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神经生物学复习2--\(By\ \mathcal{A.I.B.}\)

7. 突触传递

突触（Synapse）

突触传递主要存在两种假说：电突触、化学突触

7.1 电突触

电突触：神经元间的缝隙连接（gap junction ）：6个连接蛋白（connexin）形成一个通道，称之为连接子（connexon），分别来自相邻细胞的两个连接子对接形成一个缝隙连接通道，许多这样的通道构成了缝隙连接。

通道的间隙较大，允许例子和许多小分子通过

电突触普遍存在于无脊椎动物中，脊椎动物的神经系统中也存在电突触，对于脊椎动物：

  • 中枢神经系统的各个部分都有
  • 突触前电位引起小离子流，跨过缝隙连接通道流入另外一个神经元，产生突触后电位(PSP)
  • 主要分布于需要高度同步化活动的神经元之间
  • 通道并不是持续开放，可以手离子浓度、pH第因素的调节

电突触一般功能特性：

  • 双向等效通过
  • 电紧张耦合
  • 低电阻、快速

7.2 化学突触传递

7.2.1 突触前神经递质的控释

CNS的突触大小和形状差异巨大

  • 按照突触前后结构可以分为轴-树、轴-胞、轴-轴、树-树等突触
  • 大突触具有更多的活性区

按照CNS突触膜分化可分为两类：

  • Gray1型：突触前后膜不对称，通常为兴奋性突触
  • Gray2型：突触前后膜对称，通常为抑制性突触

PNS的化学突触：

  • 自主神经系统(ANS)的轴突投射到腺体、平滑肌和心脏
  • 神经肌肉接头(NMJ)存在于脊髓运动神经元与骨骼肌之间，余CNS的化学突触有许多共同的结构特征

神经肌肉接头的突触后膜，也称为终板，形成连接褶皱，上面分布有大量的递质受体

NMJ研究动作电位：

  • 突触后是巨大的肌细胞，易于插入电极记录并定量分析
  • 运动神经元轴突形成众多分支铆钉在肌细胞上，十分稳定
  • 肌细胞突触会产生一次性的去极化电位，称为终板电位(EPP)

神经递质释放的独立小包装：

  • 微小终板电位(mEPP)：比神经刺激产生的EPP小两个数量级

  • 神经递质的量子释放假说：神经递质以大小相对均一的独立量子形式释放

  • 在MNJ介质低\(Ca^{2+}\)高\(Mg^{2+}\)的情况下，每次神经刺激导致释放量子个数\(k\)满足泊松分布： $$ f(k)=\frac{m^k}{k!}e^{-m} $$ 此处\(m\)是对单词刺激响应的量子个数的均数

NMJ具有高达数百计的量子产量 (quantal yield) ，也就是每个动作电位产生的突触囊泡融合数量巨大。相反，CNS突触的量子产量很低 (几个甚至就1个)

神经递质释放由\(Ca^{2+}\)进入突触前末梢控制：

细胞外\(Ca^{2+}\)对动作电位触发递质释放是必需的。在NMJ实验中不断降低细胞外\(Ca^{2+}\)可观察到刺激运动神经在肌细胞上产生 EPP 的效率也持续下降。通过微电泳在NMJ细胞外给\(Ca^{2+}\)观察突触传递，也发现去极化前给\(Ca^{2+}\)可导致递质释放，去极化后给则否。

\(Ca^{2+}\)内流进突触前到突触后响应开始的潜伏期很短，说明有一个突触囊泡库，一旦细胞内\(Ca^{2+}\)升高随时可与突触前质膜融合。这也符合电镜的观察。再则，膜融合具有能量屏障，因为使两部分膜破裂并重新封闭暴露于水环境的组分需要外部供能，如ATP水解。然而，突触囊泡融合的最后一步太快，不太可能有ATP水解依赖的催化过程，实际上是，突触囊泡先由高能量构象的特化蛋白质复合预设为待融合状态，只等\(Ca^{2+}\)触发突然的构象变化导致融合即可。

8. 在体脑切片分析

CNS:脑、脊髓，CNS的神经元通常是多极神经元

PNS:位于颅骨和脊髓外，将感觉信号带入CNS，将运动信号带出CNS

神经系统的解剖学结构：神经核团（胞体聚集地、轴突束）；神经环路：信息流

标记神经元及其环路链接的方法：

  • 神经元标记
  • 神经核团、神经类群标记

8.1 神经元标记

神经元：15~50\(\mu m\)直径

  • 高尔基体染色

  • 尼氏染色：选择性的染色细胞的胞体，用于标记神经元在区域内的数目

  • 特殊分子标记染色或转基因手段

e.g. 纹状体特异性表达多巴胺受体D1和D2两种亚型会在荧光下有不同的表征

  • 活体标记

8.2 神经核团、神经类群标记

8.2.1 环路示踪标记

  • 逆标法：追踪投射到胞体的轴突
  • 顺标法：追踪下游轴突

传统环路示踪标记方法:

  • 顺标法：菜豆凝集素+生物素葡萄糖胺
  • 逆标法：霍乱毒素B+辣根过氧化氢酶

传统标记的缺点：

  • 标记效率不稳定
  • 不能标记多种亚型的神经元
  • 无法实现多个网络的示踪

新型环路示踪标记方法：嗜神经病毒

优势：

  • 跨突触或非跨突触都可以标记
  • 控制跨突触传递的顺行或逆行方向
  • 跨突出后复制美欧任何信号衰减
  • 可携带遗传标记
  • 稀疏标记

局限性：

  • 无法在不同动物模型中稳定工作
  • 毒性限制了应用，如不能进行长期分析
  • 一些病毒的低效率表达
  • 制备工艺的局限
  • 某些病毒颗粒感染神经元的机制尚不清楚

常用嗜神经病毒：

  • 腺相关病毒(AAV):单链DNA病毒、无自主复制能力、迅速表达、扩散能力强、具有多种血清型

  • 伪狂犬病毒(PRV):双链DNA病毒、无明显神经毒性、可携带荧光标记蛋白、跨突触高效率转染

  • 犬腺病毒(CAV):双链DNA病毒、有神经毒性、宿主广泛、轴突末端吸收效率高

嗜神经病毒分类

  • 非突触标记

  • 顺行：AAV

  • 逆行：rAAV-retro，CAV etc.

  • 跨突触标记

  • 跨一级突触

    • 顺行：AAV1
    • 逆行：RV,PRV
  • 跨多级突触
    • HSV1
    • PRV减毒株