一氧化氮能够独立于视网膜波动态来优化视网膜电路结构

《Cell Death Discovery》：Nitric oxide refines retinal circuit architecture independently of retinal wave dynamics

　　

摘要

神经调节物质如何影响神经回路的形成，仍是神经科学领域的重要未解之谜。虽然一氧化氮（NO）已被证实能够调节成熟的突触可塑性，但其在发育过程中的作用——尤其是它是通过依赖活动的途径还是独立于活动的途径来塑造神经回路——至今仍未完全明了。在本研究中，我们结合超灵敏电子顺磁共振技术、4096通道高密度多电极阵列记录以及先进的图论分析方法，探究了在突触生成的关键时期NO如何促进视网膜神经网络的形成。在大鼠视网膜中，nNOS基因的表达从出生后第10天开始在两种不同的无长突细胞亚型中出现，这一时间点也与首次检测到NO的产生相吻合。急性或选择性抑制nNOS虽能保持视网膜波III阶段的时空特征，但却显著改变了神经网络的拓扑结构，提升了网络的度与密度。分子分析显示，nNOS阻断会降低化学性（SYN、SYP）和电学性（Cx36、Cx45）突触基因的表达，打破这些基因在体内的层状分布，同时增加初级视网膜培养物中的神经突长度，而不会改变其分支复杂性。通过结合超灵敏的NO检测、大规模电生理学研究以及数学网络分析，我们的研究结果表明，NO是调控神经回路精细化的关键因素，其作用在很大程度上独立于发育过程中视网膜波的时空动态变化。这些发现揭示了可扩散的神经调节物质如何在不依赖特定活动模式的情况下塑造神经网络，同时也为理解NO信号传导异常如何导致以突触结构紊乱为特征的神经发育障碍提供了理论框架。