突触和突触传递

第五章

突触和突触传递学生：刘健锋导师：邵宝平副教授Email:andyandhope@时间：2012.10.15突触是神经冲动传导得以实现的转化装置，突触传递则是神经系统中感觉、自主运动和学习记忆等生理活动的基础。我国著名生理学家冯德培教授对突触的作用有过一段精辟的阐述：

即“在整个神经生物学中，突触及其有关的研究可以说是占据中心地位。因为神经系统基本上是信息加工系统，而信息加工要求神经元与神经元对话，这是通过突触进行的。”一、

突触狭义的突触指的是一个神经元的轴突末梢与另一个神经元形成的功能接触点。后来，随着突触形态学证据不断增多，其定义发展为：突触是两个神经元之间机能上密切联系与结构上特殊分化的部位，它代表着解剖结构上特化的与生理机能上专一的传递兴奋和抑制的区域，即信息传递的特殊区域。二、突触的概念现代的突触定义：“两神经元之间或与感受细胞/效应细胞之间以及同一个神经元突起之间结构上特化的机能联系部位”。二、突触的概念1.根据突触结构和传递机制不同分类：电突触——通过缝隙连接，借离子流（局部电流）为媒介构成电信号的直接传递。主要见于无脊椎动物，在脊椎动物大脑内，心肌和平滑肌细胞间也存在这种突触。化学性突触——借化学递质媒介进行信息传递。根据其递质又可分为乙酰胆碱能、多巴胺能、谷氨酸能、GABA能突触等。混合性突触——在两个神经元之间的突触面上，可有化学传递和电传递两种结构并存，称为混合性突触（mixedsynapse）。二、突触的分类2.按照神经元接触部位不同，可分为：轴—树突触：最常见，可以是轴突与树突干或树突棘相突触，多为不对称型，据认为是兴奋性突触。轴—体突触：可为对称型或不对称型，但以对称型为多。轴—轴突触：多在轴丘处或轴突起始处或轴突末梢部，大多具有突触前抑制作用。树—树突触：具有双向极性，即构成突触的两个树突之间可以互相传递冲动。二、突触的分类3．根据突触生理作用分类：抑制性突触——突触前膜释放的是抑制性神经递质，引起突触后膜发生抑制性变化。兴奋性突触——突触前膜释放的是兴奋性神经递质，引起突触后膜呈现兴奋性（膜的去极化）。二、突触的分类连接子在可兴奋组织中，通过缝隙连接（gapjunction)构成电信号的直接传递。（一）电突触（Electricalsynapse）三、突触结构1.结构：

由突触前膜、突触后膜和突触间隙组成:突触间隙极窄，约2-4nm左右;突触前、后膜的构造完全相等，无增厚，紧相贴附，突触前膜无突触囊泡。电信号的传递是通过连接子通道进行

呈六角形，前后膜上各有一个半通道，每个半通道是由6个连接蛋白构成，突触前后膜上的半通道对接形成通道，通道外径2nm，内径1.5nm。连接子是哺乳动物神经组织信息传递的主要形式，由突触前成分、突触后成分和突触间隙所构成，呈单向性传导。突触前后膜厚约7.5nm。1.突触前成分主要由突触前膜和突触囊泡等组成。突触前膜通常是神经元的轴突终末，呈球状膨大，在印染标本中呈棕黑色的环扣状，附着在另一神经元的胞体、树突或轴突上。（一）化学性突触（Electricalsynapse）三、突触结构

2.突触间隙突触前膜与突触后膜之间的间隙，度因突触类型不同而异，约20nm。CNS中的突触间隙一般为10-30nm，神经-肌接头的间隙可达5-60nm。突触间隙内有电子致密物质，主要作用可能是使突触前膜和突触后膜产生物理性连接，利于从突触前膜释放的神经递质扩散到突触后膜。突触前膜和突触后膜都可以通过胞饮方式从间隙中摄取某些物质。突触后膜上含有受体蛋白和离子通道蛋白，还含有一些酶类、线粒体和神经微管等。厚薄不一，一般在此膜的深面有电子致密物质层，以颗粒物质和埋在其中的细丝为特征，此层的厚度直接影响突触后膜的厚度。3.突触后膜五、突触传递是指经典的化学突触传递过程，可简单概括为3部分：突触前神经轴突末梢的电信号转化为化学信号；化学物质到达突触后神经元；突触后神经元将化学信号转化为电信号；电-化学-电传递四、突触传递突触前神经元兴奋→突触前膜去极化→Ca2+通道开放→细胞外Ca2+内流→突触囊泡向突触前膜靠近和融合→突触小泡释放神经递质→突触后膜受体与递质相互作用→后膜离子通道开放或关闭→突触后膜去极化或超级化→突触后电位→多余递质失活→突触囊泡返回质膜1.突触具体传递过程单向传递：兴奋只能从突触前神经末梢传向突触后神经元而不能逆向传递。突触延搁：兴奋在突触处的传递比在神经纤维上的传导慢，约需0.5ms。总和：通常兴奋性突触每兴奋一次不足以触发突触后神经元兴奋，而需同时传来一连串兴奋或许多突触前神经末梢同时传来兴奋。对内环境变化敏感性：缺氧、CO2增加或酸碱度改变都可以改变突触部位的传递活动。对某些药物敏感：突触后膜的受体对神经递质非常敏感，因而某些药物也可以特异性地作用于突触传递过程，阻断或增强突触的传递。2.突触传递特点量子式释放（quantalrelease），即一个小囊泡直径约50nm，单个囊泡所含的递质总量为一个量子，一次动作电位可诱导一批类似的囊泡释放。在递质释放过程中，突触前末梢的去极化及钙离子内流是诱发递质释放的关键因素。3.突触前神经递质的释放

通过突触囊泡与突触前膜融合以胞吐形式将事先在胞体合成并且转运过来的神经递质释放到突触间隙。从突触小泡的胞吐作用到小泡恢复可以分为7个时相:突触小泡的循环锚靠（docking）：突触囊泡锚靠在突触前膜的特定区域—活化带。突触小泡的循环激活：锚靠后，突触囊泡须经历一成熟过程，才可在钙离子内流的触发下，与突触前膜的快速融合。突触小泡的循环融合（fusion）/出胞(释放，release)：突触前膜动作电位使钙离子通道开放，钙离子大量内流触发突触囊泡与突触前膜完全融合。突触小泡的循环移位：包被囊泡去除外衣，移位至轴浆中成为循环的突触囊泡。突触小泡的循环内质体融合：循环的突触囊泡与内质体融合。突触小泡的循环出芽：从内质体萌生形成新的突触囊泡。突触小泡的循环神经递质摄取：突触囊泡以主动转运方式将神经递质摄入囊泡内，其能量来自囊泡膜钠离子—钾离子产生的电化学梯度。有神经递质的囊泡经扩散或细胞骨架蛋白组成的轴浆运载系统，移回突触前膜的活化区。突触递质的调制过程

a.神经元内在过程：静息膜电位或动作电位发放的变化引起

b.神经元外部过程：其他神经元的突触输入突触递质调制的部位

a.突触前受体

b.突触后受体

c.突触间隙突触前终末调制靶点

a.改变启闭钙通道已改变突触前精细Ca2+浓度

b.改变钙通道门控

c.改变K+或Na+内流以改变动作电位过程中电

压门控Ca2+内流作用于Ca2+内流的下游机制。4.神经递质突触前释放的调制快突触（神经信息）传递：

神经递质通过突触前膜释放到突触间隙，再扩散至突触后膜并与相应受体结合，使受体通道开放，产生突触后电位。如果突触通道中的Na+或Ca2+增多，即产生兴奋性突触后电位；如果K+或Cl-增多，则产生抑制性突触后电位。两种情况都是在1ms内完成。慢突触传递：

神经递质与突触后膜受体结合后并不立即引起膜电位变化，而是产生一系列生物化学反应，并由反应产生的活性分子来传递信息，常以秒计，且造成的行为、情感、思维和精神状态可以持续几分钟甚至几小时。5.快传递与慢传递1.兴奋性突触后电位（excitatorypostsynapticpotential，EPSP）：概念:发生在突触后膜的去极化电位。产生机制：突触前膜释放兴奋性神经递质，突触后膜对Na＋和K＋（主要是Na＋）的通透性增加，导致细胞膜的局部去极化。6.突触后电位根据突触后膜发生去极化或超极化，可将突触后电位分为兴奋性和抑制性突触后电位。兴奋性突触后电位的产生6.突触后电位概念：发生在突触后膜的超极化电位。产生机制：抑制性递质作用于突触后膜，使突触后膜对Cl-和K+（主要是Cl-）的通透性增加。6.突触后电位2.抑制性突触后电位（inhibitorypostsynapticpotential，IPSP）突触后神经元的电活动变化

概念：化学性突触传递效能的改变称为突触可塑性，包括突触传递增强和突触传递减弱两方面。突触传递增强：突触后膜上电反应增强；突触传递减弱：突触后膜上电反应减弱。广义的突触可塑性包括突触传递可塑性、突触发育可塑性和突触形态的可塑性，一般指突触传递可塑性。突触可塑性是神经科学领域近年来进展最快、取得成果最大的研究领域，不仅与学习记忆功能关系密切，还参与了感觉、心血管调节等重要病理生理过程。突触可塑性可分为短时程突触可塑性和长时程突触可塑性。6.突触可塑性（synapticplasticity）突触前神经末梢受到一连串有效刺激后，在短时间内（数十毫秒至数十分钟）突触前或突触后反应增强或减弱。有三种表现形式：①突触易化（synapticfacilitation）——突触前神经末梢接受强制刺激期间，每个动作电位引起的神经递质释放和突触后电位的幅度逐渐增强，强直刺激停止后，增强的突触反应可持续几百毫秒。②强直后增强（post-tetanicpotentiation,PTP）——突触前神经末梢接受强制刺激后，每个动作电位引起的神经递质释放和突触反应增强的发生缓慢，在刺激停止数秒后才发生最大反应，可延续数分至数十分钟。③突触抑制（synapticdepression）——在连续的动作电位刺激期间，突触前神经末梢神经递质释放越来越少，突触反应逐渐减弱。A.短时程突触可塑性指可以持续数小时乃至数周的突触活动增强与抑制现象，分别称为长时程增强（long-termpotentiation,LTP）和长时程抑制（long-termdepression，LTD）。LTP：突触前神经末梢接受强制刺激后，突出后神经元出现的一种突触后电位持续增强的现象。在海马CA1、CA2和CA3区可见到此现象，与学习和记忆有关。LTD：突触传递效应持续性下降。小脑皮层是产生LTD的重要部位之一。B.长时程突触可塑性电突触和化学突触的对比突触类型电突触化学突触突触间隙3.5nm20-40nm突触前后胞浆连续性具有不具有精细结构缝隙连接具有突触前囊泡、活性带和突触后受体信息传递物质离子电流化学神经递质突触延搁几乎无延时明显，至少0.3ms，一般1-5ms或更长传递方向双向单向传递条件突触前膜去极化即可突触前膜需要动作电位

重症肌无力是神经肌肉接头处传递障碍的慢性疾病，也就是说支配肌肉收缩的神经在多种病因的影响下，不能将“信号”正常传递到肌肉，使肌肉丧失了收缩功能，所以临床上就出现了眼睑下垂、复视、斜视，表情肌和咀嚼肌无力表现为表情淡漠、不能鼓腮吹气等，延髓肌无力则出现语言不利、伸舌不灵、进食困难、饮食呛咳等。免疫学研究显示为自身免疫性疾病，由抗受体抗体干扰突触传递所致。问题出在突触后，递质与受体结合受阻。6.与突触有关的疾病

a．重症肌无力：某些癌症，如小细胞性肺癌发生重症肌无力是由于突触前存在电压门控钙离子通道抗体，致钙离子内流减少，递质释放受阻。使用免疫抑制剂往往使症状得到缓解。问题出在突触前。7.与突触有关的疾病

b.突触前神经肌接头阻断阿尔茨海默病(Alzheimer‘sdisease，AD)是一种多发于老年人的神经退行性病变，65岁以上的老年人口发病率约为5%～10%。其主要临床表现是渐进性的认知功能障碍和记忆损害。7.与突触有关的疾病

c.阿尔茨海默病综合症主要症状基因高血钾型周期性麻痹周期性短暂性的肌无力，常因低温、低钾诱发，SCN4A发作时血钾正常钾恶化性肌强直摄入过多的钾诱发疼痛性肌强直，伴肌肉肥大，SCN4A但从不产生肌无力先天性副肌强直症受冷或运动时出现肌强直SCN4ALQT3型综合症周期性晕厥，突发致死，QT间期延长SCN5ABrugada综合症晕厥，心率不齐，右束支阻滞SCN5A自发性室颤症室颤，全身血流不畅，突发致死SCN5A突发性夜间猝死综合症室颤，迅速死亡，常发生于睡眠时SCN5A全面性癫痫热性发作叠加症意识障碍、自动症、阵挛，伴发作性发热SCN1A/B**SCN4A为骨骼肌钠通道基因变异，SCN5A为心肌钠通道基因变异，SCN1A/B为神经细胞β亚基基因突变。7.与突触有关的疾病

c.离子通道疾病8.突触相关前沿进展

药物成瘾是由成瘾药物与大脑奖赏系统相互作用后产生的慢性、复发性脑病，涉及极其复杂的神经机制。

有研究表明药物等多种因素可通过多脑区、多受体系统、多神经回路长时程作用于神经突触，导致突触结构与功能可塑性变化，影响突触传递效能。但阐明某种突触修饰与特定行为之间的因果联系，目前仍是突触可塑性研究领域中最具挑战性的难题。8.突触相关前沿进展近年的研究表明，在未成熟哺乳动物突触发生期，短暂性拮抗N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体或过度激动γ-氨基丁酸A(GABAA)受体可诱发大脑神经细胞的大量凋亡、脊髓凋亡性退变。这些药物主要有全身麻醉药、抗惊厥药及乙醇等。人类突触发生高峰期为妊娠后3个月到出生后3年。妊娠晚期、新生儿及婴幼儿刚好处在这个时间窗。全麻药对于突触发生期中枢神经系统的影响机制还有待更进一步的研究，这对于指导妊娠期及婴幼儿临床合理用药具有重要意义。8.突触相关前沿进展中医针刺防治阿尔茨海默病（AD）,积累了丰富的临床经验,但机理尚不清楚。最近有研究表明针刺可拮抗衰老过程中的病理生理变化。采用行为学、免疫组化和图像分析技术,研究针刺对AD大鼠学习记忆、海马CA1区超微结构和突触素表达的影响,实验结果表明针刺是通过促进海马内突触重建,提高突触素的表达,从而改善AD大鼠的学习记忆能力,也为针刺治疗AD提供了思路。8.突触相关前沿进展由于阿尔茨海默病（AD）起病隐匿、病因复杂，目前尚无特效的治疗药物和手段，最近有研究表明运动不仅能提高普通人群的认知能力，还能减缓AD的发病和进展。所有运动都可向中枢神经系统提供感觉、运动和反射性传入，运动对大脑的功能重组和代偿起着重要作用。中枢神经系统的突触可塑性是研究学习和记忆神经机制的核心问题，突触可塑性改变可能是运动防治AD的细胞机制。8.突触相关前沿进展最近发现肌球蛋白1E与神经元的胞吐作