生理学 第十章神经系统的功能

位释放(图10—2)。 (2)突触的分类：根据神经元互相接触的部位，通常将经典的突触分为三类。①轴突一树突式突触：由前一神经元的轴突与后一神经元的树突相接触而形成的突触。这类突触最为多见。②轴突一胞体式突触：为前一神经元的轴突与后一神经元的胞体相接触而形成的突触。这类突触也较常见。③轴突一轴突式突触：为前一神经元的轴突与另一神经元的轴突相接触而形成的突触。这类突触是构成突触前抑制和突触前易化的重要结构基础(图10—3A．)。 此外，由于中枢存在大量的局部神经元构成的局部神经元回路(见后文)，因而还存在树突一树突式、树突一胞体式、树突一轴突式、胞体一树突式、胞体一胞体式、胞体一轴突式突触，以及两个化学性突触或化学性突触与电突触组合而成的串联性突触(serial synaps—es)、交互性突触(reciprocal synapses)和混合性突触(mixed synapses)等(图10—3B)。

(3)突触传递的过程：当突触前神经元有冲动传到末梢时，突触前膜发生去极化，当去极化达到一定水平时，前膜上电压门控钙通道开放，细胞外ca2+进入末梢轴浆内，导致轴浆内Ca抖浓度的瞬时升高，由此触发突触囊泡的出胞，引起末梢递质的量子式释放。然后，轴浆内的ca2+通过Na’一Ca抖交换迅速外流，使Ca2’浓度迅速恢复。

由轴浆内Ca2+浓度瞬时升高触发递质释放的机制十分复杂。根据目前所知，平时突触囊泡由突触蛋白(synapsin)锚定于细胞骨架丝上，一般不能自由移动。当轴浆内ca2+浓度升高时，Ca2’与轴浆中的钙调蛋白结合为ca2。一CaM复合物。于是caz’一CaM依赖的蛋白激酶Ⅱ被激活，促使突触蛋白发生磷酸化，使之与细胞骨架丝的结合力减弱，突触囊泡便从骨架丝上游离出来，这一步骤称为动员(mobilization)。然后，游离的突触囊泡在轴浆中一类小分子G蛋白Rab3的帮助下向活化区移动，这一步骤称为摆渡(trafficking)。被摆渡到活化区的突触囊泡在与突触前膜发生融合之前须固定于前膜上，这一步骤称为着位

(docking)。参与着位的蛋白包括突触囊泡膜上的突触囊泡蛋白(v—SNARE，或synapto—breven)和突触前膜上的靶蛋白(t—SNARE)，目前已鉴定脑内的

t—SNAR卫有突触融合蛋白(syntaxin)和SNAP一25两种，当突触囊泡蛋白和两种靶蛋白结合后，着位即告完成。随即，突触囊泡膜上的另一种蛋白，即突触结合蛋白(synaptotagmin，或称p65)在轴浆内高Ca。’条件下发生变构，消除其对融合的钳制作用，于是突触囊泡膜和突触前膜发生融合(丘lsion)。出胞(exocytosis)是通过突触囊泡膜和突触前膜上暂时形成的融合孔(fusion pore)进行的。出胞时，孔径迅速由1nm左右扩大到5()nm，递质从突触囊泡释出。在中枢，递质释放在0．2~0．5ms内即可完成。可见，Ca2+触发突触囊泡释放递质须经历动员、摆渡、着位、融合和出胞等步骤(图10—4)。 递质释入突触间隙后，经扩散抵达突触后膜，作用于后膜上的特异性受体或化学门控通道，引起后膜对某些离子通透性的改变，使某些带电离子进出后膜，突触后膜即发生一定程度的去极化或超极化，从而形成突触后电位(postsynapta‘c potential)。

(4)突触后电位：根据突触后电位去极化和超极化的方向，可将突触后电位分为兴奋性突触后电位和抑制性突触后电位。另外，根据电位发生的快慢和持续时间的短长，又可将突触后电位分为快突触后电位和慢突触后电位。以下主要介绍快突触后电位。

1)兴奋性突触后电位：突触后膜在某种神经递质作用下产生的局部去极化电

位变化称为兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential，．EPSP)。例如，脊髓前角运动神经元接受肌梭的传人纤维投射而形成突触联系，当电刺激相应肌梭的传人纤维后约0．5ms，运动神经元胞体的突触后膜即发生去极化(图10一5A，B)。这是一种快：EPSP，它和骨骼肌终板电位一样，具有局部兴奋的性质。EPSP的形成机制是兴奋性递质作用于突触后膜的相应受体，使递质门控通道(化学门控通道)开放，后膜对Na’和K’的通透性增大，并且由于Na’的内流大于K’的外流，故发生净内向电流，导致细胞膜的局部去极化。

慢EPSP最早在牛蛙交感神经节中被记录到，后来发现广泛存在于中枢神经系统。慢EPSP的潜伏期为100～500ms，可持续数秒至数十秒钟，如在交感神经节记录到的慢EPSP可持续30s。慢．EPSP通常由膜的K’电导降低而引起。在交感神经节，K’电导的降低由乙酰胆碱激活M型胆碱能受体所触发。在交感神经节还发现有一种迟慢EPSP，其潜伏期为1～5s，持续时间可达1n30rain。迟慢EPSP的形成也与膜的K’电导降低有关，而有关递质可能是促性腺激素释放激素或与之酷似的肽类物质。 2)抑制性突触后电位：突触后膜在某种神经递质作用下产生的局部超极化电位变化称为抑制性突触后电位(inhibitory postsynaptic potential，IPSP)。例如，来自伸肌肌梭的传人冲动在兴奋脊髓伸肌运动神经元的同时，通过抑制性中间神经元抑制脊髓屈肌运动神经元。若电刺激伸肌肌梭的传人纤维，屈肌运动神经元膜出现超极化(图10—5A，c)，这是一种快IPSP。其产生机制是抑制性中间神经元释放的抑制性递质作用于突触后膜，使后膜上的递质门控氯通道开放，引起外向电流，结果使突触后膜发生超极化。此外，IPSP的形成还可能与突触后膜钾通道的开放或钠通道和钙通道的关闭有关。

在自主神经节和大脑皮层神经元也可记录到慢IPSP，其潜伏期和持续时间与慢EPSP相似，发生在交感神经节的慢IPSP持续约2s。慢IPSP通常由膜的K’电导增高而产生。引起交感神经节慢IPSP的递质可能是多巴胺，由一种特殊的中间神经元释放。

(5)突触后神经元的兴奋与抑制：由于一个突触后神经元常与多个突触前神经末梢构成突触，而产生的突触后电位既有EPSP，也有IPSP，因此，突触后神经元胞体就好比是个整合器，突触后膜上电位改变的总趋势决定于同时产生的EPSP和IPSP的代数和。当总趋势为超极化时，突触后神经元表现为抑制；而当突触后膜去极化并达到阈电位水平时，即可爆发动作电位(图10一5B)。但动作电位并不首先发生在胞体，而是发生在运动神经元和中间神经元的轴突始段，或是感觉神经元有髓鞘神经轴突的第一个郎飞结。这是因为电压门控钠通道在这些部位质膜上的密度较大，而在胞体和树突膜上则很少分布。动作电位一旦爆发便可沿轴突传向末梢而完成兴奋传导；也可逆向传到胞体，其意义可能在于消除神经元此次兴奋前不同程度的去极化或超极化，使其状态得到一次刷新。因为神经元在经历一次兴奋后即进入不应期，只有当不应期结束后，神经元才能接受新的刺激而再次兴奋。

(6)影响突触传递的因素

1)影响递质释放的因素：递质的释放量主要决定于进入末梢的Ca2’量，因此，凡能影响末梢处Ca抖内流的因素都能改变递质的释放量。例如，细胞外Ca2’浓度升高和(或)M旷’浓度降低能使递质释放增多；反之，则递质释放减少。到达突触前末梢动作电位的频率或幅度增加，也可使进入末梢的Ca。’量增加。此外，突触前膜上存在突触前受体(见后文)，它们可在某些神经调质(见后文)

或递质的作用下改变递质的释放量。

一些梭状芽胞菌毒素属于锌内肽酶，可灭活那些与突触囊泡着位有关的蛋白，因而能抑制递质释放。例如，破伤风毒素和肉毒梭菌毒素B、D、F和G能作用于突触囊泡蛋白，肉毒梭菌毒素c可作用于靶蛋白syntaxin，而肉毒梭菌毒素A和B则能作用于靶蛋白SNAP一25。临床上可见破伤风感染常引起痉挛性麻痹，而肉毒梭菌感染则引起柔软性麻痹，这是因为破伤风毒素能阻碍中枢递质释放，而肉毒梭菌毒素则阻滞神经一骨骼肌接头处递质释放。

2)影响已释放递质消除的因素：已释放的递质通常被突触前末梢重摄取，或被酶解代谢而消除，因此，凡能影响递质重摄取和酶解代谢的因素也能影响突触传递。例如，三环类抗抑郁药可抑制脑内去甲肾上腺素的末梢重摄取，从而加强该递质对受体的作用；利舍平(reserpine)能抑制交感末梢突触囊泡重摄取去甲肾上腺素，使递质被末梢重摄取后停留在轴浆内被酶解，结果囊泡内递质减少以至耗竭，使突触传递受阻；而新斯的明(neostigmine)、有机磷农药等可抑制胆碱酯酶，使乙酰胆碱持续发挥作用，从而影响相应的突触传递。

3)影响受体的因素：在递质释放量发生改变时，受体与递质结合的亲和力，以及受体的数量均可发生改变，即受体发生上调或下调(详见后文)，从而影响突触传递。另一方面，由于突触间隙与细胞外液相通，因此凡能进入细胞外液的药物、毒素以及其他化学物质均能到达突触后膜而影响突触传递。例如，筒箭毒碱和d一银环蛇毒可特异地阻断骨骼肌终板膜上的N。型Ach受体通道，使神经一肌接头的传递受阻，肌肉松弛。

(7)突触的可塑性：突触的可塑性(plasticity)是指突触的形态和功能可发生较为持久的改变的特性或现象。这一现象普遍存在于中枢神经系统，尤其是与学习和记忆有关的部位，因而被认为是学习和记忆产生机制的生理学基础。突触的可塑性主要有以下几种形式。

1)强直后增强：强直后增强(posttetanic potentiation)是指突触前末梢在接受一短串高频刺激后，突触后电位幅度持续增大的现象。强直后增强通常可持续数分钟，最长可持续1h或1h以上。高频刺激时Ca抖大量进入突触前末梢，而末梢内各种C2’缓冲系统，如滑面内质网和线粒体出现暂时性Ca”饱和，轴浆内游离Ca。’暂时过剩，对ca。’敏感的酶，如ca2十一(3aM依赖的蛋白激酶Ⅱ被激活，后者可促进突触囊泡的动员，使递质持续大量释放，导致突触后电位持续增强0 、

2)习惯化和敏感化：习惯化(habituatioi·)是指重复给予较温和的刺激时突触对刺激的反应逐渐减弱甚至消失的现象。相反，敏感化(sensitization)是指重复性刺激(尤其是伤害性刺激)使突触对原有束0激反应增强和延长，传递效率提高的现象。习惯化是由于突触前末梢钙通道逐渐失活，Ca2+内流减少，末梢递质释放减少所致。敏感化则因突触前末梢Ca2+内流增加，递质释放增多所致，实质上是突触前易化(见后文)。

3)长时程增强和长时程压抑：长时程增强(10ng—term potentiation，LTp)是指突触前神经元在短时问内受到快速重复的刺激后，在突触后神经元快速形成的持续时间较长的．EPSP增强，表现为潜伏期缩短、幅度增高、斜率加大。与强直后增强相比，LTp的持续时间要长得多，最长可达数天；且由突触后神经元胞质内Ca。’增加，而非突触前末梢轴浆内Ca针增加而引起。。LTP可见于神经系统的许多部位，但研究最多最深入的是海马。在海马有苔藓纤维LTP和Schaffer侧支LTP两种形式。前者发生于突触前，不依赖NMDA受体(见后文)，

其机制尚不清楚，可能与cAMP和一种超极化激活的阳离子通道

(Jayper—polarization—activated channel，Ih)有关d后者发生于突触后，依赖NNil)A受体，其产生机制是：谷氨酸自突触前神经元释放，与突触后神经元膜上的AMPA受体(见后文)和NMI)A受体结合，由AMPA受体激活而触发的去极化可使阻塞于NMI)A受体通道中的Mg’移出，使Ca'抖和Ya’一起进入突触后神经元，进入突触后神经元的Ca2‘可激活ca2LCaM依赖的蛋白激酶Ⅱ，后者可使AMPA受体通道磷酸化而增加其电导，也能使储存于胞质中的AMPA受体转移到突触后膜上；此外，可能还有化学信号(可能是花生四烯酸和一氧化氮)从突触后神经元到突触前神经元，引起谷氨酸的长时程量子释放(图10—6)。其他部位的LTP尚未充分研究，不依赖NMDA受体的L’rP在杏仁核可由_y一氨基丁酸能神经元产生。

与L’FP相反，长时程压抑(10ng—term depres—sion，LTD)是指突触传递效率的长时程降低。LTD也广泛存在于中枢神经系统。在海马的Schaffer侧支，LTD的产生机制与LTP有许多相似之处，它由突触前神经元在较长时间内接受低频刺激，突触后神经元胞质内Ca。’少量增加而引起。因为在胞质内Ca'。’少量增加时，Ca\抖一CaM依赖的蛋白激酶Ⅱ脱磷酸化，AMPA受体发生下调，从而产生LTDc。中枢不同部位的LTD，其机制不完全相同。

2．非定向突触传递非定向突触传递首先是在研究交感神经对平滑肌的支配方式时发现的。交感肾上腺素能神经元的轴突末梢有许多分支，在分支上形成串珠状的膨大结构，称为曲张体(varicosity)。曲张体外无施万细胞包裹，曲张体内含有大量小而具有致密中心的突触囊泡，内含有高浓度的去甲肾上腺素；但曲张体并不与平滑肌细胞(突触后成分)形成经典的突触联系，而是沿着分支穿行于平滑肌细胞的组织间隙(图10一7)。当神经冲动到达曲张体时，递质从曲张体释出，以扩散的方式到达平滑肌细胞，与膜上的相应受体结合，从而产生一定的效应。在心脏，胆碱能和肾上腺素能神经与心肌之间的接头传递也属于这类突触传递。这种传递模式也称为非突触性化学传递(DOll\．synaptic chemical

transmission)。非定向突触传递也可见于中枢神经系统。例如，在大脑皮层内有直径很细的无髓鞘去甲肾上腺素能纤维，其末梢分支上有许多曲张体，黑质多巴胺能纤维也有许多曲张体，中枢5一羟色胺能纤维也如此，这些曲张体及其效应器细胞之间多数形成非定向突触。可见，单胺类神经纤维大都能进行非定向突触传递。此外，非定向突触传递还能在轴突末梢以外的部位进行，如有的轴突膜能释放乙酰胆碱，有的树突膜能释放多巴胺等。

与定向突触传递相比，非定向突触传递具有以下特点：①突触前、后成分无特化的突触前膜和后膜；②曲张体与突触后成分不一一对应，一个曲张体释放的递质可作用于较多的突触后成分，即无特定的靶点；释放的递质能否产生效应，决定于突触后成分上有无相应的受体；⑧曲张体与突触后成分的间距一般大于20nm，有的可超过400hm，因而递质扩散距离较远，且远近不等；突触传递时间较长，且长短不一。

3．电突触传递 电突触传递的结构基础是缝隙连接(gap．junction)。连接处相邻两细胞膜间隔2～3rim，此处膜不增厚，近旁胞质中无突触囊泡，两侧膜上各由6个亚单位构成的连接体蛋白，端端相接而形成一个六花瓣样的水相孔道，沟通相邻两细胞的胞质(见第2章图2—17)。孔道允许带电小离子和小于1．0～1．Ski)或直径小于1．0nm的小分子通过。局部电流和EPSP也能以电紧张的形式从一个细胞传向另一个细胞。电突触传递一般为双向传递，由于其电阻