直接突触传递的机制

突触传递

突触

一个神经元与另一个神经元之间特化的连接
使接收信息的神经元在动作电位到达神经末梢不到1ms内做出反应

1. 分类

   1. 电突触传递

      电流通过连接子由一个细胞直接留至另一个细胞

   2. 化学突触传递

      突触前神经末梢去极化触发神经递质分子的释放，打开突触后膜离子通道受体，引起兴奋效应或抑制效应

中枢神经系统中的兴奋性突触电位

突触前末梢的递质释放脉冲开放突触后膜上的选择性阳离子通道受体，受体再产生一个内向的兴奋性突触后电流（EPSC），使突触后膜去极化产生一个兴奋性突触后电位（EPSP）。

神经系统中绝大部分的兴奋性突触定位于神经元的树突。一个突触EPSP远无法引起一个动作电位，为了达到阈值，各个EPSP必须在胞体/树突区域总和或整合

1. 与神经肌肉接头的区别

   中枢神经系统突触最主要的兴奋性递质为L-谷氨酸，而非乙酰胆碱

神经肌肉连接处的突触电位

1. 终板电位

   运动神经兴奋引起突触前神经末梢释放乙酰胆碱，导致肌纤维终板膜区去极化

2. 兴奋性突触后电位（EPSP）

   使突触后细胞兴奋的突触电位

3. 抑制性突触后电位（IPSP）

   抑制突触后细胞的突触电位

直接突触抑制

通过在突触后膜上开放逆转电位较阈值为正的通道来产生兴奋，直接的化学性突触抑制是通过开放逆转电位较阈值为负的通道来实现的。 直接的化学突触抑制通过激活氯离子通透的通道产生。

抑制性电位的逆转

1. 抑制性输入引起细胞轻微的超极化称为抑制性突触后电位（IPSP）
2. 抑制性通道对阴离子通透，通透率与被通透离子的水化半径相关

突触后抑制

降低整个细胞的兴奋性，使之对所有的兴奋性输入的反应性都相对减少

突触前抑制

1. 它导致从兴奋性末梢释放的递质量减少
2. 锁定于某一特定的输入，但并不干扰突触后细胞行使其整合其他来源信息的任务
3. 抑制性轴突与其他轴突末梢形成突触联系

递质受体定位

乙酰胆碱受体（AChR）高度集中于运动终板

电突触传递

与化学突触传递比较

1. 共存于一个突触
2. 电介导的突触传递没有突触延迟
3. 电突触比化学突触更可靠，突触传递不大可能因为突触抑制或神经毒素阻遏而失败
4. 电突触传递速度更快

突触传递的间接机制

直接传递与间接传递

直接化学传递

神经递质从突触前终末释放，在1ms内与突触后膜的离子型受体结合，使通道开放。

间接传递

间接作用递质与代谢型受体结合。代谢型受体本身不是离子通道，它们与其他膜蛋白相互作用，导致离子通道活动的改变或神经元其他代谢过程的改变。

G蛋白偶联型受体和G蛋白

G蛋白偶联受体的结构

1. G蛋白偶联受体

   对绝大多数代谢型受体来说，与之有相互作用的第一个靶蛋白是另一个膜蛋白，称为 G蛋白 ，这类代谢型受体因而被称为G蛋白偶联受体（GPCR）。

   GPCR组成一个具有7个跨膜结构域的膜蛋白超家族，有一个膜外氨基端和一个膜内羧基端。

2. G蛋白

   G蛋白将GPCR与其即时效应蛋白联系起来。它们因与鸟苷酸结合故为膜蛋白。每个G蛋白是由alpha，beta，galma三种亚基构成的三聚体。

3. G蛋白循环

受体激活的G蛋白调控离子通道功能：直接作用

G蛋白以两种方式影响离子通道：

1. 活化G蛋白的一个亚基 直接 与离子通道相互作用
2. G蛋白激活一种或多种酶，通过一种或多种 第二信使 ，以 间接 的方式改变离子通道的功能。

G蛋白激活钾通道

G蛋白对钙通道的抑制参与递质释放

G蛋白激活胞内第二信使通道

G蛋白激活胞内第二信使系统所产生的效应更慢、更广泛

间接偶连受体产生信号的会聚和发散

许多与不同G蛋白偶联的受体汇集于少得多的G蛋白。由此，它们对一个神经元可能产生相同的作用。相反，激活一类G蛋白，通过一类G蛋白，通过不同的通路，可能影响细胞上几种不同的离子通道和其他蛋白质。

细胞反应的选择性和多样性决定因素

1. 在特定细胞中存在何种受体
2. 细胞实际上接收到的递质和激素
3. 存在何种效应器
4. 受体、G蛋白和效应器在细胞膜上如何配置

G蛋白信号的发散

使一种递质能对一个神经元或效应细胞产生整合反应，从而激活一个代谢型受体

内源性大麻素介导的逆行信号

内源性大麻素是神经细胞膜上磷脂代谢的进一步产物

逆行突触信号

去极化诱发的对抑制的压抑（DSI）

1. 传递的抑制源于突触前

2. 此效应依赖于胞液中钙浓度的升高

一氧化氮和一氧化碳介导的信号

作为一种递质起作用时，从一个细胞的细胞质扩散至邻近细胞，并激活鸟苷酸环化酶，产生cGMP。

NO和CO不能在突触小泡中储存，只能按需求合成和释放。它们从产生位点随机扩散到邻近细胞，其扩散范围只受限于它们较短的存在时间。

旁分泌传递（在脑中也称为容积传递）

介于神经传递和内分泌器官释放激素至血液这两种方式之间的信号运作方式

钙作为胞内第二信使

静息状态时，细胞质内游离钙离子浓度很低因此有很多机会使之增加。

钙的作用

1. 钙依赖性钾通道的激活
2. 钙作用的主要分子传感器是钙-结合蛋白-钙调蛋白

神经递质的释放

神经终末的去极化引起神经递质的释放。

递质释放的特征

突触前终末的去极化和电压激活钙通道的开放造成胞内钙浓度的升高，触发递质释放。

轴突终末去极化和递质释放

突触电位大小可以用作递质释放量的一种度量。

动作电位发生所需的正常的钠离子流和钾离子流，对递质释放并不是必需的，只有去极化才是必需的。

突触延迟

在突触前电位出现和突触电位之间存在一个时滞。 延迟的产生主要源于递质释放机制。

量子释放

递质释放一般模式：

突触前去极化->钙内流->递质释放

Ach从终末以多分子小泡的形式释放，他们称之为 量子 。

多分子量子的自发释放

神经终末自发地释放离散量的Ach。

终板电位的波动

量子假说 ：观察到的、自发产生的单量子事件也表示刺激所引起的突触电位的构建单元。

终板电位通常由200个量子单元构成，大小上的差异并不明显。

神经元突触处的量子含量

从几乎无整合现象的神经肌肉接头，到自主神经节，再到中枢神经系统突触，突触后细胞接受并整合大量输入信号，平均量子含量不断降低。

囊泡与递质释放

胞吐 :囊泡与突触前质膜融合，并把它的内容物释放至突触间隙。 刺激将使突触囊泡的所有可溶物质释放。 囊泡膜的成分被回收，并再利用形成新的突触囊泡。

中枢神经系统递质

CNS（Central Nervous System）内的化学传递

在脊椎动物CNS，ACh作为直接的兴奋递质的作用已经被谷氨酸所代替，而其他两种氨基酸——GABA和甘氨酸，是直接的抑制性中枢递质。 许多间接的递质调制直接的兴奋性和抑制性突触传递的作用。

递质分布的定位

鉴定含有特定神经递质的特定的神经元、神经纤维和突触，可以通过各种组织化学或 免疫组织化学的方法 来确定。如荧光法。

在活体脑组织标记递质特异性神经元

1. 在体条件下，应用转基因技术能够以颜色编码含有感兴趣的神经递质的特定神经元。
2. 在多巴胺能神经元中表达荧光标记的、光敏感的阳离子导电蛋白光敏感通道。

光遗传学: 选择性表达光敏感通道和相关蛋白技术已经广泛用作刺激（或抑制）神经元的手段，特别是对于在体神经环路的分析。 在离体的中脑脑片上，短暂蓝闪光开放光敏感通道，使神经元去极化，从而能选择性地刺激多巴胺神经元。

主要递质

谷氨酸

这是整个CNS中神经元分泌的快速的、兴奋性递质。

氨基丁酸和甘氨酸

CNS中有两种主要的抑制性神经递质，它们激活对氯离子有通透性的离子型GABA（氨基丁酸）受体或甘氨酸受体，在突出后神元产生抑制性突出后电位。

乙酰胆碱

胆碱能神经元主要分布在脑干、中脑和端脑，对大脑的不同区域具有广泛的神经支配。

生物胺

生物胺包括甲肾上腺素、5-HT、多巴胺和组胺。它们的特点是局限于散在几个部位的很少数森就元中。但是，从这些核团发出的分支的无髓神经i纤维支配脑的广大区域。

三磷酸腺苷（ATP）

ATP是PNS中的一种重要的递质和化学信使。 神经胶质细胞也可以表达ATP受体，这些受体可能参与神经元和胶质细胞的信号传递。

肽类

和小分子递质的区别

1. 肽类不是由神经末梢本身合成，而是从一个大的前体分子由肽酶分解产生。
2. 它们通常是存在于同一个神经末梢。，这些末梢释放的小分子递质可能是被共同释放。
3. 至少是在哺乳动物的神经系统，肽类完全是作为间接性递质，主要通过G蛋白偶联受体发挥作用。

神经递质的合成、转移、贮存和存活

化学突触传递 : 神经递质在囊泡内合成->贮存->通过胞吐释放->递质在突触间隙扩散->激活突触后细胞上的受体->递质清除

神经递质的合成

经典低分子质量递质

1. 合成

   由通常的细胞代谢物在突触终末内产生

2. 贮存和释放

   被组装进小的突触囊泡

NO、CO和内源性大麻素

1. 合成

   突触内

2. 贮存和释放

   由于不能被包装进囊泡，它们立刻从神经终末扩散出来，作用于靶位上

神经肽类递质

1. 合成

   在神经元胞体内的核糖体合成

2. 贮存和释放

   包装进大的密芯囊泡，然后沿轴突转运

递质在突触囊泡内的贮存

ACh和NE等低分子质量递质，在轴突终末内合成并包装入囊泡。 递质在突触囊泡的积聚由特异的转运蛋白介导。 有些囊泡可以贮存和释放一种以上递质;囊泡可能摄取错误的递质。 囊泡摄取机制可能是不饱和的。

共贮存和共释放

共传递 ：许多神经元能释放一种以上递质。

轴浆运输

轴浆流 :正常情况下，轴浆整体沿轴突以每天1～2 mm的速度持续运动。

轴浆运输的速率和方向

微管蛋白、神经丝蛋白等结构蛋白移动速度很慢，而线粒体和囊泡等具有膜结构的细胞器移动速度非常快。这种快速运输称为 轴浆运输 。 顺轴浆运输 : 有些蛋白质和细胞器由胞体运送到轴突终末。 逆轴浆运输 : 由终末运送到胞体。

递质从突触间隙的清除

递质清除的机制：扩散、降解、摄取入胶质细胞或神经终末

乙酰胆碱酯酶清除乙酰胆碱

通过水解清除ATP

通过摄取清除递质

肽类递质没有专一的摄取机制。肽类递质的作用因扩散而终止，某些肽通过肽酶水解而失活。

突触可塑性

信号传递的短时程变化

递质释放的易化和压抑

当一短串刺激作用于突触前神经，所产生的突触后点位的幅度可能会逐步增加，或减小，或两种效应并存。

强直后增强和增高

强直后增强 （PTP）：长串高频刺激（强直刺激）常常先引起突触压抑，数秒后，却跟随有持续数十分钟的突触电位幅度的增强。 PTP也和神经终末自发性或紧张性递质释放速率的增加有关。 重复刺激引起递质释放增加的一个中间相被称为 增高 。 易化、压抑、增强、PTP被称为突触效能的短时程变化。

短时程突触变化的机制

重复刺激中或刺激后出现的突触效能的短时程变化，与突触前终末递质释放量子数的增加或减少有关。 易化和增强归因于释放概率的增加，这种增加是由于可利用钙的增加;压抑是因为突触囊泡可释放池的竭耗。

信号传递的长时程变化

长时程增强（LTP）和长时程压抑（LTD）是两种基本的长时程变化。

长时程增强

同突触长时程增强 : 高频刺激齿状回细胞的传入通路，产生长达数小时，甚至数天的兴奋性突触电位幅度的增加。 联合型长时程增强 : 重复刺激神经元的一个突触传入，可以增强同一个细胞另一传入刺激引起的突触电位。

安静突触

突触后表达LTP的一个主要因素是安静突触的激活。