應(yīng)。Stabio等[6]研究顯示，在小鼠中，M5型ipRGCs既接受來自9型視錐雙極細(xì)胞的選擇性UV-視蛋白驅(qū)動，又接收來自6、7、8型視錐雙極細(xì)胞混合的視錐細(xì)胞的信號輸入，這些細(xì)胞的激發(fā)和抑制均由ON通道驅(qū)動。M5型ipRGCs介導(dǎo)的色度對比由中波長視錐細(xì)胞驅(qū)動的環(huán)繞抑制引起，而該環(huán)繞抑制由GABA能無長突細(xì)胞介導(dǎo)。

2.2ipRGCs的中樞投射ipRGCs沿著樹突和細(xì)胞體彌漫地表達(dá)黑視素蛋白的光色素，并將光子捕獲轉(zhuǎn)化為尖峰頻率變化。這使得ipRGCs可以將環(huán)境輻射信號直接傳送到更高的大腦中樞[2]。在已報道的2種不同品系的黑視素基因改造小鼠(tau-lacZ和Cre品系)中已經(jīng)證實，ipRGCs將軸突投射到視交叉上核(suprachiasmatic nucleus，SCN)、膝狀體間小葉(intergeniculate leaflet，IGL)、橄欖頂蓋前核 (olivary pretectal nucleus，OPN)、外側(cè)膝狀體核(lateral geniculate nucleus，LGv)的腹側(cè)分裂和視前區(qū)[31]，具體包括外側(cè)核、視上核周圍、下丘腦室旁核、內(nèi)側(cè)杏仁核、外側(cè)韁核邊緣、上丘(superior colliculus，SC)和中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)。在獼猴視網(wǎng)膜中，通過含有共定位的CtB和神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸和垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽(pituitary adenylate cyclase activating polypeptide，PACAP)免疫染色，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)視網(wǎng)膜的ipRGCs向中樞投射到SCN、外側(cè)膝狀復(fù)合體，包括膝狀體前核、頂蓋橄欖核、視束核、上丘的上臂和上丘[32]。

此外，生理學(xué)、分子生物學(xué)和行為學(xué)研究已經(jīng)揭示，哺乳動物中不同的腦區(qū)域接受不同ipRGCs亞型投射[2]。小鼠ipRGCs向SCN投射的主要是M1型 (80%)和M2型ipRGCs (20%)[11]；OPN接收來自M1(55%，主要是殼區(qū))和M2型細(xì)胞(45%，主要是核心區(qū))的輸入；而SC接收來自M1～M5細(xì)胞的輸入[4]；向外側(cè)膝狀體背核(dorsal lateral geniculate nucleus，dLGN)投射的主要是M4型細(xì)胞，但其也接受來自其他非M1 ipRGCs的投射，如 M2、M3和M5 ipRGCs[6，11]。M1 ipRGCs可以根據(jù)Brn3b的表達(dá)分為2個亞群[7]，其中Brn3b陰性M1細(xì)胞投射到SCN，而Brn3b陽性M1細(xì)胞投射到OPN。M6細(xì)胞向OPN和IGL投射。

在ipRGCs向中樞的信號傳遞中發(fā)現(xiàn)，ipRGCs將收到的信號通過突觸末端的PACAP釋放到不同的腦區(qū)，PACAP和谷氨酸在ipRGCs對各種非圖像形成(non-image-forming visual，NIF)視覺行為的調(diào)控中具有互補的作用[33]。Li等[34]研究顯示，大約10%的向中縫核背側(cè)(dorsal raphe nucleus，DRN)投射的RGC與黑視素蛋白共標(biāo)記，其中大部分是ipRGCs的M1亞型。參與視網(wǎng)膜-中縫投射的ipRGCs可能有助于持續(xù)的光刺激介導(dǎo)的DRN的5-羥色胺釋放調(diào)節(jié)。

3 ipRGCs的生理功能

ipRGCs的生理功能在不同的發(fā)育階段不同，在小鼠出生后早期視網(wǎng)膜發(fā)育中，ipRGCs主要參與負(fù)性趨光性和視網(wǎng)膜血管發(fā)育等過程[35]。在成年的動物中發(fā)現(xiàn)含黑視素的ipRGCs從視網(wǎng)膜投射到動物大腦的區(qū)域，包括成像和非成像視覺處理的區(qū)域[32]，證明了ipRGCs的生理功能包括成像功能和非成像視覺功能。

在非成像功能的研究中發(fā)現(xiàn)，ipRGCs尤其是M1型對于非成像視覺形成(non-image-forming visual,NIF)反應(yīng)是必需的，包括晝夜節(jié)律、瞳孔光反射、松果體褪黑激素分泌等[28]，同時也影響情緒相關(guān)的行為和認(rèn)知功能[11]。瞳孔對光反射是重要的一種非成像視覺功能。Kofuji等[36]研究顯示，通過遺傳學(xué)方法使小鼠的ipRGCs表達(dá)黑視素蛋白的基因(OPN)“沉默”后，小鼠的瞳孔光反射、活動的光調(diào)節(jié)和運動活動的晝夜節(jié)律光抑制嚴(yán)重受損。選擇性激活短波長或中波長敏感視錐細(xì)胞(S-或M-視錐細(xì)胞)會使瞳孔擴(kuò)張，長波長敏感的視錐細(xì)胞(L-視錐細(xì)胞)或ipRGCs激活則使瞳孔收縮，而ipRGCs介導(dǎo)的瞳孔收縮的持續(xù)時間是受黑視素蛋白的C末端磷酸化影響的[37-38]。此外，瞳孔光反射的收縮幅度受暗適應(yīng)持續(xù)時間的影響，研究發(fā)現(xiàn)，在做瞳孔光反射測試之前進(jìn)行20 min的暗適應(yīng)可以獲得一致且穩(wěn)定的瞳孔光反射[39]。調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律是ipRGCs的另一項重要功能，因為包括人類在內(nèi)的哺乳動物中，控制24 h節(jié)律的主起搏器位于下丘腦的SCN，而向SCN投射的大部分纖維是ipRGCs發(fā)出的，M1型ipRGCs的2種褪黑素受體亞型可能也參與晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)[29]。ipRGCs除了促進(jìn)內(nèi)部晝夜節(jié)律與外部環(huán)境光- 暗(LD)循環(huán)的同步外，也能對外周組織的晝夜節(jié)律進(jìn)行調(diào)節(jié)[36]，如腎上腺皮質(zhì)酮分泌的晝夜節(jié)律。ipRGCs作為RGC直接投射到大腦中樞，投射到中樞的不同部位發(fā)揮不同的生理功能，投射到下丘腦的SCN和間葉小葉[31]，參與同步起搏晝夜節(jié)律[40]；投射到OPN，參與調(diào)節(jié)瞳孔光反射；向中央杏仁核的投射可能是新生兒對光線厭惡反應(yīng)的直接神經(jīng)通路[41]；向外側(cè)丘腦核的未定帶(zona incerta,ZI)的投射可能是參與調(diào)節(jié)內(nèi)臟和感覺功能。

在成像視覺功能研究中發(fā)現(xiàn)，ipRGCs可以為視覺中心提供有關(guān)環(huán)境光線的信息，并在輻照度編碼和亮度辨別中發(fā)揮作用，可作為視網(wǎng)膜的輻照度檢測器，提供整體照明度的測量并促進(jìn)視錐細(xì)胞在明亮光線條件下的光適應(yīng)，此外，ipRGCs還有對比度檢測和顏色感知等功能[4，11]。研究發(fā)現(xiàn)ipRGCs可能在黃色/藍(lán)色的尺度上編碼顏色[37-38]；M5細(xì)胞向dLGN發(fā)送軸突，并因此定位ipRGCs向視覺皮層提供色信號，這使得M5細(xì)胞可能具有色度對比功能[6]；Cao等[42]發(fā)現(xiàn)變化的黑視素蛋白激活水平會改變色覺通路中的平衡點，表明黑視素蛋白激活對獨特白色感知產(chǎn)生影響，現(xiàn)有的外周色覺模型可能需要通過并入黑視素信號來改進(jìn)。Allen等[8]研究顯示，單獨的黑視素信號可傳達(dá)空間信息，補償視錐細(xì)胞傳達(dá)視覺的高時間頻率偏差以及視角方向變化的幅度和頻率之間的負(fù)相關(guān)性，所以認(rèn)為黑視素增強了早期視覺系統(tǒng)在中等空間尺度上編碼圖案的能力。Zhao等[4]發(fā)現(xiàn)，M2～M5 ipRGCs具有中心環(huán)繞組織的感受野，可有檢測空間對比度的能力，所有ipRGCs對各種運動速度的反應(yīng)均非常穩(wěn)定，M1～M4 ipRGCs能調(diào)整適應(yīng)不同的運動速度，這些細(xì)胞發(fā)出的對比和運動信息可以被上丘的感覺運動區(qū)域用來檢測視野中的新物體和運動。

4 ipRGCs在眼科疾病中的研究新進(jìn)展

4.1遺傳性視神經(jīng)病變越來越多的研究表明，與傳統(tǒng)的RGC相比，ipRGCs不易受到損害和疾病的影響。遺傳性視神經(jīng)病變是一組伴有明顯視神經(jīng)變性和功能障礙的疾病。這些疾病中最常見的是顯性視神經(jīng)病變或萎縮(Kjers’s disease)和Leber遺傳性視神經(jīng)病變(Leber’s hereditary optic neuropathy，LHON)，這些疾病與線粒體DNA突變有關(guān)。線粒體視神經(jīng)病變包括LHON和顯性視神經(jīng)萎縮(dominant optic atrophy，DOA)。對2例LHON患者和1例DOA患者死后眼睛的組織學(xué)檢查顯示，RGC大量丟失，而含有黑視素的RGC丟失相對較少[21]。Moura等[43]利用瞳孔光反射評估LHON患者的ipRGCs數(shù)量，發(fā)現(xiàn)ipRGCs被選擇性地保留。在一組遺傳性視神經(jīng)病變合并視神經(jīng)萎縮和視力喪失的患者中觀察到瞳孔光反射發(fā)生[44]。這些觀察結(jié)果表明，ipRGCs能夠抵抗由線粒體功能障礙引起的視神經(jīng)變性，并在這些視力嚴(yán)重受損的患者中維持眼睛的非成像功能。

4.2視網(wǎng)膜退行性變在視網(wǎng)膜色素變性(retinitis pigmentosa，RP)的P23H大鼠模型中，在退化性疾病的晚期階段，含黑視素蛋白的ipRGCs的密度、完整性和樹突分支減少[45]，對照組老年期野生型大鼠的ipRGCs數(shù)量也減少，但P23H大鼠減少得更多，這種ipRGCs的減少與年齡相關(guān)的退行性改變以及RP相關(guān)[46]，并且導(dǎo)致晝夜節(jié)律的減弱。De Silva等[47]通過腺相關(guān)病毒載體將人黑視素蛋白基因(Opn4)導(dǎo)入視網(wǎng)膜變性的rd1小鼠視網(wǎng)膜下，發(fā)現(xiàn)13個月后小鼠的瞳孔光反射、避光行為、基本圖像識別功能均有所恢復(fù)。表明通過視網(wǎng)膜下途徑的黑視素蛋白基因治療可能是用于治療人類終末期視網(wǎng)膜變性的可行且穩(wěn)定的治療選擇。國內(nèi)也有研究將黑視素蛋白基因?qū)雛d1小鼠的雙極細(xì)胞，在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞上記錄到了明顯的來自上游雙極細(xì)胞的光反應(yīng)[48]。提示轉(zhuǎn)導(dǎo)黑視素蛋白基因至ON型雙極細(xì)胞可以有效恢復(fù)視網(wǎng)膜退行性變小鼠的視覺功能。在晚期年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)患者中發(fā)現(xiàn)，黑視素蛋白介導(dǎo)的光照后瞳孔反應(yīng)(post-illumination pupil response，PIPR)和睡眠效率之間存在相關(guān)性，可能由于ipRGCs功能障礙使視交叉上核和腹外側(cè)視前區(qū)的光信號輸入減少，使得晚期AMD患者的睡眠效率降低[49]。Yeh等[50]通過對犬進(jìn)行彩色瞳孔測量發(fā)現(xiàn)，通過暗適應(yīng)下的暗藍(lán)、亮藍(lán)和藍(lán)光背景的亮紅光刺激致瞳孔收縮，可分別評估視桿細(xì)胞、黑視素介導(dǎo)的ipRGCs和視錐細(xì)胞的功能。并且發(fā)現(xiàn)在犬遲發(fā)性視網(wǎng)膜變性模型中，ipRGCs表達(dá)黑視素蛋白的mRNA水平降低，但在非變性視網(wǎng)膜疾病(如色盲)中無明顯變化。這些發(fā)現(xiàn)使得通過測定ipRGCs光反應(yīng)來量化視神經(jīng)損傷成為可能。

4.3青光眼Kelbsch等[51]在研究青光眼患者對特定色光刺激的瞳孔光反應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，青光眼患者ipRGCs的黑視素驅(qū)動途徑發(fā)生特征性損傷，其突觸功能受損，并且外光感受器、RGC、ipRGCs之間的相互作用改變。Obara等[52]研究顯示，與年齡相同的對照組相比，嚴(yán)重晚期的青光眼患者的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層ipRGCs密度降低。Gracitelli等[53-54]研究顯示，青光眼引起的ipRGCs功能下降會影響瞳孔光反射和睡眠質(zhì)量，視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層(retinal nerve fibre layer，RNFL)厚度與瞳孔光反射之間存在相關(guān)性，ipRGCs數(shù)量的減少可能與RNFL厚度減少有關(guān)；患者更容易白天嗜睡，這種嗜睡與瞳孔光反射減弱，尤其是藍(lán)色閃光的持續(xù)光反射減弱以及多導(dǎo)睡眠圖參數(shù)降低相關(guān)。Kuze等[55]用視網(wǎng)膜電圖(electroretinogram，ERG)記錄來自晚期青光眼患者的ipRGCs，與正常受試者相比，其在非潛伏期的幅度顯著降低，在潛伏期2組之間無顯著差異。在1例青光眼患者的病例研究中，患者的眼睛無光感、RNFL受損，但是觀察到輕微的瞳孔光反射[56]，保留一些ipRGCs功能。這些觀察表明，ipRGCs能抵抗由線粒體功能障礙引起的視神經(jīng)變性，并在這些視力嚴(yán)重受損的患者中維持眼睛的非成像功能?；颊呷梭w組織學(xué)和電生理學(xué)研究表明，ipRGCs在青光眼患者中喪失或傳遞中斷，ipRGCs的發(fā)現(xiàn)提供了一種潛在的方法來進(jìn)行青光眼篩查。

4.4角膜表面損傷畏光是角膜表面損傷的早期癥狀，Matynia等[57]研究顯示，角膜損傷后的畏光與角膜損傷程度成正比，并且受表達(dá)黑視素蛋白的ipRGCs的影響。在缺乏表達(dá)黑視素蛋白的ipRGCs的小鼠中觀察到角膜機(jī)械敏感性和畏光的減弱，表明ipRGCs介導(dǎo)的神經(jīng)通路參與調(diào)節(jié)角膜表面損傷的這2種最常見癥狀。

4.5其他Leber先天性黑矇(Leber congenital amaurosis，LCA)是由于作用于外部視網(wǎng)膜的基因突變引起的嚴(yán)重視力喪失。Charng等[58]研究了LCA患者的PLR，發(fā)現(xiàn)LCA患者對持續(xù)時間短的標(biāo)準(zhǔn)刺激沒有可檢測到的PLR，對于持續(xù)時間較長的刺激，大多數(shù)患者可檢測到PLR，認(rèn)為嚴(yán)重LCA患者的PLR可能代表了與視錐和視桿細(xì)胞輸入無關(guān)的的黑視素介導(dǎo)的電路的激活，這種黑視素蛋白介導(dǎo)的PLR可用于定義針對沒有外部視網(wǎng)膜功能的患者臨床試驗中后視網(wǎng)膜傳遞的保真度。Charng等[58]推出了一種基于LED的五基色光刺激器，可以在恒定的背景光感受器激發(fā)水平下控制人體中的視桿細(xì)胞，短波長敏感、中波長敏感、長波長敏感的視錐細(xì)胞和含有黑視素蛋白的ipRGCs的激發(fā)，這使研究人員能夠研究ipRGCs組合各種光感受器輸入的機(jī)制。

隨著人們對ipRGCs的研究越來越深入，對其細(xì)胞類型及生理功能認(rèn)識更加全面，對其在疾病中的認(rèn)識研究也越來越清楚。作為一類重要的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，ipRGCs在眼的視覺成像系統(tǒng)和非成像視覺系統(tǒng)中擔(dān)任重要角色，在眼科學(xué)及神經(jīng)精神病學(xué)等方面也發(fā)揮重要作用，如ipRGCs對視覺缺失相關(guān)疾病的特異性診斷有重要意義；對ipRGCs表達(dá)的黑視素蛋白的研究，使得黑視素基因治療視網(wǎng)膜退行性變成為可能。隨著分子生物學(xué)和基因?qū)W的發(fā)展，對ipRGCs的生理功能及分子機(jī)制認(rèn)識會更加完善，這將為進(jìn)一步研究相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制及制訂更簡單優(yōu)化的治療方案提供更加可靠的依據(jù)。