Cell Reports丨邱伟/李莎莎/肖冬长/孙坚团队揭示跨物种视觉适应分子特征
近日，我院脑病中心邱伟、内分泌与代谢病学科李莎莎，联合中山眼科中心肖冬长、华南农业大学孙坚等在Cell Reports杂志 (中科院一区Top）发表了题为“Cross-Species Single-Cell Transcriptomic Atlas of Retinal Photoreceptors Reveals Molecular Signatures Underlying Color Vision Adaptation” 的研究论文。
原文链接 https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116164
视网膜病变常累及视锥与视杆细胞，常见病因包括糖尿病视网膜病变，高血压视网膜病变，黄斑变性等。近年，越来越多研究证实“神经系统疾病早期即可出现视网膜病”，包括神经变性疾病，如帕金森病1、阿尔茨海默症2。而神经免疫性疾病，如经典的多发性硬化症3（MS）早期即有视网膜细胞损伤；国内解放军总医院魏世辉/陈霆隽团队近期通过动物实验证实，东方人群多见的视神经脊髓炎（NMO）也可以出现视网膜损伤，填补了传统的NMO视神经损伤的理论4。“视网膜”这一特殊器官，正逐渐成为神经系统疾病早期筛查的目标。视觉障碍不仅包括视力障碍，还包括色觉障碍，即使患者在视力正常时，也可有色觉受损，这往往被忽视。色觉损伤机制及治疗近年成为神经科学研究热点。
研究流程图
研究首先采集人、猴、螈、鼠、龟、蜥、猪、鸭、鱼、鸡、刺猬、貂、鹦鹉、雀、蛇、猫、犬等24种脊椎动物的视网膜细胞，进行单细胞测序，建立scPred分析模型，分析转录谱特征，并通过FACS、qRT-PCR和FISH进行功能验证。发现视网膜中主要的8种视网膜细胞类型和基因表达谱存在保守性，进化过程中同一物种亚类间的存在相似性，但随着物种进化演变，包括视杆细胞在内的细胞类型转录谱特征越来越接近于人的基因谱特征（图1）。
图1 跨物种视网膜单细胞测序
其次，研究发现感光细胞（视杆细胞和视锥细胞）的色觉调控的核心转录程序及共表达的基因，NCOA2基因和ADGRB3基因（图2）及视蛋白表达模式在跨物种间存在显著差异。
图2 跨物种视杆细胞和视锥细胞保守基因及FISH验证
同时，研究证实人类三种视锥细胞受到不同的代谢模式和关键转录因子的调控。其中，OPN1SW型视锥细胞、OPN1MW型视锥细胞中脂肪酸生物合成代谢活跃，OPN1LW型视锥细胞中FOXO3转录因子高表达（图3）。
图3 不同视锥细胞亚型中转录因子及代谢模式
之后，研究人员绘制了色觉相关疾病谱（视力障碍和失明、色盲、先天性黑朦、色弱、先天性静止性夜盲症、视网膜疾病、视网膜色素变性、视锥/视杆细胞营养不良和黄斑变性），分析色觉易感基因（GUCA1A、 HRG4 、GNAT等）在跨物种视网膜细胞中表达差异。结果表明，色觉易感基因主要在视锥细胞、视杆细胞和视神经节细胞中表达，不同物种中的表达存在差异（图4）。
图4 色觉相关疾病易感基因在不同视网膜细胞类型中的表达差异
最后，为进一步探索未来适合不同色觉障碍疾病的动物模型，研究人员分析了人类视锥细胞中的基因表达，并与其他脊椎动物的基因表达进行比对，发现雪貂更适用于人类视锥细胞疾病，而猪更适用于先天性静止性夜盲症和视网膜色素变性模型等（图5）。
图5色觉障碍相关疾病适合的疾病动物模型
该研究从物种演化的角度揭示了调控不同物种视网膜色觉感受器的色觉适应的分子特征，分析了参与调控不同类型色觉感受器细胞的代谢模式和分子调控机制，有助于指导视觉相关疾病研究及临床前试验， 包括为神经免疫性疾病视觉障碍的机制研究提供理论依据；筛选视网膜病变生物标志物，为建立分子检测-诊断-治疗提供靶标；对视觉障碍，尤其是色觉障碍患者，包括神经变性疾病以及“先天性色盲”等罕见病，进行跨物种视锥细胞/视网膜移植、特定基因修饰治疗、特定转录因子靶向药物治疗提供依据；指导动物选择，为建立相关人类疾病动物模型提供依据。
脑病中心李志彬、鲁玉宝、言诚开、舒崖清、张良明等为共同作者。中山眼科中心杨晖、向孟清、冀建平、欧展聪，深圳理工大学曹罡、暨南大学李晓江，北京协和医学院苏州系统医学研究所陈东升等为本研究提供了重要支持。
【参考文献】
- Lin J. J Neurol. 2025.
- Kim HJ. PLoS One. 2022.
- Vidović T. Acta Clin Croat. 2023.
4. Chen B. J Neuroinflammation. 2025.
