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第十二章 神经元间的信号转导 神经元间的相互联系的三种方式 间隙连接 代谢偶联 电偶联 化学信号 细胞间接触依赖性通讯 本章主要内容 神经元和神经元回路 突触的形式和微回路 化学性突触的结构和分类 化学突触的信息转导 电突触 神经元受体信息转导机制 一 神经元和神经元回路 一 神经元的独特结构 具有极性和高度特化 具有对化学刺激整合的能力 电信号可沿轴突传递至递质分泌点脑的信息整合功能主要是由神经元间的突起及其组成的复杂网络实现的 胞体 树突 轴突 胶质细胞 终末 1 轴突 发自神经元胞体的纤细管状结构 每个神经细胞仅有一条 起始段的圆锥状结构 轴丘 粗细均一 其形状由细胞骨架维持 末端分支的纽扣状的膨大 终扣 功能 轴浆运输 信息传递 2 树突 短而粗的树枝状突起 其上的指状突起 树突棘 存在多种细胞器 功能 接受传入信息 活动的主要形式 局部电压变化 具有分泌功能 3 突触 synapse 两个神经元间的接触点 特化的细胞连接 功能接触 无原生质相通 分为两类 化学性突触 单向性 电突触 双向性 功能 神经元间的信息传递 二 神经元的分类投射神经元 长轴突 其终末和胞体不在同一核团内 远距离作用局部回路神经元 局部回路神经元是指那些仅与同一核团或脑区内邻近神经元相接触 而不与远距离的脑组织或器官内的细胞相接触的神经元 广泛分布于CNS 在人CNS 局部回路 投射 3 1 多为抑制性神经元 动物越复杂 局部回路神经元数目越多 三 局部神经元回路 localneuroncircuit LNC 是指主要由局部回路神经元构成的独立联系环路 可由1个或几个局部回路神经元构成 可由局部回路神经元的1个树突 细胞膜的一部分构成 可包括投射神经元的胞体和树突 局部神经元回路的功能 整合局部水平的信息Economo系数G CG 代表灰质的容积C 代表神经元胞体容积G C比值越大反映局部神经元回路越丰富微回路 由数个局部回路神经元的树突或树突的一部分构成的局部神经元回路 1 回返型回路是指某一中枢的神经元兴奋时 经过轴突分支兴奋一个局部回路神经元 这个局部回路神经元的轴突返回来又与同一中枢原先产生兴奋的神经元发生联系 其作用是使头脑同一中枢内的许多神经元的活动一致 2 前馈型回路存在于外膝体由视束纤维或其侧支 通过抑制性神经元到接替细胞的回路 传入侧支性抑制 3 交互型回路a b神经元两边的树突既可作为突触前膜而传递信息 又可作为突触后部而接受冲动 二 突触的形式和微回路 一 突触的形式 轴 树突触 轴 体突触 轴 轴突触 树 树突触 交互型突触 串连性突触 自身突触 突触小球 轴 体突触 轴 树突触 轴 轴突触 1 轴 树突触又分为三个亚型 初级型 树突的主干上 次级型 树突干上 棘型 树突棘上棘器 在树突棘内的特殊结构与学习机制有关 2 轴 体突触 其数量因部位不同而异 有对称的 也有不对称的 有被交质细胞所包过绕 有不被交质细胞所包过绕 3 轴 轴突触突触后部可为 轴突终末 轴突的起始段4 树 树突触首先发现于嗅球神经元不仅用树突传入冲动 还可用树突传出冲动 5 交互性突触同一突触间隙呈两个相反的传导方向 两个化学突触 混合突触6 串连性突触 轴 轴 树 轴 树 树 树 轴 树 7 自身突触起暂时抑制作用 轴突 树突型 树突 树突型8 突触小球以轴突终末为中心 周围绕以树突干 树突棘或其他轴突终末 外包胶质细胞突起 二 微回路 microcircuit 是局部回路神经元的胞体 树突 轴突形成一个或几个突触 是独立的整合单位 执行信息处理的初级阶段 分为几个类型 1 突触性分散一个动作电位可同时引起多个兴奋性性突触后电位 EPSP 2 突触性聚合两个轴突终末a和b与树突d形成轴 树突触 a b终末冲动产生的EPSP可发生总和 3 突触前抑制通过轴 轴突触的活动 导致突触前膜递质释放量减少 在突触后膜上引起EPSP减少 不容易或不能使突触后神经元兴奋 4 前馈抑制轴突终末a与接替神经元b和局部回路神经元c形成轴 树突触 产生EPSP 但c与b形成树 树抑制性突触 抑制了a对b的兴奋 5 返回抑制细胞a的冲动通过1 2 3传递 同时又通过6 5在棘内产生EPSP 又通过5 6返回到6 产生抑制性电位 IPSP 三 化学性突触的结构与分类 一 化学性突触的超微结构1 突触前部多数为轴突细支末端的终扣或过路结过路结 串珠样 一纤细的无髓纤维中间连有多个膨大部分 与多个突触后部形成突触 1 突触前膜 presynapticmembrane 是5 7nm厚的特化膜 突触前致密突起 胞质面增厚肌动蛋白丝 胞衬蛋白 突触前囊泡网格 胞吐的部位囊泡附着位点 突触孔 钙离子通道 小清亮突触囊泡 SSV 突触素 synapsin 突触活性区 2 微管和神经细丝 常见于轴突终末的中心区 与线粒体及突触囊泡伴随 能结合突触囊泡蛋白 3 突触囊泡 小清亮突触囊泡 含经典递质的囊泡圆形囊泡 40 50nm 兴奋性扁平囊泡 长50nm 宽20nm 多形性囊泡 抑制性 小颗粒囊泡 大致密核心囊泡 LDV 大颗粒囊泡 LGV 突触囊泡的生成小清亮突触囊泡 起源还很不清楚在胞体形成 经轴浆流运送至终末SSV膜蛋白是由核周质的粗面内质网合成 输送至轴突 来自轴浆流中的多形性泡和管状结构大致密核心囊泡 LDV 粗面内质网 4 线粒体 2 突触后膜 突触后膜致密区 PSD 盘状 中央有孔 厚薄不一 约50 60nm 由细丝和颗粒组成含70多种蛋白 突触下网 致密小体 3 突触间隙宽约20 40nm 醛固定 充有雾样物质 碘化铋染色 两条致密层 梯度离心的突触小体 前 后膜之间有物质粘着在一起 二 化学性突触的分类Gray分型 Gray 突触间隙较宽 有致密带突触后膜物质厚而致密属于兴奋性 不对称 S型Gray 突触间隙窄 无致密带突触后膜增厚较少属于抑制性 对称 F型 Gray Gray 突触囊泡的形态与其中所含的神经递质的性质有关 乙酰胆碱 S型 氨基丁酸 F型 甘氨酸 F型 P物质 S型 谷氨酸 S型 去甲肾上腺素 C型 5 羟色胺 C型 四 化学突触的信号转导 一 递质的量子释放和囊泡假说递质的量子释放学说终板电位是由多个同步释放的量子作用于接头后膜而引起的电位变化 突触小泡假说递质释放的最小单位 量子 应是由单个突触小泡内释放出来的乙酰胆碱量 二 递质的自发释放与调节释放自发释放 随时出现 形状与终板电位相似 0 5mV 20ms小终板电位 mEPP 小兴奋性突触后电位 mEPSP 小抑制性突触后电位 mIPSP 调节释放当有神经冲动传到突触扣时 才有相当数量的量子同步释放 三 突触的递质释放机制1 Ca2 内流突触前膜发生除极 Ca2 通过电压门控Ca2 通道 沿浓度差流入突触扣内 突触前膜的Ca2 通道 集中于面对突触后膜的区域 毒素 conotoxin有高度特异性三个方面的作用 只需活动区附近的Ca2 升高 更加有效 迅速终止递质的释放 2 活动区发生胞吐胞吐 是囊泡膜与质膜融合 将其内含物排到泡外的过程 1 SSV与LDV具有不同胞吐方式 发生上来源不同 所含的神经递质有区别 分布不同 结构不同 2 SSV的胞吐机制 可释放囊泡 储备囊泡 动员 将锚在细胞骨架上的储备囊泡解除制约 可以移动突触素 磷蛋白附着于囊泡膜的胞质面非磷酸化型与细胞骨架有很大的亲和力 锚靠在突触前膜 摆渡或停靠 被解锚下来的囊泡被摆渡或靶向到活动区 在Rab3的小分子G蛋白的作用下实现 着位 被摆渡到活动区的囊泡固定在突触前膜的过程 NSF N 乙基马来亚酰胺敏感性融合蛋白SNAP 可溶性NSF附属蛋白SNARE SNAP受体 vSNARE 囊泡受体 囊泡膜又称为 VAMP 囊泡相关膜蛋或synaptobrevin 突触小蛋白tSNARE 靶受体 突触前膜syntaxin 突触融合蛋白SNAP 25 突触体相关蛋白 25 融合 囊泡膜与突触前膜连接起来融合的障碍 融合钳带负电荷 亲水作用克服 Ca2 中和负电荷磷脂修饰酶的作用synaptotagmin 突触结合蛋白突触囊泡上的膜整合蛋白细胞质部分含两个C2域Ca2 结合蛋白 胞吐 膜融合蛋白 突触蛋白囊泡膜壁上的糖蛋白 跨膜4次 可结合Ca2 磷酸化修饰融合孔形成模型 两组半通道分别位于质膜 囊泡膜Ca2 打开通道膜结构融合 递质释放 3 LDV的释放机制 借鉴于分泌颗粒的研究calpactin 可能参与LDV融合及胞吐3 囊泡膜再循环胞吐后囊泡膜的回收过程HRP示踪研究 神经末梢内吐 SSV膜再循环的过程 SSV导入突触活动区形成胞吐 囊泡壁与质膜融合并转移到非活动区 胞吞形成有衣小泡 外衣脱落 与内膜系统相融合 囊泡装载递质 以备释放 应用黑寡妇蜘蛛的提取物 LTX的研究缺Ca2 时 质膜表面积增加 突触素 和突触蛋白见于突触前膜以外的质膜上有Ca2 时突触素 和突触蛋白又出现在囊泡膜上 而质膜不再被标记 四 递质释放的调节1 自身调节自身受体 接受自身产生递质的受体自身调节 一个神经元末梢释放的递质与本身神经元的突触前受体结合而发挥调节作用 负反馈调节 突触前 受体 M受体正反馈调节 突触前 受体 N受体 2 异位调节一个神经元末梢释放的递质与邻近神经元的突触前受体结合 调节邻近神经元递质的释放 肾上腺素能纤维末梢的突触前M受体胆碱能纤维末梢的突触前 受体 3 跨突触调节效应细胞在神经递质的作用下发生兴奋 在其兴奋时所产生的某些物质与支配它的神经末梢的突触前受体结合 调节该纤维的递质释放 前列腺素E与肾上腺素能的突触前前列腺素受体结合而抑制去甲肾上腺素的释放 4 突触前抑制和易化突触前抑制 通过轴 轴突触的活动 导致突触前膜递质释放量减少 在突触后膜上引起EPSP减少 不容易或不能使突触后神经元兴奋 突触后膜的兴奋性没有改变 不产生IPSP EPSP减少 突触前易化 与突触前抑制正好相反 在与突触前抑制同样的结构基础上 当到达神经末梢的动作电位时程延长 Ca2 通道开放的时间延长时 运动神经元上的EPSP增大 五 化学突触的突触后抑制1 快速与缓慢化学传递快速传递 几毫秒内完成 突触后膜上的受体为离子通道介导快速传递的神经递质有 谷氨酸 乙酰胆碱 甘氨酸 氨基丁酸 缓慢传递 非突触性化学传递 作用缓慢 神经肽作为信使 突触后膜上的受体并非离子通道 递质释放在非突触部位 G蛋白参与 含递质与激素传递的双重特点 2 快速化学传递的突触后抑制 1 兴奋性突触后电位 EPSP 突触后膜在递质的作用下 发生去极化改变 并以电紧张形式扩布到整个神经元 局部电位变化 不能传导 非全或无式反应 大小与刺激强度有关 产生的机制为Na 和K 的通透性同时增加 2 抑制性突触后电位 IPSP 突触后膜在递质的作用下 发生超极化改变 使该突触后神经元对其他刺激的兴奋性降低 需要有局部回路神经元参与 局部电位变化 3 兴奋性与抑制性突触后电位的总和空间总和 几个EPSP同时发生导致突触后细胞产生动作电位 时间总和 连续突触传递过程中产生的EPSP或IPSP的效果被总和 3 缓慢化学传递的机制肽类递质 普遍存在于CNS 在脑中具有分布特异性 介导的电位具有多样性 可微调反应的大小 形状和时程 在高频电刺激下释放 装载在大囊泡中 五 电突触 一 结构又