生物学4神经元信息传递

神经元之间的信息传递

(SynapticTransmissionBetweenNeurons)

王志举Dept.ofPhysiology﹠NeurobiologySchoolofBasicMedicalSciencesZhengzhouUniversity突触Synapsesynapse神经元间相互接触并传递信息的部位。1897年，谢灵顿首次提出synapse。

定向突触非定向突触化学性突触

电突触混合性突触Synapse的分类ElectricalSynapseChemicalSynapse非定向性突触Synapse的分类化学性突触：信息传递的媒介物是神经递质（90%）定向突触：经典突触非定向突触：电突触：信息传递的媒介物是局部电流。（﹤10%）定向突触非定向突触一、Electricalsynapse电突触:缝隙连接(gapjunction)缝隙连接：六角形的connexon，形成细胞间通道，允许离子和小分子物质进行交换。(分子量小于1.0-1.5kD或直径小于1.0nm)前、后膜厚度基本相等；缝隙2-4nm缝隙电阻抗很低。是细胞间电活动互相直接传导的低电阻通路。特点：Rapidtransmission；ElectricalSynapsesarebidirectional传递信号可靠影响因素：细胞内游离Ca2+浓度、细胞内pH值、膜电压等。存在于胶质细胞之间。多见于低等动物意义：使相邻的许多神经元的活动同步化。郑州大学医学院生理学教研室二、定向Chemicalsynapse

1.定向Chemicalsynapse的分类按突触接触的部位轴-树型、轴-胞型、轴-轴型按突触膜的特征分类不对称型、对称型按突触功能分类兴奋型、抑制型一个神经元可通过突触影响多个神经元的活动；--辐散一个神经元通过突触可接受其它许多神经元传来的信息—聚合突触前膜突触间隙突触后膜2.ChemicalsynapsestructureSynapseStructure

突触前膜

presynapticmembrane：囊泡(synapticvesicle)、线粒体。囊泡有neurotransmitter

突触间隙synapticcleft：前、后膜之间15-30nm的cleft充满细胞外液。突触后膜postsynapticneuronmembrane：递质的specialreceptor，特殊的chemically-gatedchannel分解递质的酶：如胆碱脂酶郑州大学医学院生理学教研室突触小泡：小、清亮透明的小泡：内含乙酰胆碱或者氨基酸递质小、有致密中心的小泡：内含儿茶酚胺递质大、有致密中心的小泡：内含神经肽递质

郑州大学医学院生理学教研室3.突触的传递过程AP抵达轴突末梢突触前膜去极化电压门控Ca2+通道开放Ca2+流入突触前膜突触小泡前移与前膜融合、破裂递质释放入间隙扩散通过间隙，与突触后膜特异性受体结合化学门控性通道开放突触后膜对某些离子通透性增加突触后电位（去极化或超极化）总和效应突触后神经元兴奋或抑制传递过程郑州大学医学院生理学教研室突触的传递过程突触前过程：AP→neurotransmitter释放电-化学突触间传递过程：

递质跨细胞的信号传递突触后过程：递质→

PostsynapticPotentials化学-电Electrical-Chemical-ElectricalSignalsTransform电-化学-电传递过程SynaptictransmissionatchemicalsynapsesinvolvesseveralstepsNeurotransmittersacteitherdirectlyorindirectlyonionchannelsthatregulatecurrentflowinneuronsCa2+来源：细胞外Ca2+通过前膜电压门控性Ca2+通道（VDCC）进入突触前的轴浆内。Ca2+内流量，与膜的去极化程度成比例。Ca2+触发递质释放：突触囊泡的动员、摆渡、着位、融合和出胞等步骤Ca2+在突触传递中的作用动员(mobilization)：Ca2+与轴浆中calmodulin（CaM）结合形成Ca2+-CaM复合物，激活依赖Ca2+-CaM的蛋白激酶Ⅱ，使突触蛋白发生磷酸化，与细胞骨架丝的结合力减弱，突触囊泡便从骨架丝上游离出来。摆渡(trafficking)：游离的突触囊泡在G蛋白Rab3的帮助下向突触前膜上活化区移动，（活化区对应的突触后膜上存在特异性受体，又称递质门控通道）。着位(docking)：突触囊泡固定于活化区的前膜上。参与着位的蛋白包括囊泡膜上蛋白(v-SNARE)和突触前膜上的靶蛋白(SNAP-25)。融合(fusion)：囊泡膜上的突触结合蛋白(synaptotagmin，或称p65)在轴浆内高Ca2+条件下发生变构，消除它对融合的阻碍作用，突触囊泡膜和突触前膜发生融合(fusion)。出泡(exocytosis)：通过突触囊泡膜和突触前膜上暂时形成的融合孔(fusionpore)进行。Ca2+的清除：经由Na+-Ca2+逆向转运体外流，恢复轴浆内的Ca2+浓度。郑州大学医学院生理学教研室4.突出后电位，PSPEPSP突触前轴突末梢的AP突触小泡中兴奋性递质释放递质与突触后膜受体结合突触后膜Na+通道开放Na+(主)

K+通透性↑后膜去极化（EPSP)Na+内流>

K+外流EPSP机制：Ca2+内流IPSP突触前轴突末梢的AP突触小泡中抑制性递质释放递质与突触后膜受体结合突触后膜Cl-离子通道开放Cl-通透性↑后膜超极化（IPSP)Cl-内流IPSP机制Ca2+内流EPSP和IPSP的区别EPSP

IPSPExcitatorysynapse

inhibitorysynapseExcitatorytransmitterinhibitorytransmitterNa+,k+,

Cl-Depolarization

hyperpolarizationExcitability

inhibitionPSP特点：属localpotential：①电紧张性扩布：（衰减性传导）②等级性电位：其大小与刺激强度呈正比；③总和： 时间性总和 空间性总和AP的产生：当EPSP和IPSP的代数和达到阈电位，在轴突的始段首先引起AP。

轴突始段为中枢神经元整合效果读取器轴突始段部含有大量的电压门控Na+通道，受刺激后产生AP的阈值低于神经元胞体及树突AP可向两方向扩布：沿轴突扩布至末梢和逆向传到胞体，使整个神经元发生一次兴奋。郑州大学医学院生理学教研室5.1单向传播：5.2突触延搁(delay)：0.3～ 0.5ms. 5.突触传递的特征郑州大学医学院生理学教研室5.3总和： 时间性总和(temporalsummation)

空间性总和(spatialsummation)5.4兴奋节律的改变:突触前神经元与突触后神经元的放电的频率不一致多个synapses自身的功能状态5.5对内环境变化敏感和易疲劳5.6后发放：突出前神经元刺激停止，突出后神经元仍然发放冲动。主要原因：神经元之间的环状联系、中间神经元的作用。DistinguishingPropertiesofElectricalandChemicalSynapsesElectricalSynapseChemicalSynapseDistancebetweenpre-andpostsynapticcellmembranesCytoplasmiccontinuitybetweenpre-andpostsynapticcellsUltrastructuralcomponentsAgentoftransmissionSynapticdelayDirectionoftransmission3.5nm20-40nmYesNoGap-iunctionchannelsPresynapticvesiclesandactivezones;postsynapticreceptorsIoncurrentChemicaltransmitterVirtuallyabsentSignificant:atleast0.3ms,usually1-5msorlongerUsuallybidirectionalOneway三、非定向突触传递1.结构：曲张体（varicosity）曲张体：轴突末梢上的串珠状膨大结构。内含突触小泡，小泡内有递质。非定向突触传递递质释放，扩散到邻近的细胞，作用于其上的相应受体发挥生理作用。2.特点：①不存在突触前膜与后膜的特化结构；②作用部位分散，无特定靶点。③曲张体与效应器间距大于经典突触的间隙；④递质扩散距离较远且不等，传递时间长且不一；⑤释放的递质能否发挥效应，取决于突触后成分上有无相应受体。突触传递的可塑性突触可塑性(synapseplasticity)

突触的反复活动可引起突触的传递效率发生的增强或减弱，称为突触传递的可塑性。短时程突触可塑性：例，强直后增强(posttetanicpotentiation)长时程突触可塑性：长时程增强(long-termpotentiation,LTP)和长时程抑制(long-termdepression,LTD)强直后增强(PTP)突触前末梢在接受一短串刺激后，突触后电位发生明显增强，增强可持续60s。机制：强直刺激使突触前膜游离Ca2+增高，使递质释放增加。长时程增强和长时程抑制LTP：突触前神经元受到短时间的快速重复刺激后，在突触后神经元快速形成的持续时间较长的突触后电位增强。

机制：突触后神经元内Ca2+增加。LTD：突触前神经元受到频率较低的重复刺激后突触传递效率长时程降低。长时程增强Long-TermPotentiation四、中枢抑制19世纪中叶，俄罗斯学者谢切诺夫提出了中枢抑制(centralinhibition)的概念。我们可以这样认为：①在任何反射活动中，中枢内即有兴奋活动，又有抑制活动，且两者都是主动过程；②在某一反射兴奋过程中，有些反射则受到抑制，如进行吞咽反射时，反射性地停止呼吸。中枢抑制③抑制和兴奋同等重要。④根据产生机制的不同，分为突触前抑制和突触后抑制。1.突触后抑制（postsynapticinhibition)1.1概念：神经元信息传递过程中，通过兴奋一个抑制性中间神经元（其释放抑制性递质），造成突触后神经元产生IPSP，引起突触后神经元发生抑制。超极化抑制1.2分类：

A、传入侧枝性抑制（AfferentCollateralInhibition）或称交互抑制，ReciprocalInhibition B、回返性抑制（RecurrentInhibition）1.3机制：

兴奋抑制性中间神经元→突触后膜超极化（IPSP）1.4传入侧支性抑制(afferentcollateralinhibition)兴奋冲动传入侧支兴奋抑制性中间N元抑制性中间N元释放抑制性递质抑制另一中枢的N元另一中枢的N元产生IPSP兴奋一个中枢的N元产生EPSP⑴过程:⑵生理意义:使不同中枢之间的活动相互协调。1.5回返性抑制recurrentinhibition⑴过程N元兴奋冲动沿轴突传出侧支兴奋抑制性中间N元抑制性中间N元释放抑制性递质抑制原兴奋的N元及相邻的N元突触后膜产生IPSP效应细胞兴奋突触后膜产生EPSP⑵生理意义：①使神经元活动及时终止；②使同一中枢内各神经元同步活动。交互抑制回返性抑制发生部位感觉传入神经元传出神经元被抑制的神经元非同类神经元同类神经元或该神经元本身生理意义使不同中枢的活动相协调负反馈使同一中枢内各神经元同步活动。两类突触后抑制的比较2.突触前抑制⑴概念：通过突触前膜去极化，引起突触后N元兴奋性降低的抑制称为突触前抑制。又称去极化抑制。⑵结构基础:轴2-轴1-胞3串联突触实验A：刺激轴突1时，胞3产生10mV的EPSP；实验B：先刺激轴突2，再刺激轴突1时，胞3产生5mV的EPSP。先刺激轴2轴2兴奋,释放递质(GABA)轴1部分去极化(Cl-电导↑)再刺激轴1轴1产生AP幅度↓轴1Ca2+内流↓轴1释放递质↓胞3EPSP幅度↓胞3不易达到阈电位而抑制特征：是去极化抑制。神经递质(Neurotransmitter)在化学性突触传递过程中起信息传递作用的化学物质神经递质的判定标准（Criteriaforneurotransmitter）突触前神经元存在合成递质的前体和酶，能合成该递质 递质存在突触小泡内，当冲动抵达末梢时，小泡内递质能释放入突触间隙递质释出后经突触间隙作用于后膜上特异受体而发挥其生理效应存在使该递质失活的酶或其他方式(如重摄取)有特异的受体激动剂或拮抗剂，并能够分别拟似或阻断该递质的突触传递作用递质的分类(Categoriesofneurotransmitters)经典神经递质(Classicalneurotransmitters)神经肽(Neuropeptides)其它类型NO、CO组织胺(Histamine)腺苷(ATP)经典神经递质(Classicalneurotransmitters)乙酰胆碱(Acetylcholine,Ach)单胺类(Monoamine)

多巴胺(Dopamine,DA)

去甲肾上腺素(Norepinephrine,NE)

肾上腺素(Epinephrine,E)5-羟色胺(Serotoninor5-hydroxytryptamine,5-HT)

氨基酸类(Aminoacids)

Glutamate(谷氨酸)，Aspartate(天冬氨酸)Glycine(甘氨酸),GABA(-氨基丁酸)神经肽(Neuropeptides)家族

-神经系统存在的参与神经信息传递,具有生物活性的肽类物质,由5~10个氨基酸组成,分子量在500~5000之间

速激肽(tachykinins)P物质(substanceP，SP)神经激肽A(neurokininA，NKA)神经激肽B(neurokininB，NKB)内阿片肽(endogenousopioidpeptides)内吗啡肽(endomorphins，EM-1,EM-2)

脑啡肽(enkephalins,EK)-内啡肽(-endorphin,-EP)

强啡肽(dynorphins，DYN)

孤啡肽(orphanin)，不属内阿片肽，但它的发现与阿片研究密切相关增血糖素相关肽(glucagon-relatedpeptides)

血管活性肠肽(vasoactiveintestinalpeptide，VIP)

组异肽(peptidehistidineandisoleucine,PHI)

组甲肽(peptidehistidineandmethionine,PHM)

垂体腺苷酸环化酶激活肽(pituitaryadenylatecyclaseactivatingpeptide,

PACAP)

生长激素释放激素(growthhormonereleasinghormone,GHRH)神经肽(Neuropeptides)家族垂体后叶激素(PosteriorPituitaryHormones)

加压素(vasopressin,

VP)

催产素(oxytocin,OT)胆囊收缩素样肽(cholecystokinin-likepeptides)

胆囊收缩素-8(cholecystokinin-8,CCK-8)铃蟾肽样肽(bombesin-likepeptides)胃泌素释放肽(gastrinreleasingpeptide,GRP)神经介素B(neuromedinB,NMB)胰多肽相关肽(pancreaticpolypeptide-relatedpeptides)神经肽Y(neuropeptideY,NPY)酪酪肽(peptideYY,PYY)内膜素(endothelins,ET)内膜素-1(endothelin-1,ET-1)内膜素-2(endothelin-2,ET-2)内膜素-3(endothelin-3,ET-3)心钠素(atrialnatriureticfactor,ANF)-心钠素(-atrialnatriureticfactor,-ANF)脑钠素(brainnatriureticfactor,BNF)神经肽(Neuropeptides)家族甘丙肽(galanin,GAL)神经降压肽(neurotensin,NT)

降钙素基因相关肽(calcitonin-generelatedpeptide,CGRP)生长激素抑制素(somatostatin,SST)和大脑皮质抑制素(corticostatin)促皮质激素释放因子(corticotrophinreleasingfactor,CRF)血管紧张素(angiotensin,AT)神经递质与神经调质(Neurotransmitters&neuromodulators)神经调质(neuromodulator)：本身并不直接触发所支配细胞的功能效应，只起调制传统递质作用的一些神经调节物。可为神经细胞、胶质细胞或其它分泌细胞所释放，对递质起调制作用本身不直接负责跨突触信号传递或不直接引起效应细胞的功能改变，而是调节信息传递的效率，增强或削弱递质的效应间接调制递质在突触前神经末梢的释放及其基础活动水平影响突触后效应细胞对递质的反应性，对递质的效应起调制作用调质与递质并无明确的界限调质是从递质的概念中派生出来的某些化学物质在一种情况下发挥递质的作用，而在另外的情况下是调质递质的代谢(Metabolismofneurotransmitters)递质的合成递质的储存递质的释放递质的失活合成：底物和酶是限速因素小分子递质：突触前末梢内由底物经酶催化合成。酶在胞体内合成，经慢速轴浆运输方式运输到末梢，底物通过胞膜上的转运蛋白（或称转运系统）摄入。神经肽：胞体内合成大分子前体，运输过程中经裂解酶裂解、修饰而成。储存：囊泡是递质储存的主要方式递质储存在囊泡内，囊泡内可以有数千个递质分子。小分子递质如ACh、氨基酸类：储存在直径40~60nm的小而中央清亮囊泡。神经肽：储存在直径约90~250nm的大而致密核心囊泡中。单胺类递质：储存在小而致密核心囊泡、大的（直径60~120nm）不规则形状的致密囊泡释放：递质释放过程动作电位→突触前膜的去极化→电压门控钙通道开放→Ca2+内流→囊泡同突触前膜融合→出胞→递质释放入突触间隙量子式释放(Quantalrelease)钙离子进入突触前膜是递质释放的触发因素。递质释放的突触前调制递质的释放受自身受体或异源受体的调节突触前自身受体激活后的效应使突触前膜超极化，减少冲动到达末梢时电压门控Ca2+通道的开放，减少突触前末梢Ca2+内流，以致递质释放减少(负反馈)使突触前膜去极化，Ca2+通道开放，Ca2+内流增加，导致递质释放增加例如突触前膜N-乙酰胆碱受体（N-AChR）激活→ACh释放增加某些突触前受体能够被邻近神经末梢释放的递质激活，此类受体调节称异源受体(heteroceptors)调节如谷氨酸能神经末梢的突触前膜分布有GABAB受体，它接受邻近的-氨基丁酸(GABA)能神经元释放并弥散来的GABA(旁分泌)调节，抑制谷氨酸的释放消除或失活：重摄取：依赖神经递质转运体(Transporter)重摄取是消除经典神经递质的主要方式氨基酸类递质可同时被神经元和神经胶质细胞摄取单胺类递质只能被神经元重摄取酶解酶解是消除神经肽的主要方式，也是消除经典神经递质的最终方式弥散神经递质转运体:膜转运体和囊泡转运体600个左右的氨基酸组成的膜蛋白依赖细胞内外Na+的电化学梯度提供转运的动力需要Cl-或K+共同转运膜转运体有两大家族Na+/K+依赖性递质转运体：兴奋性氨基酸递质Na+/Cl-依赖性递质转运体：单胺类递质和抑制性氨基酸膜转运体囊泡转运体

转运的能量来源于ATP酶依赖性的囊泡内外H＋浓度差H＋与转运递质反向转运该家族成员：囊泡单胺类转运体(Vesicularmonoaminetransporter,VMAT)囊泡乙酰胆碱转运体(VesicularAChtransporter,VAChT)神经递质转运体:膜转运体和囊泡转运体戴尔原则Dale`sprinciple一个神经元内只存在一种递质，其全部末梢只释放同一种神经递质。递质共存（coexistence）：一个神经元内可以存在两种或两种以上的神经递质，末梢可释放两种或两种以上的递质。如：支配唾液腺的副交感：ACh/VIP（vasoactiveintestinalpeptide,血管活性肠肽）；递质共存(Neurotransmittercoexistence–Dale’sprinciple)递质共存(Neurotransmittercoexistence–Dale’sprinciple)