本科生课程-2-突触传递

第二部分

突触:中枢内信息的传递与整合突触传递是神经系统内信息传递的基本方式中枢神经系统内

信息的传递与整合神经末梢和其影响的细胞是不连续的

过去认为神经细胞之间联系在一起1889年应用Golgi的银着色方法发现小脑组织的每一个神经元都是独立的细胞，与周围细胞不相交汇。1892年，Cajal运用Golgi的银着色法,海马神经元每个神经元都是单独的细胞，而并不是在终球的位置通过神经纤维的网状结构和其他细胞联系在一起。突触的基本概念突触（synapse）一词是由Sherrington(谢灵顿,1858-1952）在1890首先提出的。一个神经元与另一个神经元之间的机能性接触联系，将信息从一个神经元传递到另一个学神经元。

神经细胞之间的通讯:每个神经元平均能形成1000个突触联系,许多神经元可以与其它神经细胞形成1万多个突触联系。Purkinje细胞甚至能接受10万个突触前末梢的传入.速度快，距离远，精确程度高。

历时几十年关于化学突触与电突触的争论生理学家JohnEcclesAllelectricalCharlesSherrington(突触）RamonyCajal（组化＋光镜突触位点）OttoLoewi(1920s,ACh)1930s讨论(chemical?)药理学家HenryDaleAllchemicalBothexist1950s,1960s根据结构和生理学特点，突触可分为化学性突触、电突触及混合性突触三种。电突触主要见于电鱼类与两栖类的神经系统缝隙连接（Gap-Junction）突触前突触后突触前突触后电突触化学性突触细胞A细胞B细胞A细胞B

电突触:细胞群快速以及同步激活一个细胞爆发动作电位，Na＋内流将从这个细胞迅速进入所有与之联系细胞,引起所有相关联的细胞爆发动作电位；全或无的方式，具有适应性的优点；另外，电突触也能传递某些化学物质，如无机离子，甚至可通过分子较小的有机物（分子量<1000），如IP3、cAMP和一些小肽。电突触的作用快速逃逸反应金鱼的甩尾（Mauther’scell)联系大量的神经元，形成神经细胞网络,同步激活电突触电突触近年来发现在哺乳动物中枢神经系统的神经细胞和胶质细胞膜上存在电突触NatureRevNeurosci,2004在哺乳动物神经系统内几乎所有的神经细胞间的突触均为化学性突触2.化学性突触突触由:突触前膜部分、突触后膜部分和突触间隙三部分组成。

化学性突触模式图突触前膜突触后膜突触间隙电子显微镜钠米级光学显微镜微米级(1)突触前膜部分突触前膜:离子通道,

受体,转运体等;突触前膜内各种成分:

囊泡,微丝,微管,

各种蛋白等（2）突触间隙：宽15-30nm，间隙内存在糖蛋白和细丝等物质，这些物质将前后膜牢固联系起来。（3）突触后膜部分突触后膜:膜受体,离子通道,等;突触后膜内侧的一些结构，如G-蛋白，第二信使系统，有关酶等组成成分。突触突触ThesynapsestructureinCNSunderageneralTEM突触突触突触突触三、兴奋在突触部位的传递1兴奋在突触部位的传递过程:动作电位到达突触前末梢，膜去极化，Ca2+内流，含有神经递质的囊泡向前膜内侧靠近，融合，递质释放进入突触间隙；神经递质通过扩散到达突触后膜，与后膜上的受体结合，产生兴奋性突触后电位(excitatorypost-synapticpotential,EPSP)或抑制性突触后电位(inhibitorypost-synapticpotential,IPSP)，然后引起突触后神经元的功能状态发生变化，如离子通道的开放或关闭，蛋白质的合成或磷酸化，等等；--快速反应或引起突触后神经细胞发生一系列生物化学反应,如G蛋白的激活,cAMP的合成增加等,从而导致突触后神经细胞的功能状态发生变化.—较慢反应2．兴奋性突触后电位(EPSP)EPSP:

突触前膜释放某种递质，提高了突触后膜对小离子（包括Na+，K+,Cl-,尤其是Na+）的通透性，引起突触后膜去极化，出现EPSP。EPSP具有局部反应的一般特点EPSP在传入冲动到达突触后神经元约0.3-0.5ms之后发生，它有一个较快的上升时相和慢而近指数的下降时相（5ms），电位总共持续约10-20ms。当传入冲动增加时，EPSP的幅度也随之增大，当膜电位达到阈电位时爆发动作电位。EPSP是由对Na+和K+都通透的化学门控离子通道开放所形成的。EPSPAP抑制性突触后电位(IPSP)IPSP:

突触前膜释放某种递质，提高了突触后膜对一些离子（K+,Cl-,尤其是Cl-,但不包括Na+）的通透性，引起突触后膜超极化，出现IPSP。直接作用于离子通道，或通过跨膜信号转导和第二信使间接影响离子道的活动IPSP达峰值时间和EPSP相似，衰减较慢，持续时间略短于EPSP。大脑皮层、丘脑等神经元的IPSP的持续时间常超过100ms。IPSP也具有局部反应的一般特点，即反应是分级的，可以总和，不能全或无传导等。IPSP是由对Cl-,或K+通透的化学门控离子通道开放所形成的。小结：化学性突触传递过程突触前动作电位Ca2+通道开放Ca2+内流囊泡向突触前膜移动释放递质与受体结合离子通道开放或关闭离子流突触后膜动作电位突触延迟0.3ms~数ms甚至更长速度慢但有放大作用一个囊泡两个分子几千个递质分子打开一个突触后离子通道突触前动作电位兴奋性突触后电位EPSP科学研究就是不断提出问题，解决问题。这里我们可以提出各种问题：1神经递质的合成,贮存的调节;2神经递质释放的机制;3神经递质与受体的结合方式与机制;4受体激活后的作用;5受体激活后的命运;6…………3突触传递的特点1单向传布：从突触前末梢传向突触后神经元，由突触的结构和功能决定的(Bell-Magendie定律）；2突触延搁（中枢延搁）：兴奋通过一个突触所需时间为0.3-0.5ms，多突触接替的反射其中枢延搁达10-20ms，与大脑皮层有关的反射活动可达500ms；3总和：多个神经纤维末梢的冲动到达同一个神经元，其作用会协同起来在轴丘部位爆发扩布性兴奋，发生传出效应，即兴奋的总和。3总和时间总和:连续的动作电位到达同一个突触部位,其作用会协同起来在轴丘部位爆发扩布性兴奋，发生传出效应，即兴奋的时间总和。空间总和：多个神经纤维末梢的冲动到达同一个神经元，其作用会协同起来在轴丘部位爆发扩布性兴奋，发生传出效应，即兴奋的空间总和。4兴奋在突触部位可发生改变：突触后神经元的兴奋与否取决于突触前的兴奋状态，突触后神经元的功能状态，以及中间神经元的调节作用；

EPSPEPSP

EPSPIPSP5对内外环境变化的敏感性和易疲劳：突触部位最易受缺氧，CO2等内环境和药物的影响；递质释放后需合成，运输等，最易疲劳。四、神经递质的释放与调节

1神经递质与神经调质神经化学物质(neurochemical)：突触传递中携带信息的化学物质。神经递质(neurotransmitter)：将信息从突触前传递到突触后的神经化学物质，如乙酰胆碱，单胺类，神经肽等。神经调质(neuromodulator)：调节突触传递的效率的神经化学物质，各种神经肽等。1注意神经化学物质与药物的区别;2约60%的临床药物作用于突触部位(包括内外妇儿耳鼻喉口等各科疾病).1神经递质(neurotransmitter)神经递质(neurotransmitter)：将信息从突触前传递到突触后的神经化学物质，如乙酰胆碱，单胺类，神经肽等。2神经调质

(neuromodulator)

神经调质(neuromodulator)：调节突触传递的效率的神经化学物质，各种神经肽等。神经递质的基本条件1突触前神经元内有合成该神经递质的前体物质和合成酶系

ACh:2合成神经递质贮存于突触囊泡，3当冲动到达神经末梢时囊泡内的神经递质能释放入突触间隙；4释放入突触间隙的神经递质作用于突触后膜的受体，引起生理效应，人工将神经递质注入突触间隙可模拟神经递质释放引起的效应；5存在使这种神经递质失活的酶或其他环节(re-uptake,重摄取等）；6应用神经递质模拟剂(agonist，激动剂)或受体拮抗剂/阻断剂(antagonistorblocker）能加强或阻断这种神经递质的突触传递作用。新发现的一些神经递质或调质可能并不能完全符合上述条件。2神经递质释放过程动作电位到达突触前末梢，Na+内流，造成突触前膜去极化，引起突触前膜中的电压门控性Ca2+通道开放，细胞外Ca2+内流，进入前膜内的Ca2+触发囊泡向前膜靠近，融合,胞裂外排，将所含递质释放入突触间隙。NatureRev.Neurosci.,20043神经递质的释放方式：量子释放理论量子释放（quantalrelease）理论的主要内容是：递质的释放是以胞裂外排的形式进行的，一个囊泡所含的递质的量，为递质释放的“最小包装”，一次神经冲动在突触前膜引发的递质释放的总量取决于参与递质释放的囊泡数目。最初提出这一假说是根据两栖类运动终板进行的电生理观察。递质的量子释放也在中枢化学性突触处证实，中枢一次传入兴奋引发的囊泡外排数在1-10个之间，远少于终板处。4影响神经递质释放的因素（1）突触前末梢去极化是诱发递质释放的关键因素：动作电位幅度和时程；影响动作电位幅度和时程的因素:细胞的状态，静息膜电位,阈电位等。各种细胞的静息膜电位和动作电位有差异细胞内环境的影响NatureRev.Neurosci.,2004（2）Ca2+是膜兴奋与递质释放的耦联因子：Ca2+内流的多少直接关系到递质的释放量。影响Ca2+内流的因素：膜两侧Ca2+浓度差，膜电位等。（3）神经递质的合成，贮存等情况。（4）自身受体.(5)其它调质的作用。(nextpage)NatureRevNeurosci.,2004(5)其它调质的作用CGRP调节SP的释放5突触囊泡膜的再循环突触囊泡与突触前膜融合，通过胞裂外排释放神经递质之后，须有一个囊泡膜的回收过程。否则突触前膜的面积将会由于囊泡膜的并入而不断增大，而突触活性区所含的囊泡数将逐渐减少。借助突触囊泡的局部再循环，神经细胞能避免于必须通过核周体合成突触囊泡并转运到末端以取代每一个被发放的小泡，可以在突触前膜附近利用再生的突触囊泡，贮存神经递质。所以，再循环可看成是以快速和节省大量能量的增补小泡的方式。TrendsinNeuroscience,20036神经递质的共存Dale氏原则：Dale在1935年提出，神经细胞是一个统一的代谢体，它在各末梢部所释放出的递质应是同样的。这一神经化学传递的重要概念后来被人们理解为每个神经元仅合成及释放一种递质，并称之为Dale氏原则。一神经元在所有的过程中都只传递一种神经递质

oneneurononetransmitter.

50年代就有人推测经典递质在外周神经元中可以共存于同一神经元。70年代以来，越来越多的肽类递质或调质被发现.70年代后，免疫组织化学和免疫细胞化学的发展以及其在神经肽研究中的应用，多种肽类物质在CNS、PNS及胃肠道内得以精确定位。由于神经肽和经典递质在神经传递中的作用的差别，人们提出了神经调质的概念。70年代以来，越来越多的肽类递质或调质被发现,并得到精确定位.

外周神经中，神经肽大多与经典递质共存；随着研究的深入，发现中枢神经系统内递质共存现象愈来愈多，表明递质共存现象具有普遍性。本世纪70年代以来，越来越多的肽类递质或调质被发现，两种或两种以上的递质共存于同一神经元的现象，促使人们对神经传递和调节的传统观念重新加以修改和补充。1980年瑞典学者TomasHokfelt提出在神经传递中有递质共存的学说：一个神经元能同时含有两种或两种以上的神经递质或调质，两个神经元之间存在多种化学传递，这种现象称为神经递质共存（neurotransmitterco-existence）。特别提示:一项新技术的出现往往推动科学研究前进一大步,所以我们必须注意新技术方法的开发和研制.递质的共存现象可分为：不同的经典递质的共存：ACh&NE

经典递质与神经肽的共存:ACh&galaninGlutamate&SP,CGRP,galanin;

不同的神经肽的共存:CGRP&SP,CGRP&galanin,CGRP&dynophin。递质的共存可有3类形式:

共存于同一神经细胞中;

共存于同一神经末梢;

共存于同一囊泡内。10

um60um不同大小直径的DRG神经细胞

20年后又提出Coexistence(共存)和costorage(共贮存)的概念

ProgressinNeurobiology,2002,66:161-190

Coexistence(共存)指多个神经信号分子共存于一个神经元中;Costorage(共贮存)指多个不同的神经信号分子共存于一个亚细胞区域内(如同一个囊泡内).神经肽的共存和共贮存:脊髓背角细胞A,costorageofsomatostatin(10nmgoldparticles)andCGRP(20nmgoldparticles).B,costorageofsubstanceP(10nmgoldparticles)andCGRP(20nmgoldparticles).C,coexistenceofsubstanceP/CGRP—10/20nmgoldparticles)andglutamate(5nmgoldparticles).胶体金标记技术,SV,突触囊泡,递质共存在突触传递中的几种可能作用：（1）两种递质均可通过突触间隙作用于突触后，通过不同的受体发挥兴奋作用；或一种递质通过激活其突触后受体发挥兴奋作用，另一种递质则通过激活其突触后受体发挥抑制作用；（2）一种递质作用于突触后细胞，另一种递质则作用于突触前末梢的自身受体，调节递质的释放；（3）一种递质作用于一类细胞，第二种递质作用于另一类细胞。

经典递质与神经肽共存的复杂性

神经递质和调质共存的生物学意义多种神经递质和调质及其共存可以使神经传递和调节的形式更加多样化。释放出的几种信息物质可以互相补充、互相制约，主递质、辅递质或调质各司所长，互相配合，使神经调节更加精确，更臻完善，以适应高等动物包括精神活动、行为在内的复杂功能调节的不同需要。四.突触传递的调节1神经调质

(neuromodulator)2自身调节：突触前受体（auto-receptor)3．突触传递的可塑性化学性突触传递的一个显著特点是易受环境因素的影响，尤其是传递能力可受其已进行的传递活动的影响，称突触可塑性。（1）突触易化