神經(jīng)遞質(zhì)釋放的類型及機(jī)制

神經(jīng)遞質(zhì)釋放的類型及機(jī)制

以囊泡的形式儲存在神經(jīng)末梢上。根據(jù)囊泡的形狀和大小，可分為以下幾類：1。具有均勻透明中心的小袋（ssv，直徑60nm）通常含有快速神經(jīng)傳輸?shù)墓δ?，其中圓形袋包含了興奮性神經(jīng)傳輸?shù)膫鬟f，而扁平袋包括抑制性神經(jīng)傳輸。以致密中心為中心的小袋（直徑為40.60nm）通常含有兒茶酚胺類神經(jīng)傳輸（ca）。中心致密囊腫（lsdv，直徑120.200nm）通常含有兒茶酚胺和神經(jīng)末梢的異質(zhì)結(jié)。因此,不同類型的囊泡所含有的神經(jīng)遞質(zhì)不同。神經(jīng)遞質(zhì)的釋放過程十分復(fù)雜,但無論何種類型囊泡,都是通過與突觸前膜的融合,以胞吐(exocytosis)的形式將神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙;遞質(zhì)釋放后,融合到細(xì)胞膜的囊泡膜再通過胞吞(endocytosis)的方式進(jìn)行再生。根據(jù)細(xì)胞膜的表面積決定細(xì)胞膜電容的原理,當(dāng)囊泡膜與細(xì)胞膜融合時,細(xì)胞膜表面積的增大導(dǎo)致電容的增大。因此應(yīng)用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)測定細(xì)胞膜電容的變化,可以監(jiān)測神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。盡管在靜息狀態(tài)下,個別囊泡可以自發(fā)釋放神經(jīng)遞質(zhì),但神經(jīng)興奮的跨突觸傳遞需要突觸前膜釋放大量的神經(jīng)遞質(zhì)。神經(jīng)肌肉接頭處神經(jīng)遞質(zhì)的釋放是研究最早、了解最清楚的突觸傳遞。一個動作電位可以導(dǎo)致運動纖維末梢?guī)装賯€囊泡同時快速(0.2ms)釋放神經(jīng)遞質(zhì),這足以使肌肉興奮和收縮。運動神經(jīng)纖維動作電位與突觸后肌肉興奮1:1的關(guān)系在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中是少見的,中樞神經(jīng)突觸前膜一般需要多個動作電位才能引起囊泡的釋放,特別是含有神經(jīng)肽的囊泡,這也許可以理解中樞興奮存在空間和時間總和的必要性。含有快速作用遞質(zhì)的SSV囊泡與含有神經(jīng)肽的LDCV囊泡在突觸前膜的分布部位是決定其遞質(zhì)釋放速率不同的原因之一。SSV分布于靠近突觸前膜的活動區(qū),而LDCV分布于離突觸前膜較遠(yuǎn)的部位(Fig1),因此SSV可以在較短的時間內(nèi)與突觸前膜融合并釋放遞質(zhì),而LDCV則需要相對較長的時間。盡管不同突觸的囊泡分布部位、釋放數(shù)量和遞質(zhì)釋放的速度各不相同,但不同突觸神經(jīng)遞質(zhì)釋放的機(jī)制基本相似。囊泡遞質(zhì)的釋放都是鈣離子依賴性的量子式釋放過程,遞質(zhì)釋放后,再通過重攝取和囊泡再循環(huán)機(jī)制,為下一次興奮做好準(zhǔn)備。1神經(jīng)-肌肉工神經(jīng)纖維釋放轉(zhuǎn)化20世紀(jì)50年代的實驗證明,神經(jīng)肌肉接頭處神經(jīng)遞質(zhì)的釋放是量子式的。所謂量子式釋放是指每個囊泡含有相同數(shù)量的神經(jīng)遞質(zhì),在其釋放時以囊泡為單位“傾囊”而出。所以每個囊泡遞質(zhì)的釋放引起相似幅度(0.5mV)的突觸后膜去極化。靜息狀態(tài)下,神經(jīng)肌肉接頭處可觀察到頻率為1次/秒的微小電位的變化,即為個別囊泡自發(fā)性量子式釋放導(dǎo)致的微小終板電位(mEPP)。但在正常的神經(jīng)-肌肉興奮傳導(dǎo)過程中,每一動作電位都引起運動神經(jīng)纖維大量囊泡的釋放,每一囊泡釋放的遞質(zhì)誘發(fā)的終板電位的總和,足以誘發(fā)運動終板周圍的肌肉細(xì)胞膜爆發(fā)動作電位,引起肌肉收縮。因此在正常情況下,神經(jīng)-肌肉的興奮傳遞是“全或無”式的“一對一”關(guān)系。中樞神經(jīng)突觸囊泡的釋放不同于外周神經(jīng)-肌肉接頭。在中樞神經(jīng)系統(tǒng),突觸囊泡的釋放概率為0.4～0.8,即一個動作電位往往僅引起一個囊泡的量子釋放(既單量子式),有時甚至無囊泡的釋放。因此突觸后膜的興奮往往需要多個刺激(動作電位)在時間或空間上的總和。但也有觀點認(rèn)為,中樞突觸單量子釋放的遞質(zhì)足以使突觸后膜上的受體飽和,突觸后膜去極化程度主要與突觸后受體的密度有關(guān)。2膜乙酰膽堿受體信號抑制活性當(dāng)突觸前膜去極化時,細(xì)胞外鈣離子通過突觸前膜的電壓門控性鈣離子通道進(jìn)入神經(jīng)末梢,這對于突觸囊泡神經(jīng)遞質(zhì)的釋放是至關(guān)重要的,任何減少鈣離子進(jìn)入突觸前膜的方式均可減少神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。例如向神經(jīng)末梢內(nèi)注射鈣離子螯合劑乙二醇二(β-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)或用鎂離子非特異性地阻斷鈣離子通道等。用冰凍蝕刻技術(shù)可以顯示突觸前膜活動區(qū)的鈣離子通道成行排列,當(dāng)給予刺激時,鈣離子通道之間出現(xiàn)Ω式凹陷。突觸橫切面的觀察證實,凹陷是正在胞吐的囊泡。將蛙肌肉與熒光素標(biāo)記的毒素共同孵育發(fā)現(xiàn),α-銀環(huán)蛇毒素-堿性蕊香紅復(fù)合體(α-BuTX-rhodamine)所顯示的突觸后膜乙酰膽堿受體與ω-CTX-Texas復(fù)合體所顯示的突觸前膜鈣離子通道呈完全對應(yīng)關(guān)系,表明突觸前膜活動帶的鈣離子通道位于突觸后膜受體的正對面。根據(jù)水母發(fā)光蛋白與鈣離子結(jié)合后可以發(fā)熒光的原理,將水母發(fā)光蛋白注入槍烏賊巨軸突內(nèi),可以直接觀察神經(jīng)末梢興奮時哪些區(qū)域的鈣離子濃度升高。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),興奮時神經(jīng)末梢內(nèi)的鈣離子濃度并非彌漫性升高,而只是局部區(qū)域的鈣離子濃度呈特異性地急劇上升,在0.3ms內(nèi)由靜息水平的0.2μmol/L上升到峰值200～300μmol/L,持續(xù)約0.8ms后,以相似速度恢復(fù)至靜息水平。應(yīng)用光敏性鈣離子螯合劑、鈣離子指示劑furaptra(Magfura-2)結(jié)合膜片鉗技術(shù)測定細(xì)胞膜電容,可直接觀察鈣離子依賴性的神經(jīng)末梢遞質(zhì)釋放。根據(jù)光敏性鈣離子螯合劑在受到紫外光照射時可以釋放鈣離子的原理,可以通過調(diào)節(jié)紫外光的強(qiáng)度控制細(xì)胞外鈣離子的濃度。進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的鈣離子量則可以用與鈣離子結(jié)合后發(fā)熒光的Furaptra測定。Furaptra與通常使用的fura-2相比,前者與鈣離子親和力較低,在高濃度鈣離子情況下不易飽和,因此可以觀察變化幅度較大的鈣離子濃度。鈣離子內(nèi)流導(dǎo)致的囊泡遞質(zhì)釋放則可以通過膜片鉗測量細(xì)胞膜電容的改變來判斷。用上述方法研究發(fā)現(xiàn),鈣離子內(nèi)流后,每四個鈣離子可以與一分子的囊泡壁靶蛋白結(jié)合,導(dǎo)致遞質(zhì)的釋放。由于興奮時神經(jīng)末梢內(nèi)鈣離子濃度的升高只局限于特定區(qū)域,因此在興奮后鈣離子可以通過向周圍擴(kuò)散或與鈣離子結(jié)合蛋白結(jié)合的方式迅速恢復(fù)靜息時水平,而不必泵出細(xì)胞外。2.1不同部位突前膜的鈣離子通道亞型神經(jīng)遞質(zhì)的釋放依賴于突觸前膜的電壓門控性鈣離子通道開放和鈣離子內(nèi)流,但不同部位突觸前膜的鈣離子通道亞型不同。應(yīng)用特異性鈣離子通道阻斷劑、重組或純化的鈣離子通道蛋白可以研究不同亞型鈣離子通道的組織分布及其介導(dǎo)的神經(jīng)遞質(zhì)釋放。2.1.1p型鈣離子通道阻斷劑神經(jīng)元含有大量的N型鈣離子通道,N型鈣離子通道阻斷劑ω-CTXGVIA可阻斷蛙神經(jīng)肌肉接頭處遞質(zhì)的釋放,但ω-CTXGVIA和L型鈣離子通道阻斷劑1,4-二氫吡啶(DHP)均不能阻斷哺乳類動物神經(jīng)肌肉接頭處的遞質(zhì)釋放。天然存在于漏斗網(wǎng)蜘蛛毒液中的聚胺分子(polyamine)FTX為P型鈣離子通道阻斷劑,人工合成的FTX類似物sFTX與FTX毒性作用相似,可用來研究P型鈣離子通道在神經(jīng)遞質(zhì)釋放中的作用。FTX可以阻斷神經(jīng)興奮引起的哺乳類動物肌肉收縮。以上實驗結(jié)果提示,蛙神經(jīng)肌肉接頭處的電壓依賴性鈣離子通道為N型,而哺乳類動物神經(jīng)肌肉接頭處的鈣離子通道為P型。2.1.2其他亞型的鈣離子通道參與了神經(jīng)遞質(zhì)的釋放利用不同亞型鈣離子通道的特異性抗體進(jìn)行免疫化學(xué)染色發(fā)現(xiàn),L型通道主要存在于中樞神經(jīng)元的胞體和樹突近端,并證實該通道參與長時程增強(qiáng)(LTP)效應(yīng);N型通道主要分布于神經(jīng)元的樹突干和神經(jīng)末梢處;P型通道則主要分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)特定區(qū)域的蒲肯野細(xì)胞樹突和軸突末梢。下丘腦神經(jīng)內(nèi)分泌神經(jīng)元的激素分泌是一種由L型鈣離子通道介導(dǎo)的出胞過程,但中樞神經(jīng)遞質(zhì)的釋放并不能被L型鈣離子通道阻斷劑DHP所阻斷,說明中樞神經(jīng)遞質(zhì)的釋放與L型鈣離子通道無關(guān)。N型鈣離子通道阻斷劑ω-CTXGVIA可以部分阻斷多種神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,如谷氨酸、乙酰膽堿、多巴胺和去甲腎上腺素等,但最大的阻斷效應(yīng)只有30%,說明除了N型鈣離子通道外,其他亞型的鈣離子通道也參與了中樞神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,如P型鈣離子通道。大鼠紋狀體部位突觸體的谷氨酸釋放可以被P型鈣離子通道阻斷劑ω-AgaIVA所阻斷,但多巴胺的釋放既可以被P型鈣離子通道阻斷劑ω-AgaIVA所抑制,也可以被N型鈣離子通道阻斷劑ω-CTXGVIA所抑制,兩者雖然具有協(xié)同作用,但并不能完全阻斷DA的釋放。以上結(jié)果提示,除N型、P型鈣離子通道外,還有其他類型的鈣離子通道參與DA的釋放。進(jìn)一步的實驗發(fā)現(xiàn),一些不能被N型、P型鈣離子通道阻斷劑所阻斷的神經(jīng)遞質(zhì)釋放,可以被一些非特異性的鈣離子通道毒素如ω-CTXMVⅡC和ω-GTXSIA所阻斷,提示Q型或R型鈣離子通道可能也參與了神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。Lambert-Eaton肌無力綜合征(LEMS)是神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)障礙的自身免疫性疾病。病人神經(jīng)肌肉接頭處活動區(qū)的鈣離子通道遭到破壞,乙酰膽堿釋放量減少,肌肉細(xì)胞膜不能產(chǎn)生動作電位,因此病人肌肉收縮發(fā)生障礙。大多數(shù)(60%)LEM患者同時患有小細(xì)胞肺癌,其抗癌細(xì)胞抗體可以與突觸前膜電壓門控性鈣離子通道發(fā)生交叉反應(yīng),破壞突觸活動區(qū)的鈣離子通道,導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)釋放障礙。2.2神經(jīng)遞質(zhì)釋放前膜的制備實驗研究表明,囊泡在釋放神經(jīng)遞質(zhì)前經(jīng)歷了三個預(yù)備步驟,它們分別為囊泡的集聚(recruitment)、錨定(docking)和預(yù)激(priming)過程。經(jīng)過預(yù)備過程后,囊泡最后與突觸前膜形成融合孔,將神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙。囊泡釋放遞質(zhì)前的三個預(yù)備步驟都依賴于鈣離子,但不同環(huán)節(jié)對鈣離子的依賴程度不同,最后的融合步驟需要的鈣離子濃度最高。靜息時,突觸囊泡附著于距活動區(qū)較遠(yuǎn)的細(xì)胞骨架蛋白(如肌動蛋白)上。興奮時,囊泡必須從細(xì)胞骨架上釋放下來,并向活動區(qū)遷移和集聚,然后錨定在突觸前膜上,此過程需要的鈣離子濃度約為0.5μmol/L。當(dāng)囊泡與突觸前膜結(jié)合后,并不立即釋放神經(jīng)遞質(zhì),還需要在鈣離子的存在下(0.3μmol/L)消耗ATP進(jìn)行預(yù)激,此過程相對比較緩慢。預(yù)激后,當(dāng)鈣離子的濃度達(dá)到>100μmol/L時,囊泡就可以與突觸前膜快速融合并形成融合孔、釋放神經(jīng)遞質(zhì)。2.3細(xì)胞漿蛋白很多突觸蛋白參與了囊泡遞質(zhì)的釋放過程。根據(jù)突觸蛋白的存在部位,可以將與神經(jīng)遞質(zhì)釋放有關(guān)的突觸蛋白分為以下幾種:①囊泡蛋白:突觸素(synapsin),synaptobrevin(VAMP),synaptophysin(p38),synaptotagmin(p65),rabphilin及動力素(dynamin)等;②突觸前膜蛋白:syntaxin(HPC1),Munc-18(n-sec1),SNAP-25,physophilin和neurexin等;③細(xì)胞漿蛋白:NSF,SNAP,Rab3A等。下面介紹幾種主要突觸蛋白在遞質(zhì)釋放過程中的作用。2.3.1聚體的n末端結(jié)構(gòu)突觸素是一種存在于囊泡壁的蛋白質(zhì),突觸素蛋白約占囊泡蛋白的9%。突觸素的基因有兩種,兩種基因的表達(dá)產(chǎn)物經(jīng)不同剪切可以產(chǎn)生Ⅰa,Ⅰb,Ⅱa及Ⅱb四種同源性突觸素。在神經(jīng)末梢,突觸素是以二聚體Ⅰa-b和Ⅱa-b的形式存在,兩種二聚體的N末端結(jié)構(gòu)相同,存在鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅰ(CaMKI)和cAMP依賴性蛋白激酶(PKA)的磷酸化位點。突觸素Ⅰ的C末端還存在鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)的磷酸化位點。在靜息狀態(tài)下,突觸囊泡通過突觸素I結(jié)合于細(xì)胞骨架蛋白上。突觸素通過囊泡壁上的磷脂和CaMKⅡ與囊泡相連;通過N末端的兩個連接位點與細(xì)胞骨架蛋白相連(Fig2)。興奮時,隨著細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平的升高,鈣離子激活CaMKⅡ,后者磷酸化突觸素Ⅰ的C末端,使其與囊泡的結(jié)合減弱,囊泡由細(xì)胞骨架蛋白上被釋放出來,并向活動區(qū)集聚。神經(jīng)末梢興奮時,活動區(qū)的鈣離子水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過激活CaMKⅡ所需的鈣離子水平,提示神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程中還存在其他依賴鈣離子的環(huán)節(jié)。2.3.2突前膜蛋白—SNARE參與囊泡的錨定由細(xì)胞骨架釋放出來的囊泡向活動區(qū)不斷集聚,并“錨定”在突觸前膜上,經(jīng)預(yù)激后才能與突觸前膜融合,釋放神經(jīng)遞質(zhì)。SNARE蛋白與囊泡的“錨定”有關(guān)。SNARE是一組由囊泡蛋白synaptobrevin和突觸前膜蛋白syntaxin,SNAP-25組成的蛋白質(zhì)復(fù)合體。錨定前,synaptobrevin與囊泡上的另外一種蛋白synaptophysin結(jié)合,而syntaxin與突觸前膜上的另外一種蛋白munc-18結(jié)合。munc-18阻止了syntaxin與另外一種突觸前膜蛋白SNAP-25的結(jié)合。錨定時,一方面,munc-18與syntaxin解離,使syntaxin得以與SNAP-25結(jié)合;另一方面,synaptophysin與synaptobrevin解離,使囊泡上的synaptobrevin蛋白能夠與突觸前膜上的syntaxin-SNAP-25復(fù)合物結(jié)合,形成20s復(fù)合物SNARE(Fig3),完成囊泡在突觸前膜上的錨定過程。因此,突觸前膜munc-18蛋白的主要作用為阻止SNARE復(fù)合物的形成,從而阻止囊泡在突觸前膜的錨定。梭狀芽胞桿菌的神經(jīng)毒素,如破傷風(fēng)毒素,可以將SNARE分解,因此可以阻斷囊泡的神經(jīng)遞質(zhì)釋放。2.3.3突前膜錨定+srap/cs國內(nèi)囊泡與突觸前膜錨定后,還需要消耗ATP進(jìn)行激活。幾種細(xì)胞漿蛋白參與了囊泡的預(yù)激過程,其中包括N-乙基馬來酰亞胺敏感因子(NSF)和可溶性NSF結(jié)合蛋白(SNAP)。NSF為相對分子質(zhì)量Mr76000(76kD)的ATP酶,而SNAP存在α,β,γ三種亞型。當(dāng)囊泡與突觸前膜錨定后,NSF通過SNAP與SNARE蛋白復(fù)合體連接,NSF水解ATP,并使SNARE蛋白復(fù)合物發(fā)生構(gòu)象改變,完成預(yù)激過程。此時的囊泡膜就可以進(jìn)一步與突觸前膜發(fā)生融合,并形成融合孔,釋放神經(jīng)遞質(zhì)。因此,NSF通過SNAP與SNARE的結(jié)合對于囊泡的預(yù)激及神經(jīng)遞質(zhì)的釋放都非常重要。2.3.4physophiren蛋白的結(jié)構(gòu)囊泡預(yù)激后,就可以與突觸前膜融合,并形成逐漸擴(kuò)大的融合孔,以釋放囊泡內(nèi)容物?，F(xiàn)在認(rèn)為融合孔的形成是囊泡膜上的synaptophysin蛋白和突觸前膜上的physophilin蛋白相互作用的結(jié)果。此融合孔的結(jié)構(gòu)類似于細(xì)胞間的縫隙連接(gapjunction),由六聚體的synaptophysin和具有H+-ATP酶活性的physophilin組成。synaptophysin是一種具有四次跨膜結(jié)構(gòu)的囊泡膜蛋白,當(dāng)重組于脂質(zhì)雙分子層中時,synaptophysin具有電壓敏感性離子通道的性質(zhì)。2.3.5synaptotormin突變型動物神經(jīng)元/突變神經(jīng)遞質(zhì)釋放的機(jī)制Synaptotagmin是一種只跨膜一次的囊泡膜蛋白,其N末端位于囊泡內(nèi),C末端位于胞漿中。Synaptotagmin具有多個磷脂依賴性的鈣離子結(jié)合位點,與鈣離子的親和常數(shù)約為10～100μmol/L,synaptotagmin的C末端存在兩段重復(fù)序列,類似蛋白激酶C(PKC)的鈣離子結(jié)合域(C2)。Synaptotagmin與鈣離子的結(jié)合特點提示它很可能是突觸囊泡神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程中的重要鈣離子感受蛋白(calciumsensor)。敲除synaptotagmin基因的突變型純合子(-/-)小鼠出生時呼吸和對觸覺刺激的反應(yīng)均正常,但小鼠體力逐漸耗竭,一般在生后48h內(nèi)死亡。突變型小鼠的大腦神經(jīng)元在形態(tài)學(xué)方面并未見異常,但運用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)研究神經(jīng)元間突觸誘發(fā)反應(yīng)時發(fā)現(xiàn),突變型動物神經(jīng)元對刺激的應(yīng)答反應(yīng)顯著降低,進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),這是突觸前膜神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少的緣故。將synaptotagmin的C2結(jié)構(gòu)域注入槍烏賊巨軸突以阻斷內(nèi)源性synaptotagmin的作用,結(jié)果使神經(jīng)遞質(zhì)的釋放完全被抑制,大量囊泡集聚在活動區(qū),說明抑制環(huán)節(jié)發(fā)生在囊泡集聚之后。大量的研究表明,Synaptotagmin在神經(jīng)遞質(zhì)的釋放中起著鈣離子依賴性的“制動”作用。當(dāng)無鈣離子與synaptotagmin結(jié)合時,它抑制突觸囊泡與突觸前膜的完全融合;當(dāng)synaptotagmin與鈣離子結(jié)合后,此抑制作用被解除,導(dǎo)致囊泡與突觸前膜的完全融合及神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。中樞神經(jīng)遞質(zhì)的釋放呈現(xiàn)兩個動力學(xué)時相:一個是與刺激基本同步的快速釋放相,占遞質(zhì)釋放總量的80%;另一個是出現(xiàn)于快速相之后的慢時相。Synaptotagmin基因突變型動物中樞神經(jīng)遞質(zhì)釋放的慢時相并無改變,但快速釋放相不再出現(xiàn),提示synaptotagmin是介導(dǎo)神經(jīng)遞質(zhì)快速釋放相的重要蛋白質(zhì)。Synaptotagmin是一種低親和力的鈣離子感受蛋白,當(dāng)突觸前膜興奮時,鈣離子通道開放,大量的鈣離子內(nèi)流引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平急劇升高,可以激活對鈣離子親和力較低的synaptotagmin,引起突觸囊泡遞質(zhì)的快速釋放。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平高峰過后,較低濃度的鈣離子仍然能夠與高親和力的鈣離子感受蛋白結(jié)合,引起遞質(zhì)的緩慢釋放,因此神經(jīng)遞質(zhì)的慢釋放相與synaptotagmin無關(guān)。雖然并非所有Lambert-Eaton肌無力綜合征患者血清中都有synaptotagmin抗體,但部分患者既存在抗鈣離子通道蛋白的抗體,又存在抗synaptotagmin的抗體。2.3.6對神經(jīng)遞質(zhì)的影響Neurexin是一類存在于突觸前膜的神經(jīng)特異性蛋白質(zhì)。Neurexin家族中,neurexin1α與黑寡婦蜘蛛毒素α-latrotoxin具有很高的親和力,兩者的結(jié)合依賴于鈣離子。α-latrotoxin與neurexin結(jié)合后,促進(jìn)neurexin與囊泡膜蛋白synaptotagmin的結(jié)合,并調(diào)節(jié)synaptotagmin的磷酸化水平,引起大量囊泡釋放神經(jīng)遞質(zhì),從而導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)的耗竭及神經(jīng)傳導(dǎo)的不可逆阻滯。雖然α-latrotoxin與neurexins1α的結(jié)合是鈣離子依賴性的,但α-latrotoxin還可以不依賴于鈣離子導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,提示neurexin可能并非黑寡婦蜘蛛毒素的唯一作用位點。3神經(jīng)遞質(zhì)的重攝取及其藥物代謝神經(jīng)遞質(zhì)釋放后,還需要及時終止作用和在末梢內(nèi)形成新的囊泡,為下一次興奮做好準(zhǔn)備。神經(jīng)遞質(zhì)被釋放到突觸間隙發(fā)揮作用后,主要通過彌散和重攝取方式終止作用,但乙酰膽堿主要是由乙酰膽堿酯酶水解終止作用的。神經(jīng)遞質(zhì)向周圍的簡單擴(kuò)散方式是釋放即刻降低突觸間隙遞質(zhì)濃度的限速步驟,除了簡單擴(kuò)散外,釋放到突觸間隙的神經(jīng)遞質(zhì)還可以被神經(jīng)末梢和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞膜上的遞質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白重新攝取并轉(zhuǎn)運出突觸間隙。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞對遞質(zhì)的重攝取作用對于防止神經(jīng)遞質(zhì)擴(kuò)散到鄰近神經(jīng)末梢非常重要,這樣可以避免產(chǎn)生非特異性作用。如果突觸前膜釋放遞質(zhì)過多,重攝取機(jī)制將發(fā)生飽和,會產(chǎn)生遞質(zhì)“溢出”現(xiàn)象,“溢出”的遞質(zhì)激活鄰近突觸的受體產(chǎn)生非特異性的作用,特別是高親和力的突觸前膜受體。經(jīng)計算,中樞神經(jīng)單個囊泡釋放的神經(jīng)遞質(zhì)足以飽和突觸后膜的受體,而多囊泡釋放神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生的中樞效應(yīng)一般是遞質(zhì)作用于突觸后膜和周圍突觸的綜合效應(yīng)。神經(jīng)遞質(zhì)的重攝取主要是由鈉離子依賴性的轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)的。鈉離子依賴性轉(zhuǎn)運蛋白可以分為兩個家族:①Na+-K+依賴性的谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白家族:此家族轉(zhuǎn)運蛋白具有8次跨膜的結(jié)構(gòu),其C和N末端都位于細(xì)胞內(nèi),在第3和第4跨膜片段之間形成一個位于細(xì)胞外的環(huán),此環(huán)為神經(jīng)遞質(zhì)和一些藥物、毒物的結(jié)合位點。②Na+-Cl-依賴性的轉(zhuǎn)運蛋白家族:此家族轉(zhuǎn)運蛋白具有12次跨膜的結(jié)構(gòu),其C和N末端也位于細(xì)胞內(nèi),在第3和第4跨膜片段之間也形成一個位于細(xì)胞外的環(huán),可以轉(zhuǎn)運多種遞質(zhì),如GABA、甘氨酸及乙酰膽堿降解產(chǎn)物膽堿等。神經(jīng)毒素1-甲基-4-苯-1,2,5,6-四氫吡啶(MPTP)是廣泛用來制造帕金森病模型的工具藥,MPP+是MPTP發(fā)揮毒性作用的分子形式,MPTP需首先氧化成MPDP+,然后在星形膠質(zhì)細(xì)胞中重構(gòu)為MPP+,發(fā)揮作用。MPP+被DA轉(zhuǎn)運蛋白攝入神經(jīng)元后,進(jìn)而破壞線粒體。神經(jīng)元對MPP+的敏感性取決于兩個因素:一是神經(jīng)元末梢囊泡是否可以將MPP+轉(zhuǎn)運進(jìn)入囊泡內(nèi),使其與線粒體隔離,削弱它的作用;二是神經(jīng)元內(nèi)是否存在濃縮MPP+的神經(jīng)黑色素(neuromelanin)。黑質(zhì)神經(jīng)元中存在大量神經(jīng)黑色素,因此對MPP+尤為敏感。值得指出的是,多巴胺轉(zhuǎn)運蛋白同時也是可卡因受體,可卡因可以阻斷DA的重攝取(Ki=1μmol/L)。三環(huán)類抗抑郁藥可與5-HT和NA的轉(zhuǎn)運蛋白結(jié)合,氟西酊是5-HT重攝取的選擇性阻滯劑。4synaptotormin基因缺陷型動物的囊泡回收和保護(hù)用囊泡膜蛋白synaptotagmin的抗體進(jìn)行免疫化學(xué)染色,可以顯示整個囊泡膜在遞質(zhì)釋放過程中均融合到突觸前膜上。由于神經(jīng)末梢不存在蛋白質(zhì)的合成機(jī)制,所以囊泡的快速再生必須依賴于突觸前膜上囊泡蛋白的再循環(huán)。如果沒有突觸囊泡的再循環(huán),在刺激頻率為10times/s的情況下,大約在100s內(nèi)將耗竭神經(jīng)肌肉接頭處的囊泡。正常情況下,除了融合到突觸前膜上的囊泡可以通過胞吞的方式再生外,釋放入突觸間隙的神經(jīng)遞質(zhì)也可以被突觸前膜的轉(zhuǎn)運蛋白重攝取,用于囊泡的重新充盈,因此即使刺激頻率較高時,也不會發(fā)生囊泡和神經(jīng)遞質(zhì)耗竭的情況。Synaptotagmin基因缺陷型動物的囊泡回收出現(xiàn)障礙,突觸囊泡數(shù)目劇減,提示synaptotagmin除了參與囊泡與突觸前膜的融合外,還參與囊泡的再生過程。除了synaptotagmin外,囊泡膜蛋白動力素和細(xì)胞漿Rab3A也參與了突觸前對囊泡的胞吞過程。4.1gtp酶活性的變化動力素基因突變后,神經(jīng)末梢的囊泡再循環(huán)過程被阻斷,提