第2章-神经元与胶质细胞.ppt

1、2020/9/28,1,神经生物学 Neurobiology,神经再生重点实验室 神经科学系 姚登兵,2020/9/28,2,第2章 神经元及神经胶质细胞,2020/9/28,3,1、掌握神经元的概念； 2、熟悉神经元的分类方法； 5、掌握髓鞘的概念，熟悉神经纤维的分类； 7、掌握星型胶质细胞的基本功能； 8、掌握少突胶质细胞，雪旺氏细胞和小胶质细 胞主要功能。,本章学习要求：,2020/9/28,4,2.1 神经元,基本结构和功能单位 人脑大约有1011个神经元,胶质细胞更多 高度分化，形态多样，结构复杂,2020/9/28,5,2020/9/28,6,胞体（cell body ） 突起：树

2、突（dendrite ） 轴突（axon ）,输入信号,整合信号,传导信号,输出信号,四个功能区,构成,2020/9/28,7,神经元模型及信号,2020/9/28,8,存在于脑和脊髓的灰质及神经节； 形态各异，大小不一； 由细胞膜、细胞质、细胞器和细胞核等组成； 维持和控制神经元代谢和功能活动的中心。,2.1.1 神经元胞体结构和功能,2020/9/28,9,脂质双层液态镶嵌模型,1. 神经元膜,厚度约5 nm,L-磷脂酸,鞘磷脂（sphingomyelin, SM）,膜磷脂,2020/9/28,11,膜蛋白,2020/9/28,12,2. 神经元的细胞质和细胞器,2020/9/28,13,

3、神经元的细胞器,线粒体氧化供能，储存钙 粗面内质网和核糖体（尼氏体）蛋白质合成转运 高尔基体加工包装分泌蛋白 溶酶体清除垃圾 微管、微丝、神经丝细胞骨架 滑面内质网运输蛋白质、合成脂质 内含物如脂褐素,2020/9/28,14,mitochondria,mitochondria in Purkinje neuron,2020/9/28,15,Nissls Stain,尼氏体（Nissl body）,HE Stain,2020/9/28,16,periodic acid-Schiff staining,autofluorescent under UV light,lipofuscin,Lipof

4、uscin in neurons of the human brain,2020/9/28,17,神经原纤维（neurofibril） 光镜下，重金属银染色，棕黑色的丝状结构,3. 神经元细胞骨架,2020/9/28,18,微管 微丝 神经细丝,细胞骨架,神经原纤维,2020/9/28,19,（1）微管（Microtubule）,形态结构 最粗，直径2025nm 细长而中空 微管数量与轴突直径成反比 功能 调控神经元的形状 参与物质的运输 控制神经元发育中的可塑性,2020/9/28,20,化学成分 1) 微管蛋白 亚单位 和 亚单位（tubulin） 2) 微管相关蛋白（MAP：MAP1，2

5、，3，4，5和 tau蛋白）,MAP2,tubulin,2020/9/28,21,Intracellular tangles found within neurons of brain,2020/9/28,22,（2）神经丝（neurofilament）,神经细丝，在其他真核细胞中称为中间丝 粗细界于细微丝和粗微丝之间 不分支，直径约10 nm 由神经丝蛋白聚合而成： NF-L、NF-M、NF-H （68 KD 、160 KD、200 KD ）,2020/9/28,23,主要为支持作用，维持结构 参与细胞内物质的运输及信息传递等,功能,中间丝蛋白的类型与分布,2020/9/28,24,（3）微

6、丝（microfilament）,粗细：直径约5 nm 分布：神经元，神经突起中更多 ，胶质细胞也有 成分：肌动蛋白（actin） 肌球蛋白（myosin） 功能：参与生长锥突起和伪足的形成与回缩，生长锥依赖微丝得以向前运动,2020/9/28,25,2020/9/28,26,细胞骨架总结,处于一种聚合与解聚、组装与去组装的动态调节中 不同程度参与神经元的发育、成熟和损伤后的再生等过程，占神经元总蛋白25 很大程度上决定轴突和树突的发生 参与细胞器与蛋白质在胞体与突起之间的双向运输 具有高度可塑性动态变化,2020/9/28,27,2020/9/28,28,4. 神经元胞核,位于神经元的中央，

7、大而圆 异染色质较少，位于核膜内侧，常染色质较多，分散在核的中央，着色浅 l2个核仁，深染，大而明显,2020/9/28,29,电镜下的神经元核,2020/9/28,30,2.1.2 神经元突起,树突（dendrite ） 轴突（axon ）,突起,2020/9/28,31,1、树突 (dendrite),胞体的延伸部，胞质与核周质基本相同 主要功能：接受信息 神经元的感受区 树突棘和棘器,2020/9/28,32,树突棘,2020/9/28,33,树突的运动,2020/9/28,34,2、轴突（axon),细长、光滑、无棘状突 无核糖体和粗面内质网 主要功能：传出冲动,2020/9/28,3

8、5,生长锥（growth cone）,2020/9/28,36,有髓神经纤维 无髓神经纤维,神经纤维（nerve fiber）,2020/9/28,37,有髓神经纤维,朗飞结（Ranvier node）“跳跃”式传导 结间体（internode） 施万细胞（Schwann cell） 少突胶质细胞,2020/9/28,38,施万细胞形成髓鞘的过程,2020/9/28,39,施兰切迹与郎飞氏结,2020/9/28,40,少突胶质细胞形成髓鞘,2020/9/28,41,无髓神经纤维,周围神经系统的无髓神经纤维 施万细胞形成连续的鞘，无郎飞节结 中枢神经系统的无髓神经纤维 裸露的轴突，借星形胶质细胞

9、分隔,2020/9/28,42,神经元的胞浆运输轴突转运,2020/9/28,43,轴突转运的机制,内含物质的囊泡，通过驱动蛋白的作用，由ATP提供能量，沿微管自胞体向末梢运行,2020/9/28,44,运动蛋白的再循环,2020/9/28,45,2.1.3 神经元的分类,2020/9/28,46,按突起的数目分类,假单极神经元,双极神经元,多极神经元,2020/9/28,47,2020/9/28,48,2020/9/28,49,2.1.4 神经元间的联系,2020/9/28,50,小脑内局部神经元回路,1:藓苔纤维 2:攀缘纤维 3:小脑深部核团细胞 4:颗粒细胞 5:高尔基细胞 6:浦肯野

10、细胞 7:篮状细胞 8:星状细胞 9:平行纤维 黑色细胞均为抑制性神经元,2020/9/28,51,2.1.5 神经元特有蛋白和代谢特点,神经元特异性烯醇化酶（NSE） 神经丝蛋白（NFP） 微管相关蛋白（MAP2） 低分子量微管相关蛋白（tau蛋白） 胆碱乙酰基转移酶（ChAT） ,特有蛋白,2020/9/28,52,mGluR1a (red) and tyrosine hydroxylase (green) in the substantia nigra,2020/9/28,53,神经元代谢特点： 神经元的活动需要消耗能量 神经元越兴奋，代谢越旺盛，耗能越多 生理情况下，能量几乎全部来自葡

11、萄糖的有氧氧化 脑内的葡萄糖都存在于细胞外液，糖原含量很少,PET Scan,2020/9/28,54,2.2 胶质细胞,神经胶质细胞（neuroglia）或胶质细胞（gliocyte或glia cell或glia）,Hippocampal neurons(green) and glial cells(red),2020/9/28,55,Neurons and glia. Tujl/b-tubulin III (red),GFAP (green),2020/9/28,56,特征： 多种形态特征, 有突起，但不分树突和轴突 终身具有分裂、增殖的能力 不产生动作电位或突触电位 （有去极化（约40

12、mV）与复极化，没有主动的再生式电流产生，可记录到膜电位的变化） 去极化与神经元同步,2.2.1 功能和分类,2020/9/28,57,主要功能 ： 支持作用 隔离及绝缘作用 分泌功能 运输营养物质 摄取化学物质 修复及再生作用,2020/9/28,58,星形胶质细胞 (astrocyte) 大胶质细胞 中枢胶质细胞 少突胶质细胞（oligodendrocyte) 小胶质细胞 施万细胞 外周胶质细胞 被囊细胞,分类,2020/9/28,59,2020/9/28,60,胶原纤维酸性蛋白（GFAP）,2.2.2 星形胶质细胞 (astrocyte),Flotillin protein (red g

13、rains) by an astrocyte cell in culture (green) nucleus in blue.,2020/9/28,61,脑毛细血管表面8599被其足板覆盖,2020/9/28,62,星形胶质细胞具有广泛的缝隙连接,Astrocytes stained with GFAP (green) and nuclear DNA stained with DAPI (4,6-Diamidino-2- phenylindole,blue.),Gap junction between astrocyte,GFAP为所有星形胶质细胞所共有，在成熟星形胶质细胞内表达,2020/9

14、/28,63,2. 起源与分化,多种学说 Bailey 与Cushing：神经管髓上皮海绵样母细胞星形胶质细胞 Penfield: 神经上皮细胞成胶质细胞星形胶质细胞 Rakic: 神经（室区）上皮GFAP+细胞辐射状细胞星形胶质细胞 Raff: 星形胶质细胞双谱系（dual linerage）学说占主要地位，按抗原表型(T1A和T2A),2020/9/28,64,3. 分型,（1）按胶质原纤维含量及突起的形态特点,纤维性星形胶质细胞（fibrous astrocyte）： 蜘蛛细胞（spider cell），多分布在脑和脊髓的白质，大量胶质原纤维丝，突起细长，分支较少。 原浆性星形胶质细胞（

15、protoplasmic astrocyte）： 苔状细胞（mossy cell），多分布在灰质，胶质丝较少，细胞突起粗短，分支多,2020/9/28,65,纤维性星型胶质细胞,原浆性星型胶质细胞,多分布于脑和脊髓的白质，突起细长，分支少，“蜘蛛细胞”，富含胶质丝,多分布于灰质，突起粗短，分支多，“苔状细胞”，较少胶质丝,2020/9/28,66,特殊的星形胶质细胞 Bergmann胶质细胞: 小脑皮质，原浆性为主 Muller胶质细胞：视网膜 垂体细胞：脑垂体后叶 伸展细胞：正中隆起,Bergmann astrocyte,2020/9/28,67,（2）按抗原标记,型星形胶质细胞（T1A）

16、抗原表型为GFAP+/A2B5- 型星形胶质细胞（T2A） 抗原表型为GFAP+/A2B5+,T1A(原浆性 ),T2A(纤维性 ),2020/9/28,68,支持作用 运输营养物质 修复作用,4. 功能,a neuron (red) and an astrocyte (green) patch clamped,2020/9/28,69,（1）支持和隔离作用,2020/9/28,70,（2）调节神经细胞内外离子浓度 维持内环境稳定,钾通道：IA、IDR、IIR 、IK（ca ） 神经元外“钾库” 钠通道：Na+流；Na+/K+交换；HCO3/Cl交换 调节离子平衡和神经元的兴奋性 钙通道：L型

17、和T型 Ca2流是星形胶质细胞与神经元之间信息交流的重要方式,2020/9/28,71,（3）调节神经元物质代谢,1）参与葡萄糖代谢 2）转运神经活性氨基酸与合成神经递质,摄取和灭活 Glu、 DA、NE、5-HT等,2020/9/28,72,作用：限制兴奋性毒性，保护神经元,2020/9/28,73,（4）参与神经元的正常发育与突触的形成,星形胶质细胞分泌的相关因子,作用：ACM有利生长，突触形成，调节N发生,2020/9/28,74,（5）免疫功能,1）诱导小胶质细胞分化、增殖，增加其吞噬功能 2）结合经处理过的外来抗原传递给T细胞 3）产生多种趋化因子和细胞因子，参与炎性反应 4）对趋化

18、因子发生反应，并吞噬外源颗粒,2020/9/28,75,（6）星形胶质细胞的活化可塑性,反应性星形胶质细胞（reactive astrocyte）,reactive gliosis,表现：胞体肥大，胞浆宽广，嗜酸性，突起增粗、分支增多，但胞核无明显变化,2020/9/28,76,reactive astrocyte,Confocal microscopy image of reactive astrocytes stained with GFAP (red) and vimentin (green),分泌特异蛋白： GFAP 、波形蛋白 、结蛋白 、肌球蛋白 、S100蛋白 、蛋白脂蛋白 等,

19、对神经元产生多方面影响有利/不利,Astrocytes Limit CNS Regeneration,2020/9/28,77,主要功能：形成髓鞘,2.2.3 成髓鞘细胞,2020/9/28,78,（一）少突胶质细胞（oligodendrocyte）,（1）结构及生理特点,突起并不少，而且分支也多 胞体较小 核圆，染色较深 胞质内含大量微管 分布在神经元胞体附近和神经纤维周围 含有与髓鞘形成相关的酶以及髓鞘相关蛋白 (半乳糖脑苷酯 、环核苷磷酸二酯酶 、髓磷脂相关糖蛋白 、髓磷脂碱性蛋白 等）,2020/9/28,79,2020/9/28,80,（2）起源,胚胎脑室的神经外胚层与室管膜下层 O2A谱系 抗原特征：A2B5、MBP+、GC+、GFAP,2020/9/28,81,（3）分类,束间少突胶质细胞 血管周少突胶质细胞 神经细胞周少突胶质细胞,a silver-stained oligodendrocyte in the brain,神经毡（nervous felts）,2020/9/28,82,形成CNS轴突的髓鞘 分泌神经营养因子 表达抑制性蛋白,（4）生物学功能,2020/9/28,83,（二）施万细胞（schwann）,Theodor Schwann.1939,结构：细胞呈梭形，核为扁椭圆形 胞质薄而不连续 来源：胚胎时期的神经嵴细胞,2020/9/28,84,形成