突触传递生理学

当前位置：首页|课程讲义突触传递生理学突触传递生理学双击自动滚屏发布者：admin发布时间：2010/5/4阅读：3111次（PhysiologyonSynapticTrasmission）山西医科大学生理学系祁金顺神经系统—自然界最复杂的系统；神经系统的组成和基本功能单位；神经调节的方式和结构基础（反射，反射弧）；神经元之间如何联系？神经元和其它效应器细胞之间如何联系？广义的突触概念：神经元之间以及神经元和其它效应器细胞之间发生功能性联系的特殊结构。中枢突触的数量：1011×1000*神经-骨骼肌接头属于经典的突触，神经-心肌接头属于非定向突触，心肌细胞之间的联系属于电突触。中枢三者均有，以定向式为主。一、突触传递概述（一）定向式突触传递（经典的突触传递，突触性化学传递）1．经典突触的微细结构突触前膜（线粒体、突触小泡）；突触后膜(受体)；突触间隙（20-40nm）*活性带（activezone）：释放神经递质的特定膜结构区域。*突触后致密物质（postsynapticdensity）2、主要神经递质、受体亚型及其跨膜信号转导机制神经递质受体亚型跨膜信号转导途径配体门控通道G-蛋白--效应器--第二信使--通道乙酰胆碱烟碱型（N）肌肉(N2)↑Na+/K+/Ca2+神经节(N1)↑Na+/K+/Ca2+中枢神经元(N1,N2)↑Na+/K+/Ca2+毒蕈碱型(M)M1(脑内)Gq/11↑PLC↑IP3、DG↑Ca2+M2(心脏)Gi/o↓AC↓cAMP↑K+M3(平滑肌、腺体)Gq/11↑PLC↑IP3、DGM4（腺体），M5去甲肾上腺素Gq/11↑PLC↑IP3、DG↓K+Gi/o↓AC↓cAMP↑K+↓Ca2+Gs↑AC↑cAMP多巴胺D1,D5Gs↑AC↑cAMPD2Gi/o↓AC↓cAMP↑K+↓Ca2+D3,D4Gi/o↓AC↓cAMP5-羟色胺5-HT1A,5-HT1B,5-HT1DGi/o↓AC↓cAMPA:↑K+D↓K+5-HT1E,5-HT1FGi/o↓AC↓cAMP5-HT2A,5-HT2CGq/11↑PLC↑IP3、DGC:↓K+5-HT3↑Na+5-HT4Gs↑AC↑cAMP谷氨酸NMDA↑Na+/K+/Ca2+AMPA,KA↑Na+/K+mGluR1,5Gq/11↑PLC↑IP3,DGmGluR2,3,4,6,7,8Gi↓AC↓cAMP↓Ca2+↑GIRK-氨基丁酸GABAA↑Cl-GABABGi/o↓AC↓cAMP↓Ca2+↑GIRK甘氨酸GlyR↑Cl-↑：兴奋或活化；↓：抑制；GIRK：G-蛋白门控的内向整流钾通道3．突触传递过程（电-化学-电）突触前过程(电→化学）；间隙过程（化学递质扩散、酶解、再摄取）；突触后过程（化学→电）4．突触后电位（1）兴奋性突触后电位（excitatorypostsynapticpotential,EPSP）概念：在兴奋性神经递质作用下，后膜发生短暂的局部去极化，兴奋性提高，这种电位变化称为兴奋性突触后电位。特点：1）不具有“全或无”的特点；2）呈电紧张性扩布：3）没有不应期，可以发生时间和空间总和。因此，EPSP属于一种局部兴奋。机制：兴奋性递质作用于突触后膜上的促离子型受体，Na+和K+的通透性↑，Na+内流大于Ｋ+外流，净内向离子流（Na+influx），膜局部去极化。（2）抑制性突触后电位（inhibitorypostsynapticpotential,IPSP）概念：某些抑制性神经递质作用于后膜上的受体后可引起突触后膜发生短暂的超极化，此即抑制性突触后电位。机制：抑制性中间神经元释放抑制性递质，使Cl-通道开放，Cl-内流(Cl-influx)，突触后膜发生超极化。或K+通道开放、Na+，Ca2+内流关闭。（3）慢突触后电位和迟慢突触后电位：在外周（如自主神经节）和中枢（如大脑皮层）神经元中可见到，是发生缓慢、持续时间较长的突触后电位。类型潜伏期持续时间产生机制信号转导途径快突触后电位1ms数msEPSP:Na+电导加大IPSP:Cl-电导加大促离子型受体（受体和通道同一分子）慢突触后电位100~500ms数ssEPSP:K+电导降低sIPSP:K+电导加大促代谢型受体（G蛋白偶联受体）迟慢突触后电位1-5s10-30minLsEPSP:K+电导降低慢突触后电位和迟慢突触后电位可以影响突触后膜的兴奋性，调制突触传递。脑的高级部位的慢突触后电位，可能在与学习和记忆等有关的突触可塑性变化中发挥重要作用。5、突触整合中枢神经系统内的突触传递较神经-肌肉接头更加复杂。（1）传入冲动来源不同。例如，一个脊髓运动神经元上的突触小体数约为104个，包括来自皮层、皮层下、脊髓后根等多处的传入。（2）传入冲动性质不同。兴奋性传入，也有抑制性传入。（3）传入冲动强度不同；（4）传入冲动在神经元上的终止部位不同，如终止在树突、胞体或轴突上。神经元将各种传入冲动引起的突触后反应进行空间总和和时间总和，而后决定是否输出动作电位，这一过程称为突触整合（synapticintegration）。实际上，脑的最基本功能活动就是进行突触整合。（1）突触整合的简单形式——总和在中枢神经系统中，给予突触前神经元一个有效刺激往往不足以改变突触后神经元的传出活动，如使一个兴奋性突触产生传出冲动。这是因为单个突触传入在突触后膜上产生的EPSP或IPSP幅度很小的缘故。多个突触后电位进行叠加的过程称为总和。总和可以是多个EPSP的叠加，可以是多个IPSP叠加，也可以是两者混合在一起的叠加。按照叠加时多个突触后电位发生的时间不同，将突触后电位的总和分为以下两种形式。A.时间总和时间总和（temperalsumation）是指某一突触连续活动时，相继产生的多个突触后电位进行的叠加过程。时间总和的难易程度受膜的时间常数制约。时间常数大的神经元其突触后电位的时程较长，容易产生时间总和。B.空间总和空间总和（spatialsumation）是指几个相邻突触同时活动时，同时产生的多个突触后电位进行的叠加过程。由于突触后电位在细胞膜上被动扩布时，其幅度随扩布距离的增加而呈指数性衰减，因此，神经元的空间常数制约总和效果。空间常数愈大，神经元愈容易产生空间总和。多个EPSP总和的结果，能使膜电位到达阈电位，从而触发动作电位；多个IPSP总和的结果，将使膜电远离阈电位，抵消突触兴奋产生的效应。(2)突触整合的关键部位——始段在运动神经元和大部分中间神经元，轴突始段（initialsegment）是动作电位的触发区。始段的细胞膜具有高密度的电压门控Na+通道，其阈电位较其它部位低。当该处细胞膜发生一定程度的去极化时，将有更多的Na+通道打开，更多的内向电流流过。据测定，能够使轴突始段由静息电位（如-65mV）到达阈电位（如-55mV）的增量是10mV，而使细胞体膜达到阈电位（-35mV）的增量为30mV。因此，发生在树突上的EPSP即使随扩布距离增加而衰减，兴奋也将首先在轴突始段处发生，然后以全或无方式沿轴突顺向传出，以完成神经元之间的通讯。同时，兴奋也逆向传导至细胞体，使之去极化，以清除残留在胞体上的突触后电位，这有利于开始下一次新的整合过程。以前认为，信号在树突上的传导是被动的。现在知道，大部分神经元的树突也具有电压门控Na+、K+、和Ca2+通道，以及配体门控通道。电压门控Na+和Ca2+通道的一个作用是将小的EPSP放大。某些神经元的树突具有足够密度的电压门控通道，可以作为局部触发带（区），将到达树突远端较弱的信号进一步放大。当一个细胞有几个树突触发区时，每个触发区可以把其附近的突触传入产生的局部兴奋和抑制进行总和。当总和后的膜电位达到阈电位时，动作电位便可能产生，其通常是由电压门控Ca2+通道介导的。然而，一般情况下，树突上的电压门控Na+或Ca2+通道的数量不足以支持动作电位向细胞体的再生扩布，树突上产生的动作电位只能向细胞体和轴丘作电紧张性扩布，并在那里和细胞上其它的传入信号进行整合。(3)突触定位和功能活动神经元的轴突末梢、细胞体和树突上都可存在突触前或突触后位点。最常见的突触类型是轴-轴型、轴-体型和轴-树型，其中轴-树型突触可以在树突杆或树突棘上形成。构成突触的部位到突触后神经元上触发区的距离是非常重要的。轴-体型突触距触发区近，突触电流对触发区产生的影响较远端的轴-树型突触为大。此外，突触定位不同，其兴奋或抑制功能也不同。A.树突棘上的突触常常是兴奋性突触突触性传入在树突上有两个主要的位点：树突干和树突棘。树突棘是高度特化的传入区，通过一个细颈连至树突的主干，头端呈球状。每个棘至少形成一个突触，而且该突触大多为兴奋性突触。例如，在海马CA1区锥体细胞上，树突棘的“头”上存在有Glu的NMDA和非NMDA两型受体。树突棘的“颈”可以将Ca2+浓度的升高限制在该树突棘内。树突上的兴奋性传入使阳离子选择性的通道开放，形成内向电流。该电流经电紧张性扩布，在始段部位通过细胞电容形成外向电流，使始段出现去极化电位。B.细胞体上的突触常常是抑制性突触细胞体上抑制性突触活动后，Cl-通道开放，Cl-内流，使细胞膜包括动作电位触发区产生超极化的IPSP。当该细胞的树突同时接受兴奋性突触传入时，来自树突的兴奋性电流必须通过细胞体才能到达轴突始段，以触发细胞产生兴奋。因此，细胞体上的抑制性突触成为控制兴奋到达轴突始段的重要结构。胞体上抑制性突触的活动使Cl-电导增加，通过“分流”减少了来自树突的兴奋性电流引起的去极化，使兴奋性电流对触发区膜电位的影响大大减小（图4-21C）。这种抑制活动在靠近轴突始段处尤其明显。C.轴突末梢上的突触常常是调制性突触与轴-体型和轴-树型突触相反，在轴突末梢上形成的轴-轴型突触对突触后触发区没有直接作用。轴-轴型突触是通过改变轴突末梢神经递质释放量来影响突触后神经元活动的，例如突触前抑制和突触前兴奋均以轴-轴型突触为结构基础。（二）非定向突触传递（非突触性化学传递）*主要见于自主神经系统节后纤维与效应器细胞之间，首先在肾上腺素能神经元上发现。中枢神经系统中单胺类神经纤维也有。结构基础和传递过程：曲张体（varicosity）（轴突末梢分支上串珠状膨大结构），小泡，神经递质。一个肾上腺素能神经元的轴突末梢约有2万个曲张体，神经冲动抵达，小泡释放递质，弥散到达邻近的效应细胞并与相应的受体结合，发挥生理效应。特点（和定向式或经典式突触性化学传递相比）：①不存在典型的突触结构（特化前后膜），完成化学传递的主要结构基础是曲张体；②没有一对一的传递关系，一个曲张体可支配较多的效应细胞；③曲张体至效应细胞的距离大（一般大于20nm，远的可超过400纳米），故传递所需时间较长（可大于1秒）；④曲张体的邻近细胞不一定都含有相应的受体。（三）电突触传递电信号直接传递。结构基础：缝隙连接（gapjunction）。间隔仅2-3nm；两侧膜上对称的六聚体蛋白质两两对接，沟通两细胞胞浆的细胞间通道。可直接进行物质交换，以平衡两个细胞之间的小分子物质和电位。传递过程：局部电流流过细胞间通道（如同一细胞），直接刺激并兴奋另一细胞。特点：1）不需要神经递质介导；2）传递速度快，几乎没有潜伏期；3）双向传递（膜结构对称）。意义：使邻近不同细胞能够实现同步化活动。（如呼吸中枢、心肌、平滑肌、肝细胞）二、神经递质的释放神经元合成的神经递质贮存在突触前终末的囊泡（vesicle）中，其释放是通过出胞（或胞吐，exocytosis）作用完成的。这种经囊泡进行、受钙离子调节的神经递质释放过程包括：突触前终末去极化、去极化引起钙内流、钙内流触发囊泡与突触前膜融合以及随之发生的递质出胞。近年来，利用生物化学、分子生物学和生理学手段对囊泡膜、突触前膜和突触前终末胞浆内有关递质释放的蛋白质进行的分离、定性以及功能研究，已经从分子水平加深了人们对神经递质释放机制特别是膜融合（membranefusion）机制的理解。（一）突触前终末去极化调节神经递质释放Katz和Miledi（1967），利用枪乌贼巨突触进行的突触传递