突触传递生理学

1、当前位置：首页 |课程讲义突触传递生理学突触传递生理学双击自动滚屏发布者：admin 发布时间：2010/5/4 阅读：3111次（Physiology on Synaptic Trasmission）山西医科大学生理学系 祁金顺 神经系统自然界最复杂的系统；神经系统的组成和基本功能单位；神经调节的方式和结构基础（反射，反射弧）；神经元之间如何联系？神经元和其它效应器细胞之间如何联系？广义的突触概念：神经元之间以及神经元和其它效应器细胞之间发生功能性联系的特殊结构。中枢突触的数量：10111000* 神经-骨骼肌接头属于经典的突触，神经-心肌接头属于非定向突触，心肌细胞之间的联系属于电突触。中

2、枢三者均有，以定向式为主。一、突触传递概述（一）定向式突触传递（经典的突触传递，突触性化学传递）1经典突触的微细结构 突触前膜（线粒体、突触小泡）；突触后膜(受体)；突触间隙（20-40nm）* 活性带（active zone）：释放神经递质的特定膜结构区域。* 突触后致密物质（postsynaptic density） 2、主要神经递质、受体亚型及其跨膜信号转导机制神经递质受体亚型跨膜信号转导途径配体门控通道G-蛋白-效应器-第二信使-通道乙酰胆碱烟碱型（N）肌肉(N2)Na+/K+/Ca2+神经节(N1)Na+/K+/Ca2+中枢神经元(N1,N2)Na+/K+/Ca2+毒蕈碱型(M)M1

3、 (脑内)Gq/11PLCIP3、DGCa2+M2 (心脏)Gi/oACcAMPK+M3 (平滑肌、腺体)Gq/11PLCIP3、DGM4（腺体），M5去甲肾上腺素a1A,a1B, a1DGq/11PLCIP3、DGK+a2A,a2B,a2CGi/oACcAMPK+Ca2+b1, b2, b3GsACcAMP多巴胺D1, D5GsACcAMPD2Gi/oACcAMPK+Ca2+D3, D4Gi/oACcAMP5-羟色胺5-HT1A,5-HT1B,5-HT1DGi/oACcAMPA:K+DK+5-HT1E,5-HT1FGi/oACcAMP5-HT2A,5-HT2CGq/11PLCIP3、DGC:

4、K+5-HT3Na+5-HT4GsACcAMP谷氨酸NMDANa+/K+/Ca2+AMPA, KANa+/K+mGluR1,5Gq/11PLCIP3, DGmGluR2,3,4,6,7,8GiACcAMPCa2+GIRKg-氨基丁酸GABAACl-GABABGi/oACcAMPCa2+GIRK 甘氨酸GlyRCl-：兴奋或活化； ：抑制； GIRK：G-蛋白门控的内向整流钾通道3突触传递过程 （电-化学-电）突触前过程 (电化学）；间隙过程（化学递质扩散、酶解、再摄取）；突触后过程（化学电）4突触后电位（1）兴奋性突触后电位（excitatory postsynaptic potential,

5、 EPSP） 概念： 在兴奋性神经递质作用下，后膜发生短暂的局部去极化，兴奋性提高，这种电位变化称为兴奋性突触后电位。特点： 1）不具有“全或无”的特点；2）呈电紧张性扩布：3）没有不应期，可以发生时间和空间总和。因此，EPSP属于一种局部兴奋。机制：兴奋性递质作用于突触后膜上的促离子型受体，Na+和K+的通透性，Na+内流大于+外流， 净内向离子流（Na+ influx），膜局部去极化。（2）抑制性突触后电位（inhibitory postsynaptic potential, IPSP） 概念：某些抑制性神经递质作用于后膜上的受体后可引起突触后膜发生短暂的超极化，此即抑制性突触后电位。机制

6、：抑制性中间神经元释放抑制性递质，使Cl-通道开放，Cl-内流(Cl- influx)，突触后膜发生超极化。或K+通道开放、Na+，Ca2+内流关闭。（3） 慢突触后电位和迟慢突触后电位：在外周（如自主神经节）和中枢（如大脑皮层）神经元中可见到，是发生缓慢、持续时间较长的突触后电位。类 型潜伏期持续时间产生机制信号转导途径快突触后电位 1 ms数msEPSP: Na+电导加大IPSP: Cl-电导加大促离子型受体（受体和通道同一分子）慢突触后电位100500ms数ssEPSP: K+电导降低sIPSP: K+电导加大促代谢型受体（G蛋白偶联受体）迟慢突触后电位1-5 s10-30 minLsE

7、PSP: K+电导降低慢突触后电位和迟慢突触后电位可以影响突触后膜的兴奋性，调制突触传递。脑的高级部位的慢突触后电位，可能在与学习和记忆等有关的突触可塑性变化中发挥重要作用。5、突触整合中枢神经系统内的突触传递较神经-肌肉接头更加复杂。（1）传入冲动来源不同。例如，一个脊髓运动神经元上的突触小体数约为104个，包括来自皮层、皮层下、脊髓后根等多处的传入。（2）传入冲动性质不同。兴奋性传入，也有抑制性传入。（3）传入冲动强度不同；（4）传入冲动在神经元上的终止部位不同，如终止在树突、胞体或轴突上。神经元将各种传入冲动引起的突触后反应进行空间总和和时间总和，而后决定是否输出动作电位，这一过程称为突

8、触整合（synaptic integration）。实际上，脑的最基本功能活动就是进行突触整合。（1）突触整合的简单形式总和在中枢神经系统中，给予突触前神经元一个有效刺激往往不足以改变突触后神经元的传出活动，如使一个兴奋性突触产生传出冲动。这是因为单个突触传入在突触后膜上产生的EPSP或IPSP幅度很小的缘故。多个突触后电位进行叠加的过程称为总和。总和可以是多个EPSP的叠加，可以是多个IPSP叠加，也可以是两者混合在一起的叠加。按照叠加时多个突触后电位发生的时间不同，将突触后电位的总和分为以下两种形式。A. 时间总和时间总和（temperal sumation）是指某一突触连续活动时，相继产

9、生的多个突触后电位进行的叠加过程。时间总和的难易程度受膜的时间常数制约。时间常数大的神经元其突触后电位的时程较长，容易产生时间总和。B. 空间总和 空间总和（spatial sumation）是指几个相邻突触同时活动时，同时产生的多个突触后电位进行的叠加过程。由于突触后电位在细胞膜上被动扩布时，其幅度随扩布距离的增加而呈指数性衰减，因此，神经元的空间常数制约总和效果。空间常数愈大，神经元愈容易产生空间总和。多个EPSP总和的结果，能使膜电位到达阈电位，从而触发动作电位；多个IPSP总和的结果，将使膜电远离阈电位，抵消突触兴奋产生的效应。(2) 突触整合的关键部位始段在运动神经元和大部分中间神经

10、元，轴突始段（initial segment）是动作电位的触发区。始段的细胞膜具有高密度的电压门控Na+通道，其阈电位较其它部位低。当该处细胞膜发生一定程度的去极化时，将有更多的Na+通道打开，更多的内向电流流过。据测定，能够使轴突始段由静息电位（如-65mV）到达阈电位（如-55mV）的增量是10mV，而使细胞体膜达到阈电位（-35mV）的增量为30mV。因此，发生在树突上的EPSP即使随扩布距离增加而衰减，兴奋也将首先在轴突始段处发生，然后以全或无方式沿轴突顺向传出，以完成神经元之间的通讯。同时，兴奋也逆向传导至细胞体，使之去极化，以清除残留在胞体上的突触后电位，这有利于开始下一次新的整合

11、过程。以前认为，信号在树突上的传导是被动的。现在知道，大部分神经元的树突也具有电压门控Na+、K+、和Ca2+通道，以及配体门控通道。电压门控Na+和Ca2+通道的一个作用是将小的EPSP放大。某些神经元的树突具有足够密度的电压门控通道，可以作为局部触发带（区），将到达树突远端较弱的信号进一步放大。当一个细胞有几个树突触发区时，每个触发区可以把其附近的突触传入产生的局部兴奋和抑制进行总和。当总和后的膜电位达到阈电位时，动作电位便可能产生，其通常是由电压门控Ca2+通道介导的。然而，一般情况下，树突上的电压门控Na+或Ca2+通道的数量不足以支持动作电位向细胞体的再生扩布，树突上产生的动作电位只

12、能向细胞体和轴丘作电紧张性扩布，并在那里和细胞上其它的传入信号进行整合。(3) 突触定位和功能活动 神经元的轴突末梢、细胞体和树突上都可存在突触前或突触后位点。最常见的突触类型是轴-轴型、轴-体型和轴-树型，其中轴-树型突触可以在树突杆或树突棘上形成。构成突触的部位到突触后神经元上触发区的距离是非常重要的。轴-体型突触距触发区近，突触电流对触发区产生的影响较远端的轴-树型突触为大。此外，突触定位不同，其兴奋或抑制功能也不同。A. 树突棘上的突触常常是兴奋性突触突触性传入在树突上有两个主要的位点：树突干和树突棘。树突棘是高度特化的传入区，通过一个细颈连至树突的主干，头端呈球状。每个棘至少形成一个

13、突触，而且该突触大多为兴奋性突触。例如，在海马CA1区锥体细胞上，树突棘的“头”上存在有Glu的NMDA和非NMDA两型受体。树突棘的“颈”可以将Ca2+浓度的升高限制在该树突棘内。树突上的兴奋性传入使阳离子选择性的通道开放，形成内向电流。该电流经电紧张性扩布，在始段部位通过细胞电容形成外向电流，使始段出现去极化电位。B.细胞体上的突触常常是抑制性突触细胞体上抑制性突触活动后，Cl-通道开放，Cl-内流，使细胞膜包括动作电位触发区产生超极化的IPSP。当该细胞的树突同时接受兴奋性突触传入时，来自树突的兴奋性电流必须通过细胞体才能到达轴突始段，以触发细胞产生兴奋。因此，细胞体上的抑制性突触成为控

14、制兴奋到达轴突始段的重要结构。胞体上抑制性突触的活动使Cl-电导增加，通过“分流”减少了来自树突的兴奋性电流引起的去极化，使兴奋性电流对触发区膜电位的影响大大减小（图4-21C）。这种抑制活动在靠近轴突始段处尤其明显。C.轴突末梢上的突触常常是调制性突触与轴-体型和轴-树型突触相反，在轴突末梢上形成的轴-轴型突触对突触后触发区没有直接作用。轴-轴型突触是通过改变轴突末梢神经递质释放量来影响突触后神经元活动的，例如突触前抑制和突触前兴奋均以轴-轴型突触为结构基础。（二）非定向突触传递（非突触性化学传递）* 主要见于自主神经系统节后纤维与效应器细胞之间，首先在肾上腺素能神经元上发现。中枢神经系统中

15、单胺类神经纤维也有。结构基础和传递过程：曲张体（varicosity）（轴突末梢分支上串珠状膨大结构），小泡，神经递质。一个肾上腺素能神经元的轴突末梢约有2万个曲张体，神经冲动抵达，小泡释放递质，弥散到达邻近的效应细胞并与相应的受体结合，发挥生理效应。特点（和定向式或经典式突触性化学传递相比）： 不存在典型的突触结构（特化前后膜），完成化学传递的主要结构基础是曲张体； 没有一对一的传递关系，一个曲张体可支配较多的效应细胞； 曲张体至效应细胞的距离大（一般大于20nm，远的可超过400纳米），故传递所需时间较长（可大于1秒）； 曲张体的邻近细胞不一定都含有相应的受体。（三）电突触传递 电信号直接

16、传递。结构基础：缝隙连接（gap junction）。间隔仅2-3 nm；两侧膜上对称的六聚体蛋白质两两对接，沟通两细胞胞浆的细胞间通道。可直接进行物质交换，以平衡两个细胞之间的小分子物质和电位。传递过程：局部电流流过细胞间通道（如同一细胞），直接刺激并兴奋另一细胞。特点：1）不需要神经递质介导；2）传递速度快，几乎没有潜伏期；3）双向传递（膜结构对称）。意义：使邻近不同细胞能够实现同步化活动。（如呼吸中枢、心肌、平滑肌、肝细胞）二、神经递质的释放 神经元合成的神经递质贮存在突触前终末的囊泡（vesicle）中，其释放是通过出胞（或胞吐，exocytosis）作用完成的。这种经囊泡进行、受钙离

17、子调节的神经递质释放过程包括：突触前终末去极化、去极化引起钙内流、钙内流触发囊泡与突触前膜融合以及随之发生的递质出胞。近年来，利用生物化学、分子生物学和生理学手段对囊泡膜、突触前膜和突触前终末胞浆内有关递质释放的蛋白质进行的分离、定性以及功能研究，已经从分子水平加深了人们对神经递质释放机制特别是膜融合（membrane fusion）机制的理解。（一）突触前终末去极化调节神经递质释放Katz和Miledi（1967），利用枪乌贼巨突触进行的突触传递实验显示，当突触前细胞接受刺激并产生了一个幅度达110mV的动作电位时，在突触后细胞内便可记录到一个大的突触后电位（postsynaptic pot

18、ential，PSP）。使用河豚毒素（tetrodotoxin，TTX）将电压门控Na+通道特异性阻断后，随着突触前终末动作电位幅度的减小，突触后电位也随之减小。当突触前终末去极化小于一定程度如40mV时，突触后电位即可消失。这说明，突触前终末去极化可以调节神经递质的释放，进而影响突触后电位的产生。尽管突触前终末动作电位是Na+内流和K+外流所致，然而，内流的Na+和外流的K+本身并非神经递质释放所必需。Katz和 Miledi用TTX和四乙胺（TEA）分别将电压门控Na+通道和电压门控K+通道完全阻断后，再给与突触前终末人工注射去极化电流，使突触前膜直接发生去极化。当这种不伴有Na+和K+跨

19、膜移动的去极化达到一定程度后，同样可以在突触后神经元上记录到相同大小的突触后电位。这表明，引起突触前终末释放神经递质的不是跨膜移动的Na+和K+本身，而是由Na+内流引起的突触前终末的去极化。在中枢神经系统中，突触前终末上存在有某些特殊结构，它们的活动正是通过改变到达末梢的动作电位的去极化程度与持续时间而影响递质释放数量和突触传递的。例如，以轴突轴突型突触为结构基础的突触前抑制和突触前易化即是如此。前者，使到达突触前膜的动作电位去极化程度降低；后者，则是使动作电位持续时间延长。当然，在突触前终末没有神经冲动到达时，也有少数囊泡随机、自发地出现胞吐。其释放的少量的神经递质可使突触后膜产生幅度很小

20、的微突触后电位（miniature postsynaptic potential，MPSP）；只有当动作电位到达突触前终末，才有大量囊泡几乎同步性释放神经递质，使突触后膜产生幅度较大的PSP。例如，在神经肌肉接头处，自发性的囊泡释放速率仅为每秒1个左右，其引起的微终板电位仅约0.5mV；而一个动作电位到达突触前终末即可在12ms内触发100多个囊泡同时释放，在终板膜上产生达50mV左右的终板电位，这足以触发肌细胞产生兴奋。由此可见，突触前终末去极化，包括去极化程度、去极化的持续时间乃至去极化的发生频率均可调节或影响神经递质释放。（二）去极化引起的钙内流触发神经递质的释放 突触前终末的去极化何以

21、引起神经递质的释放？实验表明，去极化引起的神经递质释放与Na+和K+跨膜移动没有直接关系（如前所述），而与细胞外液中Ca2+的浓度变化直接相关。增加细胞外液中的Ca2+浓度可以增强递质释放；降低细胞外液Ca2+浓度则减少甚至完全阻断突触传递。Katz和MIledi应用运动神经末梢细胞外记录技术观察到,即使在细胞外Ca2+不存在的情况下,动作电位仍能到达神经末梢,但不能引起递质的释放。因此，Katz和Miledi提出了递质释放的“钙假说”（calcium hypothesis）。他们推测，突触前终末可能存在有大量的钙通道，其开放后引起的Ca2+内流具有增强突触前膜去极化和传递去极化信息以触发递质

22、释放的双重作用。 1997年，Llins等利用微电极电压钳技术证明了枪乌贼突触前末梢确实存在有电压门控钙电流。他们用TTX和TEA分别阻断电压门控钠通道和电压门控钾通道后发现，突触前膜不同程度的去极化可以激活不同程度的内向钙电流，并继而引起不同程度的递质释放。以后的研究进一步表明，递质释放对Ca2+内流的依赖性并非一般的线性关系，Ca2+内流增加两倍，递质释放即可增加到16倍！ 根据电压门控特性、对特异性阻断剂的敏感性和特定的生理功能,可将电压门控钙通道分为L、P/Q、N、R和T型几种。除了T型钙通道具有低电压激活特征而参与动作电位形成以外，其余四种钙通道均与递质释放有关。其中，参与经典神经递

23、质（在透明小囊泡中）快速释放的钙通道有P/Q、N和R三种；与肽类神经递质（在致密核心的大囊泡中）缓慢释放有关的钙通道则是L型钙通道。使用钙通道阻断剂或Co2+、Mn2+能有效阻断递质释放和突触传递。同时，由于钙通道的电压门控特性，改变突触前终末去极化的程度也可以影响钙通道的开放程度，进而影响钙内流和递质释放。例如，前面提到的突触前抑制的机制就是通过存在于突触前终末的轴突轴突型突触的活动，使得到达突触前终末的动作电位幅度下降，钙内流减少引起的。另外，动作电位到达突触前终末后，其持续时间对递质释放的影响也是通过影响钙内流实现的。当动作电位持续时间延长时，将有更多的Ca2+流入突触前末梢，引起更多的

24、神经递质释放和更大的突触后电位。前面提到的突触前易化机制，即是如此。在突触前终末，Ca2+通道分布最密集的部位正是突触前膜上囊泡搭靠（docking）和神经递质释放的部位，即活性带（active zone）。这一特点使得动作电位去极化发生时，活性带处胞浆中的钙离子浓度可以迅速（几百个微秒内）增加到安静时的1000多倍（由安静时的100 nM增加到100 mM）。因此，Ca2+内流与递质释放之间只有一个极短的潜伏期（小于1ms）。Ca2+在微摩尔浓度下触发的神经递质释放至少应包括两个时间成分。一个是同步性快速释放（0.1-5ms），其需要的钙离子浓度高；另一个是非同步性慢速释放(5-500ms)

25、，需要的钙离子浓度较低。当动作电位复极化引起钙通道关闭后，突触前终末内活性带部位高浓度的Ca2+由于扩散而迅速下降。同时，进入胞内的Ca2+也被细胞膜上的钙泵和Na+-Ca2+交换体主动转运到细胞外液；被内质网膜上的钙泵主动转运到内质网中。于是，神经递质的释放能够在突触前终末复极化完成后迅速终止。（三）神经递质的量子释放 神经递质的量子释放（quanta release）理论是Katz等人首先提出的。他们认为，神经递质的释放是以“量子”（取义量子为光的最小单位）为最小包装单位进行的，递质分子释放的总量取决于参与释放的量子的总数目。这一学说的依据是基于他们利用微电极技术在蛙神经肌肉接头标本上进行

26、的电生理学实验。他们将两个微电极分别插入到突触前神经元和突触后肌细胞内，观察到当突触前神经元受到刺激时，突触后细胞可以产生一个较大的突触后电位，即终板电位（endplate potential, EPP）；不给突触前神经元刺激时，在突触后细胞上仍然可以记录到波幅不小于某一数值而特性类似于EPP的自发性突触后电位，这称为微终板电位（miniature endplate potential, MEPP）。MEPP幅度较小，但较固定（约0.5mV左右）。这一特征说明，突触前膜可以自发地释放某一定量的神经递质。然而，用微电泳方法将ACh给予到终板处时，还能引起比0.5mV小得多的去极化反应。Katz等

27、人甚至还精确地推算出，两个ACh分子就可以激活一个ACh受体，产生约0.3mV的电位波动。这说明，生理条件下在终板膜上产生的MEPP不是几个或几十个ACh分子所为，而是一整份数量较多（0.5mV0.3mV）23300）的ACh分子所引起的。Katz等将这一整份的神经递质称为一个量子。实验还发现，在细胞外液低钙条件下刺激神经时，终板膜上记录到的诱发性EPP总是不给与刺激时所记录到的自发性MEPP的整数倍。这进一步说明，mEPP是终板膜对单个量子的神经递质释放产生的反应，EPP则是由众多个mEPP总和所致。 据此，如果测得EPP的大小，便可根据mEPP的大小（如0.5mV）计算出该EPP是由多少个

28、量子释放形成的。例如，生理条件下一个动作电位到达神经终末时，其诱发的EPP可以高达50mV，这就意味着，该EPP是由50mV/0.5mV =100个量子同时释放产生的MEPP叠加而成！ 在Katz等人使用电生理方法发现量子释放的同时，电子显微镜观察揭示，突触前终末存在有突触囊泡。由此，Katz等人进一步提出，装载有一定量神经递质的囊泡，决定了量子释放，即每一个囊泡贮存的神经递质, 就相当于一个量子；当囊泡与突触前终末的膜从内侧面发生融合时，一个量子的神经递质便倾囊而出，进入到突触间隙中。所以，神经递质的量子释放就是以囊泡为单位进行的释放。突触前膜在没有神经冲动或有神经冲动到达时，递质释放的区别

29、只是参与释放的量子即囊泡数量的多少和速率不同而已。神经递质的量子式释放也在中枢化学性突触处被证实。但中枢内突触前终末的一次传入冲动引起囊泡释放的数目仅有110个，比神经肌肉接头处（如上计算，100个左右）少得多。这正是中枢内突触传递不具有神经肌肉接头处1：1传递特征的主要原因。（四）神经递质释放的机制SNARS学说（与囊泡释放递质有关的蛋白质） 冰冻蚀刻和电镜技术的应用，不仅使人们观察到了突触前终末存在有大量的囊泡，而且发现了突触活动时囊泡与突触前质膜融合而形成的欧米伽（）形结构，从形态学上证实了神经递质的释放是通过囊泡与质膜发生融合和随之发生的胞吐作用完成的。由于囊泡与突触前质膜融合时增大了

30、质膜的表面积，所以，利用电生理学方法测定细胞的膜电容，也是研究膜融合及胞吐作用的常用手段之一。目前为止，人们已经发现了不下20余种的蛋白质参与Ca2+触发的透明小囊泡的神经递质释放。这些蛋白质所在部位不同，生理功能也不同。大体上，可将这些蛋白质分为直接参与膜融合的蛋白复合物SNAREs以及与其相关的蛋白两大类。囊泡动员（mobilization）： 距离活性带较远的囊泡被视为神经递质贮存池（reserve pool）。这些囊泡能够停靠在细胞骨架组成的网格中，需要时又能被动员移向活性带。据认为，这种囊泡的局部定位和动员与囊泡膜蛋白Synapsin(突触蛋白)的功能有关。Synapsin是一个具有

31、四种蛋白质的家族。其中，Synapsin Ia和Ib是Ca2+钙调素依赖性蛋白激酶（CaMK I 和CaMK II）的底物。当Synapsin I未被蛋白激酶磷酸化时，其可以将囊泡连接至细胞骨架的肌动蛋白丝（Actin）以及其它成分上，起到将囊泡定位或限制于贮存池的作用。当Ca2+内流使CaMKII活化后，Synapsin I被磷酸化，其对囊泡的限制作用解除，囊泡即可从细胞骨架上游离出来，被动员向突触的活性带。摆渡（trafficking）或停靠（targeting）:囊泡膜上的GTP结合蛋白Rab在囊泡搭靠过程中发挥着“锚”的作用。Rab蛋白与GDP结合时，不能表现出与膜接触的活性；与GTP

32、结合后，成为有活性的Rab，可以连接到囊泡膜上。当囊泡靠近突触前膜时，GTP结合形式的Rab（如Rab3A）又可以和存在于靶膜上活性带处的效应器如Rim蛋白（见后）形成复合物，从而把两个膜连接在一起，实现了囊泡在突触前膜上的搭靠。融合时，Rab3与突触小泡分离，再与另外一个小泡及GTP结合。囊泡被运输和定位搭靠到活性带还与另外一些具有C2结构域的Ca2+结合蛋白有关，如Doc2，Munc-13 ，Rabphilin-3A和Rim等。位于囊泡膜上的Doc2和位于质膜上的Munc-13的相互作用不仅可以促进囊泡的运输和定位搭靠，还可继发引起Munc-13和突触前膜上的Syntaxin发生相互作用，

33、从而促进SNAREs复合物的装配；囊泡相关蛋白Rabphilin-3A则与囊泡上的GTP结合蛋白Rab3A（见前）相互作用，Rab3A再和位于突触前膜活性带处的Rim蛋白相互作用，从而促进了囊泡向活性带质膜上的搭靠。膜融合：实现膜融合的功能单位蛋白复合物SNAREs 神经元上典型的SNAREs是由三种突触膜蛋白以1:1:1的比例组成的复合物。它包括：1）Synaptobrevin，它来自囊泡膜，故称囊泡相关膜蛋白（vesicle-associated membrane protein, VAMP）或囊泡SNAREs（v-SNAREs）；2）Syntaxin，来自于突触前膜；3) SNAP-25

34、, 也来自于突触前膜，分子量为25kDa。由于后两者存在于突触前膜，是囊泡结合的对象，故合称为靶SNAREs（target SNAREs, t-SNAREs）。膜融合的SNARE假说是Rothman等于1993年在上述三种蛋白质被成功地进行克隆后提出的。该学说认为，囊泡上的v-SNAREs和突触前膜上的t-SNAREs可以形成完整的SNAREs复合物。该复合物的形成是囊泡与突触前质膜发生融合的基础，大量SNAREs复合物则成为膜融合的主干架。 实验证明，任何影响SNAREs复合物形成的因素均可影响膜融合及突触传递。例如，在果蝇实验中，将t-SNAREs或v-SNAREs基因敲除后，突触传递可完

35、全终止。虽然起初推测，SNAREs复合物的功能可能是与囊泡在突触前膜上搭靠过程的建立和稳定有关。然而，使用神经毒素（破伤风毒素可以水解VAMP；肉毒杆菌毒素A、B和C则分别特异性水解SNAP-25,VAMP和Syntaxin）将t-SNAREs或v-SNAREs破坏后，突触传递虽然发生障碍，但并没有影响突触囊泡的搭靠。这提示，SNAREs复合物在囊泡搭靠中不起主要作用，其参与突触传递主要是通过促进搭靠完成后的下游过程，即囊泡膜和突触前膜的融合实现的。利用脂质囊泡进行的蛋白重组研究也获得了同样的结果。SNAREs复合物中蛋白分子的大小以及结构有很大差异，但SNAR蛋白大都有一个靠近C端的跨膜段，

36、该跨膜段将v-SNAREs和t-SNAREs分别锚定在囊泡膜或突触前膜上。同时，所有的SNARE蛋白均包含一个邻近跨膜段的由60-70个氨基酸组成的同源性序列，即SNARE motif。正是这些SNARE motif，介导了复合物的形成并引起了大的膜结构的改变。有人推测，SNAREs复合物的装配类似于合上“拉链”的过程，是从SNARE motif的N端向锚定在囊泡膜或突触前膜上的C端进行的。这样，随着SNAREs复合物装配过程的进行，囊泡和突触前膜就被紧紧地拉到了一起，随之出现的膜结构的剧烈变化使得胞吐发生。 囊泡膜蛋白Snapin和质膜相关蛋白Syntaphilin的功能与阻止SNAREs复

37、合物形成有关。Snapin可以直接和SNAREs复合物中的SNAP25相互作用，由此影响synaptotagmin和SNAREs复合物的结合；质膜相关蛋白Syntaphilin可以结合到Syntaxin上，作为一种分子钳竞争性抑制SNAP25和Syntaxin的结合，从而阻止SNAREs复合物的形成。 VAMP、Syntaxin和SNAP-25形成的SNAREs复合物是极其稳定的，这是实现膜融合和递质释放的前提。然而，要保证突触传递的持续进行，囊泡循环是必要的。因而，SNAREs复合物的解聚便成为囊泡循环的重要条件。SNAREs复合物的解聚是通过两种可溶性胞浆蛋白，即NSF（N-ethylma

38、lemidle-sensitive factor）和SNAP（soluble NSFattachment protein）实现的。NSF是一种ATP酶，其水解ATP释放的能量可用于SNAREs复合物的解聚；胞浆蛋白SNAP（不同于SNAREs复合物中的质膜蛋白SNAP-25）作为一种辅助因子，与NSF结合后可促进SNAREs复合物的解聚。由于最初人们发现SNAP可以与囊泡上的VAMP和浆膜上的Syntaxin和SNAP-25特异性结合，所以将这三种蛋白质组成的复合物称为 SNAP受体（SNAP receptors），SNAREs即由此得名。 胞吐：在囊泡膜上，除了有参与SNAREs复合物形成的

39、Synaptobrevin即VAMP以外，与胞吐作用有关的另一个重要的囊泡膜蛋白是Synaptotagmin。Synaptotagmin属于Ca2+结合蛋白，其在神经终末内是作为Ca2+感受器发挥作用的。Synaptotagmin有12个异构体，其中，Synaptotagmin I和II有两个C2（C2A和C2B）结构域。它们除了能够与Ca2+结合外，还能与突触前膜上的脂质相互作用，尤其是可以和SNAREs复合物中的Syntaxin直接结合。然而Synaptotagmin和Syntaxin的结合是Ca2+依赖性的，能够引起半数最大结合的钙离子浓度约为200mM（接近引起囊泡胞吐的Ca2+浓度）

40、。当胞浆内缺乏足够的Ca2+时，Synaptotagmin不能与Syntaxin结合。这时。可将Synaptotagmin视为胞吐作用的一个融合钳（fusion clamp）或负性调制物。当Ca2+内流达到一定程度时，Synaptotagmin通过和Ca2+结合，使得融合钳作用解除。这时，Synaptotagmin便与突触前膜上的脂质以及作为SNAREs蛋白复合物之一的Syntaxin发生结合。这种结合可能诱发了融合孔的开放和胞吐作用的发生。也就是说，Ca2+触发囊泡胞吐正是通过钙结合蛋白Synaptotagmin和SNAREs复合物的相互作用实现的。所以，将Synaptotagmin I基因

41、敲除或注射抗C2A结构域抗体后，可严重影响Ca2+依赖性的神经递质释放。在活性带处密集分布的电压门控钙通道除了介导Ca2+内流，通过Ca2+与钙结合蛋白结合而触发SNAREs复合物的形成和融合孔开放外，钙通道还与SNAREs蛋白发生直接的相互作用，这可使更多的SNAREs复合物定位到Ca2+内流的部位，以增强突触传递。 近年来，尽管膜融合研究已经取得了较大的进展，但其分子机制的探讨仍然处于起始阶段。膜融合的生物物理学基础是什么？SNAREs复合物及其相关蛋白在出胞活动中的相互作用如何？膜结构的改变和能量转换之间的关系如何？融合孔的开放是如何控制的？这些问题还有待进一步研究。 突触前神经元内Ca

42、2+的清除：（五）囊泡循环 既然递质释放是通过膜融合和胞吐作用完成的，可以想象，当突触前终末发生连续神经活动时，必然伴随有突触前膜面积的不断增大和囊泡数量的不断减少。然而，实际情况是，突触前膜的面积和囊泡的数量在持续的神经活动后仍然能够保持相对稳定。一个唯一可能的解释是，囊泡在神经末稍处是可以循环的。囊泡循环包括囊泡膜循环和递质循环两方面。 囊泡膜循环涉及囊泡的搭靠、囊泡膜与质膜的融合、以及囊泡膜回收等过程。首先，装载有神经递质的囊泡可以借助蛋白质分子之间的相互作用连接到肌动蛋白丝或定位、搭靠在活性区的质膜上（如前所述）；当神经冲动到达末稍并引起电压门控钙通道开放、Ca2+内流后，高浓度的Ca

43、2+即可引起囊泡膜、质膜和胞浆内多种蛋白之间的相互作用，从而动员更多的囊泡搭靠到活性带的质膜上，并触发囊泡膜与质膜的融合及胞吐过程的出现；递质释放后，一些囊泡可以迅速关闭，另一些与质膜完全融合的囊泡则经入胞（endocytosis）作用再次形成囊泡；回收的囊泡可融合在一起，形成大的膜性囊，即内涵体（endosome）；新囊泡由此经出芽（budding）而再生，它们在装载了神经递质后，再次参与到囊泡的储备、搭靠和融合过程之中。显然，囊泡膜的局部循环使神经末梢能够及时、连续获得囊泡而无需胞体对囊泡膜成分长时间的合成和轴浆远距离（某些突触距胞体达1米以上!）的运送。由于囊泡膜循环经历了与质膜的融合（

44、出胞）和回收（入胞）过程，因此质膜面积将随着出胞和入胞的发生而经历一个增大和恢复的过程，这可以通过膜电容测定反映出来。另外，也可以利用FM荧光染料与质膜结合的特征，观察FM负载后质膜发生的入胞活动（突触前终末内出现具有荧光的囊泡）以及去极化（如细胞外高钾）引起的出胞活动（突触前终末内具有荧光的囊泡数量减少）。有证据表明，膜回收的速率与突触接受刺激和胞吐的程度有关。弱刺激，使少量囊泡释放，其回收较快，可在数秒之内完成；强刺激，使大量囊泡释放，膜回收则较慢，可达数十秒之多。 神经递质的循环过程依递质种类而不同。除了肽类递质是由胞体合成而不存在局部循环外，其它神经递质则是在突触前末梢合成并参与局部循

45、环的。神经递质的循环过程大致如下：首先，一些递质可以在胞浆内由前体物质合成，然后被转运到囊泡内加以贮存，而另一些递质则是由囊泡摄取前体物质后，在囊泡内合成和贮存；出胞作用发生后，由囊泡释放的神经递质通过突触间隙迅速与突触后膜上的特异性受体结合，并引起突触后反应；脱离受体后的神经递质或经水解产生的神经递质前体物质往往被存在于突触前膜上的Na+依赖性转运体（transporter）所结合，该转运体利用质膜内外Na+浓度梯度提供的能量将神经递质或前体物质转运至突触前终末的胞浆内；进入到突触前终末内的神经递质或前体物质大多又是通过囊泡膜上的一种H+依赖性转运体，利用囊泡内外H+浓度梯度（由囊泡膜上的质

46、子泵主动转运H+到囊泡内而产生）提供的能量，由胞浆转运至囊泡内的。由此可见，改变突触前膜或囊泡膜上的这些转运体的功能，也将影响神经递质的释放和突触传递。综上所述，神经递质以囊泡为单位进行的量子释放：受突触前终末去极化的调节；被大量内流的Ca2+所触发；与SNAREs等多种蛋白的参与有关；因囊泡循环而持续进行。 任何改变或调节这些生理过程的因素均可影响递质释放，进而影响突触传递。化学性突触传递效能的改变（增强或减弱）称为突触可塑性（synaptic plasticity），其发生机制不仅涉及突触后受体等结构或功能的改变，而且也有突触前机制参与，即突触前终末神经递质释放功能的改变。三、突触传递的调

47、节（一）突触前调节1、去极化幅度和持续时间；突触前抑制；突触前兴奋2、细胞外钙水平和钙通道；Ch TypeTissueBlockersFunctionP/Qneuronsw- agaotoxin (spider venom)fast releaseNneuronsw- conotoxin (snail venom)fast releaseLneurons, endocrine cells, heart and sk. muscledihydropyridinesSlow release (peptides)Rneurons?fast releaseTneurons?excitability3、

48、递质合成、储存、释放和再摄取麻黄碱：促进去甲肾上腺素的释放；氨甲酰胆碱：促进乙酰胆碱的释放；利血平：抑制神经末梢囊泡对去甲肾上腺素的摄取4、突触前受体作用：大多数是抑制前膜递质的进一步释放，如前膜2受体。(二）突触间隙调节l酶抑制剂 胆碱酯酶抑制剂：donepezil（多那喜）l酶复活剂 胆碱酯酶复活剂： 解磷定三）突触后调节数量和亲和力调节；功能性影响：l受体激动剂（agonist) M受体 - 毛果芸香碱 N受体 - 烟碱 受体 - 去甲肾上腺素 受体 - 异丙肾上腺素l受体拮抗剂（antagonist) M受体 - 阿托品 N受体 - 筒箭毒碱 受体 - 酚妥拉明 受体 - 普萘洛尔四、

49、突触传递的可塑性 化学性突触传递效能的改变称为突触可塑性（synaptic plasticity）。突触可塑性包括突触传递增强和突触传递减弱两方面。前者表现为突触后膜上电反应的增强，后者则表现为电反应的减弱。这种突触反应的改变可以持续一定时间（数十毫秒至几天），据此，将突触可塑性区分为短时程突触可塑性和长时程突触可塑性。突触可塑性尤其是长时程突触可塑性与神经系统的高级功能学习和记忆有密切联系。突触可塑性的产生机制涉及突触前或突触后改变，也可能两者同时都有。（一）短时程突触可塑性 当给予突触前神经末梢一连串有效的电刺激使之产生一连串动作电位时，每个动作电位在突触后膜上引起的突触后电位并不总是恒定

50、的。特别是在给予一串较大的高频率电刺激（通常称为强直刺激，因为该刺激能使骨骼肌产生强直收缩）期间或于其后，将出现短时间（数十毫秒到数十分钟）的突触前或突触后反应的增强或减弱。这种短时程突触可塑性主要有：突触易化、强直后增强和突触压抑等三种表现形式。在突触前末梢接受强直刺激期间，每个动作电位引起的神经递质的释放和突触后电位的幅度将逐渐增加。停止强直刺激后，增强的突触反应仅可持续几百毫秒，这种现象称为突触易化（synaptic facilitation）。强直后增强（posttetanic potentiation, PTP）是指在突触前末梢接受强直刺激以后，每个动作电位引起的神经递质释放和突触后

51、反应增强的现象。与突触易化不同的是，PTP的发生明显缓慢，在刺激停止后数秒才出现最大反应；持续时间较长，可延续数分或数十分钟。PTP现象可以在广泛的突触包括神经-肌肉接头处观察到。机制：属于突触前机制，其神经递质释放的增加与突触前末梢Ca2+浓度持续增加有关（钙离子来不及外排）。强直刺激期间胞内Ca2+浓度的升高可使胞浆中细胞器如线粒体中的Ca2+贮存增加。强直刺激后，细胞器内Ca2+缓慢释放到胞浆中使得Ca2+浓度持续增高，这与PTP能维持较长时间有一定关系。* 突触前末梢Ca2+浓度持续增加,激活CaMPKII,囊泡动员增加. 与突触易化相反，突触压抑是指在连续的动作电位刺激期间突触前末梢

52、神经递质释放越来越少，突触后反应逐渐减弱的现象。习惯化和敏感化：习惯化: 当非伤害性刺激重复作用于机体时，其引起的反射性效应会逐渐减弱，这个过程被称为习惯化。如：刚买回的钟表，其摆动时发出的“嘀嗒”声，可能使人难以入睡，但几夜过后，该钟表便不再被注意到；用触觉刺激引起海兔缩鳃反射的动物实验中，可见到缩鳃反应将随着触觉刺激的重复进行而逐渐减弱，甚至不再有反应。意义：使个体学会对某些刺激的“不注意”，从而主动地放弃对这些刺激的反应，这有利于机体接受其它类型的刺激。机制：重复刺激使Ca2+通道失活，Ca2+ 内流减少，神经递质释放减少。敏感化：是指在较强的伤害性刺激后，机体对原先弱刺激引起的反应明显

53、增强的过程。例如：电刺激作用于海兔的头部或尾部后，原先触觉刺激喷水管周围皮肤引起的缩鳃反应将大大加强。意义：与习惯化相反，敏感化使个体学会了对某些伤害性刺激的注意，有利于躲避该刺激。（一次遭蛇咬，终身怕草绳；草木皆兵；过度“敏感”）机制：CA激活，cAMP产生增多，Ca2+ 内流增加，神经递质释放增多。（二）长时程突触可塑性在中枢神经系统的许多区域，特别是在海马等与学习和记忆有关的脑区，发现存在有可以持续数小时乃至数周的突触活动的增强和抑制现象，这属于长时程突触可塑性。1、长时程增强 长时程增强 (long term potentiation, LTP) 是指突触前末梢受到强直刺激后，突触后神

54、经元出现的一种突触后电位持续性增强现象。1973年，Bliss和Lomo首次在海马结构上描述了LTP现象。目前，尽管在其它脑区和脊髓甚至某些动物的神经肌肉接头处也能观察到LTP现象，但对LTP的深入研究仍主要集中在海马。海马的CA1、CA2和CA3区具有一层连续的锥体神经元，齿状回也有一层称为颗粒细胞的神经元。海马各区神经元之间构成的突触联系主要有：（1）进入海马的穿通纤维（perforant fiber）和颗粒细胞的树突形成突触联系；（2）颗粒细胞的轴突（mossy fiber）与CA3区锥体细胞的树突构成突触联系；（3）CA3区锥体细胞发出的轴突（Schaffer collateral）又

55、与CA1的树突形成突触联系（图4-23A）。LTP现象在这三处突触上均可观察到。例如，给予穿通纤维（突触前末梢）低频率（0.020.03Hz）的测试刺激时，每个刺激可在颗粒细胞（突触后神经元）上记录到一定幅度的EPSP；给予强直刺激（100Hz）后，再用同等强度的低频刺激时，单个刺激诱发的EPSP的幅度可明显增强（图4-23B）。这种增强反应在离体海马脑片上可持续数小时，在自由活动的动物则可持续数天甚至数周43。 实验表明，LTP不是突触前末梢被兴奋的数量增加，也不是突触后神经元兴奋性持续增加或突触后膜上抑制性反应（如GABA能反应）持续减少所致，而是突触传递效率增加的结果。LTP由两个时相组

56、成：诱导（induction）和维持（maintenance）时相。其中，LTP的诱导时相较短，是给予强直刺激期间和强直刺激刚结束后的一段时间，以后则为维持时相。突触联系的部位不同，LTP形成的机制也不同，下面介绍的诱导和维持的机制主要是基于Schaffer collateral/CA1锥体细胞突触的研究。 （1）LTP的诱导 LTP诱导的机制与突触前末梢Glu释放增加和突触后细胞内Ca2+浓度增加有关。在海马CA1区的锥体细胞上，Ca2+内流主要与NMDA型Glu受体的激活有关。如图4-24A所示，强直刺激前的单个测试刺激能引起少量Glu释放。这时，尽管释放到突触间隙中的Glu可以和突触后膜

57、上的AMPA、NMDA受体以及mGluR结合，但由于NMDA受体受细胞外Mg2+阻塞效应的影响，其在测试刺激引起的EPSP中基本上不起作用。测试刺激引起的快速、低幅的EPSP主要是由AMPA受体介导的，因为给予AMPA受体的选择性拮抗剂CNQX可以几乎完全阻断该反应。在强直刺激期间（图4-24B），突触前末梢Glu释放增加，AMPA受体被强烈激活，其形成的内向电流使突触后膜进一步去极化。该去极化达到一定程度后，Mg2+对NMDA受体的阻塞效应便解除。于是，结合了Glu的NMDA受体出现通道开放、Ca2+内流。这种突触起源的去极化又能使突触后神经元细胞膜上的电压门控Ca2+通道达到阈电位，使Ca2+内流进一步增加。实验证明，给予选择性NMDA受体拮抗剂AP5或细胞内注入Ca2+螯合剂（BAPTA）均可