第一讲-神经元学说的诞生与突触

第一讲-神经元学说的诞生与突触第一页，共57页。神经科学Neuroscience17世纪显微镜的发明——细胞1665年英国科学家罗伯特.胡克RobertHooke用自制显微镜发现了细胞。19世纪——细胞学说诞生德国植物学家施莱登Schleiden(1838)、动物学家施旺Schwan(1839)提出：细胞是一切动植物结构的基本单位。神经系统是否由神经细胞组成？第二页，共57页。罗马帝国时代对脑的认识Galen发现脑室中空并含有液体。脑室的发现很符合当时流行的“四体液论的平衡学说”：机体的功能有赖于4种重要的液体或体液的平衡。感知被大脑所记录，运动被小脑所启动，都是由体液通过神经到达脑室和离开脑室的流动，而实现感知周围环境并支配躯体运动。神经科学NeuroscienceSheepbrainblood,phlegm,choler，blackbile血(心-气)、粘(脑-水)、黄胆汁(肝-火)、黑胆汁(脾-土)健康是各种体液和谐混合的结果，如果体液混合错误就会生病，而医疗要领就是使体液恢复和谐的状态。第三页，共57页。从文艺复兴到18世纪对脑的认识在17世纪早期，法国人发明了类似水车驱动动力的机械装置，这些装置支持了“脑以类似机械运行的方式行使其功能”这样一种观点：液体从脑室中被压出来，经过神经“管道”到达肌肉，促使肌肉运动。神经科学Neuroscience文艺复兴时期对脑室的描绘第四页，共57页。19世纪对脑的认识神经科学Neuroscience神经“电缆”论神经是一些“电缆”，将电信号传入和传出脑。1751年，BenjaminFranklin出版了一本题为《电的实验和观察》的书，宣告了对电现象一次全新的认识。意大利科学家LuigiGalvani和德国生物学家EmilduBois-Reymond证明，神经受到电刺激时会引起肌肉的颤动，同时脑本身也能产生电流。这些发现最终取代了“神经通过液体的流动而与脑相联系”的观点。未能解决的问题是：引起运动和感觉的神经是不是同一根神经？双向传导？第五页，共57页。1906年诺贝尔生理学或医学奖神经科学Neuroscience意大利细胞学家C.Golgi(1843-1926)西班牙神经组织学家R.Y.Cajal(1852-1934)PK神经网状理论，reticulartheory不同神经细胞的突起相互融合，连接形成网状结构，类似于循环系统中的动脉和静脉，细胞学说不适应于神经系统。神经元学说，neurondoctrine神经元的突起不是连通的，而是通过特化的结构接触而不是相互贯通的，细胞学说适应于神经系统。第六页，共57页。神经科学Neuroscience意大利细胞学家C.Golgi(1843-1926)1879年将脑徒手切成薄片用铬酸盐-渍银法染色在显微镜下看到了神经元和神经胶质细胞高尔基染色的神经元高尔基染色：

显示神经元的细胞核和呈辐射状伸出的突起，只能显示少数神经元。第七页，共57页。神经科学Neuroscience西班牙神经组织学家R.Y.Cajal(1852-1934)掌握了Golgi的方法并加以改进，1903年建立了还原硝酸银染色法，能显示最细的神经末梢，并提出神经元之间没有原生质联系，仅有接触关系。于1888年学习了Golgi染色法后，在随后的25年里，他用Golgi染色法染出了许多脑区的环路。Cajal绘制的海马神经环路图Cajal绘制的大脑环路图之一第八页，共57页。神经科学Neuroscience植物表皮细胞大肠杆菌红细胞肌细胞第九页，共57页。神经科学Neuroscience神经元胞体突起突起融合在一起？第十页，共57页。神经科学Neuroscience突触神经网状理论神经元学说第十一页，共57页。神经科学Neuroscience第十二页，共57页。神经科学Neuroscience突触一、神经元学说第十三页，共57页。神经科学Neuroscience从信号传递功能可分为四个功能分区：接收——胞体和树突膜整合——胞体，轴丘产生动作电位传导——轴突输出——神经末梢释放递质二、神经元结构神经元具有兴奋性和传导性，并具有分泌功能。第十四页，共57页。神经科学Neuroscience1、胞体细胞膜细胞核细胞器尼氏体、高尔基体、线粒体、内质网细胞骨架2、突起树突轴突二、神经元结构第十五页，共57页。神经科学Neuroscience1、胞体细胞膜连续完整的细胞膜，厚约5nm脂质双分子层，有电容特性膜上蛋白质形成离子通道、受体等胞体、树突、轴突膜的蛋白质组成均不同。具有信息传递、神经冲动的发生和传导、物质的跨膜转运以及细胞外物质的识别与结合等多种生理功能。二、神经元结构第十六页，共57页。神经科学Neuroscience膜蛋白在神经元细胞上的分布不同与神经元不同部位的功能有关1）树突：各种受体（可以通透钙、钾、钠或者氯离子），接受突触前递质释放的信息，电紧张电位的形成2）轴丘：高密度钠通道，神经冲动的发生3）轴突：钠离子通道，神经冲动的传导4）突触前：钙离子通道，神经递质的释放以动作电位传播为例第十七页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience1、胞体细胞核核膜、核孔、染色质DNA转录mRNA翻译蛋白质基因转录。mRNA分子把蛋白质合成的基因指令从细胞核携带到细胞质中。第十八页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience1、胞体胞质和细胞器1）粗面内质网roughER＋核糖体ribosome->尼氏体(Nisslbody)主要存在于胞体中，表明神经元具有活跃的蛋白质合成功能树突和胞体中含有，而轴突、轴丘没有尼氏体。第十九页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience1、胞体胞质和细胞器2）核糖体放射自显影显示核糖体RNA在培养海马神经元中的分布（左图），在胞体、树突中都有存在，而未在轴突中出现。（右图）树突中的核糖体主要在突触后膜，树突棘头部以下与树突干交会处（S：树突棘头；Den：树突干）第二十页，共57页。神经科学Neuroscience轴浆运输axonplasmictransport实验检验：Waller氏退变(walleriandegeneration)：切断轴突与胞体的联系轴突无法生存PaulWeiss实验（慢速轴浆运输）环绕轴突系一条线物质在轴突内靠近胞体一侧聚集打开线结聚集的物质以每天1-10mm的速度沿轴突运输BerniceGrafstein实验（快速轴浆运输）胞体注射放射性氨基酸测量轴突末梢放射性蛋白质到达时间来计算运输速度运输速度高达每天1000mm轴突不含核糖体和rER，其生长发育及代谢需要的蛋白从哪儿来？第二十一页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience1、胞体胞质和细胞器3）滑面内质网smoothER将蛋白质折叠并形成三维结构4）高尔基体Golgiapparatus蛋白质“翻译后”大量化学修饰；将内质网合成的蛋白质进行加工、修饰、分类与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。5）线粒体mitochondrion

细胞的“动力工厂”

胞体、树突、轴突中均可见。第二十二页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience1、胞体细胞骨架cytoskeleton作用：1）维持细胞形态；2）生长、发育、轴浆运输3）突触可塑性微管 microtubule微丝 microfilament神经丝 neurofilament第二十三页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience1、胞体细胞骨架cytoskeleton1）微管：决定细胞外形，轴浆运输最粗，d=20nm，中空圆柱状结构。管壁由13根原纤维组合成的多股链。微管处于聚合和解聚的动态过程，可受胞内信号影响，调控神经元形状。微管相关蛋白(MAPs)促进微管组装、聚集成束，维持微管的稳定。其中，tau与MAP3存在于轴突，MAP2存在于树突。tau的病理性变化（如过度磷酸化）与阿尔茨海默病（AD）引起的痴呆相关。第二十四页，共57页。神经科学Neuroscience1907年，首例报告的阿尔茨海默症病人阿尔茨海默病属于原发性退行性脑变性疾病，多起病于老年期，病理改变主要表现为脑细胞的广泛死亡。临床上以智能损害为主。轻度1、轻度语言功能受损；2、日常生活中出现明显的记忆减退，特别是对近期事件记忆的丧失；3、时间观念产生混淆；4、在熟悉的地方迷失方向；5、做事缺乏主动性及失去动机；6、出现忧郁或攻击行为；7、对日常活动及生活中的爱好丧失兴趣。中度1、变得更加健忘，特别常常忘记最近发生的事及人名；2、个人自理能力下降，需要他人的协助，如上厕所、洗衣服及穿衣等；3、在居所及驻地这样熟悉的地方也会走失；4、不能独自从事煮饭、打扫卫生或购物等活动；5、不能继续独立地生活；6、开始变得非常依赖；7、说话越来越困难；8、出现无目的的游荡和其他异常行为；9、出现幻觉。重度

1、不能独立进食；2、不能辨认家人、朋友及熟悉的物品；3、明显地语言理解和表达困难；4、在居所内找不到路；5、行走困难；6、大、小便失禁；7、在公共场合出现不适当的行为；8、行动开始需要轮椅或卧床不起。第二十五页，共57页。1907年，首例报告的阿尔茨海默症病人神经科学NeuroscienceAD病人脑中的神经元。Tau由于过度磷酸化，离开微管聚集于胞体，导致微管不稳定，数目下降，这种细胞骨架的破坏导致轴突衰亡。a，神经丝； b，tau蛋白；c，a、b图像的重叠三角：正常神经元，含有神经丝但没有缠结大箭头：患病神经元，有神经丝而且tau开始聚集小箭头：死亡神经元，不含神经丝，残存纤维缠结第二十六页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience1、胞体细胞骨架cytoskeleton2）神经丝d=10nm，大小介于微管和微丝之间，参与轴浆运输作用。3）微丝：生长椎运动，特化微域d=5nm,神经细胞中最细的丝，由b、g肌动蛋白组成，不断装配和解聚，处于动态过程，具有极性多存在神经突起中，形成特化的突触结构，如生长椎伪足等。存在于细胞周边，在胞膜下与其它蛋白形成网状结构。第二十七页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience2、突起：树突和轴突——占神经元体积95%以上第二十八页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience第二十九页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience2、树突Dendrites神经元胞体上的树状突起，内容物与胞体相似。单个神经元的树突统称为树突树。树突的分支上可以有大量多种形状的树突棘，部分树突棘下含有多聚核糖体。海马椎体细胞树突，树突棘小脑Purkinje细胞脊髓运动神经元第三十页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience树突棘是突触输入的重要靶点，在学习记忆中具有重要作用(数量和形状的变化)。树突棘的改变程度与智力迟钝的程度成正相关。与正常儿童相比，智障儿童的树突上少了很多树突棘，而仅有的少量的树突棘又异常细长。第三十一页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience3、轴突TheAxon——神经元特有的结构仅存在于神经细胞中，是胞体上起源于轴丘的长的纤维，起信息传递作用无粗面ER和核糖体，有线粒体有侧枝（axoncollateral）膜蛋白组成不同于胞体膜轴突直径、是否有髓鞘包裹，与传导速度相关神经纤维郎飞氏结神经信号第三十二页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience3、轴突TheAxon轴突末梢axonterminal轴突末梢膨大部分与轴突内细胞质的不同：不存在微管为数众多的突触囊泡含有大量线粒体面对与其他神经元连接处的囊泡膜内表面附有特别高密度的蛋白质第三十三页，共57页。二、神经元结构神经科学Neuroscience3、轴突TheAxon突触synapse突触前突触后突触间隙突触传递神经递质突触是很多神经毒气和精神类药物的作用位点轴突末梢与其它神经元的连接点是突触(synapse)；第三十四页，共57页。神经科学Neuroscience三、神经元分类神经垂体皮层神经元短轴索的感觉神经元运动神经元感觉神经元第三十五页，共57页。三、神经元分类神经科学Neuroscience1、按神经突起数目分类单极、双极、多极第三十六页，共57页。三、神经元分类神经科学Neuroscience2、按连接分类初级感觉神经元、运动神经元、中间神经元第三十七页，共57页。三、神经元分类神经科学Neuroscience3、按树突分类星形细胞，椎体神经元4、按轴突长度分类高尔基I型神经元：长的轴突投射，如脊髓前角运动神经元高尔基II型神经元：短的轴突投射，如脊髓中间神经元5、按神经递质分类Glu,Ach,GABAergic第三十八页，共57页。四、神经胶质细胞Gliacell神经科学Neuroscience——神经系统的间质细胞或支持细胞小胶质细胞原浆性星形胶质细胞少突胶质细胞纤维性星形胶质细胞第三十九页，共57页。四、神经胶质细胞Gliacell神经科学Neuroscience形态分类：中枢：星形、小胶质、少突外周：Schwanncell，卫星细胞其它：室管膜、Muller细胞突起无树突和轴突之分具有增殖和分裂能力数量约为神经元数量的10~50倍膜电位绝对值较高，没有动作电位胶质细胞之间有缝隙连接第四十页，共57页。四、神经胶质细胞Gliacell神经科学Neuroscience小胶质细胞吞噬,免疫应答少突胶质细胞包在轴突髓鞘上沒有胶质细胞，神经元不能正常工作！第四十一页，共57页。四、神经胶质细胞Gliacell神经科学Neuroscience沒有胶质细胞，神经元不能正常工作！向邻近神经元分泌递质,如谷氨酸星形胶质细胞是脑内最多的神经胶质细胞“终足”附着在血管上参与形成血脑屏障营养和保护 PD填充、支持、隔离稳定细胞外液浓度,如K＋ 癫痫摄取和灭活神经递质第四十二页，共57页。神经科学Neuroscience突触：信息从一个神经元传递到另一个神经元的特殊的接触位点。第四十三页，共57页。神经科学NeuroscienceOttoLoewiOttoLoewi和迷走物质（化学突触）电刺激迷走神经可以减慢心脏搏动。收集浸泡过心脏的溶液，将它们施加到另一个分离的蛙心，致使蛙心搏动减慢。突触：信息从一个神经元传递到另一个神经元的特殊的接触位点。第四十四页，共57页。神经科学Neuroscience一、突触的类型第四十五页，共57页。五、突触的类型神经科学Neuroscience1，电突触缝隙连接(gapjunction)，突触前后膜间距仅3nm允许临近神经元的离子和小分子直接流动。连接蛋白连接子第四十六页，共57页。五、突触的类型神经科学Neuroscience1，电突触电突触传递的特点：电突触反应幅度较小（哺乳动物）；双向传递；无潜伏期；传播速度快；第四十七页，共57页。五、突触的类型神经科学Neuroscience1，电突触常用研究方法①染料耦合（dyecoupling），一般常用的是荧光黄，在相互联系的一侧神经元注射，如果存在电突触，荧光染料会通过缝隙连接进入到另一侧神经元，则可以表明有电突触的存在；②通过双电极细胞内记录的方法，看看是否有突触延迟，以及兴奋是否同步传播；③通过冰冻蚀刻和电镜技术观察其微观结构；④通过免疫细胞组织化学方法鉴定是否存在连接蛋白（connexin）。

第四十八页，共57页。五、突触的类型神经科学Neuroscience2，化学突触（1）化学突触的特点：a、突触前膜b、突触间隙c、突触后膜第四十九页，共57页。五、突触的类型神经科学Neuroscience2，化学突触a、突触前膜一般为轴突末梢膨大，轴膜增厚形成，胞质内含有突触小泡；突触小泡的大小和形态不同，与所含的神经递质种类相关；活性带(activezone)，介导神经递质的释放，由一些蛋白复合物组成（如与突触囊泡的胞吐和内吞相关的蛋白）；膜上具有钙通道。PREActivezone第五十页，共57页。五、突触的类型神经科学Neuroscience2，化学突触b、突触间隙

宽度因突触类型的不同而不同，平均约20nm，中枢10－30nm,神经－肌肉接头50－60nm。SynapticcleftSynapticcleftPREPOST第五十一页，共57页。五、突触的类型神经科学Neuroscience2，化学突触c、突触后膜突触后膜功能是接受突触前末梢释放的神经递质信号并传递到突触后神经元。结构组分：特定受体、受体相关的信号转导蛋白、通道、细胞骨架蛋白等