《BMC Biology》：Horizontal cell connectivity in the anchovy retina—a 3D electron microscopic study
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為探究鳀魚視網膜中水平細胞（HC）與光感受器的特異性連接及神經環路機制，研究人員利用體積電子顯微鏡（vEM）和計算機輔助重建技術，解析了 3 種 HC（H1、H2、H3）的形態及連接規則。發現 H1 連接多錐中的長錐和短錐，H2 僅連短錐，H3 專連視桿，揭示了偏振與顏色對比機制的關聯。
在神秘的海洋世界中，光線的傳播特性與陸地大相徑庭。對于生活在水中的生物而言，如何高效地利用光線感知周圍環境至關重要。鳀魚作為海洋中數量極為豐富的硬骨魚類，其視網膜具有獨特的結構，不僅存在基于三錐的色覺區域，還擁有由長錐和短錐組成的特殊多錐（polycones）區域，這些多錐的外段薄片呈軸向排列，賦予鳀魚偏振對比視覺能力。然而，這種在 20 世紀 70 年代發現的獨特視覺模式，其更深層視網膜層中用于對比生成的神經連接卻一直不為人知。闡明鳀魚視網膜的神經連接組學，不僅能揭示其獨特視覺機制的奧秘，還能為理解脊椎動物視覺進化提供關鍵線索。
在這樣的背景下，來自德國卡爾斯魯厄國家自然歷史博物館、慕尼黑大學生物中心等機構的研究人員開展了相關研究。他們的研究成果發表在《BMC Biology》上，為鳀魚視網膜神經環路的解析帶來了重要突破。
研究人員主要運用了體積電子顯微鏡技術，包括串行塊面掃描電子顯微鏡（SBF-SEM）和聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB-SEM），結合計算機輔助的 3D 分割和渲染技術，對歐洲鳀魚（Engraulis encrasicolus）腹顳側視網膜進行了高分辨率的三維重建。通過對感興趣體積（VOI）的分析，獲取了細胞類型的精細結構特征、數量密度、神經解剖結構以及突觸連接等數據。
總體結構與水平細胞分層
研究區域從光感受器末端延伸至雙極細胞（BC）層的鞏膜邊界。視網膜層從鞏膜到玻璃體方向依次為：近似卵形的視桿小球，填充在最靠玻璃體的視桿核與長錐足之間，每個小球包含一個突觸帶；錐足呈金字塔形，具有矩形基底輪廓和多個來自二級神經元樹突和錐端樹突的基底內陷。水平細胞和雙極細胞的薄樹突形成外叢狀層（OPL）的神經纖維網，H1 細胞體位于玻璃體側邊界。H1、H2 細胞分別位于不同層，胞體接觸但無間隙連接，核中心平面徑向距離約 4.5-5 μm。H3 細胞位于 “Müller 帶”（Müllerband）中間，該帶由密集的纖維狀或管狀電子致密物質組成，厚約 10-12 μm。在 H1 層玻璃體邊界與雙極細胞體鞏膜邊界之間，有一層約 5-7.5 μm 厚的低電子密度、不規則形狀的扁平 “泡狀” 結構，實為 H1 軸突終末（H1AT）。
水平細胞形態與密度
H1 細胞在徑向切片中呈大致矩形至卵形，細胞質電子密度較低，水平切片中呈葉狀，與相鄰 H1 細胞在所有接觸點形成全表面間隙連接，每個細胞約有 45 條樹突，密度約為 32.8 個 / 10,000 μm2。H2 細胞比 H1 更扁平，電子密度更低，水平切片呈不規則星狀，樹突約 20-25 條 / 細胞，密度約 21.9 個 / 10,000 μm2。H3 細胞位于 Müller 纖維束中，高度 1.5-4 μm，電子密度較高，具長而細的水平葉，徑向樹突約 15 條 / 細胞，密度最高約 13 個 / 10,000 μm2。從 H1 到 H3，細胞密度和初級樹突密度降低，但樹突場面積增大。
軸突與軸突終末
H1 細胞均有軸突從胞體玻璃體基底部延伸，穿過 H2、H3 細胞，終止于雙極細胞體鞏膜側的軸突終末層，軸突直徑和長度導致傳導電阻，但不影響細胞電信號傳遞。H1AT 呈電子透明，含電子致密顆粒，大小不等，通過間隙連接相互廣泛接觸，密度與 H1 細胞密度相近。H2 細胞未發現大直徑軸突，僅有直徑約 120 nm 的細神經突，可能為 H2 軸突，偶見曲張體，但未識別出突觸結構。H3 細胞未見軸突跡象。
外叢狀層連接
通過高分辨率的 FIB 掃描和手動分割，發現 H1 樹突接觸長錐和短錐足，以長錐為主（60%）；H2 樹突僅接觸短錐；H3 樹突僅接觸視桿小球。所有 HC 樹突均依附于光感受器的突觸帶，形成大量 knob 狀 “棘突”（spinules），每個突觸帶兩側通常有 HC 樹突伴隨。H1 樹突場覆蓋至少 10 個長錐和 8 個短錐，H2 樹突可接觸多達 7 個短錐，視桿小球可接觸 1-2 個 H3 樹突。
研究結論與意義
該研究利用體積電子顯微鏡成功解析了鳀魚視網膜中三種水平細胞的形態、連接規則及相關結構，揭示了其偏振對比視覺系統與內視網膜雙色對比機制的關聯，提出鳀魚多錐可能由紅（現長錐）和綠（現短錐）錐進化而來，且相關視網膜區域的藍單錐消失。研究結果為理解脊椎動物偏振視覺的進化提供了重要證據，表明鳀魚的多錐偏振系統可能基于原始的雙色對比神經環路，無需完全重構即可實現功能特化。此外，對 H1 軸突終末層和 Müller 帶結構的闡明，為進一步研究其生理功能奠定了基礎。該研究不僅拓展了對魚類視網膜神經連接組學的認識，也為探索脊椎動物視覺多樣性的分子和細胞機制提供了新視角。
