神經遞質釋放與突觸后去極化神經系統信息傳遞的核心機制課程概述1神經系統基礎2突觸結構和功能3神經遞質類型和作用4突觸傳遞過程5突觸后去極化機制神經系統基礎神經元結構神經膠質細胞作用神經系統組織神經元的基本結構細胞體神經元的代謝中心1樹突接收信息的主要結構2軸突傳導神經沖動的長突起3突觸的定義和類型化學突觸通過神經遞質傳遞信息電突觸通過縫隙連接直接傳遞電流化學突觸的結構突觸前膜含有遞質釋放的主動區突觸間隙寬度約20-40nm突觸后膜富含受體蛋白突觸小泡球形膜結構直徑約40-50nm儲存功能包含高濃度神經遞質聚集位置主要位于突觸前末梢神經遞質的定義神經元合成并釋放的化學物質，可與突觸后膜上的特異性受體結合，引起突觸后神經元或效應器的反應常見神經遞質類型1神經肽類大分子量2單胺類如多巴胺、5-羥色胺3氨基酸類如谷氨酸、GABA4乙酰膽堿膽堿能系統興奮性神經遞質谷氨酸中樞神經系統主要興奮性遞質乙酰膽堿神經肌肉接頭的傳遞物質抑制性神經遞質GABA和甘氨酸是大腦中的主要抑制性神經遞質其他重要神經遞質1多巴胺獎勵系統2血清素情緒調節3去甲腎上腺素應激反應神經遞質的合成和儲存前體分子合成細胞體內進行酶催化轉化形成活性遞質裝配入突觸小泡濃度可達細胞外100倍突觸傳遞過程概述動作電位到達觸發級聯反應1遞質釋放突觸前膜胞吐2受體結合激活突觸后膜3信號轉導產生后突觸電位4遞質清除終止信號傳遞5動作電位到達軸突末梢1軸突傳導沿髓鞘快速傳播2到達終末電位波形不變3影響鈣通道準備遞質釋放鈣離子內流時間(ms)鈣離子濃度膜電位鈣離子濃度隨膜電位變化曲線突觸小泡與細胞膜融合對接過程SNARE蛋白介導膜融合瞬間形成融合孔膜回收通過內吞作用神經遞質的釋放200小泡數量每個突觸前末梢10000遞質分子每個突觸小泡含量1ms釋放時間從融合到釋放完成神經遞質擴散過程釋放入突觸間隙高濃度局部區域快速擴散濃度梯度驅動到達突觸后膜與受體結合突觸后膜受體離子型受體配體門控通道代謝型受體G蛋白偶聯受體離子型受體的特征1結構特點跨膜蛋白通道2激活方式遞質結合直接開放3反應速度快速響應(毫秒級)4代表例子AMPA、NMDA受體代謝型受體的特征遞質結合激活受體1G蛋白活化GTP結合2第二信使產生如cAMP3效應蛋白調節如激酶激活4神經遞質與受體結合不同受體與配體的親和力比較（數值越低親和力越高）突觸后電位的產生興奮性突觸后電位膜電位去極化抑制性突觸后電位膜電位超極化突觸后去極化的定義突觸后膜電位從靜息電位(-70mV)向0mV方向變化的過程，是興奮性突觸后電位的核心特征突觸后去極化的機制1通道開放遞質激活配體門控通道2離子內流主要是鈉離子3膜電位升高向閾值方向變化興奮性突觸后電位（EPSP）1產生原因陽離子通道開放2持續時間約15-20ms3幅度0.5-1mV4特點局部去極化EPSP的時間進程時間(ms)膜電位(mV)單個EPSP的時間變化曲線EPSP的空間衰減距離(μm)EPSP幅度(mV)EPSP隨傳導距離的衰減EPSP的總和時間總和同一突觸重復刺激空間總和多個突觸同時激活抑制性突觸后電位（IPSP）產生原因氯離子內流或鉀離子外流膜電位變化超極化功能作用抑制神經元興奮IPSP的生理意義1抑制過度興奮防止癲癇樣放電2信息精確處理提高信號分辨率3神經環路塑造參與側向抑制4節律活動形成如γ振蕩突觸后電位的整合突觸后神經元同時接收多種輸入信號并進行整合計算動作電位的觸發-55閾值電位mV15所需EPSP個數1不應期ms突觸可塑性1長期可塑性小時至數天2中期可塑性分鐘至小時3短期可塑性毫秒至分鐘突觸前易化定義重復刺激導致遞質釋放增加機制鈣離子在突觸前末梢積累時程持續數十至數百毫秒意義短時程信息編碼突觸后易化1受體數量增加插入新受體2受體敏感性提高通過磷酸化修飾3信號轉導增強第二信使系統調節長期增強（LTP）誘導階段鈣內流激活CaMKII表達階段AMPA受體增加維持階段新蛋白質合成結構變化突觸形態重塑長期抑制（LTD）低頻刺激引發弱鈣信號1磷酸酶激活如PP1、PP2A2AMPA受體內吞減少突觸傳遞3突觸弱化傳遞效能降低4神經遞質的清除機制再攝取轉運蛋白介導酶降解如乙酰膽堿酯酶擴散濃度梯度驅動突觸傳遞的調節因素溫度影響酶活性1pH值影響蛋白構象2鈣離子濃度決定遞質釋放量3神經調質如內源性大麻素4星形膠質細胞參與三聯體突觸5鈣離子濃度對遞質釋放的影響鈣濃度(mM)遞質釋放量(相對值)鈣離子濃度與神經遞質釋放量的非線性關系溫度對突觸傳遞的影響低溫影響抑制遞質釋放高溫影響加速遞質代謝溫度敏感性Q10約為2-3pH值對突觸傳遞的影響pH值EPSP幅度(相對值)pH值變化對突觸傳遞效能的影響神經毒素對突觸傳遞的影響不同神經毒素通過特異性機制干擾突觸傳遞過程藥物對突觸傳遞的影響興奮劑苯丙胺類可卡因咖啡因抑制劑苯二氮卓類酒精巴比妥類突觸傳遞的特征單向性信息單向流動延遲性突觸延遲0.5-1ms疲勞性高頻刺激效能降低突觸傳遞的化學本質1化學物質介導不同于電突觸2代謝依賴需要ATP供能3藥理學特異性受體配體特異結合4可調控性高多因素精細調節電-化學-電轉換過程電信號突觸前動作電位化學信號神經遞質釋放與擴散電信號突觸后電位產生突觸傳遞的量子學說1基本概念遞質以量子形式釋放2實驗證據微型終板電位觀察3量子定義單個小泡釋放的遞質量4提出者Katz和Fatt神經遞質受體的分布和密度谷氨酸受體集中于PSD區域GABA受體主要位于突觸后膜多巴胺受體廣泛分布于多個腦區受體數量變化對突觸傳遞的影響受體數量(相對值)EPSP幅度(mV)突觸后膜受體數量與突觸后電位幅度的線性關系突觸傳遞在學習和記憶中的作用Hebb理論共同激活的神經元連接增強LTP與記憶海馬LTP是記憶形成基礎突觸標簽特定突觸的選擇性加強神經環路重塑學習過程中突觸連接模式變化突觸可塑性與神經網絡形成發育期突觸過度形成大量突觸生成1活動依賴性修剪不活躍突觸消除2功能環路穩定保留有用連接3成熟網絡形成突觸精確連接4神經遞質系統失調與疾病帕金森病多巴胺能神經元退化抑郁癥單胺類遞質失衡神經遞質與精神疾病的關系疾病相關神經遞質變化特點精神分裂癥多巴胺前額葉減少，中腦邊緣系統增加抑郁癥5-HT，NE突觸間隙濃度降低焦慮癥GABAGABA能系統功能降低癲癇谷氨酸/GABA興奮/抑制平衡失調藥物開發針對突觸傳遞的策略遞質合成調控如左旋多巴遞質釋放調節如鈣通道調節劑受體激動/拮抗如苯二氮卓類遞質再攝取抑制如SSRI類抗抑郁藥酶降解抑制如COMT抑制劑突觸研究的新技術光遺傳學光控制特定神經元活動鈣成像實時監測神經元活動超分辨成像納米尺度