1、脑与认知神经的细胞与分子基础主讲人 薛天,1/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,神经系统,细胞水平神经元、胶质细胞、树突、轴突、突触链接,分子水平离子通道、神经递质、受体,神经与认知-神经的细胞与分子基础,2/60,基础功能动作电位、突触传递,一、神经元细胞基本结构神经细胞（neurocyte），又称神经元（neuron），构成神经系统结构和功能的基本单位神经胶质细胞（neuroglia），简称胶质细胞（glia），支持、保护和营养神经元。1、神经元的一般结构和功能 胞体突起 （轴突 + 树突）,3/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,神经元有不同的形态和大小,锥体神经元浦肯野细胞交
2、感节后神经元脊髓运动神经元背根神经元,Willis WD & Grossman RG: Medical Neurobiology,4/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,Santiago Ramn y Cajal, 1906 Nobel Prize,与神经元相关的名词,生理学第十章第一节 神经系统功能活动的基本原理,5/60,2、神经纤维的功能和分类有髓纤维、无髓纤维功能：传导兴奋（AP+突触后电位）传导速度与以下因素有关直径：V(m/s)=6总直径(um) (运动型的神经纤维传导速度 100m/s；一些温度觉纤维速度1m/s)；有无髓鞘及其厚度温度：一定范围内升高可加快传导速度测定传导速
3、度作用：诊断神经纤维疾患，估计神经损伤的预后。,外周无髓鞘轴突,有髓轴突，A：CNS，B：PNS,6/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,生理学第十章第一节 神经系统功能活动的基本原理,7/60,8/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,9/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,膜电位、动作电位细胞离子调控部件： 离子通道、离子泵,二、神经元细胞的基本生理功能,10/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,膜电位、动作电位膜电位的形成,11/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,膜电位、动作电位膜电位的形成,Nernst equation:,Ek -85mV; ENa +50mV,G
4、oldman equation:,12/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,膜电位、动作电位动作电位 （action potential) 所有神经活动的基础 和 神经编码的最基本量子单元。,13/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,膜电位、动作电位动作电位形成分子基础-离子通道的电激活和失活特征,Open-Close,inactivation,14/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,膜电位、动作电位动作电位 （action potential),Nernst equation:,Ek -85mV; ENa +50mV,15/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,膜电位、动作电
5、位动作电位产生与：膜对于不同离子在不同时程上通透性的变化,如果某一种离子的通透性远远大于其它离子，Goldman方程等同于Nernst 方程 。在静息电位，几种离子的通透能力 ：PK：PNa：PCl1.0 : 0.04 : 0.45在动作电位峰值，几种离子的通透能力：PK：PNa：PCl1.0 : 20 : 0.45,16/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,膜电位、动作电位兴趣阅读： The Hodgkin-Huxley Model,17/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,膜电位、动作电位为什么注射死刑时用KCl，高钾离子是如何致死的？,Nernst equation:,Ek -8
6、5mV; ENa +50mV,18/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,突触：信息从一个神经元传递到另一个神经元的特殊的接触位点。,突触传递,二、神经元细胞的基本生理功能,突触传递（一）几类重要的突触传递根据传递媒介物的性质可分为化学突触（chemical synapse）电突触（electrical synapse）,19/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,1、经典的化学突触传递（1）突触的微细结构突触前膜突触间隙突触后膜,20/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,（2）突触的分类轴突-树突式；最多见轴突-胞体式轴突-轴突式；突触前抑制和突触前易化的重要结构基础。,21/60,
7、神经与认知-神经的细胞与分子基础,（3）突触传递的过程：电化学电动作电位传递到突触前膜，导致神经递质从前膜释放；神经递质与突触后膜受体结合；递质与受体结合后，使突触后膜电位发生变化；,22/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,突触传递的具体过程： 突触前膜递质释放的触发因素：突触前膜去极化 电压依赖的Ca2+通道开放 Ca2+进入，内钙升高 触发递质释放。递质释放过程：小泡与突触前膜的结合 量子式释放（exocytosis）突触后膜完成突触传递过程：释放的神经递质与突触后膜上的受体相互作用，引起突触后膜对某些离子的通透性发生变化，使某些离子进出后膜，产生去极化或者超极化，形成突触后电位（p
8、ostsynaptic potential）。,23/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,（4）突触后电位（postsynaptic potential）,根据去极化和超极化方向,兴奋性突触后电位,抑制性突触后电位,根据发生快慢和持续短长,快突触后电位,慢突触后电位,24/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,1）兴奋性突触后电位（excitatory postsynaptic potential，EPSP）2）抑制性突触后电位（inhibitory postsynaptic potential，IPSP）,25/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,（5）突触后神经元的兴奋与抑制突触
9、后神经元胞体将传入的所有突触后电位进行总和，决定细胞产生抑制或者兴奋，如超过一定阈值则产生动作电位。动作电位产生于轴突始段或第一个郎飞结。因为电压门控钠通道在此处质膜上的密度较大，在胞体和树突膜上则很少。AP一旦爆发向轴突末梢或者胞体传播。,26/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,（6）突触的可塑性（plasticity） 概念：突触的形态和功能可发生较为持久的改变 普遍存在于CNS，与学习和记忆有关。长时程增强和长时程抑制长时程增强（long-term potentiation，LTP）概念：突触前神经元在短时间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
10、，表现为潜伏期缩短、幅度增高、斜率加大。长时程抑制（long-term depression，LTD）概念：突触前神经元在较长时间内接受低频刺激，突触传递效率出现长时程降低。,27/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,左图：海马CA1突触NMDAR依赖的LTP和LTD。（a）左：高频强直刺激（100Hz，1s，黑色箭头指示）引起LTP。右：低频刺激（5Hz，3min，两次，间隔3min，空心箭头指示）引起LTD。（b）啮齿类海马切片，示CA1，CA3，齿状回（DG）。 SC=Schaffer collateral; MF=mossy fiber。Stim指刺激电极， Rec指记录电极。(c
11、) 兴奋性突触传递模型。右图：LTP和LTD过程中AMPAR转运模型。,Neuropsychopharmacology(2008)33,1841,28/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,2、电突触传递结构基础：缝隙连接(gap junction)前后膜间隔较小；小离子或者小分子通过；双向传递；传递速度快，无潜伏期，同步性较好广泛存在于CNS和视网膜中,29/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,（二）神经递质和受体1、神经递质（neurotransmitter）概念：由神经元合成，突触前末梢释放，能特异性作用于突触后膜受体，并产生突触后电位的信息传递物质。,30/60,神经与认知-神经
12、的细胞与分子基础,2、受体概念：细胞膜上或细胞内能与某些化学物质特异性结合并诱发特定生物效应的特殊生物分子。激动剂（agonist）：能与受体结合并能产生特定效应拮抗剂（antagonist）或阻断剂（blocker）：能与受体结合，但不产生效应，反因占据受体二产生对抗激动剂效应配体（ligand）：激动剂和拮抗剂；一般指激动剂,http:/www.uic.edu,神经与认知-神经的细胞与分子基础,31/60,（2）突触前受体（presynaptic receptor）位于突触前膜的受体，又称自身受体（autoreceptor）负反馈控制：NE释放后作用于突触前2受体，抑制进一步释放（3）受体
13、的作用机制根据跨膜信号转导的途径，受体大致分为：G蛋白耦联受体（多数）离子通道型受体,神经与认知-神经的细胞与分子基础,32/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,33/60,与电压门控离子通道不同的是，配体门控离子通道一般没有（阳）离子选择性。,递质(配体) 门控离子通道快速突触传递,乙酰胆碱受体通道开放：Na、K 通透谷氨酸受体通道：AMPA受体： Na、K通透NMDA受体：Na、K、Ca通透甘氨酸和GABA受体通道开放：Cl通透,2、受体分类：,神经与认知-神经的细胞与分子基础,34/60,2、受体分类：,(2) G蛋白耦联受体慢速突触传递 缓慢、持久、多样性，可以是兴奋性或者是抑制性
14、的。 神经递质与受体相互结合； 受体激活G-蛋白，后者可以在后膜内侧自由移动； G-蛋白激活效应器引发突触后膜反应。效应器就是G蛋白门控离子通道或酶。酶催化合成第二信使，进一步调节细胞功能。,神经与认知-神经的细胞与分子基础,35/60,神经纤维的轴浆运输轴浆运输的形式顺向轴浆运输：胞体 轴突末梢快速轴浆运输：400mm/d慢速轴浆运输：112mm/d工具：驱动蛋白（kinesin）逆向轴浆运输：轴突末梢 胞体属于快速轴浆运输，205mm/d神经营养因子、狂犬病病毒、破伤风毒素、辣根过氧化物酶（HRP）等工具：动力蛋白（dynein）,36/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,神经营养因子
15、（neurotrophin，NT）来源：支配的组织和星形胶质细胞分类： NT-3、NT-4/5 、 NGF（神经生长因子）、BDNF（脑源性神经营养因子）等。作用方式： 经由受体介导进入神经元末梢受体：TrkA（NGF）、TrkB（BDNF、NT-4/5）、TrkC（NT-3)；p75NTR,DOI: 10.5772/50420,37/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,（二）神经胶质细胞人类CNS内约1011个神经元，（15）1012个胶质细胞，后者是前者的1050倍。CNS胶质细胞星形胶质细胞（astrocyte）少突胶质细胞（oligodendrocyte）小胶质细胞（microgl
16、ia）PNS胶质细胞：施旺细胞（Schwann cell）卫星细胞（satellite cell）,38/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,1、神经胶质细胞的特征有突起，无树突和轴突之分；细胞之间不形成化学性突触，但普遍存在缝隙连接；膜电位随胞外K+浓度改变而改变，但不能产生动作电位；星形胶质细胞膜上有多种神经递质的受体；终身具有分裂增殖能力。,39/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,2、胶质细胞的功能支持和引导神经元迁移修复和再生作用免疫应答作用形成髓鞘和屏障的作用物质代谢和营养性作用稳定细胞外的K+浓度参与某些活性物质的代谢,外周神经系统的轴突再生,40/60,神经与认知-神经的细胞与分子基础,神经系统,细胞水平神经元、胶质细胞、树突、轴突、突触链接,分子水平离子通道、神经递质、受体,神经与认知-神经的细胞与分子基础,41/60,基础功能动作电位、突触传递,神经与认知-神经的细胞与分子基础,42/60,
