1、遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院 第四講第四講 神經元之間的信息傳遞神經元之間的信息傳遞遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命

2、科學學院遼寧師范大學生命科學學院一、一、縫隙連接與電傳遞縫隙連接與電傳遞Gap Junction & Electrical Synaptic Transmission遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院1.1.電傳遞和電突觸電傳遞和電突觸遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院電突觸傳遞特點電突觸傳遞特點（1 1）雙向性傳遞（但有些具有整流作用的電突觸，如螯蝦腹神）雙向性傳遞（但有些具有整流作用的電突觸，如螯蝦腹神經索、海兔和水蛭的神經系統、魚腦干中的毛特納氏細胞等經索、海兔和水蛭的神經系統、魚腦干中的毛特納氏細胞等只

3、允許興奮以電緊張的形式從突觸前傳到突觸后，為單向電只允許興奮以電緊張的形式從突觸前傳到突觸后，為單向電傳遞傳遞) )（2 2）電突觸兩側細胞膜可同時去極化，離子直接通過突觸后膜；）電突觸兩側細胞膜可同時去極化，離子直接通過突觸后膜；（3 3）由于其低電阻的特性，因而傳遞速度非常快，幾乎不存在）由于其低電阻的特性，因而傳遞速度非常快，幾乎不存在潛伏期；潛伏期；遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院2.縫隙連接縫隙連接 縫隙連接（縫隙連接（gap

4、 junctiongap junction）是上皮組織、平滑）是上皮組織、平滑肌、心肌、神經組織以及許多胚胎組織的細胞之間肌、心肌、神經組織以及許多胚胎組織的細胞之間連接的主要方式之一。分布非常廣泛，有多種功能，連接的主要方式之一。分布非常廣泛，有多種功能，它與細胞的代謝和分化、物質的運輸等有密切關系，它與細胞的代謝和分化、物質的運輸等有密切關系，是細胞間電傳遞的結構基礎。是細胞間電傳遞的結構基礎。遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院結構和分子基礎結構和分子基礎l 一種圓盤樣（plaque-like）結構，連接處相鄰細胞間有24nm的

5、縫隙。l 在間隙與兩層質膜中有大量蛋白質顆粒，膜內顆粒由六個相同或相似的跨膜蛋白亞單位組成，是構成縫隙連接的基本單位，稱連接子（connexon）。l 每個亞單位都是一個單一的蛋白（一條多肽鏈），稱為連接蛋白（connexin），分子量為25,000D。l 在縫隙連接中，相聯細胞的連接子相互銜接形成連接子通道（connexon channel）。遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學

6、生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院Cx Cx 基因家族基因家族l 編碼一大類膜蛋白編碼一大類膜蛋白, ,由許多成員組成。由許多成員組成。l 其中至少有其中至少有12 12 種種Cx Cx 在成年或發育的神經系統中有在成年或發育的神經系統中有不同程度的表達：不同程度的表達： Cx26 ,Cx30 ,Cx33 ,Cx36 ,Cx37 ,Cx39 ,Cx40 ,Cx43 Cx26 ,Cx30 ,Cx33 ,Cx36 ,Cx37 ,Cx39 ,Cx40 ,Cx43 Cx45 ,Cx46 ,Cx47Cx45 ,Cx46 ,Cx47l 各家族成員有大約各家族成員有大約50 %50 %氨基酸序列相同氨基酸

7、序列相同, ,而且這些相而且這些相同的序列大多為跨膜區和細胞外環。同的序列大多為跨膜區和細胞外環。遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院l GJ GJ 通道蛋白由通道蛋白由4 4 個個螺旋跨膜親水片段螺旋跨膜親水片段M1M14 ,2 4 ,2 個胞外環個胞外環( extracellular( extracellular loop) E1loop) E12 ,2 ,一個胞質一個胞質環環(cytoplastic loop) (cytoplastic loop) 組成。組成。l 連接蛋白的氨基連接蛋白的氨基(N (N 端端) ) 和羧基和羧基(C (C 端端) ) 末端位于胞末端位于胞漿內

8、漿內, ,氨基末端相對比較保守氨基末端相對比較保守, ,而羧基末端則差異較而羧基末端則差異較大。大。l 氨基末端的絲氨基末端的絲/ / 蘇及酪氨酸殘基的磷酸化水平影響蘇及酪氨酸殘基的磷酸化水平影響 GJ GJ 的功能狀態的功能狀態 。遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院縫隙連接通透性縫隙連接通透性實驗現象：實驗現象：l 昆蟲唾液腺表皮細胞注射熒光染料，昆蟲唾液腺表皮細胞注射熒光染料，可見染料可見染料相繼擴散到鄰近相繼擴散到鄰近的細胞，但卻不能離開細胞的細胞，但卻不能離開細胞。 - -表明

9、這些細胞的細胞質有直接的聯系表明這些細胞的細胞質有直接的聯系l 注射不同分子量的染料注射不同分子量的染料，發現，發現一般只允許分子量小于一般只允許分子量小于1.5kD1.5kD和和直徑小于直徑小于1.5nm1.5nm的無機鹽離子、糖、氨基酸、核苷酸和維生素的無機鹽離子、糖、氨基酸、核苷酸和維生素等化學物質通過。等化學物質通過。 縫隙連接對通透分子的大小具有選擇性縫隙連接對通透分子的大小具有選擇性l 降低細胞降低細胞PHPH值或升高鈣離子濃度均可降低縫隙連接的通透性。值或升高鈣離子濃度均可降低縫隙連接的通透性。當細胞破損時，大量鈣離子進入，導致縫隙連接關閉，以免正當細胞破損時，大量鈣離子進入，導

10、致縫隙連接關閉，以免正常細胞受到傷害。常細胞受到傷害。遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院（4 4）對缺氧、離子或化學環境的變化不敏感；）對缺氧、離子或化學環境的變化不敏感；（5 5）包含的步驟較少，在傳遞過程中實行控制、改）包含的步驟較少，在傳遞過程中實行控制、改造的機會也比較少，但某些神經遞質對電突觸的造的機會也比較少，但某些神經遞質對電突觸的導電特性具有調制作用；導電特性具有調制作用；（6 6）在中樞神經系統和視網膜上，電傳遞主要發生）在中樞神經系統和視網膜上，電傳遞主要發生在同類神經元之間，具有促進神經元同步化活動在同類神經元之間，具有促進神經元同步化活動的功能。的功能。遼

11、寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院l 20 Angstrom in diameterl Molecules 1000 daltons (750 daltons=1 angstrom= 1.0E-10 meter) Low ResistanceResistance: Ca+2 pH Electric Fields Sodium concentration 遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院l Electrical coupling via gap junctions is extremely important in the brain and for function

12、ing of the heart (myocardium心肌). l Connexin-43 (Cx43) knock-out mice （基因敲除）die early from heart misformations.l Cell-cell channel connectivity is crucial for normal hearing, and mutations in Cx26 course non-syndromic deafness. 縫隙連接的生理意義縫隙連接的生理意義1.參與細胞分化參與細胞分化2.協調代謝協調代謝3.構成電突觸構成電突觸遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生

13、命科學學院2008 paper on SeizurelA key role for electrical communication between cortical bursting interneurons during ictal seizures was hypothesized in the 4-aminopyridine (4-AP) in vivo epilepsy modellThe blockade of GJ communication has been shown to reduce seizure activity in a number of epilepsy mod

14、els in vitro遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院GJ 在在CNS 的主要功能：的主要功能： 參與細胞間信息傳遞和神經脈沖的傳導及神經功能活動的協調。 GJ 具有傳導快,阻抗低,延擱時間短的特點

15、。如某一細胞受到刺激,或接受到外界某種信息,其離子電位改變并通過GJ 迅速將離子或其他調節信號傳遞給相鄰細胞,完成機體的整體功能。 GJ 允許細胞間直接交換離子,是神經元的電突觸;這種電緊張突觸聯絡是CNS 重要的同步化機制,在呼吸節律、晝夜節律、脊髓前角運動神經元持續運動形式的產生與維持,甚至對于固定記憶的形成起重要作用。遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院l 電耦聯是發育中神經環路一種普遍存在的特性,出現在化學突觸分化形成之前。l 腦內神經環路形成和皮層發生過程中,GJ 信號轉導使準備遷移至皮層的細胞集合起來,使電生物學活動一致,從而形成一個個腦功能區。l 神經系統成熟后,神經

16、元間的GJ明顯減少,但仍有一些特定神經元細胞間仍保持GJ電信號轉導。l 脊髓神經損傷后,運動神經元重新耦聯,參與神經再生與功能重塑。參與細胞的分化生長與發育參與細胞的分化生長與發育遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院緩沖毒性化學物質的毒害作用或滋養受損細胞緩沖毒性化學物質的毒害作用或滋養受損細胞l 受損害部分細胞可通過GJ 向周圍細胞排出毒物,減少毒物對細胞的損害。周圍細胞通過GJ 向該部分細胞提供其所需的營養物質,協助其功能恢復。l 如果細胞受損害太嚴重或其毒物濃度太高,則其GJ 通道關閉而限制毒物擴散。受損細胞的有害物質也可能通過GJ 迅速進入正常細胞內,引起受損范圍擴大。l 有研究證實應用GJ 失耦聯劑可減少缺血受損面積。星形膠質細胞網絡就可以從血液循環中攝取能源物質星形膠質細胞網絡就可以從血液循環中攝取能源物質并通過并通過GJ GJ 再傳遞、分發給神經元再傳遞、分發給神經元, ,對整個腦代謝起調對整個腦代謝起調節作用。節作用。遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院遼寧師范大學生命科學學院Figure 1Multiple levels of gap junction channel structure. Individual transmembrane connexins (coloured blue