神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)和功能概述

1、神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)和功能概述,神經(jīng)生物學(xué)研究室 高小青,神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ),神經(jīng)元（neuron）是神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。它可產(chǎn)生沖動(dòng)和傳導(dǎo)沖動(dòng)，并可合成化學(xué)物質(zhì)（神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)激素等），通過它的軸突輸送到特定部位釋放。,一、概述,,（一）胞體,細(xì)胞代謝和信息整合中心；大小不等（直徑5～135um）；小腦顆粒細(xì)胞5 ～8um，大腦皮質(zhì)Betz細(xì)胞30 ～135um形狀不等，呈圓形、星形、梭形和錐形等；由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核組

2、成。,二、神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu),1.細(xì)胞膜為脂質(zhì)雙層及蛋白鑲嵌模型膜蛋白：形成受體、通道蛋白、載體等糖鏈：與化學(xué)信息的識(shí)別、細(xì)胞粘連、膜抗原和抗體有關(guān),2.細(xì)胞核,,1～2個(gè)，大小3 ～18um，球形，有的可能凹陷或分葉，如腦的浦肯野細(xì)胞正常情況下位于細(xì)胞質(zhì)的中央，個(gè)別偏于一側(cè)（如脊髓的Clarke背核神經(jīng)元）如發(fā)生偏位，意味神經(jīng)元已處于開始變性的狀態(tài)，表明神經(jīng)元受到損傷光鏡下，胞核大而圓，著色淺，空泡狀。核仁清晰，1個(gè)，偶見2

3、～3個(gè),電鏡下：核膜——雙層質(zhì)膜，有 核孔染色質(zhì)——細(xì)顆粒狀的DNA和組蛋白核仁——高電子密度的球體，由15 ～20nm的致密顆粒和細(xì)絲構(gòu)成。主要是rRNA、少量DNA、堿性蛋白及一些酶類。功能：遺傳信息儲(chǔ)存、復(fù)制和表達(dá)的主要場(chǎng)所； DNA轉(zhuǎn)錄成RNA的部位,蘇木素著色DAB著色DAPI著色,3.細(xì)胞質(zhì)——核周質(zhì),神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有一般細(xì)胞器如線粒體——供能粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體——合成蛋白質(zhì)高爾基體——加工包裝分泌蛋

4、白溶酶體——清除垃圾滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)——運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)、合成脂質(zhì),可被堿性染料染色，在光學(xué)顯微鏡下呈小?；蛐K狀的物質(zhì)在電子顯微鏡下，可見尼氏體由粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體構(gòu)成是神經(jīng)元合成蛋白質(zhì)最活躍的部位，用以補(bǔ)充神經(jīng)元正常生理活動(dòng)中不斷消耗的蛋白質(zhì)神經(jīng)元受過度刺激時(shí)，減少或消失；神經(jīng)纖維損傷時(shí)，溶解消失，如細(xì)胞不死亡，則可恢復(fù),?尼氏體：,?神經(jīng)原纖維,光鏡下，Cajal法染色（硝酸銀染色）呈棕色的細(xì)絲，交織成網(wǎng)狀由神經(jīng)微管、神經(jīng)絲和微絲

5、構(gòu)成，形成細(xì)胞骨架,直徑約10nm細(xì)長(zhǎng)的管狀結(jié)構(gòu)，由三種多肽亞基組成：NF-L（73kD）NF-M（145kD）NF-H（200kD）胞質(zhì)中含量豐富，常聚集成束，形成原纖維中主要成分在軸突中數(shù)量比神經(jīng)微管多3～10倍參與神經(jīng)元內(nèi)的代謝產(chǎn)物和離子運(yùn)輸流動(dòng)提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂,神經(jīng)絲（neurofilament）,細(xì)胞骨架中最粗直徑20-25nm其表面有動(dòng)力蛋白（dynein)，具有ATP酶的作用，在ATP

6、存在下使微管滑動(dòng)，從而使微管具有運(yùn)輸功能在軸突中縱形排列，參與軸突的生長(zhǎng)微管的化學(xué)亞單位微管相關(guān)蛋白：MAP1,2,3,4,5和tau蛋白微管蛋白α和β亞單位（tubulin）,MAP2,神經(jīng)微管（neurotubule）,是最細(xì)的絲狀結(jié)構(gòu)，直徑約5nm，長(zhǎng)短不等，集聚成束，交織成網(wǎng)由肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白組成，具有收縮作用，適應(yīng)神經(jīng)元生理活動(dòng)的形態(tài)改變參與生長(zhǎng)錐突起和偽足的形成與回縮，生長(zhǎng)錐依賴微絲得以向前運(yùn)動(dòng),（

7、二）樹突,分支：胞體的延伸部，1～多條，銳角狀反復(fù)分支，形成樹突野與胞體所含的細(xì)胞器相似，唯有高爾基復(fù)合體僅存在于樹突近側(cè)端。但神經(jīng)微管和神經(jīng)絲一般比胞體明顯，并沿長(zhǎng)軸排列樹突內(nèi)不含生長(zhǎng)相關(guān)蛋白-43（growth-associated protein-43,GAP-43)，但含MAP2，根據(jù)此抗體識(shí)別樹突和軸突表面不光滑，有樹突棘，可擴(kuò)大樹突的接觸面積，樹突棘是興奮性突觸所在部位,樹突棘特點(diǎn)電鏡下可見小棘含有數(shù)個(gè)扁平囊狀平行并

8、置結(jié)構(gòu)，囊內(nèi)含有電子致密物質(zhì)，呈板狀，稱棘器；樹突棘形態(tài)、大小差別大；不是固定的結(jié)構(gòu)，具有可塑性。,（三）軸突,1.形態(tài)：細(xì)而長(zhǎng)，粗細(xì)均勻，表面光滑，分支少，可有側(cè)枝2.軸丘：起始處的膨大部，無尼氏體3.起始段：一般15～25um，此段興奮域最低，是神經(jīng)沖動(dòng)的起始部；是抑制性軸軸突觸的所在部位4.較粗的軸突表面常包有髓鞘5.終扣：其終末發(fā)出細(xì)的終末支，且形成扣狀膨大6.膨體：終末支上形成串珠樣膨大終扣和膨體均為突觸位點(diǎn)，

9、且形成突觸前成分，內(nèi)含大量的突觸囊泡,位于軸突的尖端，呈扁平掌形結(jié)構(gòu)，是神經(jīng)軸突生長(zhǎng)的執(zhí)行單元向外部突出絲狀偽足，在內(nèi)部的微管、微絲構(gòu)成的動(dòng)力骨架支撐下進(jìn)行生長(zhǎng)膜表面富含不同的感覺器和黏接分子，感受環(huán)境中適宜的生長(zhǎng)方向，從而決定軸突生長(zhǎng)導(dǎo)向,生長(zhǎng)錐,7.軸突結(jié)構(gòu)：軸膜軸漿無核糖體、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和Golgi復(fù)合體——電鏡下常據(jù)此以辨別樹突和軸突只含滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、溶酶體、神經(jīng)微管和神經(jīng)細(xì)絲含有GAP-43，MAP1和tau

10、蛋白,軸突和樹突的主要形態(tài)學(xué)特點(diǎn),三、神經(jīng)元的特點(diǎn),高代謝、高耗氧細(xì)胞，因此線粒體含量豐富,神經(jīng)元的有絲分裂活動(dòng)一般在出生或出生后不久便停止，這是因?yàn)樯窠?jīng)元的定向分化一旦開始，有絲分裂的潛力就喪失，而且細(xì)胞就不再回復(fù)到可引發(fā)有絲分裂的狀態(tài),當(dāng)神經(jīng)元受損時(shí)，尼氏小體逐漸分散以致消散，這種現(xiàn)象稱為尼氏體溶解,四.神經(jīng)元的基本類型,假單極神經(jīng)元雙極神經(jīng)元多極神經(jīng)元,1.根據(jù)突起的多少：,Golgi Ⅰ型—軸突長(zhǎng)而粗，外被髓鞘；胞體大；有樹

11、突棘，樹突野范圍廣。eg.大腦皮質(zhì)錐體細(xì)胞Golgi Ⅱ型—軸突短而細(xì)，通常無髓鞘；胞體??；無或少量樹突棘，樹突分支無定型。eg.大多數(shù)中間神經(jīng)元,興奮性神經(jīng)元抑制性神經(jīng)元,2.根據(jù)軸突的長(zhǎng)短和樹突有無樹突棘,3.根據(jù)電生理特性：,4.根據(jù)神經(jīng)元的功能：,感覺神經(jīng)元（傳入神經(jīng)元）運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（傳出神經(jīng)元）中間神經(jīng)元（聯(lián)絡(luò)神經(jīng)元）,膽堿能神經(jīng)元單胺類神經(jīng)元（腎上腺素能、去甲腎上腺素能、多巴胺能和5-羥色胺能神經(jīng)元）γ-氨基丁酸能

12、神經(jīng)元肽能神經(jīng)元,5、根據(jù)所含神經(jīng)活性物質(zhì)：,五、神經(jīng)元的特有蛋白和標(biāo)記酶,六、神經(jīng)纖維,神經(jīng)元的軸突和包被它的結(jié)構(gòu)的總稱中樞神經(jīng)系統(tǒng)——白質(zhì)周圍神經(jīng)系統(tǒng)——神經(jīng),1、基本構(gòu)造：由軸突與髓鞘構(gòu)成髓鞘：階段性環(huán)層結(jié)構(gòu)外周——Schwann細(xì)胞，只在一條軸突上形成髓鞘中樞——少突膠質(zhì)細(xì)胞，伸出幾個(gè)突起，分別包繞幾個(gè)軸突形成髓鞘,,結(jié)間節(jié)，長(zhǎng)度不一，150～1500um，通常神經(jīng)纖維越粗則越長(zhǎng) Ranvier結(jié)，無髓鞘，只有少量

13、膠質(zhì)細(xì)胞的胞質(zhì)和基底膜,2、形態(tài),3、成分,磷脂、糖脂、膽固醇等脂質(zhì)結(jié)構(gòu)占70～80%髓鞘堿性蛋白（ myelin basic protein， MBP）、髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞醣蛋白（ myelin oligodendroglia glycoprotein， MOG）、髓鞘相關(guān)糖蛋白（ Myelin associated glycoprotein， MAG）等蛋白質(zhì)占20～30 %,目前研究髓鞘成分的抗原性，如：MBP、MAG、MOG,周

14、圍神經(jīng)——凹入Schwann細(xì)胞的包膜中中樞神經(jīng)——包被薄層星形膠質(zhì)細(xì)胞的胞質(zhì),無髓神經(jīng)纖維，HE染色：周圍神經(jīng)系統(tǒng)的無髓神經(jīng)纖維常呈波狀走行，其軸突難以分辨，無郎飛結(jié)，但可見許多橢圓形、染色較淡的雪旺細(xì)胞核（S）。其中細(xì)胞核細(xì)長(zhǎng)、染色深的為成纖維細(xì)胞（F）。,七、突觸（synapse）,（三）電突觸,是縫管連接（gap jiunction)樣橋狀結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)神經(jīng)元膜之間有2nm的縫隙。每個(gè)橋狀結(jié)構(gòu)為貫穿膜內(nèi)外的大分子蛋白質(zhì)，稱連

15、接蛋白（connexon）。每6個(gè)蛋白亞基形成六角形的通道，能通過分子直徑小于1.5nm的化學(xué)物質(zhì)，如氨基酸。其信息的傳遞是通過突觸前的電脈沖直接傳導(dǎo)到突出后的。存在于哺乳動(dòng)物大腦皮質(zhì)的星形細(xì)胞，小腦皮質(zhì)的籃狀細(xì)胞、星形細(xì)胞，視網(wǎng)膜內(nèi)水平細(xì)胞、雙極細(xì)胞，以及某些神經(jīng)核，如動(dòng)眼神經(jīng)運(yùn)動(dòng)核、前庭神經(jīng)核、三叉神經(jīng)脊束核。,（四）化學(xué)突觸,電鏡下，化學(xué)突觸由三部分組成：突觸前部、突觸間隙和突觸后部突觸信息傳遞是通過神經(jīng)遞質(zhì)介導(dǎo)的，即信息由

16、電脈沖傳導(dǎo)轉(zhuǎn)化為化學(xué)傳遞，再由化學(xué)傳遞轉(zhuǎn)換為電脈沖傳導(dǎo),1.突觸前部（presynapticelement）,突觸前膜：是神經(jīng)元軸突終末呈球狀的膨大，軸膜增厚形成突觸前膜內(nèi)側(cè)致密物質(zhì)突起與膜上的網(wǎng)形成突觸前囊泡網(wǎng)格，可調(diào)節(jié)遞質(zhì)的釋放突觸囊泡--是突觸前部的特征性結(jié)構(gòu)，小泡內(nèi)含有化學(xué)物質(zhì)，稱為神經(jīng)遞質(zhì)（neurotransmitter）,如Ach、GABA、去甲腎上腺素等,突觸囊泡上蛋白,突觸體素（synaptophysin）：

17、調(diào)節(jié)ca 依賴性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放；參與突觸囊泡的循環(huán)，維持突觸囊泡膜的穩(wěn)定性及流動(dòng)性；參與突觸形成和突觸重塑。突觸素（synapsin）：--有調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)釋放的作用小泡相關(guān)膜蛋白（vesicle associated membrane protein，VAMP）：--是突觸小泡膜的結(jié)構(gòu)蛋白，可能對(duì)突觸小泡代謝有重要作用,2.突觸后部（postsynaptic element）,多為突觸后神經(jīng)元的胞體膜或樹突膜,與突觸前膜相對(duì)

18、應(yīng)部分增厚形成突觸后致密物質(zhì)（postsynaptic density，PSD):電鏡下所見的突觸后膜胞質(zhì)面聚集的一層均勻而致密的物質(zhì)，是由神經(jīng)遞質(zhì)受體、信號(hào)分子及支架蛋白組成的復(fù)合物。厚約50nm，直徑約300～500nm，其形態(tài)結(jié)構(gòu)有很大的可塑性。,各種原因引起腦損傷造成腦缺血后，缺血區(qū)Syn和PSD-95表達(dá)減少，說明突觸數(shù)量的減少或功能的衰退。 GDNF／NSCs組和NSCs組較對(duì)照組突觸蛋白表達(dá)增多，說明產(chǎn)生了新的突觸，提

19、示可能是NSCs移植后神經(jīng)元功能的增強(qiáng)或者神經(jīng)元環(huán)路的重建。,3.突觸間隙（synaptic space）,位于突觸前、后膜之間的細(xì)胞外間隙，其寬度因不同的突觸而異，約20～30nm。含糖蛋白及細(xì)絲等中間致密物質(zhì)，能和神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合，促進(jìn)遞質(zhì)由前膜移向后膜，使其不向外擴(kuò)散或消除多余的遞質(zhì)含大量的粘附分子，將前后膜連接起來。,（五）化學(xué)突觸傳遞,（六）突觸可塑性synaptic plasticity,突觸可塑性是指突觸在一定條件下通過改

20、變形態(tài)而調(diào)整功能的能力，在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、成熟及學(xué)習(xí)記憶等眾多的生理功能中起重要作用。具體表現(xiàn)為突觸結(jié)合的可塑性與突觸傳遞的可塑性：突觸結(jié)合的可塑性指突觸形態(tài)的改變以及新的突觸聯(lián)系形成和傳遞功能的建立；突觸傳遞可塑性指突觸的反復(fù)活動(dòng)引起突觸傳遞效率的增強(qiáng)（易化）或降低（抑制）。,八、神經(jīng)元的功能,接受區(qū)：樹突到胞體部分，接受傳入信息，產(chǎn)生突觸后電位（局部電位）觸發(fā)區(qū)：軸丘，眾多的突觸后電位在此發(fā)生總和，并且當(dāng)達(dá)到閾電位時(shí)首先在