第四章突触传递和突触活动的调节

第四章突触传递和突触活动的调节,什么叫突触？,神经动作电位可传递神经元之间或神经元与肌细胞之间在结构上无直接联系突触突触：将一个神经元冲动传到另一个神经元或传到另一细胞的特殊结构,突触的两种类型,电突触：允许离子电流从一个细胞直接流入另一个细胞化学突触：通过突触前神经元释放的化学递质与突触后细胞膜上的特异受体相互作用完成信息的传递。,第一节神经肌肉接头,运动神经与骨骼肌纤维之间的突触称为神经肌肉接头，又叫运动终板；神经肌肉接头是连接神经电信号和骨骼肌收缩过程的中间桥梁。,运动终板扫描电镜像,一、神经-肌肉接头的结构及传递特征二、神经-肌肉传递的过程和机理三、影响神经-肌肉接头传递的因素,一、神经肌肉接头的结构和传递特征,在光学显微镜下观察，轴突在临近末梢时，反复分支而形成大量的终末前细支，后者进一步脱去髓鞘成为非常纤细的、裸露的无髓终末，其末端形成大小不等的梅花状膨大终止于肌纤维上。每一根无髓终末支配一根肌纤维。,同一根轴突的全部分支及其所支配的肌纤维，称为运动单位(motorunit)。运动单位的大小不一，最多可包括200多条肌纤维。,神经肌肉接头的结构,在电镜下观察，接头结构可分为三部分：突触前末梢(presynapticterminal)，其中的末梢膜，为突触前膜(presynapticmembrane)；突触后膜，又称终板(end-plate)，与突触前膜相对的肌膜是为突触后膜(postsynapticmembrane)，又称终板膜(end-platemembrane)；两层膜(合称突触膜)之间的间隙称为突触间隙(synapticcleft)。突触膜与毗邻的非突触膜(一般的轴突膜和肌膜)相比，呈现明显增厚，是特化的轴突膜及肌膜。,突触前末梢内含有大量直径约为50nm的囊泡状结构，称为突触囊泡(synapticvesicle)，是突触部位最具特征性的结构。组织化学研究表明，囊泡内含有乙酰胆碱(acetylcholine，ACh)，是在突触的胞浆内合成并由囊泡摄取贮存于其内的。神经肌肉传递是由囊泡释放ACh为中介而完成的。,运动终板超微结构模式图,神经肌肉兴奋传递的特征,单向传递：兴奋只能由神经纤维传向肌纤维，即由突触前膜传向突触后成分，而不能向相反方向进行；突触延搁(synapticdelay)：与冲动在同一细胞范围内的传导速度相比，兴奋通过突触的传递是极其缓慢的，如哺乳动物的眼肌，突触间隙只有2050nm的距离，兴奋的传递却要耗费0.5ms。在蛙的骨骼肌，传递时间竟长达34ms；高敏感性：神经肌肉接头易受许多物理、化学因素的影响，易产生疲劳。,二、神经肌肉接头的信号传递,过程：神经纤维兴奋(神经冲动)神经终末Ach释放Ach通过突触间隙扩散与后膜AchR结合后膜去极化(终板电位)肌膜动作电位肌肉收缩,电信号,化学信号,电信号,运动神经纤维末梢释放乙酰胆碱(Ach)电-化学转换,胆碱能神经元在轴浆内合成ACh，贮存在末梢的囊泡内。安静状态时，少量囊泡随机地释放，作用于突触后膜，在终板膜产生微终板电位。当神经冲动传至末梢时，末梢去极化，末梢的膜的Ca2+通道开放，Ca2+内流，囊泡中的ACh大量释放。,（一）神经肌肉接头的信号传递过程,终板电位、肌膜AP的产生化学-电信号转换,Ach与突触后膜上的AchR结合，引起突触后膜上的离子迁移和小终板电位产生，随之产生终板电位，后者达到阈值后可触发肌细胞产生可传布的动作电位，引起肌肉收缩。,1.ACh是神经肌肉传递的递质,在生理条件下，神经冲动促使突触前末梢释放ACh，后者经突触间隙扩散至终板膜，与位于其外侧面上的乙酰胆碱受体结合，导致终板电位，随即被AChE水解而失活。,2.Ca2+是神经冲动导致突触前终末释放ACh的偶联因子,神经冲动传导到突触前终末进而引起ACh释放，这个过程就称为兴奋-分泌偶联(excitation-secretioncoupling)。这个过程中电信号转换成化学信号，同时表明突触前终末除了有兴奋功能外，尚有分泌功能。,电信号和化学信号，或兴奋及分泌，是两个不同的过程，兴奋分泌偶联将二者联系起来。,大量实验表明，Ca2+在递质的释放中起着偶联因子的关键的作用，是神经冲动导致突触前终末释放ACh的偶联因子。当冲动抵达神经纤维末梢时，去极化作用导致末梢膜的Ca2+通道开放，进而造成Ca2+内流。使突触囊泡能够向突触前膜移动并导致递质的释放。,Ca2+：一方面是降低轴浆的粘度，有利于突触小泡的运输；另一方面是消除突触前膜内的负电荷，便于小泡和突触前膜接触融合而破裂。,3.ACh被释放后扩散至终板膜与N型ACh受体结合导致终板电位产生,由突触前终末释放的ACh，经突触间隙扩散至终板膜，立即与密集分布于终板膜上的ACh受体结合。这种受体在分型上属于N型受体(nAChR)，是目前研究最为充分的受体蛋白质之一。它是由5个亚单位构成的通道样结构，其中亚单位可同ACh分子结合，导致通道开放并允许Na+内流和K+外流，进而导致终板电位的产生。,Ach受体,离子通道型受体,终板电位是一种局部电位，它以电紧张的方式扩布到终板膜周围的一般的肌细胞膜，使后者也发生去极化，并且当达到阈电位水平时，就触发一次向整个肌细胞作全或无式传导的动作电位，从而完成一次神经-肌肉传递。,5.ACh的失活,突触间隙内有大量的AChE附着于终板膜表面，特别是其皱壁处，能使ACh迅速水解为醋酸和胆碱而失活，水解后形成的胆碱则重新被摄入突触前末梢，成为ACh再合成的原料。这是主要的途径。,ACh的失活机制保证了兴奋由神经向肌肉的忠实传递，即一次神经冲动必然引起一次肌肉冲动，二者保持一对一的关系。,小结,冲动到达运动神经末梢，末梢去极化Ca2+通道开放，Ca2+内流兴奋-分泌耦联Ach释放神经分泌突触传递形成R-Ach复合体（后膜）化学接受后膜离子通道被激活，产生终板电位肌膜动作电位兴奋-收缩耦联肌肉收缩,影响神经肌肉接头传递的因素,影响ACh的释放：细胞外液中Ca2+浓度与ACh争夺受体：箭毒类药物（箭毒和三碘季铵酚）抑制ACh失活：对胆碱脂酶有抑制作用的物质，如新斯的明、毒扁豆碱（依色林）、有机磷农药（如敌百虫、乐果、敌敌畏等）。,（二）神经肌肉信号传递的阻断,（三）量子式释放(quantumrelease),据推算，一次AP的到达，能使大约200300个囊泡释放出近107个ACh分子（一个囊泡约含2000至10000个ACh分子）。乙酰胆碱(Acetylcholine)释放时，是以一个囊泡为单位成批释放的。一个单位也称一个量子，故称量子释放(quantumrelease)。,一定范围内，ACh的释放量随着Ca2+的浓度的提高而增加。Ca2+决定囊泡释放的数量.Ca2+在兴奋-分泌耦联过程中起了关键的作用。,第二节神经元突触,一、电突触二、化学突触三、突触的活动四、突触活动的调节,一、电突触,结构基础：缝隙连接缝隙连接部位的超微结构：相邻细胞膜间的距离特别近，只有3nm，每侧细胞膜上排列着连接蛋白(connexon)。连接蛋白相互对接，形成的六角形亲水通道。,特征：双向传递、传递速度快,二、化学突触,（一）化学突触的结构及信号传递突触前膜突触间隙（20-30nm）突触后膜（受体）神经元突触末梢分支膨大成小球状，该结构称为突触小体，其轴浆内含有线粒体和突触囊泡。,化学突触传递的过程,神经冲动传导至末梢突触前膜去极化Ca2+通道开放Ca2+内流突触囊泡与前膜融合化学递质释放递质与突触后膜受体结合突触后膜离子通道通透性改变突触后神经元膜电位改变（突触后电位，EPSP或IPSP）,（二）突触的链接形式,一般来讲，高等哺乳动物最主要的突触接触形式有三种。轴突-树突突触轴突-胞体突触轴突-轴突突触,除上述三种主要突触形式外，无脊椎动物和低等脊椎动物神经元之间的任何一部分都可以彼此形成突触，如树突树突型突触树突胞体型突触胞体胞体型突触等这三种突触常为电突触，它们连接的形式是低电阻的缝隙连接。,三、突触的活动,（一）突触后电位由突触活动引起突触后膜产生的局部电位变化成为突触后电位。大多神经元仅释放一种递质，不同递质作用在突触后膜的受体上引起膜对不同离子的通透性改变，根据神经元对这些离子通透性反应的特点，将突出分为兴奋性突触和抑制性突触。,神经冲动突触小体突触前膜去极化Ca2+通道开放Ca2+内流突触小泡与前膜融合释放兴奋性神经递质递质与突触后膜受体结合突触后膜对Na+，K+离子（主要是Na+）通透性升高突触后产生EPSP突触后神经元轴突始段爆发动作电位神经元兴奋,1.兴奋性突触后电位(Excitatorypostsynapticpotential,EPSP),兴奋性突触后电位是分级电位，当突触前神经元活动增强或参与活动的数目增多时，兴奋性突触后电位可以总和起来，使电位幅度加大，若达到阈电位水平时，则在突触后神经元产生动作电位，进而扩布到整个神经元。,神经冲动突触小体突触前膜去极化Ca2+通道开放Ca2+内流突触小泡与前膜融合释放抑制性神经递质递质与突触后膜受体结合突触后膜对Cl-通透性升高使膜电位的绝对值增大，突触后产生IPSP突触后神经元不易爆发动作电位神经元抑制,2.抑制性突触后电位(Inhibitorypostsynapticpotential,IPSP),EPSP与IPSP的区别,提高Na+、K+通透性，尤其Na+,提高K+、CI-通透性，尤其是CI-,神经元突触传递过程与神经-肌肉接头传递过程相似，但也有不同：1）神经元突触有兴奋性突触和抑制性突触之分，递质对突触后膜的作用及其机制也不同。2）神经肌肉接头的兴奋传递是1对1的。兴奋性突触其突触前神经末梢的单个神经冲动，只能引起一个兴奋性突触后电位，不能完成传递。3）神经肌接头的递质只是乙酰胆碱一种递质，而神经元突触的递质既有兴奋性的也有抑制性的，而且每一类还有多种。,（二）突触输入的总和,一般来说，与神经元胞体连接形成的突触多是抑制性突触，而与神经元树突连接形成的突触多是兴奋性突触。诱发一个突触后神经元产生动作电位必须有多个兴奋性突触共同作用。突触后神经元的膜电位由若干突触后电位共同决定，包括IPSP，也包括EPSP。,时间总和：不同时间产生的输入信号到达同一个细胞，引起细胞兴奋或兴奋性改变的现象称为时间总和。空间总和：将不同来源的输入信号在同一时间到达同一细胞，引起细胞兴奋或兴奋性改变的现象。,四、突触活动的调节,（一）突触前活动的调节突触囊泡胞吐释放神经递质的数量并非总是恒定的（与进入突触前膜的Ca2+数量有关）：突触前抑制：减少突触效能,突触前抑制(pre-synapticinhibition),通过突触前轴突末梢兴奋而抑制另一个突触前膜的递质释放，从而使突触后神经元呈现抑制性效应，故它是通过轴突-轴突的活动而产生的,只有在神经元也处于激活状态时，神经元B才对A发挥抑制作用,生理学意义：,对输入电信号精确调控，选择性地控制某些特异输入信号，在调节感觉的传入作用方面具有重要意义。,（二）突触后抑制(post-synapticinhibition),中枢抑制性中间神经元释放抑制性递质，使突触后膜产生IPSP，突触后神经元因超极化，兴奋性降低所致的抑制过程。传入侧支性抑制(afferentcollateralinhibition)返回性抑制(recurrentinhibition),1、传入侧支性抑制,传入侧支性抑制是指一条感觉传入纤维的冲动进入脊髓后，一方面直接兴奋某一中枢神经元，另一方面通过其侧支兴奋另一抑制性中间神经元，然后通过抑制性中间神经元的活动转而抑制另一中枢神经元。其作用在于使不同中枢之间的活动协调起来。这种抑制曾被称为交互抑制（reciprocalinhibition）,2、回返性抑制,回返性抑制是指某一中枢的神经元兴奋时，其传出冲动在沿轴突外传的同时，又经其轴突侧支兴奋另一抑制性中间神经元，后者兴奋沿其轴突返回来作用于原先发放冲动的神经元。回返性抑制的结构基础是神经元之间的环式联系，其典型代表是脊髓内的闰绍细胞对运动神经元的反馈抑制。回返性抑制在中枢内广泛存在，它使神经元的兴奋能及时终止，起着负反馈的调节作用。,（三）突触传递的特征,1.单向传递(unidirectionaltransmission)：由传入神经元向传出神经元的方向进行2.突触延搁中枢延搁(centraldelay)3.突触活动的可塑性调节4.对内环境变化的敏感性缺氧可使神经元和突触部位丧失兴奋性、传导障碍甚至神经元死亡。碱中毒时神经元兴奋性异常升高，甚至发生惊厥；酸中毒时，兴奋性降低，严重时致昏迷。,突触可塑性（synapticplasticity）,突触可塑性指化学性突触传递效能的改变，包括突触传递增强和突触传递减弱两方面，表现为突触后膜上电反应的增强或减弱。,TypicalLTPgraph,obtainedfromtheCA1regionofthehippocampus,根据电反应持续时间：短时程突触可塑性长时程突触可塑性,1.短时程突触可塑性,突触前神经末梢受到一连串有效电刺激后，在短时间内（数十毫秒到数十分钟）突触前或突触后反应的增强或减弱。,2.长时程突触可塑性,可以持续数小时乃至数周的突触活动的增强与抑制现象，分别被称为LTP和LTD。,LTP(longtermpotentiation)：突触前末梢受到强直刺激后，突触后神经元出现的一种突触后电位持续性增强的现象。,long-termsynapticpotentiation,第三节神经递质和神经调质,神经递质（neurotransmitter）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，使信息从突触前传递到突触后的一些化学物质。在神经系统中，有一类化学物质，虽由神经元产生，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，增强或削弱递质的效应，因此这类化学物质被称为神经调质（neuromodulator）又称神经肽。,一、神经递质和神经调质的一般性质,确认是否是神经递质的条件：突触前神经元能够合成这一物质(即有其前体和酶)；此物质贮存在突触小泡中，并在冲动抵达前膜时能释放入间隙；此物质能作用于后膜受体，发挥其生理效应；突触部位有使该物质失活的酶，或有回收此物质的能力；用递质拟似物或阻断剂能加强或阻断这一递质的突触传递作用。,神经递质多是一些小的、快速活动的分子，在轴突末梢的胞质中合成并包装到突触囊胞中，通过与受体作用直接引起突触后细胞的兴奋或抑制，在几秒内即可发挥作用。,经典神经递质,胆碱类：Ach单胺类：DA、NE、E、5-HT氨基酸类：Glu、Gly、GABA、Asp,神经调质,又称神经肽，由2-40个aa组成的一些大分子，在胞体内的内质网和高尔基体内合成。主要功能是修饰突触后神经元对特殊递质的反应，放大或消弱突触活动的效力。通常通过G蛋白偶联的第二信使引起神经元代谢活动的变化，作用发生缓慢但持久。,二、神经活动肽,脑-肠肽：CCK-8、VIP、NPY、SP等阿片肽(endogenousopioidpeptides)：-内啡肽(-endorphin)、脑啡肽(enkephalin)、强啡肽(dynorphin)等其他：血管紧张素、加压素(vasopressin,VP)、催产素(oxytocin,OT)等,三、神经递质和受体,某些神经递质对某些突触的作用有时是兴奋的，有的却是抑制的；神经递质的功能由突触后受体的类型所决定，而不是递质本身决定的。,(一)受体(Receptor)1.Receptor的概念位于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学效应的特殊生物分子。一般位于细胞膜上的receptor是带有糖链的跨膜蛋白质分子。,2受体的激动剂和拮抗剂AgonistandAntagonist激动剂：能与receptor发生特异性结合并产生生物学效应的化学物质(一般指药物制剂)。,拮抗剂：可与receptor发生特异性结合,从而占据受体或改变受体的空间构型使递质不能产生生物学效应的化学物质(一般指药物制剂)。配体(ligand)：激动剂、拮抗剂及神经递质、神经调质、激素等化学信号物质统称配体。,3Receptor与Ligand结合的特性相对特异性；饱和性；可逆性；竞争性；,4Receptor的分类按天然配体分类:如胆碱能受体、肾上腺能受体；受体有亚型：对每个配体来说，有数个亚型(如M,N)。这样同一ligand在与不同亚型受体结合后，可生多样化效应。,（2）按受体激活机制分类：根据递质与受体结合后引起突触后膜产生生物学效应的机制的不同，受体分为两类：,与离子通道耦联的受体：此类受体又称促离子受体、化学门控通道。如：A位于终板膜和自主神经节节后神经元膜上的N型ACh门控离子通道受体；B氨基酸类递质的促离子型受体。,G蛋白耦联受体或促代谢受体,大多数神经递质受体为此类受体。如：自主神经节节后纤维所支配的效应器细胞膜上的受体。,（二）主要神经递质及其受体的功能,1.乙酰胆碱(acetyleholine,Ach),胆碱+乙酰辅酶A乙酰胆碱+辅酶A,胆碱乙酰化酶,Ach的合成,胆碱能受体(cholinergicreceptor),(1)毒蕈碱受体(muscarinicrecepter)：M1-5，G蛋白偶联，M样作用；分布：副交感节后纤维所支配的效应器细胞交感节后胆碱能纤维所支配的汗腺、骨骼肌血管。Antagonist：阿托品(atropine)(2)烟碱样受体nicotinicrecepter：N1-2，离子通道偶联，N样作用；分布：植物性神经节突触后膜N1受体；六烃季胺阻断骨骼肌终板膜N2受体；十烃季胺阻断筒箭毒阻断N1、N2受体,2.儿茶酚胺类,去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺,多巴胺(dopamine,DA)黑质-纹体通路：躯体运动、行为觉醒结节-漏斗部通路：弓状核正中隆起，调节内分泌中脑-边缘通路：中脑脚间核周围隔、伏核等，情绪中脑-皮层通路：中脑额叶内侧皮层、前扣带皮层等，精神活动去甲肾上腺素(norepinephine)胞体主要集中在延髓与脑桥(包括蓝斑)中脑、间脑、边缘前脑、小脑、大脑。