神经生物学――突触

神经生物学南京医科大学生理学系高兴亚[e-mail]2007年12月一个神经元的轴突末梢与其他神经元的胞体或突起相接触，相接触处所形成的特殊结构称为突触（synapse)。胞或腺体细胞）则通过接头(junction)而实现的。电传递（电突触）传递方式化学传递（突触+非突触化学传递）第二节神经元间信息的传递一、经典突触人类CNS内大约有1014个。脊髓前角神经元平均有2000个突触联系，皮层神经元则因为3万个。突触的分类①轴突-树突式突触②轴突-胞体式突触③轴突-轴突式突触（一）突触的微细结构突触前膜7.5nm突触间隙20～40nm突触后膜7.5nm突触前膜内侧有致密突起与网格形成囊泡栏栅。突触小体轴浆内有较多线粒体和大量含有各种递质的囊泡（突触小泡）。突触后膜上存在相应的特异性受体或化学门控性通道。突触几种特殊形式突触示意图（二）突触的传递过程兴奋传至神经末梢↓突触前膜去极化↓前膜电压门控式Ca2＋通道开放↓Ca2＋进入突触前膜↓神经递质通过出胞作用释放到突触间隙↓递质作用于突触后膜的特异性受体或化学门控式通道↓突触后膜上某些离子通道通透性改变↓某些离子进入突触后膜↓后膜去极化或超极化（突触后电位）电-化学-电的传递过程量子性释放ACh以囊泡包装，整囊泡释放Ca2＋作用递质释放的偶联因子，前膜去极化Ca2＋内流，然后触发囊泡向前膜移动并释放递质受体（receptor）受体是指细胞膜或细胞内能与某些化学物质（如递质、调质、激素等）发生特异性结合并诱发生物效应的特殊生物分子。位于细胞膜上的受体是带有糖链的跨膜蛋白质分子。激动剂（agonist）：能与受体特异性结合并产生生物效应的化学物质。拮抗剂（antagonist）：能与受体特异性结合但不产生生物效应的化学物质，又称阻断剂。配体（ligand）受体与配体结合的特性①特异性②饱和性③可逆性激动剂拮抗剂1.配体——受体对应（数个受体亚型）例如：NA－－α1、α2、β1、β2、β32.突触前受体(presynapticreceptor)：存在于突触前膜，又称自身受体(autoreceptor)如α2受体。大多负反馈控制递质释放。3.根据受体作用机制分为两大家族：①化学(配体)门控通道；②激活G-蛋白和蛋白激酶途径产生效应的受体(多数)4.脱敏现象：受体长时间暴露于配体时，大多数受体会失去反应性，即脱敏现象。同源脱敏(homologousdesensitization)异源脱敏(heterologousdesensitization)神经递质的受体突触后电位(postsynapticpotential)递质与突触后膜上的受体结合后，引起的突触后膜的电位变化，具有局部电位的性质。根据突触后膜发生去极化或超极化分为兴奋性突触后电位(EPSP)和抑制性突触后电位(IPSP)。（1）兴奋性突触后电位（excitatorypostsynapticpotential，EPSP）突触前膜释放兴奋性递质→作用于突触后膜上的受体→后膜对Na＋和Ca2＋的通透性↑→局部膜的去极化→总和达阈电位→动作电位。（三）突触后神经元的电活动变化EPSP总和达阈电位，爆发动作电位（2）抑制性突触后电位（inhibitorypostsynapticpotential，IPSP）突触前膜释放抑制性递质→作用于突触后膜的受体→后膜上的Cl-通道开放→Cl-内流→超极化(抑制）突触后膜的电位改变取决于同时产生的EPSP和IPSP的代数和。当突触后神经元的膜电位去极化到阈电位（轴突始段达到52mV左右），就可以引发动作电位。轴突始段是首先爆发动作电位的部位。始段爆发的动作电位向两个方向扩布，逆向扩布的动作电位将刷新神经元胞体的状态。（四）突触后神经元在产生动作电位时的运算过程Threesynapticjunctions,eachreleaseanexcitatoryneurotransmitterThreesynapticjunctions,2arestimulatory,1isinhibitory.Ifsubthresholdstimuliareveryfarapartintime,actionpotentialdoesn’toccur.Subthresholdstimuliarriveatthetriggerzonewithinashortperiodoftime.兴奋传至神经末梢↓突触前膜去极化↓前膜电压门控式Ca2＋通道开放↓Ca2＋进入突触前膜↓兴奋性递质通过出胞作用释放到突触间隙↓递质作用于突触后膜的特异性受体或化学门控式通道↓突触后膜上Na＋或Ca2+通道开放↓Na＋或Ca2+进入突触后膜↓突触后膜去极化(EPSP)↓总和达阈电位↓动作电位(兴奋）兴奋传至神经末梢↓突触前膜去极化↓前膜电压门控式Ca2＋通道开放↓Ca2＋进入突触前膜↓抑制性递质通过出胞作用释放到突触间隙↓递质作用于突触后膜的特异性受体或化学门控式通道↓突触后膜上Cl－通道开放↓Cl－进入突触后膜↓突触后膜超极化（IPSP）（抑制）兴奋性突触和抑制性突触传递的比较中枢抑制突触后抑制突触前抑制传入侧支性抑制（交互抑制）回返性抑制1.突触的抑制(1)突触后抑制（postsynapticinhibition)发出侧支，兴奋抑制性中间神经元，释放抑制性神经递质→突触后神经元产生IPSP（抑制）。（五）突触的抑制和易化传入纤维兴奋某一中枢神经元的同时，其侧支兴奋另一抑制性中间神经元，通过抑制性递质转而抑制另一中枢，后者常为功能相反的中枢，故又称交互抑制(reciprocalinhibition)。①传入侧支性抑制(afferentcollateralinhibition)伸肌肌梭传入冲动兴奋伸肌运动神经元，并通过抑制性中间神经元抑制屈肌运动神经元。意义：使不同中枢间的活动协调起来。某一中枢的神经元兴奋时，其侧支兴奋另一抑制性中间神经元，后者兴奋冲动经轴突回返来又抑制原先发动兴奋的神经元及同一中枢的其他神经元。脊髓前角神经元→闰绍细胞→回返轴突释放甘氨酸→抑制原先发动兴奋的神经元和其他神经元，防止过度兴奋，协调各神经元的活动（负反馈）。甘氨酸受体拮抗剂士的宁或破伤风毒素破坏Renshaw’s细胞的功能→强烈的肌痉挛。意义：使神经元的活动能及时终止，同一中枢许多神经元的活动步调一致。②回返性抑制（recurrentinhibition）(2)突触前抑制抑制发生在突触前膜，结构基础为轴-轴突触，减少兴奋性递质的释放，使神经冲动传到该突触时不易或不能引起突触后神经元兴奋（EPSP减小或消失）。一般存在于感觉传入系统中。末梢B兴奋时释放某种递质→使末梢A去极化→传到末梢A的动作电位幅度↓→进入末梢A的Ca2＋数量↓→末梢A释放的兴奋性递质↓→突触后膜的EPSP↓。ABABSynapticmodulationattheaxonterminal特点：潜伏期长(20ms达高峰)、抑制作用持续时间长(100-200ms)。意义：控制从外周传入中枢的感觉信息，对感觉传入的调节具有重要的作用。突触前抑制可发生在各类感受器传入活动之间，也可发生在同类感受器的不同感受野活动之间。突触前抑制的特点和意义2.突触的易化突触后易化：突触后膜EPSP→膜电位靠近阈电位水平→易爆发动作电位。突触前易化：发生在突触前膜，结构基础为轴-轴突触。到达末梢A的动作电位时程↑→Ca2+通道开放时间↑→EPSP↑→突触后神经元的兴奋性升高。A（六）突触传递的调制1.对递质释放的调制：递质释放量主要取决于进入末梢的Ca2＋量。突触前抑制、突触前易化、强直后增强、习惯化、敏感化均可改变突触前膜的Ca2＋内流量，从而影响递质释放量。突触前受体：某些神经递质或调质可作用于突触前膜的受体，促进或抑制递质的释放。2.对后膜受体的调制：受体上调(upregulation)：递质或激素↓→受体数量↑亲和力↑受体下调(downregulation)：递质或激素↑→受体数量↓亲和力↓受体下调机制：内化(internalization):受体进入细胞内，数量减少。脱敏(desensitization):受体蛋白化学修饰，亲和力降低。（七）突触的可塑性(plasticity)突触的可塑性：突触传递的功能可发生较长时程的增强或减弱。在学习和记忆等脑的高级功能中有特别重要的意义。1.强直后增强(posttetanicpotentiation)：当突触前末梢接受一短串强直性刺激后，突触后神经元的突触后电位发生明显增强现象。持续60s之久。Ca2＋在突触前神经元内积累→释放递质增多。2.习惯化和敏感化：习惯化(habituation)：当较为温和的刺激一遍又一遍地重复时，突触对刺激的反应逐渐减弱甚至消失。重复刺激→Ca2＋通道逐渐失活→Ca2＋内流↓→释放递质↓。敏感化(sensitization)：重复性刺激(尤其是有害刺激)使突触对刺激的反应性增强，传递效能增强。Ca2＋内流↑→释放递质↑。3.长时程增强和长时程抑制A.长时程增强(long-termpotentiation，LTP)：突触前神经元在受到短时间内快速重复性刺激后，突触后神经元所产生的一种快速形成的和持续性的突触后电位增强。持续时间比强直后增强长得多，最长可达数天。与突触后神经元细胞内Ca2＋的增多有关。B.长时程抑制(long-termdepression，LTD)：突触前神经元在受到短时间内快速重复性刺激后，突触的传递效率长时程降低。LTP与LTD产生机制相似，都是Ca2＋进入突触后神经元引起，但有所不同：LTD：少量Ca2＋内流，轻度去极化(20mV)LTP：大量Ca2＋内流，去极化大的多。二、电突触传递结构基础：缝隙连接(gapjunction)：细胞膜间隔20Å，每侧膜上都整齐地排列多个“颗粒”，每个“颗粒”由6个蛋白质亚基包绕而成，颗粒中心是一条亲水性孔道，允许水、离子、氨基酸及其他小分子物质通过。通道电阻低，局部电流可经过通道从一个细胞传到另一个细胞。传递特点：双向性、速度快、几乎不存在潜伏期。意义：促进不同神经元产生同步性活动。三、接头传递神经－平滑肌和神经－心肌接头：非突触性化学传递。交感神经节后神经元支配平滑肌和心肌，肾上腺素能神经元的轴突末梢分支上的成串珠状的膨大结构——曲张体(varicosity)，内有大量的小而致密的突触小泡，小泡内含有去甲肾上腺素。每个神经元的轴突末梢上约有20000个曲张体，可支配许多平滑肌细胞。神经冲动到达曲张体→递质从曲张体释放→扩散到达平滑肌膜受体→平滑肌细胞产生效应。非突触性化学传递也见于中枢。非突触性化学传递的特点1.不存在突触前膜与后膜的特化结构；2.不存在一对一的直接支配关系；3.曲张体与效应器细胞间的距离较远；4.传递所需时间可大于1s；5.释放的递质能否产生效应，取决于效应器细胞上有无相应受体。接头后膜电位：兴奋性接头电位(excitatoryjunctionpotential,EJP)抑制性接头电位(inhibitoryjunctionpotential,IJP)四、神经递质和受体（一）神经递质（neurotransmitter）神经递质是指由突触前神经元合成并在末梢处释放，经突触间隙扩散，特异性地作用于突触后神经元或效应器细胞上的受体，引致信息从突触前传递到突触后的一些化学物质。“迷走素”的发现刺激迷走神经↓蛙心活动㈠↓将灌流液转移到另外一个蛙心制备↓后一个蛙心㈠Loewi于1921年在蛙心灌注实验中乙酰胆碱①有递质的前体与酶系统；②递质贮存突触小泡内，冲动抵达时能释放递质；③递质作用于后膜上的特异受体发挥生理作用，人为施加递质应能引致相同的生理效应；④失活方式；⑤有特异的受体激动剂和拮抗剂。2.调质的概念在神经系统中，有一类化学物质，虽然由神经元产生，也作用于特定的受体，但它们并不是在神经元之间起直接传递信息的作用，而是调节信息传递的效率，增强削弱递质的效应，因此将这类化学物质称为神经调质（neuromodulator），并将调质所发挥的作用称为调制作用(mod