神经元与神经胶质细胞

神经元的一般结构－－细胞体当前1页，共80页，星期日。神经元的细胞体细胞膜脂质双层，镶嵌蛋白细胞质尼氏体，神经原纤维，内质网，高尔基复合体，溶酶体，多泡体，线粒体，中心粒和纤毛，色素颗粒和脂褐素细胞核当前2页，共80页，星期日。当前3页，共80页，星期日。细胞膜液态的脂质双层中镶嵌着球形蛋白骨架是磷脂双分子层。蛋白质分子以附着、镶嵌、贯穿的形式存在于磷脂双分子层上当前4页，共80页，星期日。细胞膜当前5页，共80页，星期日。细胞质特征性结构：尼氏体：光镜下为嗜碱性小块或小颗粒，分布与整个胞体和树突，轴突和轴丘中没有；电镜下由粗面内质网、游离核糖体和多核糖体所构成；神经原纤维，存在与胞体与突起中，电镜下相当于微管、神经丝和微丝；线粒体特征：嵴纵向排列，线粒体内膜所围成的腔室，其致密颗粒不常出现或缺如。当前6页，共80页，星期日。神经元胞体光镜结构，示尼氏体当前7页，共80页，星期日。细胞质核糖体：强噬碱性游离型，主要合成结构蛋白结合型，参与酶的合成单个存在时无活性，只有当mRNA将它串连起来并形成多核蛋白体时才具有合成蛋白质的能力。当前8页，共80页，星期日。高尔基器：存在于细胞核和树突近端。由几层扁平囊泡、大泡所构成。小泡由光面内质网出芽更新而来，并携带有粗面内质网合成的多肽和蛋白质等，故又称转移小泡。通过扁平囊泡的加工浓缩，然后脱落成大泡。可能参与突触小泡的形成和合成多肽激素的神经分泌颗粒；还可形成溶酶体细胞质当前9页，共80页，星期日。为细胞活动提供能量胞内钙的调节因素线粒体当前10页，共80页，星期日。细胞核形态核膜当前11页，共80页，星期日。神经元突起轴突树突当前12页，共80页，星期日。当前13页，共80页，星期日。DendriteAneuron’sdendritictreeisconnectedtoathousandneighbouringneurons.Whenoneofthoseneuronsfire,apositiveornegativechargeisreceivedbyoneofthedendrites.Thestrengthsofallthereceivedchargesareaddedtogetherthroughtheprocessesofspatialandtemporalsummation.Spatialsummationoccurswhenseveralweaksignalsareconvertedintoasinglelargeone,whiletemporalsummationconvertsarapidseriesofweakpulsesfromonesourceintoonelargesignal.当前14页，共80页，星期日。当前15页，共80页，星期日。DendriteThepartofthesomathatdoesconcernitselfwiththesignalistheaxonhillock.Iftheaggregateinputisgreaterthantheaxonhillock'sthresholdvalue,thentheneuronfires,andanoutputsignalistransmitteddowntheaxon.Thestrengthoftheoutputisconstant,regardlessofwhethertheinputwasjustabovethethreshold,orahundredtimesasgreat.Theoutputstrengthisunaffectedbythemanydivisionsintheaxon;itreacheseachterminalbuttonwiththesameintensityithadattheaxonhillock.Thisuniformityiscriticalinananaloguedevicesuchasabrainwheresmallerrorscansnowball,andwhereerrorcorrectionismoredifficultthaninadigitalsystem当前16页，共80页，星期日。Dendrites

Thetreelikeextensionsofaneuron.Mostneuronshavemultipledendrites,whichareshortandtypicallyhighlybranched.Dendritesarespecialisedforreceivinginformationandform

synapticcontactswiththeterminalsofothernervecellstoallownerveimpulsestobetransmitted.

当前17页，共80页，星期日。树突内的结构与核周质基本相似，微管是树突最明显的细胞器树突侧棘，是神经元之间形成突触的主要部位，功能尚不清在大脑皮质锥体细胞和小脑皮质蒲肯野细胞的树突上，树突棘数量最多而明显，一个蒲肯野细胞的树突棘可多达10万个以上。树突的功能主要是接受刺激，树突棘和树突使神经元的接受面大为扩大。树突当前18页，共80页，星期日。树突一、树突树突棘(spine)分为细长型或鼓槌型(drum,stickshape)，牙型(stubbyshape），蘑菇型(mushroomshape)。二、是突触后膜所在部位，也是外来冲动传入部位。当前19页，共80页，星期日。FunctionofspinesDendriticspinesarethecontactsitesformostexcitatorysynapsesinthebrainwheretheyoccurinvastnumbers,estimatedtobeontheorderof1014forthehumancerebralcortex.Spinesareparticularlyassociatedwithneuronswhereinputsfromdiversesourcesconverge,suchaspyramidalcellsinthecerebralcortex,whosedendritescommonlyhaveseveralthousandspines,eachrepresentinganexcitatorysynapse.当前20页，共80页，星期日。当前21页，共80页，星期日。WhattheSynapse

TellstheNeuron

MageeandCookshowthatinpyramidalcellsofthehippocampalCA1region,excitatorysynapsesgrowprogressivelystrongerwithdistancefromthecellbody—almostexactlycounteractingthedistance-dependentsignalattritiononewouldexpecttofind.Theimplicationisthattheseneuronsmaybestrivingtoequalizetheeffectivenessoftheirsynapticinputs,regardlessofwherethoseinputsarelocated.

当前22页，共80页，星期日。轴丘：轴突从胞体发出时有一锥形隆起，称轴丘。轴突起始段：长约15～25μm，电镜下见轴膜较厚，1）膜下有电子密度致密层，2）游离多核糖体，3）微管束。无粗面内质网和核糖体，故不能合成蛋白质，轴突成分的更新及神经递质全成所需的蛋白质和酶，是在胞体内合成后输送到轴突及其终末的。轴突的主要功能是传导神经冲动。神经冲动的传导是在轴膜上进行的，轴突起始段轴膜的电兴奋性阈较胞体或树突低得多，故此处常是神经元发生冲动的起始部位。轴突当前23页，共80页，星期日。轴浆运输慢速输送—1~3mm/天，输送多为维持轴突结构和生长有关的物质：如微管蛋白。与轴浆流有关快速输送—75~400mm/天，输送多为突触行使功能直接需要的物质：如线粒体、酶等。与微管有关与神经冲动传导无关，因为持续用局部麻醉药阻断神经冲动的传导，并不能使轴浆流动停止，其所支配的肌肉也不会发生代谢改变而萎缩。当前24页，共80页，星期日。

在缺氧、氰化物毒化等情况下，神经纤维的有氧代谢扰乱使ATP减少到50%以下时，快速轴浆流动即停止，说明它是一种耗能过程。有人提出与肌肉收缩滑行理论相似的假说，来解释快速轴浆流动。认为囊泡等有膜的细胞器的运输与微管,微丝的功能有关，微管的成分与肌纤蛋白相似，上含有结合点和ATP，囊泡膜上有ATP酶和能与微管相附着的结合点；ATP酶作用于ATP，后者放出能量使微管与囊泡膜发生附着结合，而后又脱离接触，如此推动囊泡不断与下一个结合点相附着，造成囊泡等有膜细胞器沿着微管向前推移。当前25页，共80页，星期日。

目前对由轴突末梢向细胞体方向的逆向轴浆流动了解得比较少。这种逆向流动的速度约为快速顺向运输速度的一半左右。有人认为，破伤风毒素、狂犬病病毒由外周向中枢神经系统转运的机制，可能就是逆向轴浆流动。近年来，运用辣根过氧化酶方法研究神经纤维的发源部位，其原理也是因为辣根过氧化酶能被轴突末梢摄取，并由轴浆流动转运到神经纤维的细胞体。当前26页，共80页，星期日。双向轴突输送示意图当前27页，共80页，星期日。细胞骨架微管microtubule,直径24-26nm,微管相关蛋白(microtubleassociatedproteins,MAPs)，包括MAP1、MAP2、Tau蛋白；不同的MAPs在细胞内分布不同，MAP2仅存在于胞体与树突，而Tau蛋白主要存在于轴突。Tau蛋白的过度磷酸化与阿尔茨海默病的病理性神经原纤维缠结的形成有关。神经细丝直径10－11nm微丝microfilament,直径6－10nm，主要由球状肌动蛋白(G-actin)组成，也含有肌球蛋白(myosin)、原肌球蛋白(tropomyosin)及辅肌蛋白(α-actin)当前28页，共80页，星期日。Spinemorphologyand

microfilaments

spineSpinemorphologyconsistsofanexpandedheadconnectedtothedendriteshaftbyanarrowerneck,but“stubby”spineslacktheneck,whereasfilopodia-like“headless”spinesalsooccur,especiallyduringdevelopment.当前29页，共80页，星期日。Spinemorphologyand

microfilaments

Thisdistinctivearchitecturedependsonaspecializedunderlyingstructureofcytoskeletalfilaments.Incontrasttothedendriticshaft,whosecytoplasmisdominatedbymicrotubulesthespinecytoskeletonconsistsofmicrofilamentsthatformlongitudinalbundlesincoreregionsoftheheadandneckandameshworkoffinefibersatitsperiphery.当前30页，共80页，星期日。Iftheaggregateinputisgreaterthantheaxonhillock'sthresholdvalue,thentheneuronfires,andanoutputsignalistransmitteddowntheaxon.Mostneuronshavemultipledendrites,whichareshortandtypicallyhighlybranched.Berglesetal.少突胶质细胞的胞体较星形胶质细胞的小，核圆，染色较深。周围神经系统的胶质细胞可能参与突触小泡的形成和合成多肽激素的神经分泌颗粒；IonChannelreceptors核、薄束核、楔束核、外侧膝状体和丘脑。树突侧棘，是神经元之间形成突触的主要部位，功能尚不清在大脑皮质锥体细胞和小脑皮质蒲肯野细胞的树突上，树突棘数量最多而明显，一个蒲肯野细胞的树突棘可多达10万个以上。参与信息的处理和记忆存储起清道夫作用，清除死亡神经元所遗留的残片LTPmechanisms:当前29页，共80页，星期日。当前28页，共80页，星期日。Berglesetal.Spinemorphologyand

microfilamentsAsinothercelltypes,thesemicrofilamentsarecomposedofactin,whichispresentthroughoutthespinecytoplasmandiscloselyassociatedwiththepostsynapticdensity(PSD),adisk-shapedorganelleattachedtothepostsynapticmembranethatprovidesastructuralframeworkforlocalizingfunctionalmoleculesincludingneurotransmitterreceptorsandionchannels.当前31页，共80页，星期日。Structuralfeaturesofspine-bearingneurons当前32页，共80页，星期日。神经胶质细胞无轴突和树突之分，与神经元不构成突触联系约为神经元数的10~50倍，但因体积教小，故与神经元所占比例近似相等当前33页，共80页，星期日。除了髓鞘形成外，胶质细胞还具有其他功能，已知：能形成神经元迁徙和轴突生长的支架神经元用于细胞间信息传递的神经递质的摄取和代谢摄取和缓冲细胞外环境中的离子起清道夫作用，清除死亡神经元所遗留的残片还可能：区分开不同种类的神经元，起神经元间的绝缘体作用在结构上支撑神经元，起着其他器官中结缔组织的作用起营养作用，为神经元提供机能上必需的代谢成分甚至蛋白质参与信息的处理和记忆存储当前34页，共80页，星期日。神经元至胶质细胞的直通车

Berglesetal.在Nature上的文章可将人们对神经元与胶质细胞间通讯的认识向前推进了一大步。以前一直认为神经元的突触分泌谷氨酸，扩散到周围，与胞膜上有谷氨酸受体的胶质细胞发生作用。Berglesetal.发现分泌谷氨酸的神经元与一种胶质细胞－少突胶质前体细胞(oligodendrocyte

precursorcellsOPCs)之间可直接建立突触连接。当前35页，共80页，星期日。Bergelesetal.对海马切片的OPC进行膜片钳分析，发现兴奋性轴突可使表达AMPA受体的胶质细胞产生快速电流，这种快速电流提示谷氨酸可能被释放后仅通过了象突触间隙那么短的距离直接作用于AMPA受体上。而且从此行为来看，作用于AMPA受体的谷氨酸浓度很高，这是扩散理论所不能解释的。最终，他们用电镜观察到了轴突与OPC之间的突触连接。OPC是哺乳动物少突胶质细胞的前体，有分泌髓磷脂的重要功能。体外，OPC的谷氨酸受体的激活可引起胞内Ca2+浓度变化并抑制OPC的增殖和成熟，然而OPC在体内的激活机理尚不明了。

当前36页，共80页，星期日。胶质细胞的信号转导？

从总体上，神经元的功能比胶质细胞重要，因为只有神经元才能进行细胞内和细胞间的信号传导。然而，最新的证据提示，事实上胶质细胞也可能积极地参与脑内的信号传导当前37页，共80页，星期日。中枢神经的几种胶质细胞（银染法）（1）纤维性星形胶质细胞（2）原浆性星形胶质细胞（3）少突胶质细胞（4）小胶质细胞当前38页，共80页，星期日。中枢神经系各种神经胶质细胞的细胞核及神经纤维横切（脊髓白质，Nissl法染色）当前39页，共80页，星期日。中枢神经系统的胶质细胞1．星形胶质细胞（astrocyte）是胶质细胞中体积最大的一种，与少突胶质细胞合称为大胶质细胞（macroglia）。细胞呈星形，核圆形或卵圆形，较大，染色较浅。①纤维性星形胶质细胞（fibrousastrocyte），多分布在白质，细胞的突起细长，分支较少，胞质内含大量胶质丝。组成胶质丝的蛋白质称胶质原纤维酸性蛋白（glialfibrillaryacidicprotein,GFAP），用免疫细胞化学染色技术，能特异性地显示这类细胞。②原浆性星形胶质细胞（protoplasmicastrocyte），多分布在灰质，细胞的突起较短粗，分支较多，胞质内胶质丝较少。星形胶质细胞的突起伸展充填在神经元胞体及其突起之间，起支持和分神经元的作用。有些突起末端形成终板（endfeet），附在毛细血管壁上，或附着在脑和脊髓表面形成胶质界膜（glialimitans）当前40页，共80页，星期日。支持作用隔离与绝缘作用引导发育神经元迁移屏障作用修复与再生作用免疫应答调节神经元功能1）参与神经递质代谢；2）维持内环境离子成分稳定，3）合成和分泌神经活性物质星形胶质细胞功能当前41页，共80页，星期日。

在银染色标本中，少突胶质细胞的突起较少，但用特异性的免疫细胞化学染色，可见少突胶质细胞的突起并不很少，而且分支也多。少突胶质细胞的胞体较星形胶质细胞的小，核圆，染色较深。胞质内胶质丝很少，但有较多微管和其他细胞器。少突胶质细胞分布在神经元胞体附近和神经纤维周围，它的突起末端扩展成扁平薄膜，包卷神经元的轴突形成髓鞘，所以它是中枢神经系统的髓鞘形成细胞。新近研究认为，少突胶质细胞还有向神经元提供营养物质，与神经元有共生关系少突胶质细胞（oligodendrocyte）当前42页，共80页，星期日。是胶质细胞中最小的一种。胞体细长或椭圆，核小，扁平或三角形，染色深。细胞的突起细长有分支，表面有许多小棘突。小胶质细胞的数量少，约占全部胶质细胞的5%左右。中枢神经系统损伤时，小胶质细胞可转变为巨噬细胞，在中枢神经系统受损、炎症、变性时大量出现。血循环中的单核细胞亦侵入损伤区，转变为巨噬细胞，参与吞噬活动。由于小胶质细胞有吞噬功能，有人认为它来源于血液中的单核细胞，属单核吞噬细胞系统。小胶质细胞（microglia）当前43页，共80页，星期日。为立方或柱形，分布在脑室及脊髓中央管的腔面，形成单层上皮，称室管膜（ependyma）。室管膜细胞表面有许多微绒毛，有些细胞表面有纤毛。某些地方的室管膜细胞，其基底面有细长的突起伸向深部，称伸长细胞（tanycyte），它可能在脑脊液与血液或神经毡间起运送物质的作用。室管膜细胞（ependymalcell）当前44页，共80页，星期日。当前8页，共80页，星期日。Thestrengthoftheoutputisconstant,regardlessofwhethertheinputwasjustabovethethreshold,orahundredtimesasgreat.液态的脂质双层中镶嵌着球形蛋白当前79页，共80页，星期日。微丝microfilament,直径6－10nm，主要由球状肌动蛋白(G-actin)组成，也含有肌球蛋白(myosin)、原肌球蛋白(tropomyosin)及辅肌蛋白(α-actin)当前8页，共80页，星期日。在缺氧、氰化物毒化等情况下，神经纤维的有氧代谢扰乱使ATP减少到50%以下时，快速轴浆流动即停止，说明它是一种耗能过程。当前30页，共80页，星期日。小胶质细胞（microglia）当前33页，共80页，星期日。树突内的结构与核周质基本相似，体外，OPC的谷氨酸受体的激活可引起胞内Ca2+浓度变化并抑制OPC的增殖和成熟，然而OPC在体内的激活机理尚不明了。当前7页，共80页，星期日。当前64页，共80页，星期日。Structuralfeaturesofspine-bearingneurons周围神经系统的胶质细胞雪旺细胞（Schwanncell）是周围神经纤维的鞘细胞，它们排列成串，一个接一个地包裹着周围神经纤维的轴突。在有髓神经纤维，雪旺细胞形成髓鞘，是周围神经系统的髓鞘形成细胞。可表达多种神经营养因子：营养，促进突起生长细胞粘连因子：促进轴突生长、再生胞外基质成分：外周神经再生当前45页，共80页，星期日。当前46页，共80页，星期日。神经细胞：所分泌生长因子为雪旺细胞必需雪旺细胞：影响神经元生存、分化相互影响当前47页，共80页，星期日。Atelectricalsynapses,gapjunctionsbetweenpre-andpostsynapticmembranespermitcurrenttoflowpassivelythroughintercellularchannels.Inadditiontoions,othermoleculesthatmodulatesynapticfunction(suchasATPandsecondmessengermolecules)candiffusethroughgapjunctionalpores.Electricalsynapsessynchronizeelectricalactivityamongpopulationsofneurons.神经元间连接与信号传递位点----突触ElectricalSynapse当前48页，共80页，星期日。Atmostinterneuronalsynapses,neurotransmittersarestoredinsynapticvesiclesandarereleasedaftersynapticvesiclefusionattheactivezone(aneventthatistriggeredbyanactionpotentialfollowedbyarapidinfluxofcalciumintothepresynapticterminal).Neurotransmitterreceptorsandaccessorymoleculesaccumulateinthepostsynapticmembranedirectlyoppositetheactivezoneinapostsynapticmembranespecializationknownasthepostsynapticdensity.InterneuronalSynapse(chemicalsynapse)当前49页，共80页，星期日。化学性突触的结构突触前囊泡,activezone突触间隙突触后突触后致密(postsynapticdensity,PSD)递质受体当前50页，共80页，星期日。SYNAPSE突触的构造致密突起突触前栅突触前孔微管神经细丝滑面内质网突触下网

当前51页，共80页，星期日。SYNAPSE神经元和突触当前52页，共80页，星期日。SYNAPSE突触的类型根据突触组成分类轴-树突触最普遍，见于中枢神经系和周围神经节轴-体突触较普遍。轴-轴突触见于脊髓、三叉神经脊束核、动眼神经核、薄束核、楔束核、外侧膝状体和丘脑。树-树突触见于嗅球、脊髓、丘脑和外侧膝状体。树-体突触少见。见于外侧膝状体。树-轴突触少见。见于嗅球。体-树突触少见。见于大鼠外侧膝状体、蛙视神经。体-体突触少见。见于嗅球、外侧膝状体。体-轴突触少见。见于大鼠、海龟的心神经节。当前53页，共80页，星期日。SYNAPSE几种突触分布轴体突触轴轴突触轴树突触轴棘突触轴棘突触轴树突触轴体突触当前54页，共80页，星期日。SYNAPSE轴-棘突触树突树突棘棘器当前55页，共80页，星期日。AtthematureNMJ,pre-andpostsynapticmembranesareseparatedbyasynapticcleftcontainingextracellularproteinsthatformthebasallamina.Synapticvesiclesareclusteredatthepresynapticreleasesite,transmitterreceptorsareclusteredinjunctionalfoldsatthepostsynapticmembrane,andglialprocessessurroundthenerveterminal.NeuromuscularJunction(NMJ)当前56页，共80页，星期日。神经递质

NeurotransmitterClassification当前57页，共80页，星期日。NeurotransmitterClassification当前58页，共80页，星期日。当前59页，共80页，星期日。TypesofNeurotransmittersinCNSStructureandMechanismIonChannelreceptorsG-Protein-CoupledReceptorsResponsesExcitatoryRecetorsInhibitoryReceptors当前60页，共80页，星期日。当前61页，共80页，星期日。FastNeurotransmittersinCentralNervousSysytem当前62页，共80页，星期日。当前77页，共80页，星期日。在结构上支撑神经元，起着其他器官中结缔组织的作用小胶质细胞的数量少，约占全部胶质细胞的5%左右。有人提出与肌肉收缩滑行理论相似的假说，来解释快速轴浆流动。在有髓神经纤维，雪旺细胞形成髓鞘，是周围神经系统的髓鞘形成细胞。其一，突触外的NMDA和AMPA受体通过侧向移位至突触内，可与突触前释放的递质结合并被激活，构成兴奋性突触后电流EPSCs的一部分；MageeandCookshowthatinpyramidalcellsofthehippocampalCA1region,excitatorysynapsesgrowprogressivelystrongerwithdistancefromthecellbody—almostexactlycounteractingthedistance-dependentsignalattritiononewouldexpecttofind.becausethesereceptorsrequirestrongstimulationforactivation,theyappeartobefunctionally“silent”;当前16页，共80页，星期日。电镜下由粗面内质网、游离核糖体和多核糖体所构成；可能参与突触小泡的形成和合成多肽激素的神经分泌颗粒；ModelDescribingSynaptic树-轴突触少见。Synapticvesiclesareclustered参与信息的处理和记忆存储G-Protein-