褪黑素对鲫鱼和大鼠外层视网膜视杆信号通路的调制

摘要

褪黑素(Melatonin)是一类由松果体分泌的重要激素,主要通过激活特异的G-蛋白耦联受体行使其众多的生理功能。研究发现,褪黑素也在视网膜中合成和分泌,其受体在视网膜中广泛分布。作为一类神经调质,褪黑素在视网膜内的功能还不很清楚。通过应用多种实验技术,我们研究了褪黑素对鲫鱼和大鼠视网膜视杆信号通路的调制。
　　 首先,我们在鲫鱼视网膜薄片标本上研究了褪黑素对视杆信号到视杆型双极细胞的调制作用。运用全细胞膜片钳技术,接近生理浓度的褪黑素在视杆信号主导的ON型双极细胞(Rod-ON-BC)上可诱导出稳定持续的内向电流。进一步的实验表明,褪黑素是通过激活Rod-ON-BC上的MT2受体,从而开放了cGMP依赖的通道(cGMP-dependent channels,cDCs)。利用免疫细胞化学等方法,证实了褪黑素可抑制磷酸二酯酶(PDE)的活性,从而增加Rod-ON-BC内的cGMP浓度。
　　 为了进一步研究褪黑素的生理功能,我们观察了褪黑素对Rod-ON-BC的模拟给光反应的影响。通过持续灌流L-AP4(mGluR6的激动剂)模拟暗的环境,Puff施加CPPG(mGluR6的拮抗剂)模拟给光。结果发现,褪黑素增大Rod-ON-BC的模拟给光反应。进一步的实验证明,褪黑素的这种作用是通过cGMP依赖性激酶介导的。再者,褪黑素增大暗视视网膜电图b波反应(ERG-b波),而对暗视PⅢ反应则无影响,提示了褪黑素增大ERG-b波是通过直接作用在Rod-ON-BC上的特异性受体,而不是通过作用于视杆。以上结果提示,在鲫鱼视网膜内,夜间分泌的褪黑素可能通过增强视杆到视杆型双极细胞的信号输入放大弱小的视杆信号,增加外层视网膜信息处理中的信噪比,具有重要的生理学意义。
　　 我们进一步在哺乳动物一大鼠视网膜薄片上,运用全细胞膜片钳技术观察了褪黑素对双极细胞的作用。通过灌流施加100nM褪黑素,在1-2分钟之后,能使Rod-ON-BC的膜电位去极化,其作用可被4-P-PDOT所拮抗,提示褪黑素使细胞去极化也通过MT2受体起作用。为了研究褪黑素作用于Rod-ON-BC使细胞静息膜电位去极化的作用机制,我们在Rod-ON-BC上记录了电压依赖的外向K(钾)电流,灌流施加100nM褪黑素能可逆性压抑这一电流;进一步研究发现在TEA(10mM)存在的条件下,100nM褪黑素对剩余的K电流成分没有明显作用。这些结果提示,褪黑素使Rod-ON-BC去极化是通过压抑TEA敏感的外向K电流。
　　 突触前细胞的微小去极化能增大突触前递质释放的概率。褪黑素能使大鼠视网膜Rod-ON-BC去极化,由此推测,褪黑素可能增强ON型神经节细胞(ON-GC)的自发活动频率。通过ON-Cell模式,我们记录到ON-GC的自发放电活动,在灌流100nM褪黑素之后,ON-GC的放电频率确定明显增加;在阻断突触传递的情况下,则未观察到褪黑素对ON-GC有明显的作用(包括膜电位等),提示ON-GC的自发活动频率的的增大系Rod-ON-BC略微的去极化所致。
　　 综上所述,本研究结果表明,通过激活MT2受体,褪黑素可能提高鲫鱼和大鼠视网膜视杆型双极细胞的活动,从而增强视杆信号,但作用的胞内机制可能不同。