编辑推荐：
为探究鳀鱼视网膜中水平细胞（HC）与光感受器的特异性连接及神经环路机制，研究人员利用体积电子显微镜（vEM）和计算机辅助重建技术，解析了 3 种 HC（H1、H2、H3）的形态及连接规则。发现 H1 连接多锥中的长锥和短锥，H2 仅连短锥，H3 专连视杆，揭示了偏振与颜色对比机制的关联。
在神秘的海洋世界中，光线的传播特性与陆地大相径庭。对于生活在水中的生物而言，如何高效地利用光线感知周围环境至关重要。鳀鱼作为海洋中数量极为丰富的硬骨鱼类，其视网膜具有独特的结构，不仅存在基于三锥的色觉区域，还拥有由长锥和短锥组成的特殊多锥（polycones）区域，这些多锥的外段薄片呈轴向排列，赋予鳀鱼偏振对比视觉能力。然而，这种在 20 世纪 70 年代发现的独特视觉模式，其更深层视网膜层中用于对比生成的神经连接却一直不为人知。阐明鳀鱼视网膜的神经连接组学，不仅能揭示其独特视觉机制的奥秘，还能为理解脊椎动物视觉进化提供关键线索。
在这样的背景下，来自德国卡尔斯鲁厄国家自然历史博物馆、慕尼黑大学生物中心等机构的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《BMC Biology》上，为鳀鱼视网膜神经环路的解析带来了重要突破。
研究人员主要运用了体积电子显微镜技术，包括串行块面扫描电子显微镜（SBF-SEM）和聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM），结合计算机辅助的 3D 分割和渲染技术，对欧洲鳀鱼（Engraulis encrasicolus）腹颞侧视网膜进行了高分辨率的三维重建。通过对感兴趣体积（VOI）的分析，获取了细胞类型的精细结构特征、数量密度、神经解剖结构以及突触连接等数据。
总体结构与水平细胞分层
研究区域从光感受器末端延伸至双极细胞（BC）层的巩膜边界。视网膜层从巩膜到玻璃体方向依次为：近似卵形的视杆小球，填充在最靠玻璃体的视杆核与长锥足之间，每个小球包含一个突触带；锥足呈金字塔形，具有矩形基底轮廓和多个来自二级神经元树突和锥端树突的基底内陷。水平细胞和双极细胞的薄树突形成外丛状层（OPL）的神经纤维网，H1 细胞体位于玻璃体侧边界。H1、H2 细胞分别位于不同层，胞体接触但无间隙连接，核中心平面径向距离约 4.5-5 μm。H3 细胞位于 “Müller 带”（Müllerband）中间，该带由密集的纤维状或管状电子致密物质组成，厚约 10-12 μm。在 H1 层玻璃体边界与双极细胞体巩膜边界之间，有一层约 5-7.5 μm 厚的低电子密度、不规则形状的扁平 “泡状” 结构，实为 H1 轴突终末（H1AT）。
水平细胞形态与密度
H1 细胞在径向切片中呈大致矩形至卵形，细胞质电子密度较低，水平切片中呈叶状，与相邻 H1 细胞在所有接触点形成全表面间隙连接，每个细胞约有 45 条树突，密度约为 32.8 个 / 10,000 μm2。H2 细胞比 H1 更扁平，电子密度更低，水平切片呈不规则星状，树突约 20-25 条 / 细胞，密度约 21.9 个 / 10,000 μm2。H3 细胞位于 Müller 纤维束中，高度 1.5-4 μm，电子密度较高，具长而细的水平叶，径向树突约 15 条 / 细胞，密度最高约 13 个 / 10,000 μm2。从 H1 到 H3，细胞密度和初级树突密度降低，但树突场面积增大。
轴突与轴突终末
H1 细胞均有轴突从胞体玻璃体基底部延伸，穿过 H2、H3 细胞，终止于双极细胞体巩膜侧的轴突终末层，轴突直径和长度导致传导电阻，但不影响细胞电信号传递。H1AT 呈电子透明，含电子致密颗粒，大小不等，通过间隙连接相互广泛接触，密度与 H1 细胞密度相近。H2 细胞未发现大直径轴突，仅有直径约 120 nm 的细神经突，可能为 H2 轴突，偶见曲张体，但未识别出突触结构。H3 细胞未见轴突迹象。
外丛状层连接
通过高分辨率的 FIB 扫描和手动分割，发现 H1 树突接触长锥和短锥足，以长锥为主（60%）；H2 树突仅接触短锥；H3 树突仅接触视杆小球。所有 HC 树突均依附于光感受器的突触带，形成大量 knob 状 “棘突”（spinules），每个突触带两侧通常有 HC 树突伴随。H1 树突场覆盖至少 10 个长锥和 8 个短锥，H2 树突可接触多达 7 个短锥，视杆小球可接触 1-2 个 H3 树突。
研究结论与意义
该研究利用体积电子显微镜成功解析了鳀鱼视网膜中三种水平细胞的形态、连接规则及相关结构，揭示了其偏振对比视觉系统与内视网膜双色对比机制的关联，提出鳀鱼多锥可能由红（现长锥）和绿（现短锥）锥进化而来，且相关视网膜区域的蓝单锥消失。研究结果为理解脊椎动物偏振视觉的进化提供了重要证据，表明鳀鱼的多锥偏振系统可能基于原始的双色对比神经环路，无需完全重构即可实现功能特化。此外，对 H1 轴突终末层和 Müller 带结构的阐明，为进一步研究其生理功能奠定了基础。该研究不仅拓展了对鱼类视网膜神经连接组学的认识，也为探索脊椎动物视觉多样性的分子和细胞机制提供了新视角。
