神經(jīng)生物學神經(jīng)元之間的信息傳遞電突觸傳遞資料

第四講神經(jīng)元之間的信息傳遞

一、縫隙連接與電傳遞

GapJunction&ElectricalSynapticTransmission1.電傳遞和電突觸電突觸傳遞特點（1）雙向性傳遞（但有些具有整流作用的電突觸，如螯蝦腹神經(jīng)索、海兔和水蛭的神經(jīng)系統(tǒng)、魚腦干中的毛特納氏細胞等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)（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；（3）由于其低電阻的特性，因而傳遞速度非?？?，幾乎不存在潛伏期；2.縫隙連接

縫隙連接（gapjunction）是上皮組織、平滑肌、心肌、神經(jīng)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，它與細胞的代謝和分化、物質的運輸?shù)扔忻芮嘘P系，是細胞間電傳遞的結構基礎。

結構和分子基礎

一種圓盤樣（plaque-like）結構，連接處相鄰細胞間有2～4nm的縫隙。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）。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。在縫隙連接中，相聯(lián)細胞的連接子相互銜接形成連接子通道（connexonchannel）。Cx基因家族編碼一大類膜蛋白,由許多成員組成。其中至少有12種Cx在成年或發(fā)育的神經(jīng)系統(tǒng)中有不同程度的表達：

Cx26,Cx30,Cx33,Cx36,Cx37,Cx39,Cx40,Cx43

Cx45,Cx46,Cx47各家族成員有大約50%氨基酸序列相同,而且這些相同的序列大多為跨膜區(qū)和細胞外環(huán)。GJ通道蛋白由4個α螺旋跨膜親水片段M1～4,2個胞外環(huán)(extracellular

loop)E1～2,一個胞質環(huán)(cytoplasticloop)組成。連接蛋白的氨基(N端)和羧基(C端)末端位于胞漿內,氨基末端相對比較保守,而羧基末端則差異較大。氨基末端的絲/蘇及酪氨酸殘基的磷酸化水平影響

GJ的功能狀態(tài)

?？p隙連接通透性

實驗現(xiàn)象：昆蟲唾液腺表皮細胞注射熒光染料，可見染料相繼擴散到鄰近的細胞，但卻不能離開細胞。---表明這些細胞的細胞質有直接的聯(lián)系注射不同分子量的染料，發(fā)現(xiàn)一般只允許分子量小于1.5kD和直徑小于1.5nm的無機鹽離子、糖、氨基酸、核苷酸和維生素等化學物質通過?！p隙連接對通透分子的大小具有選擇性降低細胞PH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，以免正常細胞受到傷害。（4）對缺氧、離子或化學環(huán)境的變化不敏感；（5）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(jīng)遞質對電突觸的導電特性具有調制作用；（6）在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和視網(wǎng)膜上，電傳遞主要發(fā)生在同類神經(jīng)元之間，具有促進神經(jīng)元同步化活動的功能。20AngstromindiameterMolecules<1000daltons

(750daltons=1angstrom=1.0E-10meter)LowResistanceResistance:Ca+2pHElectricFieldsSodiumconcentrationElectricalcouplingviagapjunctionsisextremelyimportantinthebrainandforfunctioningoftheheart(myocardium心肌).Connexin-43(Cx43)knock-outmice（基因敲除）dieearlyfromheartmisformations.Cell-cellchannelconnectivityiscrucialfornormalhearing,andmutationsinCx26coursenon-syndromicdeafness.縫隙連接的生理意義

1.參與細胞分化2.協(xié)調代謝3.構成電突觸2008paperonSeizureAkeyroleforelectricalcommunicationbetweencorticalburstinginterneuronsduringictalseizureswashypothesizedinthe4-aminopyridine(4-AP)invivoepilepsymodelTheblockadeofGJcommunicationhasbeenshowntoreduceseizureactivityinanumberofepilepsymodelsinvitroGJ在CNS的主要功能：

①參與細胞間信息傳遞和神經(jīng)脈沖的傳導及神經(jīng)功能活動的協(xié)調。

GJ具有傳導快,阻抗低,延擱時間短的特點。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(jié)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(jīng)元的電突觸;這種電緊張突觸聯(lián)絡是CNS重要的同步化機制,在呼吸節(jié)律、晝夜節(jié)律、脊髓前角運動神經(jīng)元持續(xù)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。電耦聯(lián)是發(fā)育中神經(jīng)環(huán)路一種普遍存在的特性,出現(xiàn)在化學突觸分化形成之前。腦內神經(jīng)環(huán)路形成和皮層發(fā)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(qū)。神經(jīng)系統(tǒng)成熟后,神經(jīng)元間的GJ明顯減少,但仍有一些特定神經(jīng)元細胞間仍保持GJ電信號轉導。脊髓神經(jīng)損傷后,運動神經(jīng)元重新耦聯(lián),參與神經(jīng)再生與功能重塑。②參與細胞的分化生長與發(fā)育③緩沖毒性化學物質的毒害作用或滋養(yǎng)受損細胞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(yǎng)物質,協(xié)助其功能恢復。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。有研究證實應用GJ失耦聯(lián)劑可減少缺血受損面積。④星形膠質細胞網(wǎng)絡就可以從血液循環(huán)中攝取能源物質并通過GJ再傳遞、分發(fā)給神經(jīng)元,對整個腦代謝起調節(jié)作用。Figure1Multiplelevelsofgapjunctionchannelstructure.Individualtransmembraneconnexins(colouredblueandorange)assembleintohexam