编辑推荐：
在视觉研究中，斑马鱼是常用物种，但四种斑马鱼视锥亚型基本光反应特性未被描述。研究人员通过单细胞抽吸和离体视网膜电图（ERG）记录开展斑马鱼视杆和视锥细胞光反应特征研究。结果明确了其细胞形态、光谱敏感性等特性。该研究为相关视觉研究奠定基础。
在奇妙的视觉世界里，动物们依靠眼睛感知光线，看清周围环境。其中，视杆细胞（rod）和视锥细胞（cone）作为视网膜中的重要感光细胞，起着关键作用。斑马鱼，这种在生命科学研究中备受青睐的物种，其视网膜拥有独特的细胞构成，包含一种视杆细胞和四种视锥亚型（分别对紫外线、蓝色、绿色和红色敏感） ，且视锥细胞在幼体阶段占比达 92%，成年 3 - 6 个月时占比约 60%。与主要为视杆细胞主导（97% 视杆细胞）且仅有绿色和紫外线敏感视锥亚型的夜行性小鼠相比，斑马鱼为研究视锥细胞功能提供了更丰富的视角。
然而，尽管斑马鱼在视觉研究领域应用广泛，可四种斑马鱼视锥亚型的基本光反应特性却一直未得到描述。以往对斑马鱼视杆和视锥细胞的电生理光反应研究虽有开展，但缺乏对这五种细胞光反应特性的完整刻画。这一知识空白限制了我们对脊椎动物光感受器功能调节机制的深入理解，也阻碍了相关眼科疾病研究及视觉科学的发展。为了填补这些空白，来自美国加利福尼亚大学欧文分校（University of California, Irvine）的研究人员 Shinya Sato 和 Vladimir J. Kefalov 开展了深入研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员为开展此项研究，主要运用了两种关键技术方法。一是单细胞抽吸记录技术，通过解剖斑马鱼视网膜，分离出不同的感光细胞，利用定制的发光二极管（LED）系统给予细胞闪光刺激，记录其膜电流，以此获取光反应数据。二是离体视网膜电图（ERG）技术，在分离的斑马鱼视网膜上，使用特定抑制剂阻断下游神经元和 Müller 细胞信号，记录光刺激下的视网膜电压反应。
斑马鱼视杆和视锥细胞的形态与光谱敏感性
研究人员首先建立了从五种不同斑马鱼感光细胞亚型进行单细胞抽吸记录的方法。在黑暗中过夜饲养斑马鱼后，在昏暗的红色和红外光下解剖视网膜。对于视锥细胞记录，将视网膜切碎并解离细胞，在显微镜下根据细胞形态和光谱敏感性区分不同亚型。双锥细胞由红色和绿色敏感视锥细胞组成，单锥细胞则为蓝色或紫外线敏感视锥细胞。通过光谱敏感性分析，确定了不同亚型视锥细胞和视杆细胞的最大吸收波长（λmax），成功建立了单细胞抽吸记录方法并明确了各细胞的作用光谱。
斑马鱼视杆和视锥细胞的强度 - 反应关系
研究人员获取了暗适应的视杆和视锥细胞的闪光反应系列，分析其最大反应幅度和敏感性。结果显示，尽管视杆细胞外段较大，但其反应幅度在五种感光细胞亚型中最小，不过敏感性却比视锥细胞高 40 - 220 倍。在四种视锥亚型中，红色和蓝色敏感视锥细胞反应较大，绿色敏感视锥细胞的半饱和闪光强度（I1/2）敏感性比红色敏感视锥细胞高 5.5 倍，紫外线敏感视锥细胞经调整后敏感性与蓝色敏感视锥细胞相当。
斑马鱼视杆和视锥细胞的弱闪光反应动力学
为比较不同感光细胞的反应动力学，研究人员收集了五种亚型细胞的弱闪光反应。根据归一化和平均弱闪光反应的表现，反应动力学顺序为：红色和蓝色敏感视锥细胞 > 绿色和紫外线敏感视锥细胞 > 视杆细胞。通过定量分析三个动力学参数（达到峰值的时间Tp、积分时间Tint和恢复时间常数τrec）发现，红色和蓝色敏感视锥细胞的反应比绿色和紫外线敏感视锥细胞快约 2 倍，比视杆细胞快 6.6 倍。
斑马鱼视网膜的离体 ERG a 波记录
研究人员利用先前开发的用于小鼠视网膜的离体 ERG 适配器，收集斑马鱼视网膜的离体 ERG 闪光反应。明亮闪光下可观察到双成分闪光反应，慢成分是视杆细胞成分，快成分是视锥细胞成分。通过拟合估计幅度图，得到视锥细胞的最大反应幅度（Rmax）为 72±10μV ，约为视杆细胞（25 ± 4 μV）的 2.9 倍；视杆细胞的I1/2为 13 ± 2 photons μm?2 ，约为单细胞抽吸记录值的两倍；视锥细胞的I1/2为 425 ± 76 photons μm?2 ，比视杆细胞大 33 倍。研究还发现，红色和绿色敏感视锥细胞是视锥细胞成分的主要来源。此外，研究人员建立了分离视锥细胞成分的方法，但发现视锥细胞会因首次闪光而产生一定程度的脱敏。
研究成功建立了从斑马鱼视网膜五种感光细胞亚型的单细胞抽吸记录方法，收集了其基本反应波形和参数，并展示了利用离体 ERG 适配器收集和分离视杆和视锥细胞反应的方法。这些结果为斑马鱼在眼科和视觉科学研究中的应用提供了坚实基础。
在讨论部分，研究人员对一些有趣的现象进行了探讨。比如，不同视锥亚型间敏感性差异较大，可能与视觉色素有关，未来可通过研究外源性 11 - 顺式视黄醛对斑马鱼视锥细胞的影响来进一步探究。视杆细胞反应幅度较小，可能与昼夜节律调节或灌注溶液有关，后续可通过体内 ERG 记录等方式进行验证。视锥细胞反应动力学的差异可能与色素衍生噪声或光转导蛋白表达模式有关，但还需要更多定量研究，尤其是在蛋白质水平上的研究。
总的来说，该研究成果意义重大。它不仅填补了斑马鱼视锥细胞光反应特性研究的空白，为深入理解脊椎动物光感受器功能调节机制提供了关键数据，还为研究人类眼科疾病，如年龄相关性黄斑变性、Leber 先天性黑蒙 2 型和色素性视网膜炎等，提供了重要参考，有助于推动视觉科学领域的发展。
