神经元和神经胶质细胞-神经元.ppt

Neurobiology,NeuroscienceResearchInstitute,神經科學研究所,OneoftheCajalsmanydrawingsofBraincircuity,TheletterslabelthedifferentelementsCajalidentifiedinanareaofthehumancerebralcortexthatcontrolsvoluntarymovement.,Neurons:Excitablecells“wiring”“SignalSenders”Neuroglia:Support,Nurturing,Insulation,CellularComponents,NerveCells,Neurons,Neuroglia,二、神经元1.结构胞体树突突起轴突,神经胶质细胞,(1)胞体soma是神经元营养和代谢的中心，主要位于脑皮质，脊髓的灰质以及神经节内。,细胞膜cellmembrane可兴奋膜，感受刺激，传导神经冲动。细胞核cellnucleus核大而圆，位于细胞中央，着色浅，核仁明显。细胞质cytoplasm除了有一般的细胞器外，还有尼氏体、神经原纤维,尼氏体NisslbodyLM:颗粒或斑块状EM：有RER、R功能：合成蛋白质，如结构蛋白、酶、神经调质等。,1.细胞膜2.细胞核3.核仁4.尼氏体5.轴丘,神经原纤维neurofibril银染LM：呈棕黑色细丝EM：神经丝、微管功能：构成神经元的细胞骨架，也参与物质运输。,1963年，电镜技术中采用戊二醛常温固定后才首次在细胞中观察到微管结构，使人们真正认识到细胞内骨架成分的存在，并命名为细胞骨架（cytoskeleton）。早期发现的细胞骨架主要是存在于细胞质内的微管、微丝和中间丝.,细胞骨架是由三类蛋白质纤维组成的网状结构系统，包括微管（microtubule）、微丝（microfilament）和中间丝（intermediatefilament）。每一类纤维由不同的蛋白质亚基形成，三类骨架成分既分散地分布于细胞中，又相互联系形成一个完整的骨架体系。细胞骨架体系是一种高度动态结构，可随着生理条件的改变不断进行组装和去组装，并受各种结合蛋白的调节以及细胞内外各种因素的调控。,微管,微管存在于所有的真核细胞中，微管是长长的较为坚硬而中空的蛋白管道，它可以迅速地在胞内某一处去组装然后在另一处组装。细胞内微管呈网状或束状分布，在细胞内造成了一个轨道系统，各种小囊泡、细胞器以及其他组分沿着微管可以在细胞内移动。胞质微管是细胞骨架的一部分，引导胞内运输以及胞内膜性细胞器的定位。微管还能与其他蛋白质共同装配成纤毛、鞭毛、基体、中心体、纺锤体等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动和细胞分裂等,（一）微管的形态结构和存在形式,微管是由微管蛋白（tubulin）装配成细长的、具有一定刚性的圆管状结构。微管为一中空结构，在各种细胞中微管的形态和结构基本相同，但长度不等，有的可达数微米。微管的管壁由13根原纤维（protofilament）排列构成，每一根原纤维由微管蛋白亚基和微管蛋白亚基相间排列而成。,微管可装配成单管（singlet）、二联管（doublet）和三联管（triplet）。单管由13根原纤维围成，是细胞质中主要的存在形式，分散或成束分布，但不稳定，易受低温、Ca2+等许多因素的影响而发生解聚。二联管由A、B两根单管组成。三联管由A、B、C三根单管组成，二联管和三联管是比较稳定的微管结构。,有些微管特异性药物在微管结构与功能研究中起重要作用，这些药物主要有：紫衫酚（taxol）、秋水仙素（colchine）、长春花碱（vinblastine）和nocodazole等。紫衫酚能和微管紧密结合防止微管蛋白亚基的解聚，加速微管蛋白的聚合作用。秋水仙素和已酰甲基秋水仙碱（colcemid）能结合和稳定游离的微管蛋白，使它无法聚合成微管，引起微管的解聚作用。长春花碱和长春花新碱（vincristine）能结合微管蛋白异二聚体亚单位，抑制它们的聚合作用。nocodazole能结合微管蛋白，阻断微管蛋白的聚合反应。,（二）微管的化学组成,微管主要由微管蛋白构成，微管蛋白主要成分为-微管蛋白和-微管蛋白，约占微管总蛋白质含量的8095。-微管蛋白与-微管蛋白在化学性质上极为相似,具有同一个基因祖先，并在进化过程中极为保守。,在细胞质中基本上无游离的-微管蛋白或-微管蛋白，二者靠非共价键结合以异二聚体的形式存在，-微管蛋白在下，-微管蛋白在上。异二聚体是构成微管的基本亚单位，若干异二聚体亚单位首尾相接，形成了原纤维。由于-微管蛋白暴露在一头，-微管蛋白暴露在另一头，所以原纤维本身具有极性。微管是由13根原纤维靠非共价键排列而成，在大小上均匀一致，整体上也具有极性。,每一微管蛋白异二聚体上含有GTP的二个结合位点，微管蛋白与GTP结合而被激活，引起分子构象变化，从而聚合成微管；还含有一个长春花碱的结合位点和二价阳离子Mg2+的结合位点。另外，-微管蛋白肽链中的第201位的半胱氨酸为秋水仙素分子的结合部位。,-微管蛋白也存在于所有的真核细胞中。尽管它不是构成微管的主要成分，只占微管蛋白总含量的不足1，但却是微管执行功能所必不可少的。-微管蛋白定位于微管组织中心，对微管的形成、微管的数量和位置、微管极性的确定及细胞分裂起重要作用。编码-微管蛋白的基因如发生突变，可引起细胞质微管在数量、长度上的减少和由微管组成的有丝分裂器的缺失，而且可以强烈地抑制核分裂从而影响细胞分裂。,（三）微管结合蛋白,在细胞内，微管除含有微管蛋白外，还含有一些同微管相结合的辅助蛋白，这些蛋白质总是与微管共存，参与微管的装配，称为微管结合蛋白（microtubule-associatedprotein，MAP），它们不是构成微管壁的基本构件，而是在微管蛋白装配成微管之后，结合在微管表面的辅助蛋白。一般认为，微管结合蛋白有两个区域组成：一个是碱性的微管结合区域，该结构域可与微管结合，可明显加速微管的成核作用；另一个是酸性的突出区域，以横桥的方式与其他骨架纤维相连接，突出区域的长度决定微管在成束时的间距大小。实验证明，MAP2在细胞中过表达会产生很长的突出区域，使微管在成束时保持较宽的间隔；Tau蛋白的过表达会产生极短的突出区域，使微管在成束时紧密。,微管结合蛋白在细胞中起稳定微管结构、促进微管聚合和调节微管装配的作用。微管结合蛋白的磷酸化在控制微管蛋白的活性和细胞中的定位中起基本作用。另外，微管结合蛋白在细胞中的分布区域不尽相同，它们执行的特殊功能也不一样，这在神经细胞中尤为突出。在高等生物中目前发现有几种微管结合蛋白，包括MAP1、MAP2和MAP4三种。此外，还有一类与微管结合的蛋白质称为Tau蛋白。各种微管均由-微管蛋白/-微管蛋白异二聚体组成，微管的结构和功能的差异主要取决于微管结合蛋白的不同。,1、Tau蛋白,Tau蛋白有5种不同的类型，由同一基因编码，是一类低分子量（55KDa62KDa）的辅助蛋白，也称装饰因子，存在于神经细胞轴突中。Tau蛋白呈“”形，它的N-末端和C-末端能形成18nm的短臂，结合在相邻的微管上以稳定微管。其功能是增加微管装配的起始点和促进起始装配速度，进而促进二聚体聚合成多聚体。另外Tau蛋白也有控制微管延长的作用。Tau蛋白可被钙调素激酶、蛋白激酶A及P42MAP激酶磷酸化，Tau蛋白被蛋白激酶磷酸化后，可以减弱它与微管蛋白的结合从而使微管聚合减弱。,2、MAP1,是一类高分子量（200KDa300KDa）的蛋白质，常见于神经轴突和树突中。MAP1常在微管间形成横桥，它可以控制微管的延长，但不能使微管成束。MAP1有三种不同的亚型：MAP1A、MAP1B和MAP1C。MAP1C是一种胞质动力蛋白（dynein），是一个由912个亚基组成的蛋白质复合体，具有ATP酶活性，与轴突中逆向的物质运输有关。,3、MAP2,是一类高分子量（200KDa300KDa）的蛋白质，具有热稳定性，存在于神经细胞的胞体和树突中。MAP2能在微管间以及微管与中间丝之间形成横桥。与MAP1不同，MAP2能使微管成束。MAP2分子呈“L”形，以其短臂结合到微管表面，短臂为微管促进装配区域（assemblypromotingdomain）；长臂则以垂直方向从微管表面伸出。当微管结合有MAP2时，在电镜下可显示出其表面的短纤丝。MAP2分子上有一些磷酸化部位，当cAMP依赖性蛋白质激酶（cAMP-dependentproteinkinase）以其调节亚基同MAP2长臂结合时，可使MAP2磷酸化，磷酸化的MAP2可抑制微管装配。MAP2有三种不同的亚型：MAP2A、MAP2B和MAP2C。MAP2A分子量为270KDa，在神经元发育过程中不断增加表达；MAP2B的分子量也为270KDa，在神经元发育过程中的表达保持恒定；MAP2C的分子量为70KDa，存在于不成熟的神经元树突中。,4、MAP4,广泛存在于各种细胞（包括神经原细胞和非神经原细胞）中，分子量为200KDa左右，在进化上具有保守性，具有高度的热稳定性。,5、正端追踪蛋白称为正端追踪蛋白（plus-end-trackingprotein）或“+TIPs”的微管结合蛋白，定位于微管的正端，它在微管形成的控制、微管与细胞膜或动粒的连接及微管的踏车运动（treadmilling）中起作用6、stathmin是一种小分子的蛋白质，一分子stathmin结合两个微管蛋白异二聚体以阻止异二聚体添加到微管的末端。细胞中高活性水平的stathmin，会降低微管延长的速率。stathmin的磷酸化会抑制stathmin结合到微管蛋白上，导致stathmin磷酸化的信号能加速微管的延长和动力学上的不稳定。7、XMAP215是一种普遍存在的蛋白质，能优先结合在微管旁边，稳定微管的游离末端，抑制微管从生长到缩短的转变。在有丝分裂过程中XMAP215的磷酸化可抑制这种活性。,（五）微管的主要功能,1、构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态微管本身不能收缩，且具有一定的刚性，因而在保持细胞外形方面起支持作用。细胞的各种形态是由微管和其他细胞骨架成分来维持的。对于细胞突起部分，如纤毛、鞭毛、轴突的形成和维持中微管也具有重要作用。2、参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成微管在细胞中有多种存在形式。其中一种形式就是形成一些特殊的细胞结构，如中心粒、纤毛、鞭毛等。它们均是由微管构成的细胞结构，具有同源性，在结构和功能上也有一定的关系。,3、维持细胞内细胞器的定位和分布细胞中的线粒体的分布与微管相伴随，游离核糖体附着于微管和微丝的交叉点上，微管使内质网在细胞质中展开分布，使高尔基体在细胞中央靠近细胞核而定位于中心体附近。4、为细胞内物质运输提供轨道真核细胞具有复杂的内膜系统，从而使细胞质高度区室化，细胞内物质的合成部位往往与其行使功能的部位不同，因此，新合成的物质必须要经过胞内运输才能被运往其功能部位。细胞内的有些物质的定向运送，特别是小泡运输，与微管的存在有关。例如神经细胞合成的蛋白质等物质沿神经轴索快速运送至远端的神经末梢，细胞的分泌颗粒和色素细胞的色素颗粒的运输沿微管运送，线粒体的快速运动也是沿微管进行的。,在细胞内物质运输中，微管主要为运输物质提供轨道并对运输方向具有指导作用，而参与胞内物质运输则由马达蛋白（motorprotein）来完成。特异性蛋白不同的尾部轻链介导马达蛋白附着在特异的被转运的细胞器上。目前现发现有几十种马达蛋白，可以归属于二个家族：胞质动力蛋白（cytoplasmicdynein）和驱动蛋白（kinesin）。,驱动蛋白是一类微管激活的ATP酶，可沿微管由负端向正端移动，在胞内物质运输中具有重要作用。在神经细胞中，驱动蛋白已被证明沿着轴突的微管“轨道”负责快速轴突运输，线粒体快速移动，分泌小泡前体和各种轴突组成物运输到达神经末梢。有证据显示，与膜结合的马达蛋白受体，选择特异性的膜包被物质，与一些驱动蛋白家族成员的尾部直接或间接的相互作用。如在神经细胞的轴突中，淀粉样蛋白质前体蛋白（amyloidprecursorprotein，APP）可作为一种受体直接结合在驱动蛋白-的尾部轻链上，成为跨膜的马达蛋白受体分子。这种蛋白质的异常可引发Alzheimers疾病。,微丝,微丝是由肌动蛋白（actin）组成的细丝，普遍存在于真核细胞中。肌动蛋白是真核细胞中含量最丰富的蛋白质，在肌肉细胞中，肌动蛋白占细胞总蛋白的10，在非肌肉细胞中也占了15。微丝在细胞的形态维持以及细胞运动中起着重要的作用。微丝对于细胞的多种运动尤其是与细胞表面有关的运动十分重要。若没有微丝，动物细胞就不能沿着某一表面爬行，不能通过吞噬作用摄入大的颗粒，细胞也不能分裂。象微管一样，微丝是不稳定的，但它在细胞中也能形成稳定的结构，象肌肉中的收缩单位。微丝与许多种肌动蛋白结合蛋白相结合，使它能够在细胞内行使各种功能。,微丝的主要成分是肌动蛋白，它是微丝结构和功能的基础。肌动蛋白单体外观呈哑铃形，称为G-肌动蛋白（球形-肌动蛋白）。每个G-肌动蛋白由2个亚基组成，它具有阳离子（Mg2+和K+或Na+）、ATP（或ADP）和肌球蛋白结合位点。微丝是由G-肌动蛋白单体形成的多聚体，也称为F-肌动蛋白（纤维形-肌动蛋白）。肌动蛋白单体具有极性，装配时首尾相接，故微丝也有极性。,同样的微丝在细胞内功能不一致，有的使细胞运动，有的支撑细胞，还有的行使更为复杂的功能，这在很大程度上和细胞质存在许多种类的微丝结合蛋白（microfilament-associatedprotein）有关。它们和肌动蛋白相结合，控制着肌动蛋白的构型和行为。微丝结合蛋白中有些只在特定细胞中存在，有的是细胞所共有的，其名称根据它们对微丝结构和组装影响而定。,（五）微丝的功能在微丝结合蛋白的协助下，微丝在真核细胞中形成了广泛存在的骨架结构。与细胞许多重要的功能活动有关。1支撑作用形成应力纤维应力纤维具有收缩功能，但不能产生运动，而只能用于维持细胞的形状和赋予细胞韧性和强度。支持微绒毛在微绒毛中，由微丝形成的微丝束构成了微绒毛的骨架，另外还有一些微丝结合蛋白，在调节微绒毛长度和保持其形状方面具有重要作用。微绒毛侧面质膜有侧臂与肌动蛋白丝束相连，从而将肌动蛋白丝固定。,2、参与细胞运动变形运动细胞分裂肌肉收缩,3、参与胞内信息传递细胞表面的受体在受到外界信号作用时，可触发细胞膜下肌动蛋白的结构变化，从而启动细胞内激酶变化的信号转导过程。微丝主要参与Rho蛋白家族有关的信号传导，Rho蛋白家族（Rhoproteinfamily）是与单体的GTP酶有很近亲缘关系的蛋白质，它的成员有：Cdc42、Rac和Rho。Rho蛋白通过GTP结合状态和GDP结合状态循环的分子转变来控制细胞传导信号的作用。活化的Cdc42触发肌动蛋白聚合作用和成束作用，形成线状伪足或微棘。活化的Rac启动肌动蛋白在细胞外周的聚合形成片足和褶皱。活化的Rho既可启动肌动蛋白纤维通过肌球蛋白纤维成束形成应力纤维，又可通过蛋白质的结合形成点状接触。,三、中间丝,中间丝是细胞骨架的一种主要种类，广泛存在于真核细胞中，有很强的抗拉强度，因而它们的主要功能是使细胞在被牵伸时能经受住机械力的作用。中间丝在三类细胞骨架纤维中最为坚韧和耐久的，当细胞用高盐和非离子去垢剂处理时，只有中间丝可以保留，其余大部分的骨架纤维都被破坏了。在大多数情况下，它们很典型地形成满布在细胞质中的网络，包围着细胞核，还延伸到细胞膜的周边，在那里它们往往锚着在细胞膜上的细胞连接上。中间丝与核纤层、核骨架等共同构成贯穿于细胞核内外的网架体系，在细胞构建、分化等多种生命活动过程中起重要作用,（一）中间丝的形态结构中间丝就象是很多股长线绞起来以增加强度的绳子，着根绳子的每一股长长纤维蛋白是中间丝的亚基。的电镜下，中间丝的直径约为10nm，由不同的蛋白质组成，其功能主要与维持细胞外形和各种细胞器的位置有关。与微管和微丝不同，中间丝蛋白合成后基本上均装配成中间丝，游离的单体很少。中间丝结构极稳定，不受细胞松弛素和秋水仙素的影响，因而在化学性质上与微丝和微管不同。许多动物细胞的中间丝形成一个“筐”，围住细胞核，并向细胞周围伸展。,（二）中间丝的化学组成中间丝是由中间丝蛋白家族组成。不同的中间丝蛋白在不同类型的细胞中表达，根据其组织来源和免疫原性以及蛋白质的氨基酸序列，可将中间丝分为6大类，包括角蛋白纤维、神经元纤维、波形蛋白样纤维、核纤层蛋白、巢蛋白和未归类的中间丝蛋白。,神经元纤维（neurofilament）包括神经元纤维蛋白（neurofilamentprotein，NF）和-内连蛋白（-internexin），高浓度存在于脊椎动物神经元轴突中。-内连蛋白分子量为56KDa。神经元纤维蛋白由3种分子量分别为68KDa、150KDa和200KDa的神经元纤维蛋白（NF-L、NF-M、NF-H）在体内共同装配，由NF-L和NF-M或NF-H形成异多聚体（heteropolymers）。NF-M和NF-H具有较长的C-末端尾部区域结合到相邻的纤维上，产生相同纤维间隔的排列。在轴突生长过程中新的神经元纤维亚单位沿轴突合并，轴突的直径会增加5倍。神经元纤维基因表达的水平可直接控制轴突的直径，进而控制电信号沿轴突的传递速度。,波形蛋白样纤维波形蛋白样纤维（vimentin-likefilaments）包括四种蛋白质：间质细胞（在成纤维细胞、血管内皮细胞、白细胞等）来源的波形蛋白（vimentin）、肌肉细胞（骨骼肌、心肌和平滑肌）来源的结蛋白（desmin）、胶质细胞（星形细胞和一些Schwann细胞）来源的胶质纤维酸性蛋白（glialfibrillaryacidicprotein，GFAP）和一些神经细胞来源的外周蛋白（peripherin）。,巢蛋白（nestin）在神经上皮细胞（neuroepithelialcell）和辐射状胶质细胞（radialglialcell）中表达。与其他中间丝蛋白相比，巢蛋白肽链的N-末端很短，只有11个氨基酸残基；而C-末端则较长。巢蛋白能影响神经脊细胞.,（三）中间丝结合蛋白尽管有些中间丝可通过自我装配成束，如神经元纤维蛋白NF-M和NF-H有C-端区域伸出纤维表面结合相邻的中间丝，但其他类型的中间丝结合成束需要附属蛋白帮助，这些附属蛋白质本身不是中间丝的组成蛋白，但在结构和功能上与中间丝有密切联系，称为中间丝结合蛋白（intermediatefilamentassociatedprotein，IFAP）。,目前已经报道了约15种中间丝结合蛋白。1、丝聚蛋白丝聚蛋白（filaggrin）在不同的细胞中使角蛋白纤维聚集成束，提供表皮的最外层以特别的韧性，可作为区分不同的上皮细胞的特异性标志。2、网蛋白网蛋白（plectin）能使波形蛋白成束。不仅能使中间丝成束，而且能使中间丝与微管连接，使肌动蛋白纤维成束，帮助肌球蛋白与微丝的结合，以及介导中间丝与质膜的连接。缺乏有功能的网蛋白基因的小鼠会出现皮肤水疱和骨骼肌心肌的异常而在出生几天后死亡。3、中间丝结合蛋白300中间丝结合蛋白300（IFAP300）主要作用是将中间丝锚定于桥粒上。4、BPAG1定位在内侧桥板，参与角蛋白与桥粒的连接。,（五）中间丝的功能中间丝在胞质中形成精细发达的纤维网络，外与细胞膜及细胞外基质相连，中间与微管、微丝和细胞器相连，内与细胞核内的核纤层相连，因此，中间丝也具有多种功能，而且中间丝发挥功能具有时空特异性。,1、细胞的细胞内支架作用在细胞内形成一个完整的网状骨架系统提供细胞机械强度参与相邻细胞间、细胞与基膜间的连接结构的形成2、参与细胞内信息传递及物质运输参与胞内信息传递与mRNA转运有关,3、中间丝与细胞分化微丝和微管在各种细胞中都是相同的，而中间丝蛋白的表达具有组织特异性，表明中间丝与细胞分化可能具有密切的关系.,胚胎发育胚胎细胞能根据其发育的方向调节中间丝蛋白基因的表达。小鼠胚胎发育过程中，最初胚胎细胞中表达角蛋白，胚胎发育到第89天，将要发育为间叶组织的细胞中，角蛋白表达下降并停止，同时出现波形纤维蛋白的表达。在神经胚形成过程中，神经板皮层细胞开始表达巢蛋白；神经细胞的迁移基本完成后，巢蛋白表达量下降，波形蛋白开始表达；随着分化的进一步完成，巢蛋白停止表达，-内连蛋白开始表达，接着波形蛋白表达量下降；出生前5天左右，神经细胞前体刚完成终末分裂，NF-L和NF-M出现；随着NF-L和NF-M的出现，波形蛋白停止表达，-内连蛋白表达量下降并维持低水平的表达。NF-H一般在出生后才开始表达，在脑的不同区域表达时间不同。,上皮分化在上皮组织的分化过程中，角蛋白表达的变化为研究中间丝与细胞分化的关系提供了一个重要例证。在上皮细胞中，酸性角蛋白（型）和中性/碱性角蛋白（型）成对表达，并具有特异性。在表皮的分化中，细胞的分化发生在表皮最深部的生发层，这些细胞一边分化，一边向表皮的表层运动，直至最后从表皮脱落。生发层细胞有大量的中间丝纤维束，它们的构成成分是前角蛋白（prekeratin）。随着细胞分化的进程，可以检出它们逐渐表达出不同的角蛋白。决定不同类型细胞的分布中间丝的不同类型严格地分布于不同类型的细胞中，可根据中间丝的种类区分上皮细胞、肌肉细胞、间质细胞、胶质细胞和神经细胞，具有与其来源组织相关的特异抗原性，因此可作为细胞类型区分的特征性标志之一。,细胞质骨架与疾病细胞骨架对细胞的形态改变和维持、细胞内物质运输、细胞的分裂与分化等具有重要作用，是生命活动不可缺少的细胞结构，它们的异常可引起很多疾病，包括肿瘤、一些神经系统疾病和遗传性疾病等。,在恶性转化的细胞中，细胞常表现为细胞骨架结构的破坏和微管解聚。肿瘤细胞的浸润转移过程中某些细胞骨架成分的改变可增加癌细胞的运动能力。微管微丝可作为肿瘤化疗药物的靶位，长春花碱、秋水仙素和细胞松弛素等及其衍生物作为有效的化疗药物可抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡。另外，中间丝的不同类型严格地分布于不同类型的细胞中，可根据中间丝的种类区分上皮细胞、肌肉细胞、间质细胞、胶质细胞和神经细胞，具有与其来源组织相关的特异抗原性，在转化细胞内又无变化，因此可作为细胞类型区分的特征性标志之一。绝大多数肿瘤细胞通常继续表达其来源细胞的特征性中间丝类型，即便在转移后，仍表达其原发肿瘤的中间丝类型。因此可用于正确区分肿瘤细胞的类型及其来源，对肿瘤诊断起决定性作用。,许多神经性疾病与骨架蛋白的异常表达有关，早老性痴呆（患者的神经元中可见到大量损伤的神经元纤维，神经元中微管蛋白的数量并无异常，但微管聚集缺陷，并存在tau蛋白的积累。神经元纤维的异常表达与异常修饰导致某些神经系统疾病，如肌萎缩性侧脊髓索硬化症,幼稚型脊柱肌肉萎缩症,神经元纤维在运动神经元胞体和轴突近端的堆积是许多神经元退化型疾病的早期症状，使骨骼肌失去神经支配而萎缩，造成瘫痪，接着运动神经元丧失，最终导致死亡。NF-H的异常磷酸化也会导致疾病发生。在早老性痴呆的神经元纤维缠结和帕金森氏综和征的Lewybodies中都有高度磷酸化的NF-H存在。,一些遗传性疾病的患者常有细胞骨架的异常或细胞骨架蛋白基因的突变。如角蛋白14（CK14）基因突变导致人类遗传性皮肤病单纯性大泡性表皮松懈症（epidermolysisbullosasimplex，EBS）。Wiskott-Aldrich综合征（Wiskott-Aldrichsyndrome，WAS）是X连锁隐性遗传的免疫缺陷疾病，临床表现有血小板减少、湿疹、反复感染，并发不同程度的细胞免疫和体液免疫缺乏。研究表明，WAS患者的T淋巴细胞的微丝异常，微绒毛数量减少，血小板和淋巴细胞变小。,(2)突起分树突与轴突树突dendrite一个或多个，粗短且有分支，结构类似细胞质。功能：接受刺激，传向胞体。轴突axon只有一条，细而长，内无尼氏体。轴丘axonhillock：无尼氏体。功能：传导兴奋冲动，传离胞体。,Cellbody(soma;perikaryon)Axon:onlyone(branchesarecollaterals;terminalsareendfeet)Dendrites:muchshorter;oneormorethanone;branchextensivelyintodendritictrees,StructureofNeurons,AxonHillock,(Axonalendfeet),CellBody(Soma):LifeSupportProteinSynthesisSingleNucleus,RER(NisslBodies)Axon:LongestprocesstransmitsmessagesawayfromcellbodyDendrites:Multipleprocessesoffcellbodyreceivemessages,NeuronsStructurereceivestimuliandtransmitafferentimpulsestoCNSInterneuronscommunicatingbetweenneurons;formcircuitsintheCNSMotorneuronfromCNStoeffectorcells;deliverefferentimpulsesoutthroughthePNStotheeffectorstocarryouttheactionsdirectedbytheCNS,FunctionalClassificationofNeuron,EXCITABLEMembrane:Abletoregulatethemovementofions(charges)acrossandalongmembraneSIGNALTRANSDUCTIONDONOTReplicate:Damagedcellscannotbereplaced!,ImportantFeaturesofNeurons,ActionPotential,FourFunctionalRegionsofModelNeurons,突触,定义：突触是（synapse）神经元与神经元之间，或神经元与非神经细胞之间的一种特化结构。,1.胞体2.突起3.突触,Impulsetransmission:electricalchemicalMorphology:axodendriticaxonsomaticaxoaxonicdendrodendritic,ClassificationofSynapses,分类：化学性突触、电突触结构：电突触:缝隙连接突触小泡:神经递质神经调质突触前成分突触前膜突触间隙突触后成分:突触后膜、受体、酶,化学性突触超微结构模式图化学性突触超微结构,synapse,4,VesiclesreleaseNeurotransmitters,Chemicalsynapse:presynapticknob(presynapticcomponent)synapticvesiclessynapticcleftpostsynapticmembrane(postsynapticcomponent)Electricalsynapse:gapjunctions,SynapseStructures,DistinguishingPropertiesofElectricalandChemicalSynapses,Atachemicalsynapse,neuronstransmitinformationacrossacleft.,SmallMoleculeNeurotransmitterSubstancesAcetylcholine(ACh);Dopamine(DA);Norepinephrine(NE);Serotonin(5-HT);HistamineAminoAcidsGamma-aminobutyricacid(GABA);Glycine;Glutamate;AspartateNeuroactivePeptides-partiallist!Bradykinin;beta-endorphin;calcitonin;cholecystokinin;enkephalin;dynorphin;insulin;gastrin;substanceP;glucagon;secretin;vasopressin;oxytocin,etc.,ListofSomeNeurotransmitters,Axonaltransport:intracellularcommunicationBidirectionalmechanism:anterogradetransportretrogradetransportClassifiedbytransportrates:slowtransportsystem(0.2to1mm/day)fasttransportsystem(200to400mm/day),AxonalTransportSystems,HitchingaRideon“Retrorail”,Membranesoforganellesinvolvedinsynaptictransmissionarereturnedtothecellbodyforreuseordegradation,Nucleus,Cytoskeleton,(Anterogradetransport),MajorRateComponentsofAxonalTransport,1.Neuronshavespecializedprojectionscalleddendritesandaxons.Dendritestakeinformationtothecellbodyandaxonstakeinformationawayfromthecellbody2.Neuronscommunicatewitheachotherthroughanelectrochemicalprocess3.Neuronscontainsomespecializedstructures(likesynapses)andchemicals(likeneurotransmitters)4.NisslBodies5.DONOTReplicate:Damagedcellscannotbereplaced!,NeuronsdifferfromOtherCells,神经胶质细胞,是广泛分布于中枢神经系统内的，除了神经元以外的所有细胞。具有支持、滋养神经元的作用，也有吸收和调节某些活性物质的功能。胶质细胞虽有突起，但不具轴突，也不产生动作电位。神经胶质细胞有分裂的能力，还能够吞噬因损伤而解体破碎的神经元，并能修补填充、形成瘢痕。大脑和小脑发育中细胞构筑的形成都有赖胶质细胞作前导，提供原初的框架结构。神经轴突再生过程必须有胶质细胞的导引才能成功,胶质细胞比神经元多，在哺乳类，二者的比例约为十比一，胶质细胞没有传导能力，但对神经元的正常活动与物质代谢都有重要作用。神经胶质细胞数量为神经元的10-50倍，而总体积与神经元的总体积相差无几。,胶质细胞与神经元都起源于胚盘外胚层神经上皮组织(小胶质细胞可能起源于中胚层)，其中的胶质母细胞发育成大胶质细胞和脉络丛上皮细胞，围绕神经管腔表面的部分神经上皮细胞分化成室管膜和脉络丛上皮细胞，神经母细胞发育成为神经元；神经嵴则分化为外周神经系统的胶质细胞。,形态特点,胶质细胞与神经元一样也具有细胞突起，但其胞质突起不分树突和轴突。它与神经元不同，可终身具有分裂增殖的能力。常规染色标本上只能看到细胞核，用现代免疫细胞化学方法可在光镜下观察胶质细胞的整体形态，电镜下可发现在胶质细胞之间存在着低电阻通路的缝隙连接(gapjunction)。,电生理特性,(一)膜电位神经胶质细胞的膜电位变化缓慢，惰性大，故称惰性静息电位。它比相应的神经元膜电位大。神经胶质细胞膜电位几乎完全取决于细胞外K+浓度，Na+、Cl-浓度的改变不能使静息电位发生明显改变。因为神经胶质细胞的细胞膜仅对K+有通透性，而对其他离子则完全不通透，故静息电位完全取决于K+扩散平衡电位。(二)去极化与复极化神经胶质细胞接受电刺激或机械刺激后不会发生动作电位，虽有去极化(约40mV)与复极化，但无主动的再生式电流产生。电流仅随电压按比例变化，而膜电阻不变。它不能像神经元的冲动那样传导，不是膜兴奋性质的表现，其离子通透性并未变化。,(三)神经胶质细胞间的连接所有神经胶质细胞间均有缝隙连接。蛙、水蛭、蝾螈和组织培养的哺乳类动物的缝隙连接都是电偶合，电偶合有助于细胞内可能发生的离子不平衡的恢复，且可能有代谢上的相互作用(代谢偶合)。当一些神经胶质细胞由于K+增加而发生去极化，而另一些神经胶质细胞则未发生这种变化时，两者间即有电位差，低电阻偶合对于神经胶质细胞间的电流传导是必需的，这种电流可被细胞外电极在组织表面引导出来。有作者用免疫电镜观察到大鼠的脑垂体中有GABA、脑啡肽和P物质免疫反应阳性神经元末梢与胶质细胞形成突触样结构。表明至少有部分胶质细胞的活动受神经支配，它们的细胞膜表面必然存在着与其神经递质相对应的受体。,星形胶质细胞的受体,许多实验证明星形胶质细胞具有多种神经递质的受体，如乙酰胆碱受体、多巴胺受体、肾上腺素受体、5-羟色胺受体以及一些神经肽受体。因此神经元兴奋释放的神经递质同样引起胶质细胞产生复杂的生理效应。星形胶质细胞是中枢神经系统中主要的糖原储存细胞，当细胞膜上的b肾上腺素受体与其配体结合后，可激活腺苷酸环化酶，产生第二信使cAMP，促使细胞内储存的糖原分解为葡萄糖，以供神经元利用。星形胶质细胞膜上的a1肾上腺素受体兴奋后可引起磷酸肌醇分解，产生1，4，5三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG)。前者控制胶质细胞内钙的运转，后者激活蛋白激酶C(PKC)。血管紧张素(angiotensin，Ang)与星形胶质细胞膜上相应受体结合后可加速磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol)的水解，激活与生长因子有关的生化信使系统。,神经胶质细胞的功能,1.框架、支持作用；2.修复、再生作用；3.免疫应答；4.物质代谢和营养中心；5.绝缘；6.稳定细胞外的K+浓度；7.参与某些递质的生物活性物质的代谢；8.增强突触形成与强化突触传递,（一）星形胶质细胞通过对细胞间液中K+的缓冲作用影响神经活动,细胞间液中的K+对突触传递的影响在生理范围内，K+的变动(24mmol/L)可影响神经元的整合和信息传递。,K+的变化可在突触前后两个部位，对突触传递发生明显的影响：在突触前末梢影响递质的释放：当K+增加1mmol/L时，可使大鼠神经肌肉接头部位递质的自发释放增加约25%；在突触后神经元影响动作电位的发放：K+的增加使膜去极化，致使突触后神经元更接近发放动作电位的水平。,K+的变化可在突触前后两个部位，对突触传递发生明显的影响：在突触前末梢影响递质的释放：当K+增加1mmol/L时，可使大鼠神经肌肉接头部位递质的自发释放增加约25%；在突触后神经元影响动作电位的发放：K+的增加使膜去极化，致使突触后神经元更接近发放动作电位的水平。,胶质细胞对细胞间液中K+的缓冲作用机制当神经活动时，突触区周围或附近的星形胶质细胞，可通过膜上的高通透性K+通道迅速摄取由神经末梢所释放出的K+，以控制细胞间液K+的变化，实现对K+的缓冲作用。神经胶质细胞也可通过改变自身的膜电位起作用。例如，在活动的突触周围或附近的星形胶质细胞因摄取过多K+而发生膜去极化，继而，与其邻近的星形胶质细胞之间通过缝隙连接和自身的电耦合活动，将电流流入这个非激动区的胶质细胞，正是通过这种不同区间胶质细胞的膜电位改变，使神经活动区突触周围的K+得以疏散，实现空间缓冲作用。,在长时间重复刺激神经时，引起轴突末梢释放的K+量明显增多，这时，胶质细胞又能防止K+从神经元表面或细胞间隙弥散而丢失，这样就不至于影响神经元周围K+储量和微环境中K+浓度的保持。胶质细胞还可通过把神经元群体分割成许多功能单位，使神经元周围的、特别是突触区的K+积聚，从而参与神经元自发放电的调节。胶质细胞还可通过与毛细血管的连接方式，参与神经元生存微环境内K+的代谢。,神经元和神经胶质细胞在电信息传输过程中的相互联系是通过K+实现的研究发现，刺激大脑皮质、视神经传导束、神经纤维和外周神经，随即发生局部胶质细胞膜去极化，经数秒才下降或消失。当轴突活动时轴突与施万细胞之间的细胞间液中有K+积聚，还可改变神经胶质细胞膜的反应性，即神经的活动可使细胞间隙中的K+浓度增加，进而改变神经胶质细胞的K+o/K+i比值，致使胶质细胞膜去极化；当局部增多的K+o通过胶质细胞间的电耦合弥散和重吸收而消失时，神经胶质细胞的膜电位随即恢复正常。说明：神经元和神经胶质细胞在冲动性信息传输过程中的相互联系是通过K+实现的。研究还发现：当胶质细胞不能保持神经周围的K+浓度时，神经的电活动和整合与信息传递，将受到一定的影响。如胞外液中K+聚集过高可引起神经元发生癫痫样放电。,（二）星形胶质细胞通过对谷氨酸(Glu)和-氨基丁酸(GABA)等代谢的调节影响神经活动,星形胶质细胞通过摄取，参与Glu和GABA释出后的失活过程和递质兴奋受体的调节。Glu和GABA被摄取后，经星形细胞内的谷氨酰胺合成酶(GS)，代谢转变成两类神经元均可重新利用的前体物质谷氨酰胺(Gln)，直接影响Glu和GABA能神经元的合成代谢与功能。星形胶质细胞合成Gln是一个耗氨的过程，能降低脑氨，对保证脑的正常生存环境具有重要意义。在脑缺血时，谷氨酸在突触间隙聚集，是引起兴奋性神经毒性系列反应的重要环节；而脑缺血后反应性胶质细胞增生、星形胶质细胞摄取Glu增强、同时GS活性也增强，它们增加的程度与改善缺血后神经元存活的程度具有相关性。星形胶质细胞在脑缺血中的良性作用与机制是一个很有研究价值的课题。胶质细胞还可能通过，主动摄取神经元神经活动时释放的5-HT、NA、DA，参与它们的灭活过程。,（三）星形胶质细胞参与跨突触的信号传递过程的调节星形胶质细胞的活动受神经递质的调制星形胶质细胞的膜上至少有配体门控离子通道（包括亲离子型的谷氨酸受体，GABAA和GABAB受体等）和与G蛋白偶联受体（包括肾上腺素受体，促代谢型谷氨酸受体，SP受体，DA受体等）两种类型的受体。星形胶质细胞中含有负责突触传递的第二信使系统：研究表明，星形胶质细胞内有G蛋白(Gs，Gi)及其激活的腺苷酸环化酶(AC)和磷脂酶C(PLC)与第二信使系统(cAMP，DAG，IP3)，这些信息分子参与星形胶质细胞活动的调节。星形胶质细胞虽是脑内糖元的主要储存部位，但它的活动主要是在神经的影响下，参与神经元的能量代谢，在神经末梢释放NA后，通过受体激活cAMP，使糖元分解，为神经元提供代谢的能量。此外，还可通过胰岛素、胰高血糖素调节星形胶质细胞的糖代谢，以影响神经活动。小胶质细胞膜上也有神经递质的受体，小胶质细胞内也含有降解不同递质的酶类。,星形胶质细胞与神经末梢间有突触样连接神经垂体细胞是一种特殊类型的星形胶质细胞。近年研究发现神经垂体细胞与儿茶酚胺、脑啡肽和P物质神经末梢有突触样连接。还发现脑啡肽可调节神经垂体内加压素(VP)和催产素(OT)的释放，此类调节可能有两种方式：脑啡肽通过神经-胶质突触样连接，影响垂体细胞的机能活动，进而调节突触周围细胞外液的离子浓度；垂体细胞摄取GABA，而GABA又抑制VP和OT的释放。表明神经垂体细胞的活动受神经调节。,星形胶质细胞可通过合成神经活性物质参与调节神经活动视上核、室旁核、室周核、弓状核、杏仁核、臂旁核、前庭神经核、下橄榄核、孤束核、舌下神经核、迷走神经背核等处的星形胶质细胞，均能合成血管紧张素，并将之释放入细胞间液，再被神经元摄取，从而调节神经活动。,（四）星形胶质细胞和小胶质细胞参与神经组织构筑的塑造和维持微环境的稳定在胚胎发育过程中星形胶质细胞为神经细胞的迁移提供“脚手架”(scaffolds)，在胶质细胞形成起桥梁作用的“脚手架”后，神经元得以沿着此桥架爬行迁移，从神经元的发源部位爬行到其最终的安置区，提示星形胶质细胞还参与神经组织构筑的塑造。在神经组织移植中，星形胶质细胞参与神经营养反应，促进移植物的存活和损伤细胞的再生；在神经组织移植过程中，移植部位除有纤维星形细胞增生外，还伴有巨噬细胞，小胶质细胞增生，它们都参与神经营养反应。,小胶质细胞和其他巨噬细胞一起参与脑组织塑型(tissuemodeling)和内环境稳定。所谓组织塑型作用可能有以下几种：清除自然死亡细胞；分泌多种生长因子和增效因子；清除若干种细胞外基质成分；在神经元迁移过程中起作用；小胶质细胞和其他定居在组织内的居室细胞一样，对脑内微环境的稳定也起重要作用，随着局部微环境的变动，小胶质细胞的表形会有很大变异；小胶质细胞还是一些受体和分泌物的重要储库。,（五）星形胶质细胞可诱导血脑屏障(BBB)的形成YasukiIshizaki(1993)指出，星形胶质细胞终足几乎包被脑毛细血管外面70%80%的面积，另外约20%为小胶质细胞及其突起包被，这可能是诱导脑微血管内皮细胞间紧密连接，及不具窗孔和维持BBB的结构基础。研究发现，在许多脑肿瘤中，BBB的瓦解常常伴有血管周围星形胶质细胞包被的异常；将脑毛细血管内皮细胞与星形胶质细胞一起培养，则可在内皮细胞上诱导出BBB的若干特征，包括氨基酸运输增强，Na+、K+-ATP酶和碱性磷酸酶活性增强，刺激葡萄糖运输，并诱导出紧密连接的结构等。可见BBB的特性是由星形胶质细胞诱导并维持的。,六）星形胶质细胞和小胶质细胞参与脑的免疫应答反应。传统概念认为，脑是与免疫系统作用“隔绝”的“特赦”器官(immunologicallyprivilegedorgan)，因为脑内没有淋巴系统，又有血脑屏障，可将许多免疫细胞和免疫物质拒之门外。但近年来的研究改变了上述概念，发现：抗体蛋白仍可经脑脊液进入脑内；脑内一些部位缺乏BBB，如室周器官，脉络丛以及软脑膜；脑内有抗原提呈细胞(antigen-presentingcells，APC)，如星形胶质细胞和小胶质细胞等。APC可将外来抗原介绍给特定的内源性分子主组织相容性复合体(MHC)，并与之结合后再激活T淋巴细胞，产生免疫反应，破坏或排斥入侵的外来物质。,在成年的脑内，小胶质细胞是定居在脑组织内的巨噬细胞，虽然他们对淋巴因子相对不敏感，但仍是抵御局部感染或损伤的第一道防线。小胶质细胞属于APC细胞，在多种病理条件下能够表达II类MHC抗原；星形胶质细胞也能产生II类MHC，可导致神经组织自身免疫疾病，如多发性硬化症。在正常生理条件下，脑内因缺乏MHC而免疫反应一般不明显；然而在一定条件下，如干扰素作用下，神经细胞和胶质细胞都能合成MHC。Lampon(1987)认为，正常脑组织缺乏MHC表达，是一种调节机制，并不是脑内缺乏MHC的结构。胶质细胞触发引起脑的免疫反应是一个正在深入研究的重要课题。,神经胶质细胞神经胶质细胞（neuroglialcell）数量较多，分布广，结构类似神经元，突起无树突和轴突之分。1.中枢神经系统的神经胶质细胞(1)星形胶质细胞astrocyte分泌神经营养因子和生长因子，对神经细胞起支持、营养、绝缘等作用，参与构成血脑屏障及中枢神经创伤修复。,(2)少突胶质细胞oligodendrocyteCNS的髓鞘形成细胞，参与CNS神经纤维的形成。(3)小胶质细胞microglia属于单核吞噬细胞系统，可转变为巨噬细胞。(4)室管膜细胞ependymocyte分布在脊髓中央管和脑室的表面，能分泌脑脊液。,星形细胞,最大的神经胶质细胞，胞体直径35微米,核呈圆球形常位于中央,淡染。它有许多长突起，其中一个或几个伸向邻近的毛细血管，突起的末端膨大形成血管足突，围绕血管的内皮基膜形成一层胶质膜。某些星形细胞突起还附着在脑、脊髓软膜和室管膜的下膜上，把软膜、室管膜与神经元分隔开。,星形细胞又分为原浆型和纤维型两种。原浆型星形细胞多见于灰质，突起较粗而多分枝，呈薄板状包围在神经元胞体及树突表面未被突触覆盖的部分，与神经元细胞之间有小的间隙。纤维型星形细胞突起长而光滑，分枝不太多，在胞体和突起的胞浆中有很多原纤维样的物质，集成大小不等的束。电镜观察表明，原浆型和纤维型星形细胞的核周围胞浆和大的突起内含有相同的细胞器，以及明显的糖原颗粒和胞浆原纤维等，说明两型可能同属一种胶质细胞。,寡突细胞,比星形细胞小，直径13微米，突起也比其他胶质细胞少而短，无血管足，胞浆中不生成纤维，但较星形细胞有更多的线粒体。寡突细胞在灰质和白质中都有，在灰质中紧靠神经元周围称为卫星细胞。人类中枢神经系统每个神经元辅有的寡突细胞数量最多。神经元的卫星细胞在对损伤起反应时数量增加，并能吞噬它们本身的髓鞘变性产物。在白质中寡突细胞在有髓鞘纤维之间成行出现。中枢神经组织的髓鞘是由寡突细胞突起形成的，因此，其功能与外周神经的许旺氏细胞相同。一个寡突细胞可以其不同的突起，形成多极神经纤维结间部位的鞘膜（可多至20个）。寡突细胞核圆而小，有浓密的染色质,细胞质电子密度大,含线粒体、核糖体和微管，这些特点使它们在电镜图中可以鉴别出来。在组织培养中看到寡突细胞有周期性的强力运动。,小胶质细胞,体小致密呈长形。核中染色质甚浓，核随细胞体的长轴亦呈长形。小胶质细胞在苏木精伊红染色切片中别具特征；突起短，密布大量小枝形似棘刺。小胶质细胞的数量虽不多,但在灰、白质中都有,有些吞噬的小胶质细胞显然来自血细胞的生成中的单核细胞干细胞，而不是神经起源的，在受伤后出现许多侵入的噬食细胞。正常情况下星形细胞有清除细胞碎片的噬食功能,2.周围神经系统的神经胶质细胞(1)施万细胞SchwanncellPNS的髓鞘形成细胞，参与PNS神经纤维的形成。还能分泌神经营养因子。(2)卫星细胞satellitecell包围在感觉神经元胞体的周围，构成神经节。,神经纤维和神经1.神经纤维nervefiber神经元的长突起+神经胶质细胞有髓神经纤维：有髓鞘、有郎飞结PNS:施万细胞。CNS:少突胶质细胞。无髓神经纤维：无髓鞘、无郎飞结,有髓神经纤维(纵切)有髓神经纤维(横切)1.神经膜2.髓鞘1.有髓神经纤维2.神经膜3.轴索4.郎飞结3.髓鞘4.轴索,2.神经nerve神经纤维神经纤维束神经神经内膜endoneurium神经束膜perineurium神经外膜epineurium,神经末梢nerveending1.感觉神经末梢（感受器）1)游离神经末梢（冷、热、痛及轻触觉）触觉小体(触觉)2)被囊神经末梢环层小体(压觉及振动觉)肌梭(本体感觉),2.运动神经末梢（效应器）(1)躯体运动神经末梢（骨骼肌）运动终板(2)内脏运动神经末梢（心肌、平滑肌、腺体）膨体,【思考题】.简述神经元的结构。.何谓突触？3.神经末梢的种类及各自的功能,