第一章-神经生物学绪论神经组织

神经生物学Neurobiology赵春杰东南大学医学院人体结构域神经科学学系飞禽走兽，人类为万物之灵令人叹为观止的精神和物质文明人类的创造：文学、艺术、航天、育种人类面临的最大科学难题之一，那就是“智力的产生”，揭示脑的奥秘，是人类面临的最大挑战邓小平崔永元张国荣神经、精神疾病梵高毒品成瘾大脑的奥秘人们的喜怒哀乐是纯粹的心理活动吗？学习记忆的生物学基础？智力高低是天生的吗？为什么有的精神疾病如孤独症、精神分裂症患者具有某些特殊的天分？梵高JohnNash大脑的奥秘感觉、运动、呼吸、睡眠神经系统的高级功能学习、记忆、语言、情感等统称为脑的高级功能Ｉ.Ｐ.Pavlov（1849-1936）巴甫洛夫正在进行动物实验举世闻名的科学家爱因斯坦1955年逝世后，普林斯顿大学的专家曾将他的大脑保存了下来，并切片成240片进行研究。科学家们认为，爱因斯坦之所以会成为科学天才，这与他的大脑结构特异性密切相关。通过对爱因斯坦大脑结构的研究，或许有助于进一步研究人类大脑的原理。揭开爱因斯坦大脑之谜爱因斯坦自闭症？精神分裂症？爱因斯坦从小话很少。但对音乐的兴趣却超乎寻常。神经胶质细胞比例较常人大？与妻子的“约法清单”如：如果我不跟你说话，你不许跟我说话；你把饭送进我的房间后，必须马上出去；你要为我洗熨衣服，但不能据此要求我对你温柔，如此等等。子女们也非常有成就，教授、物理学家、医生等，但是二儿子患有精神分裂症天才和疯子之间只差一步(a)(b)(c)神经科学与其他学科交叉与融合，如认知和神经心理学，计算机科学等精神疾病患者的脑结构和功能的改变SchizophreniaDepressionAddictionAutism海马体积减小，脑室扩大，前额叶萎缩、神经纤维连接异常、脑特定功能区域异常抑制/激活等神经生物学是生物学中研究神经系统的解剖、生理、病理等方面内容的一个分支。神经生物学的主要研究对象是大脑。大脑的结构和功能是自然科学研究中最具有挑战性的课题。谢灵顿：“大脑是生命组织中最难解之结。”克里克：“没有一种科学研究比研究人脑更重要。”艾克尔斯：“在30年内世界上大多数伟大的科学家都将研究脑。”神经生物学和分子生物学将是21世纪生命科学研究中的两个最重要的领域。沃森：“20世纪是基因的世纪，21世纪是脑的世纪。”脑计划神经系统的基本功能：感知环境、作出反应反射弧感觉神经元-中枢（信息整合）-运动神经元是神经组织中的能够产生动作电位的可兴奋性细胞由细胞体、轴突和树突几个部分组成结构上具有高度的极性，功能上具有可兴奋性，依靠其特异的结构在神经系统中主要起信息传递作用是高度分化的细胞，通过突触联系与其它细胞之间进行信息传递，能接受、传导和整合信息什么是神经元？Golgi染色的神经元神经元的结构根据形态分成两大部分：胞体（soma）树突(dendrites)突起(neurites)轴突(axon)神经元神经元根据信号传递功能分成四个部分：信号的输入——树突整合——胞体传导——轴突输出——轴突末梢神经元的突起（Neurites）与信息传递是由细胞体延伸出来的细长部分，又可分为树突（Dendrite）和轴突（Axon）。树突是神经元信号传入的主要部位树突（dendrite）是神经元胞体向外周的延伸，每个神经元可以有一或多个树突，在向外生长的过程中可以不断发出分支，一般分支比主干细，分之数量和次数多者可以形成树突树（dendritictree)。神经元的树突表面会长出一些细小的突起，称树突棘（dendriticspine）。DendriticspinesDendriticspinelosswithage树突棘有多种形状，树突棘中含有棘器，为电子致密物质，是树突棘的重要特征。树突棘是树突接受信号传入的重要部位，在此处与其他神经元的末梢形成突触连接，树突棘表面形成突触连接的突触后成分，有多种受体和离子通道。当神经元处于活动状态时，树突棘的数量和形态会发生可塑性改变，树突棘可以接受刺激并将兴奋传入细胞体（信息的感受区）。因此，树突棘在学习和记忆以及神经元可塑性方面都起重要作用。轴突是神经元信号传出的主要部位轴突（axon）为神经元细胞特有，可以从神经元的胞体或主干树突的根部发出。每个神经元只有一个轴突，长度从1mm到大于1m轴丘（axonhillock)、起始段、神经纤维、轴突终未。是神经元信号传出的主要部位，可以把兴奋从胞体传送到另一个神经元或其他组织，如肌肉或腺体。轴突与细胞体的主要区别：1）无尼氏体，轴浆内不含粗面内质网，仅有少量游离核糖体；2）轴突膜的蛋白质组成基本不同于细胞膜。故轴突没有蛋白质合成，蛋白质只能源于胞体。轴突可分为四段：轴丘——轴突起始处始段——无髓鞘，产生动作电位中间段——神经纤维终末——轴突末梢细胞突触是联结微观和宏观的关键环节分子分子/细胞神经回路脑的功能神经元之间的联系特定功能区域之间的连接回路神经突触神经肌肉接头神经突触神经递质：兴奋性、抑制型化学突触、电突触离子通道药物、毒素作用位点神经元的分类根据神经元突起的数目分类：假单极神经元双极神经元多极神经元多极神经元又可依轴突的长短和分支情况分为两型：①高尔基Ⅰ型神经元：胞体大，轴突长，在行径途中发出侧支，如脊髓前角运动神经元；②高尔基Ⅱ型神经元：胞体小，轴突短，在胞体附近发出例支，如脊髓后角的小神经元以及大、小脑内的联合神经元。高尔基Ⅰ型高尔基Ⅱ型兴奋性神经元抑制性神经元根据神经元的功能分类：感觉神经元(sensoryneuron)或传入神经元运动神经元(motorneuron)或传出神经元联络神经元或中间神经元(interneuron)根据神经元释放的递质分类：胆碱能神经元胺能神经元肽能神经元氨基酸能神经元根据神经元的电生理特性分类：神经系统是由神经组织构成的，神经组织由神经元和神经胶质细胞这两种细胞成分构成的。神经胶质神经元中枢神经系统的神经胶质细胞神经胶质细胞（neuroglialcell）简称神经胶质（neuroglia）或胶质细胞（glia或glialcell），是神经组织中除神经元以外的另一大类细胞，广泛分布于中枢和周围神经系统。神经胶质细胞一般较神经细胞小，突起多而不规则，数量约为神经细胞的10～50倍。普通染色只能显示胞核，用特殊银染方法才能显示神经胶质细胞整体形态。多分布在神经元胞体、突起以及中枢神经毛细血管的周围，对神经细胞具有支持、营养、保护、髓鞘形成及绝缘、促进神经元的再生和修复等多种作用。100多年前Cajal描绘的图神经元胶质细胞Confocal照片血管胶质细胞与神经元一样也具有细胞突起，但其胞质突起不分树突和轴突。它与神经元不同，可终身具有分裂增殖的能力。神经胶质细胞形态学特点2.2胶质细胞的分类大胶质细胞（macroglia）：中枢神经系统的大胶质细胞：星形胶质细胞（astrocyte）和少突胶质细胞（oligodendrocyte）。周围神经系统的大胶质细胞：神经膜细胞（Schwanncell，雪旺细胞）和卫星细胞（satellitecell）。小胶质细胞（microglia）：仅存在中枢神经系统在发生上来源不同星形胶质细胞小胶质细胞神经胶质细胞分类神经元少突胶质细胞分布于中枢神经系统的灰质内，位于神经细胞体及其突起的周围。原浆性星形胶质细胞的突起不规则，分支多而短曲，表面不光滑，胞质内的神经胶质丝少。原浆性星形胶质细胞（Protoplasmicastrocyte）分布于白质内，位于神经纤维之间，其突起呈放射状，细长而直，分支少，表面光滑。胞质内有许多交织排列的神经胶质丝,其内含有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出这类细胞。纤维性星形胶质细胞（Fibrousastrocyte）又称少突胶质，分布于灰质及白质内，位于神经元胞体及神经纤维的周围，其数量很多，约占全部胶质细胞的75％。胞体较小,呈圆形或椭圆形,突起少,分支亦少,核呈圆形或椭圆形，染色稍深。电镜下可见少突胶质细胞的每一个突起包绕一个轴突形成髓鞘。它除形成髓鞘外,可能还有营养和保护作用。少突胶质细胞（Oligodendrocyte）又称小胶质，分布于灰质及白质内,约占胶质细胞的5％。脑体较小，呈长椭圆形，常以胞体长轴的两端伸出两个较长突起，反复分支,其表面有小棘。胞核小，呈椭圆或三角形，染色较深。小胶质细胞具有变形运动和吞噬功能,属于单核吞噬细胞系统的细胞，也有人认为小胶质细胞是中枢神经系统中神经胶质的干细胞，能分化成其他胶质细胞。小胶质细胞（Microglia）1969年EngLE,etal.从多发性硬化（MS）病人中枢神经系统分离一种蛋白，后证明是构成星形胶质细胞中间丝的特异性蛋白，称之为胶质原纤维酸性蛋白（glialfibriallaryacidicprotein,GFAP)。用免疫组化染色技术显示，为针对性研究星形胶质细胞提供有效地手段。胞核胞体突起星形胶质细胞的染色用抗Golliprotein抗体标记少突胶质细胞用抗OX42标记小胶质细胞分支上的棘A.小胶质细胞模式图B.抗OX42免疫组化阳性细胞周围神经系统的神经胶质细胞又称神经膜细胞（neurolemmalcell），它包卷在神经纤维轴突的周围，形成髓鞘和神经膜，在神经纤维的再生中起诱导作用。1．施万细胞（Schwanncell）2．卫星细胞（satellitecell）又称被囊细胞（capsularcell），是包绕在神经节细胞周围的一层扁平形细胞，核圆形，染色较深。它具有营养和保护神经节细胞的功能。神经胶质细胞和神经元的主要区别神经元神经胶质细胞有轴突和树突两种突起只有一种突起能产生动作电位不产生动作电位，但有静息电位有突触无化学突触不能继续进行细胞分裂能继续进行细胞分裂数量少数量多，为神经元的10～50倍神经胶质细胞的功能星形胶质细胞膜对钾离子有很高的通透性，可以通过空间缓冲和直接摄取方式调节[K+]。。星形胶质细胞膜上有许多型的钾通道、Na+通道、电压门控钙通道及钙泵。这些通道参与星形胶质细胞内pH的调节对维持内环境稳定及维持神经元活动具有重要作用（1）维持内环境稳定(2)参与神经递质的代谢星形胶质细胞与突触有密切接触。星形胶质细胞可借助其细胞内离子和载体摄取突触间隙内活化氨基酸如Glutamicacid(GLU)、Asparticacid(ASP)、GABA、Glycine(GLY)等，将这些氨基酸传递给神经元或将其灭活。星形胶质细胞内的谷氨酰酶可将摄取的谷氨酸和GABA合成谷氨酰胺，然后再转运到神经元作新的神经递质的合成原料。（3）免疫应答作用星形胶质细胞作为CNS内重要的抗原递呈细胞，该细胞膜上有特异性的MHClI类蛋白分子，此分子可将处理过的外来抗原呈递给T淋巴细胞产生CNS的免疫应答。此外星形胶质细胞能够表达其刺激信号B、CD等，对T细胞活化和抗原递呈至关重要。星形胶质细胞还能够产生众多趋化因子和细胞因子，与神经疾病的防御相关。(4)参与突触的形成及突触信号传递神经胶质细胞参与突触的形成，并调节突触传递，参与神经元的发生并与神经元之间有信息传递。它们在思维和学习过程中扮演着几乎和神经元一样重要的角色。星形胶质细胞可使神经元之间突触的数量增加7倍,突触的传递速度增加10倍伟大科学家爱因斯坦（AlbertEinstein）死后，对其大脑进行了研究，发现大脑皮质内的神经胶质细胞数量比一般人的多。(5)其它作用支持作用：产生神经营养因子修复和再生作用：周围神经系统中的雪旺细胞支持再生和修复，而少突出胶质细胞则抑制CNS的再生修复绝缘屏障作用：形成髓鞘和血脑屏障。课程内容及安排理论授课：课堂讨论：以PPT演示形式汇报文献主要参考书目《神经科学》（第三版）韩济生主编，北京大学医学出版社，2009《神经科学扩展》齐建国主编，人民卫生出版社，2011Neuroscience（3rdEdition),A.LongstaffPrinciplesofNeuralScience（4thEdition）,EricR.KandelCli