编者按：跨模态可塑性（Cross-Modal Plasticity）是指感觉剥夺会促使皮层结构和功能发生重组，从而使完整的感觉系统占据丢失感觉系统的过程。由于跨模态可塑性的存在，一方面听觉和触觉等某一种感觉的剥夺会激活视觉补偿可塑性，增强视觉感知的敏感度，另一方面先天视觉缺失（失明）会促使视觉皮层在接收及处理触觉信息时也发挥功能。人类的这种触觉-视觉重组主要发生在幼年时期，这提示触觉-视觉的跨模态可塑性可能与视觉发育期有关，一扇新的研究大门就此打开。上海市第一人民医院张敬法教授团队联合上海大学生命科学学院王娇副教授团队在此方面进行了深入研究，探讨了小鼠胡须触觉剥夺在发育早期对视觉的影响，该文章已于2023年2月被国际知名SCI期刊HELIYON（IF 3.776）接收。

研究背景

胡须作为小鼠触觉信息输入的器官，其完整性对小鼠正常探索活动非常重要，但是关于胡须剥夺对发育期小鼠视觉发育的影响及其具体机制尚不清楚。研究小鼠视觉发育早期剥夺其胡须信息的输入对视觉可塑性和视觉系统结构的影响及其机制，对于早期发育神经回路的研究具有重要意义，同时也对视觉疾病的早期干预具有一定的指导作用。

张敬法教授、王娇副教授团队的这项合作研究通过在小鼠出生后12~18天（P12-P18）剪去其双侧胡须来研究胡须剥夺对视觉跨模态发育的影响。该研究可能为进一步研究跨模态可塑性的机制奠定坚实的基础，特别是为触觉-视觉的跨模态发育机制的研究提供新的见解。

研究结果

研究人员对双侧胡须剥夺的小鼠进行了视觉功能检测，并利用转录组测序、Western Blot和免疫荧光等技术探究了触觉-视觉的跨模态发育的分子机制，得到了以下研究结果：

在早期视觉发育过程中，胡须剥夺会导致暂时性的视觉功能障碍，在P45天可以恢复正常；

图1. 胡须会影响小鼠早期发育阶段的视觉敏锐度

与视网膜疾病相关的风险基因RPGR、Rb1的下调造成了暂时性视觉功能障碍；

图2. 剥夺胡须会影响视网膜的基因表达

发育早期胡须剥夺抑制了PI3K/AKT/ERK信号通路；

图3. 剥夺胡须会抑制PI3K/AKT/ERK信号传导途径

CRYAA和GJA8的高表达水平促进发育后期的视觉恢复；

图4. 剥夺胡须后视网膜发育相关基因的高表达水平

人类早期视网膜发育依赖于CRYAA和GJA8。

图5. CRYAA和GJA8的高表达水平促进了小鼠在发育后期的视觉恢复

图6. 人类早期视网膜发育依赖于CRYAA和GJA8

研究结论及启示

张敬法教授、王娇副教授团队开展的这项研究结果表明，胡须剥夺造成的触觉缺失会通过抑制PI3K/AKT/ERK信号通路，调控RPGR、Rb1表达的下调阻碍视觉的早期发育，而由于跨模态可塑性的存在，胡须剥夺同时又刺激了GJA8和CRYAA的高表达，使发育后期视力水平恢复。

这项研究不仅证明了胡须触觉输入信息对视觉早期发育的重要性，更体现了生物体内神经发育的平衡机制，为开展后续相关研究奠定了坚实基础，并指明了新的研究方向。

文章相关信息

文章标识：CRYAA and GJA8 promote visual development after whisker tactile deprivation, HELIYON (2023), doi: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e13897.

文章作者：Shibo Zhang, Cuiping Liu, Qian Wang, Haicong Zhou, Hao Wu, Junyi Zhuang, Yiyang Cao, Hongwei Shi, Jingfa Zhang*, Jiao Wang*. （* 共同通讯作者）

通讯作者介绍：

通讯作者：张敬法教授

张敬法，上海市眼科研究所副所长。研究员，副主任医师，博士研究生导师，哈佛大学医学院博士后，上海市浦江人才。中国医师协会眼科医师分会第五届委员会基础研究与临床转化副主任委员（兼秘书）、中国老年医学学会眼科分会青年委员会副主任委员、上海市生物医药行业协会精准医疗专业委员会常委等。临床及科研方向为眼底病发病机制及治疗，聚焦糖尿病视网膜病变和年龄相关性黄斑变性。

通讯作者：王娇副教授

王娇，上海市“青年东方学者”，分子神经生物学博士，上海大学生命科学学院副教授，硕导。2013年加拿大英属哥伦比亚大学博士后出站，合作导师：Robert S Molday 院士，2014年任上海大学生命科学学院讲师，2018年任上海大学生命科学学院副教授。主要从事分子神经科学研究，主要涉及相关膜蛋白及非编码RNA在神经退行性疾病的中的发病发展机制及其治疗中的作用。主持和参与国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、面上项目、青年项目、上海市科委重大科技项目、自然科学基金多项国家级及省部级基金10余项，共计发表60余篇文章，总计影响因子超过300。