医学神经生物学：02 突触传递和调控

神经元的电活动与突触传递什么是神经元电活动？如何形成的？什么是突触？为什么突触传递在神经科学研究中如此重要？神经元电活动的基础

——离子通道离子通道的一般特征物理特征离子选择性通道激活模式开放和关闭物理特性胞外胞内胞外－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋跨膜孔道膜内和膜外侧扩大形成腔膜内段缩窄有门控结构通道的离子选择性

阳离子选择性Na+

K+

Ca2+阴离子选择性Cl-阳离子一般特殊：某些通道特异性小，甚至允许小的有机物质通过。细胞内环境的离子稳态细胞膜的隔离通道的离子选择性通道的选择性是相对的，例如钠通道不但对钠离子通透，对铵（NH4+）也通透；甚至对钾离子也稍有通透。通道离子选择性和电压感受的机制电压激活模式牵张激活模式配体激活通道通道激活模式注意以上分类并非绝对的；例如钙激活钾通道也对电压变化敏感，有些电压激活通道也对细胞内配体敏感！离子通道的分类选择性阳离子通道非选择性阳离子通道阴离子通道跨膜转运系统钠－钾泵钙泵钠－钙泵氯离子通道钾离子通道钠离子通道钙离子通道谷氨酸受体阳离子通道N2型乙酰胆碱受体阳离子通道嘌呤受体阳离子通道5－HT3受体阳离子通道轴突的终端为轴突末梢，它终止于另一神经元或效应器，与它们形成突触。

轴突末梢(axonterminals)每个神经元大约会有1万个突触突触（synapse）定义：一个神经元与另一个神经元相接触的部位叫做突触。突触是神经元之间在功能上发生联系的部位，也是信息传递的关键部位。电突触1µm化学突触

人类CNS内大约有1014个。脊髓前角神经元平均有2000个突触联系，皮层神经元则因为3万个。突触的分类①轴突-树突式突触②轴突-胞体式突触③轴突-轴突式突触化学突触的结构化学突触的结构突触传递相关受体突触的传递过程兴奋传至神经末梢↓突触前膜去极化↓前膜电压门控式Ca2＋通道开放↓Ca2＋进入突触前膜↓神经递质通过出胞作用释放到突触间隙↓递质作用于突触后膜的特异性受体或化学门控式通道↓突触后膜上某些离子通道通透性改变↓某些离子进入突触后膜↓后膜去极化或超极化（突触后电位）电-化学-电的传递过程FM143染料突触的传递过程的动态观测突触后电流:突触前释放神经递质激活突触后膜相应受体引起的突触后膜的电流变化。去极化的电流变化称作兴奋性突出后电流，超极化的电流变化称作抑制性突触后电流。突触后电位参与动作电位的形成Threesynapticjunctions,eachreleaseanexcitatoryneurotransmitterspatialsummationThreesynapticjunctions,

2arestimulatory,1isinhibitory.

spatialsummation轴突动作电位突触前囊泡释放突触后膜受体激活突触后电位突触后膜受体和离子通道分布和类型其他不同突触活动信息处理轴突局部离子通道分布，类型以及突触活动突触前膜离子通道分布和类型突触前膜离子通道分布和类型突触囊泡施放相关蛋白的功能轴突局部环境对信息的影响和调控轴突局部离子通道分布，类型轴突局部离子通道分布，类型对信息传递的影响NATURE|Vol465|24June2010NATURE|Vol465|24June2010膜电位超极化局部突触活动对信息传递的影响突触前膜离子通道分布和类型以及突触囊泡施放相关蛋白的功能Neuron59,September25,2008突触囊泡释放机制mEPPsprovideevidencethatsynaptictransmissionisquantal(vesicular)SnaptobrebinSNAP-25SyntaxinSynaptotagmin-SNAPSNSFSynapsinI突触后膜受体和离子通道分布和类型Activity-dependenttraffickingofK+channels.(a)IllustrationdepictingthetranslocationofseveralK+channelsinresponsetocommonformsofneuronalplasticity.ExtrasynapticKV4.2channelsandKCa2.2channelslocatednearthepostsynapticdensity(PSD)areinternalizedduringLTP,requiringCa2+influxandPKAactivation(1);Kir3.2channelsareinsertedintothesynapseduringdepotentiationviaCa2+influxandproteinphosphatase-1(PP1)activation(2);andKV2.1channelsdeclusteruponglutamatestimulation,aprocessdependentonCa2+influxandproteinphosphatase-2B(PP2B)activation(3).Glialglutamatetransporters(GLT)alsoinfluenceKv2.1dephosphorylationthroughtheirregulationofextrasynapticNMDAR–Kv2.1channelcouplingTrendsinNeurosciencesVol.33No.7学习记忆的基础——LTP和LTD信息流突触传递的逆向调节信息流Neuron63,July30,2009生命的本质是运动电突触电突触的结构电突触的分布和功能Electricalsynapse：

nervoussystem，cardiacmuscle,smoothmuscleandliver。电镜发现：哺乳类动物的大脑皮层感觉区星状cell,小脑皮层蓝细胞与星状细胞，视网膜水平细胞与双极细胞，嗅球的僧帽细胞以及神经胶质细胞均存在着电突触。Function：

inexcitablecell:电突触双向快速传递，传递空间减少，则传递更有效，突触灵活性增加，有利于机能相似的细胞进行同步活动。低电阻通路还可调节细胞间小分子量物质的转移。而细胞间的化学突触传递易于受到代谢障碍的明显影响，而电突触具有较大的耐受力。

innonexcitablecell:它是和生长代谢的控制，胚胎的发育及分化等现象有关。它可运输某些代谢产物和营养物质。电突触突触电位两个膜紧密接触，离子通道相通离子YuYC*#,HeS*#,ChenS,FuY,BrownKN,YaoXH,MaJ,GaoKP,SosinskyGE,HuangK,ShiSH#

(2012)Preferentialelectricalcouplingregulatesneocorticallineage-dependentmicrocircuitassembly.

Nature

486:113-117胶质细胞对突触传递的影响胶质细胞：脑中数量最多的细胞神经元：目前认为是脑功能实现的主体血管，结缔组织等：营养保护作用胶质细胞的数量是神经元的十倍！

人脑中有约1000亿个神经元似乎胶质细胞更为重要但是对于大脑的独特功能来说，神经元更为重要！原因：神经元能够感知环境的变化并将信息传递给其它神经元指令机体作出反应。胶质细胞其隔离、支持、保护、营养神经元的作用但是越来越多的研究正使我们对胶质细胞的功能发生全新的改变。有人研究爱因斯坦的大脑后发现其大脑的胶质细胞量显著高于普通人70％！！！新的研究已经证明胶质细胞在神经元信息处理过程中有着有着重要作用。Mechanismsregulatingglialglutamatetransporterlevels.Astrocytesplayanactiveroleintheremovalofneurotransmittersfromthesynapseviatransportmechanisms.Glutamatetransportersinastrocytesenvelopingsynapseslimitglutamatespilloverandmodulatesynaptictransmissionandplasticity.PresynapticterminalsinduceinastrocytesthetranscriptionalactivationofGLT1,viaKBBP.TheEphA4/ephrinA3neuron–astrocytecommunicationlimitsglutamatetransporterabundance,therebycontributingtomodulationofsynapticplasticity.Thetripartitesynapse.Whenneurotransmittersarereleasedfromthepresynapticneuron(1),astrocyticmetabotropicglutamatereceptors(mGluRs)areactivatedleadingtoariseinCa2+ionsintheastrocyte(2)andthereleaseofneuroactivesubstancesfromastrocytes.Thesegliotransmittersactbackontheneuronandregulatepresynapticfunctionormodulatetheresponseofthepostsynapticneuron.(a)Glutamatereleasedfromastrocytes(3)canactpostsynapticallyonNMDARstherebyenhancingexcitabilityoftheneuronandsynchronizingneuronalactivity(4);glutamatealsoactspresynapticallyonmGluRsorNMDARstherebyincreasingtransmitterreleaseprobability(Pr)(5).(b)ThereleaseofD-serine(3)actsontheglycinebindingsiteofNMDARsandcanregulatesynapticplasticity(4).AstrocyticATPrelease(5)contributestosynapticscalingbyactingonpurinergicP2Xreceptors(6).Adenosine,aproductofATPrelease(7),activatespresynapticA1Rs(8)andsuppressesglutamaterelease.Interplaybetweenastrocytes,neuronsandthevasculature.(a)Astrocytesareconnectedviagapjunctionsandformnetworksthatassociatewithseveral,possiblymanysynapses.Astrocyticnetworksareconsideredactiveelementsofneuralcircuits,exhibitingcalciumexcitabilityandprocessinginformation.(b)Theneurovascularunit.Astrocytes,eitherasindividuals(asshownhere)oraspartofalargernetwork,couplesynapsesandbloodcapillariestocontrolcognitivefunctions.Theresponsecharacteristicsofindividualastrocytesandneuronsinthevisualcortexarecloselycoupled.沉默突触（Silencesynapse）沉默是金！Silenceisgold！whoseexistencehasbeenrecognizedlongago(Mendell1984）普遍认为，在神经元的发育早期，大多数突触后膜上只含NMDA受体而不含AMPA受体。随着神经系统的发育成熟，AMPA受体的转运上膜后才有大量功能性突触的产生。研究者也习惯的把只含NMDA受体的突触定义为沉默突触（silentsynapse）。概念暂时没有信息传递功能的突触InvolvementofpresynapticallyorpostsynapticallysilentsynapsesinLTPmaintenance.PresynapticterminalscontactingpostsynapticspinesareschematicallyrepresentedbeforeandafterLTP.(a)Inpresynapticallysilentsynapses(yellow)withlowreleaseprobability(Pr)noresponsescanbedetectedbeforeLTP(uppertrace)inspitetheexpressionoffunctionalAMPARsandNMDARsonthesubsynapticmembrane.AfterLTP,theincreasedPrleadstotheappearanceofsynapticresponses(afterLTP,uppertrace).InasynapsewithlowPr(green)beforeLTP(lowertrace),Prcanbecomecloserto1asaresultofLTPinductionsothatnofailuresappearafterLTP(lowertrace).(b)I