生物學4神經元信息傳遞

神經元之間的信息傳遞

(SynapticTransmissionBetweenNeurons)

王志舉Dept.ofPhysiology﹠NeurobiologySchoolofBasicMedicalSciencesZhengzhouUniversity突觸Synapsesynapse神經元間相互接觸并傳遞信息的部位。1897年，謝靈頓首次提出synapse。

定向突觸非定向突觸化學性突觸

電突觸混合性突觸Synapse的分類ElectricalSynapseChemicalSynapse非定向性突觸Synapse的分類化學性突觸：信息傳遞的媒介物是神經遞質（90%）定向突觸：經典突觸非定向突觸：電突觸：信息傳遞的媒介物是局部電流。（﹤10%）定向突觸非定向突觸一、Electricalsynapse電突觸:縫隙連接(gapjunction)縫隙連接：六角形的connexon，形成細胞間通道，允許離子和小分子物質進行交換。(分子量小于1.0-1.5kD或直徑小于1.0nm)前、后膜厚度基本相等；縫隙2-4nm縫隙電阻抗很低。是細胞間電活動互相直接傳導的低電阻通路。特點：Rapidtransmission；ElectricalSynapsesarebidirectional傳遞信號可靠影響因素：細胞內游離Ca2+濃度、細胞內pH值、膜電壓等。存在于膠質細胞之間。多見于低等動物意義：使相鄰的許多神經元的活動同步化。鄭州大學醫(yī)學院生理學教研室二、定向Chemicalsynapse

1.定向Chemicalsynapse的分類按突觸接觸的部位軸-樹型、軸-胞型、軸-軸型按突觸膜的特征分類不對稱型、對稱型按突觸功能分類興奮型、抑制型一個神經元可通過突觸影響多個神經元的活動；--輻散一個神經元通過突觸可接受其它許多神經元傳來的信息—聚合突觸前膜突觸間隙突觸后膜2.ChemicalsynapsestructureSynapseStructure

突觸前膜

presynapticmembrane：囊泡(synapticvesicle)、線粒體。囊泡有neurotransmitter

突觸間隙synapticcleft：前、后膜之間15-30nm的cleft充滿細胞外液。突觸后膜postsynapticneuronmembrane：遞質的specialreceptor，特殊的chemically-gatedchannel分解遞質的酶：如膽堿脂酶鄭州大學醫(yī)學院生理學教研室突觸小泡：小、清亮透明的小泡：內含乙酰膽堿或者氨基酸遞質小、有致密中心的小泡：內含兒茶酚胺遞質大、有致密中心的小泡：內含神經肽遞質

鄭州大學醫(yī)學院生理學教研室3.突觸的傳遞過程AP抵達軸突末梢突觸前膜去極化電壓門控Ca2+通道開放Ca2+流入突觸前膜突觸小泡前移與前膜融合、破裂遞質釋放入間隙擴散通過間隙，與突觸后膜特異性受體結合化學門控性通道開放突觸后膜對某些離子通透性增加突觸后電位（去極化或超極化）總和效應突觸后神經元興奮或抑制傳遞過程鄭州大學醫(yī)學院生理學教研室突觸的傳遞過程突觸前過程：AP→neurotransmitter釋放電-化學突觸間傳遞過程：

遞質跨細胞的信號傳遞突觸后過程：遞質→

PostsynapticPotentials化學-電Electrical-Chemical-ElectricalSignalsTransform電-化學-電傳遞過程SynaptictransmissionatchemicalsynapsesinvolvesseveralstepsNeurotransmittersacteitherdirectlyorindirectlyonionchannelsthatregulatecurrentflowinneuronsCa2+來源：細胞外Ca2+通過前膜電壓門控性Ca2+通道（VDCC）進入突觸前的軸漿內。Ca2+內流量，與膜的去極化程度成比例。Ca2+觸發(fā)遞質釋放：突觸囊泡的動員、擺渡、著位、融合和出胞等步驟Ca2+在突觸傳遞中的作用動員(mobilization)：Ca2+與軸漿中calmodulin（CaM）結合形成Ca2+-CaM復合物，激活依賴Ca2+-CaM的蛋白激酶Ⅱ，使突觸蛋白發(fā)生磷酸化，與細胞骨架絲的結合力減弱，突觸囊泡便從骨架絲上游離出來。擺渡(trafficking)：游離的突觸囊泡在G蛋白Rab3的幫助下向突觸前膜上活化區(qū)移動，（活化區(qū)對應的突觸后膜上存在特異性受體，又稱遞質門控通道）。著位(docking)：突觸囊泡固定于活化區(qū)的前膜上。參與著位的蛋白包括囊泡膜上蛋白(v-SNARE)和突觸前膜上的靶蛋白(SNAP-25)。融合(fusion)：囊泡膜上的突觸結合蛋白(synaptotagmin，或稱p65)在軸漿內高Ca2+條件下發(fā)生變構，消除它對融合的阻礙作用，突觸囊泡膜和突觸前膜發(fā)生融合(fusion)。出泡(exocytosis)：通過突觸囊泡膜和突觸前膜上暫時形成的融合孔(fusionpore)進行。Ca2+的清除：經由Na+-Ca2+逆向轉運體外流，恢復軸漿內的Ca2+濃度。鄭州大學醫(yī)學院生理學教研室4.突出后電位，PSPEPSP突觸前軸突末梢的AP突觸小泡中興奮性遞質釋放遞質與突觸后膜受體結合突觸后膜Na+通道開放Na+(主)

K+通透性↑后膜去極化（EPSP)Na+內流>

K+外流EPSP機制：Ca2+內流IPSP突觸前軸突末梢的AP突觸小泡中抑制性遞質釋放遞質與突觸后膜受體結合突觸后膜Cl-離子通道開放Cl-通透性↑后膜超極化（IPSP)Cl-內流IPSP機制Ca2+內流EPSP和IPSP的區(qū)別EPSP

IPSPExcitatorysynapse

inhibitorysynapseExcitatorytransmitterinhibitorytransmitterNa+,k+,

Cl-Depolarization

hyperpolarizationExcitability

inhibitionPSP特點：屬localpotential：①電緊張性擴布：（衰減性傳導）②等級性電位：其大小與刺激強度呈正比；③總和： 時間性總和 空間性總和AP的產生：當EPSP和IPSP的代數(shù)和達到閾電位，在軸突的始段首先引起AP。

軸突始段為中樞神經元整合效果讀取器軸突始段部含有大量的電壓門控Na+通道，受刺激后產生AP的閾值低于神經元胞體及樹突AP可向兩方向擴布：沿軸突擴布至末梢和逆向傳到胞體，使整個神經元發(fā)生一次興奮。鄭州大學醫(yī)學院生理學教研室5.1單向傳播：5.2突觸延擱(delay)：0.3～ 0.5ms. 5.突觸傳遞的特征鄭州大學醫(yī)學院生理學教研室5.3總和： 時間性總和(temporalsummation)

空間性總和(spatialsummation)5.4興奮節(jié)律的改變:突觸前神經元與突觸后神經元的放電的頻率不一致多個synapses自身的功能狀態(tài)5.5對內環(huán)境變化敏感和易疲勞5.6后發(fā)放：突出前神經元刺激停止，突出后神經元仍然發(fā)放沖動。主要原因：神經元之間的環(huán)狀聯(lián)系、中間神經元的作用。DistinguishingPropertiesofElectricalandChemicalSynapsesElectricalSynapseChemicalSynapseDistancebetweenpre-andpostsynapticcellmembranesCytoplasmiccontinuitybetweenpre-andpostsynapticcellsUltrastructuralcomponentsAgentoftransmissionSynapticdelayDirectionoftransmission3.5nm20-40nmYesNoGap-iunctionchannelsPresynapticvesiclesandactivezones;postsynapticreceptorsIoncurrentChemicaltransmitterVirtuallyabsentSignificant:atleast0.3ms,usually1-5msorlongerUsuallybidirectionalOneway三、非定向突觸傳遞1.結構：曲張體（varicosity）曲張體：軸突末梢上的串珠狀膨大結構。內含突觸小泡，小泡內有遞質。非定向突觸傳遞遞質釋放，擴散到鄰近的細胞，作用于其上的相應受體發(fā)揮生理作用。2.特點：①不存在突觸前膜與后膜的特化結構；②作用部位分散，無特定靶點。③曲張體與效應器間距大于經典突觸的間隙；④遞質擴散距離較遠且不等，傳遞時間長且不一；⑤釋放的遞質能否發(fā)揮效應，取決于突觸后成分上有無相應受體。突觸傳遞的可塑性突觸可塑性(synapseplasticity)

突觸的反復活動可引起突觸的傳遞效率發(fā)生的增強或減弱，稱為突觸傳遞的可塑性。短時程突觸可塑性：例，強直后增強(posttetanicpotentiation)長時程突觸可塑性：長時程增強(long-termpotentiation,LTP)和長時程抑制(long-termdepression,LTD)強直后增強(PTP)突觸前末梢在接受一短串刺激后，突觸后電位發(fā)生明顯增強，增強可持續(xù)60s。機制：強直刺激使突觸前膜游離Ca2+增高，使遞質釋放增加。長時程增強和長時程抑制LTP：突觸前神經元受到短時間的快速重復刺激后，在突觸后神經元快速形成的持續(xù)時間較長的突觸后電位增強。

機制：突觸后神經元內Ca2+增加。LTD：突觸前神經元受到頻率較低的重復刺激后突觸傳遞效率長時程降低。長時程增強Long-TermPotentiation四、中樞抑制19世紀中葉，俄羅斯學者謝切諾夫提出了中樞抑制(centralinhibition)的概念。我們可以這樣認為：①在任何反射活動中，中樞內即有興奮活動，又有抑制活動，且兩者都是主動過程；②在某一反射興奮過程中，有些反射則受到抑制，如進行吞咽反射時，反射性地停止呼吸。中樞抑制③抑制和興奮同等重要。④根據(jù)產生機制的不同，分為突觸前抑制和突觸后抑制。1.突觸后抑制（postsynapticinhibition)1.1概念：神經元信息傳遞過程中，通過興奮一個抑制性中間神經元（其釋放抑制性遞質），造成突觸后神經元產生IPSP，引起突觸后神經元發(fā)生抑制。超極化抑制1.2分類：

A、傳入側枝性抑制（AfferentCollateralInhibition）或稱交互抑制，ReciprocalInhibition B、回返性抑制（RecurrentInhibition）1.3機制：

興奮抑制性中間神經元→突觸后膜超極化（IPSP）1.4傳入側支性抑制(afferentcollateralinhibition)興奮沖動傳入側支興奮抑制性中間N元抑制性中間N元釋放抑制性遞質抑制另一中樞的N元另一中樞的N元產生IPSP興奮一個中樞的N元產生EPSP⑴過程:⑵生理意義:使不同中樞之間的活動相互協(xié)調。1.5回返性抑制recurrentinhibition⑴過程N元興奮沖動沿軸突傳出側支興奮抑制性中間N元抑制性中間N元釋放抑制性遞質抑制原興奮的N元及相鄰的N元突觸后膜產生IPSP效應細胞興奮突觸后膜產生EPSP⑵生理意義：①使神經元活動及時終止；②使同一中樞內各神經元同步活動。交互抑制回返性抑制發(fā)生部位感覺傳入神經元傳出神經元被抑制的神經元非同類神經元同類神經元或該神經元本身生理意義使不同中樞的活動相協(xié)調負反饋使同一中樞內各神經元同步活動。兩類突觸后抑制的比較2.突觸前抑制⑴概念：通過突觸前膜去極化，引起突觸后N元興奮性降低的抑制稱為突觸前抑制。又稱去極化抑制。⑵結構基礎:軸2-軸1-胞3串聯(lián)突觸實驗A：刺激軸突1時，胞3產生10mV的EPSP；實驗B：先刺激軸突2，再刺激軸突1時，胞3產生5mV的EPSP。先刺激軸2軸2興奮,釋放遞質(GABA)軸1部分去極化(Cl-電導↑)再刺激軸1軸1產生AP幅度↓軸1Ca2+內流↓軸1釋放遞質↓胞3EPSP幅度↓胞3不易達到閾電位而抑制特征：是去極化抑制。神經遞質(Neurotransmitter)在化學性突觸傳遞過程中起信息傳遞作用的化學物質神經遞質的判定標準（Criteriaforneurotransmitter）突觸前神經元存在合成遞質的前體和酶，能合成該遞質 遞質存在突觸小泡內，當沖動抵達末梢時，小泡內遞質能釋放入突觸間隙遞質釋出后經突觸間隙作用于后膜上特異受體而發(fā)揮其生理效應存在使該遞質失活的酶或其他方式(如重攝取)有特異的受體激動劑或拮抗劑，并能夠分別擬似或阻斷該遞質的突觸傳遞作用遞質的分類(Categoriesofneurotransmitters)經典神經遞質(Classicalneurotransmitters)神經肽(Neuropeptides)其它類型NO、CO組織胺(Histamine)腺苷(ATP)經典神經遞質(Classicalneurotransmitters)乙酰膽堿(Acetylcholine,Ach)單胺類(Monoamine)

多巴胺(Dopamine,DA)

去甲腎上腺素(Norepinephrine,NE)

腎上腺素(Epinephrine,E)5-羥色胺(Serotoninor5-hydroxytryptamine,5-HT)

氨基酸類(Aminoacids)

Glutamate(谷氨酸)，Aspartate(天冬氨酸)Glycine(甘氨酸),GABA(-氨基丁酸)神經肽(Neuropeptides)家族

-神經系統(tǒng)存在的參與神經信息傳遞,具有生物活性的肽類物質,由5~10個氨基酸組成,分子量在500~5000之間

速激肽(tachykinins)P物質(substanceP，SP)神經激肽A(neurokininA，NKA)神經激肽B(neurokininB，NKB)內阿片肽(endogenousopioidpeptides)內嗎啡肽(endomorphins，EM-1,EM-2)

腦啡肽(enkephalins,EK)-內啡肽(-endorphin,-EP)

強啡肽(dynorphins，DYN)

孤啡肽(orphanin)，不屬內阿片肽，但它的發(fā)現(xiàn)與阿片研究密切相關增血糖素相關肽(glucagon-relatedpeptides)

血管活性腸肽(vasoactiveintestinalpeptide，VIP)

組異肽(peptidehistidineandisoleucine,PHI)

組甲肽(peptidehistidineandmethionine,PHM)

垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽(pituitaryadenylatecyclaseactivatingpeptide,

PACAP)

生長激素釋放激素(growthhormonereleasinghormone,GHRH)神經肽(Neuropeptides)家族垂體后葉激素(PosteriorPituitaryHormones)

加壓素(vasopressin,

VP)

催產素(oxytocin,OT)膽囊收縮素樣肽(cholecystokinin-likepeptides)

膽囊收縮素-8(cholecystokinin-8,CCK-8)鈴蟾肽樣肽(bombesin-likepeptides)胃泌素釋放肽(gastrinreleasingpeptide,GRP)神經介素B(neuromedinB,NMB)胰多肽相關肽(pancreaticpolypeptide-relatedpeptides)神經肽Y(neuropeptideY,NPY)酪酪肽(peptideYY,PYY)內膜素(endothelins,ET)內膜素-1(endothelin-1,ET-1)內膜素-2(endothelin-2,ET-2)內膜素-3(endothelin-3,ET-3)心鈉素(atrialnatriureticfactor,ANF)-心鈉素(-atrialnatriureticfactor,-ANF)腦鈉素(brainnatriureticfactor,BNF)神經肽(Neuropeptides)家族甘丙肽(galanin,GAL)神經降壓肽(neurotensin,NT)

降鈣素基因相關肽(calcitonin-generelatedpeptide,CGRP)生長激素抑制素(somatostatin,SST)和大腦皮質抑制素(corticostatin)促皮質激素釋放因子(corticotrophinreleasingfactor,CRF)血管緊張素(angiotensin,AT)神經遞質與神經調質(Neurotransmitters&neuromodulators)神經調質(neuromodulator)：本身并不直接觸發(fā)所支配細胞的功能效應，只起調制傳統(tǒng)遞質作用的一些神經調節(jié)物?？蔀樯窠浖毎?、膠質細胞或其它分泌細胞所釋放，對遞質起調制作用本身不直接負責跨突觸信號傳遞或不直接引起效應細胞的功能改變，而是調節(jié)信息傳遞的效率，增強或削弱遞質的效應間接調制遞質在突觸前神經末梢的釋放及其基礎活動水平影響突觸后效應細胞對遞質的反應性，對遞質的效應起調制作用調質與遞質并無明確的界限調質是從遞質的概念中派生出來的某些化學物質在一種情況下發(fā)揮遞質的作用，而在另外的情況下是調質遞質的代謝(Metabolismofneurotransmitters)遞質的合成遞質的儲存遞質的釋放遞質的失活合成：底物和酶是限速因素小分子遞質：突觸前末梢內由底物經酶催化合成。酶在胞體內合成，經慢速軸漿運輸方式運輸?shù)侥┥?，底物通過胞膜上的轉運蛋白（或稱轉運系統(tǒng)）攝入。神經肽：胞體內合成大分子前體，運輸過程中經裂解酶裂解、修飾而成。儲存：囊泡是遞質儲存的主要方式遞質儲存在囊泡內，囊泡內可以有數(shù)千個遞質分子。小分子遞質如ACh、氨基酸類：儲存在直徑40~60nm的小而中央清亮囊泡。神經肽：儲存在直徑約90~250nm的大而致密核心囊泡中。單胺類遞質：儲存在小而致密核心囊泡、大的（直徑60~120nm）不規(guī)則形狀的致密囊泡釋放：遞質釋放過程動作電位→突觸前膜的去極化→電壓門控鈣通道開放→Ca2+內流→囊泡同突觸前膜融合→出胞→遞質釋放入突觸間隙量子式釋放(Quantalrelease)鈣離子進入突觸前膜是遞質釋放的觸發(fā)因素。遞質釋放的突觸前調制遞質的釋放受自身受體或異源受體的調節(jié)突觸前自身受體激活后的效應使突觸前膜超極化，減少沖動到達末梢時電壓門控Ca2+通道的開放，減少突觸前末梢Ca2+內流，以致遞質釋放減少(負反饋)使突觸前膜去極化，Ca2+通道開放，Ca2+內流增加，導致遞質釋放增加例如突觸前膜N-乙酰膽堿受體（N-AChR）激活→ACh釋放增加某些突觸前受體能夠被鄰近神經末梢釋放的遞質激活，此類受體調節(jié)稱異源受體(heteroceptors)調節(jié)如谷氨酸能神經末梢的突觸前膜分布有GABAB受體，它接受鄰近的-氨基丁酸(GABA)能神經元釋放并彌散來的GABA(旁分泌)調節(jié)，抑制谷氨酸的釋放消除或失活：重攝?。阂蕾嚿窠涍f質轉運體(Transporter)重攝取是消除經典神經遞質的主要方式氨基酸類遞質可同時被神經元和神經膠質細胞攝取單胺類遞質只能被神經元重攝取酶解酶解是消除神經肽的主要方式，也是消除經典神經遞質的最終方式彌散神經遞質轉運體:膜轉運體和囊泡轉運體600個左右的氨基酸組成的膜蛋白依賴細胞內外Na+的電化學梯度提供轉運的動力需要Cl-或K+共同轉運膜轉運體有兩大家族Na+/K+依賴性遞質轉運體：興奮性氨基酸遞質Na+/Cl-依賴性遞質轉運體：單胺類遞質和抑制性氨基酸膜轉運體囊泡轉運體

轉運的能量來源于ATP酶依賴性的囊泡內外H＋濃度差H＋與轉運遞質反向轉運該家族成員：囊泡單胺類轉運體(Vesicularmonoaminetransporter,VMAT)囊泡乙酰膽堿轉運體(VesicularAChtransporter,VAChT)神經遞質轉運體:膜轉運體和囊泡轉運體戴爾原則Dale`sprinciple一個神經元內只存在一種遞質，其全部末梢只釋放同一種神經遞質。遞質共存（coexistence）：一個神經元內可以存在兩種或兩種以上的神經遞質，末梢可釋放兩種或兩種以上的遞質。如：支配唾液腺的副交感：ACh/VIP（vasoactiveintestinalpeptide,血管活性腸肽）；遞質共存(Neurotransmittercoexistence–Dale’sprinciple)遞質共存(Neurotransmittercoexistence–Dale’sprinciple)