第十一章 神经系统
2011-06-08 18:28:40   来源：   作者：  评论：0 点击：

第二节 神经元间的信息传递
(Signal transmission between neurons)
人类的神经系统具有复杂的功能，不仅因为中枢神经系统内存在1011个神经元，更重要的是由于神经元之间相互连接，形成了多层次的神经回路和十分庞大的网络系统，这是完成各种信息传递和信息处理的结构基础。一个神经元与另一个神经元进行信息传递是通过突触进行的，脑内的突触数量超过1014。一个神经元的轴突分支大约可以与其他神经元形成约1000个突触联系，而一个神经元的胞体和树突上大约有10000个传入末梢形成的突触小体，小脑的浦肯野细胞(purkinje cell)大约接受10万个传入末梢。神经系统内神经元间的信息传递方式分为两类，即化学性传递与电突触传递。
一、信息传递的两种方式-化学的及电的
(Two ways of signal transmission－chemical and electrical types)
神经系统内神经元间的信息传递方式分为两类，即化学性突触传递与电突触传递。
（一）化学性突触传递
化学性传递是以神经递质作为中介完成的神经元间的信息传递。前一个神经元的电活动，通过释放的神经递质，作用于后一个神经元，使其产生膜电位的变化或产生动作电位。所以化学性传递的基本作用方式是电-化学-电。
1．经典突触的信息传递
经典突触一般是指一个神经元的轴突末梢与另一个神经元的胞体或突起相互接触并进行信息传递的部位。根据前一个神经元与后一个神经元接触部位的不同，将突触分为前一神经元的轴突与后一神经元的树突、胞体和轴突形成的突触，即轴突-树突突触、轴突-胞体突触和轴突-轴突突触三类（图11-5）。实际上中枢神经系统内的突触形成部位更为多样，前一神经元除了它的轴突末梢可以与其他神经元形成突触外，它的树突、胞体均也可与另一个神经元形成突触。
（1）突触的主要结构特点 借助电子显微镜，人们可以清楚地观察突触的细微结构（图11-6）。经典突触的突触前成分与神经-肌肉接头的接头前膜非常类似。不同的是神经--肌肉接头部位使用的递质只有一种即乙酰胆碱。而中枢神经系统内的神经递质种类很多。有的突触小体内含有两种囊泡(vesicle)，透明的较小的囊泡含有乙酰胆碱、儿茶酚胺等经典递质；有致密核心的较大囊泡，含有神经肽类物质。经典突触突触间隙的宽度(15～30nm)较神经--肌肉接头间隙(100nm)的窄。神经-肌肉接头的接头后膜是肌膜特化形成的；经典突触后膜成分则是神经元不同部位的细胞膜。突触的后膜往往增厚形成突触后致密区(postsynaptic density， PSD)。在PSD内有能与神经递质结合的相应受体。由于PSD在电子显微镜下电子密度远高于其他组织，成为辨认突触的重要标志。突触小体内的部分囊泡靠近前膜，与相对的突触后致密区共同组成突触的活性区(active zone)。一般认为，活性区是释放神经递质的功能部位。哺乳动物脑内的单个突触一般有一个或多个活性区。在不同的功能状态下，突触的形态可以发生变化，活性区的数量也可以改变，这种突触结构的改变与突触传递功能的改变密切相关，这些变化反映出突触具有可塑性(plasticity)。
（2）突触传递过程 突触传递过程是连续的，为叙述方便将其分为以下几个阶段。① 突触前膜去极化 当突触前神经元的兴奋通过动作电位的传导到达轴突终末时，突触前膜也发生去极化。② Ca2+进入突触小体 突触前膜的去极化引起活性区邻近的前膜上电压门控性Ca2+通道开放。由于细胞膜外的Ca2+浓度远高于细胞内，Ca2+通过开放的通道内流。Ca2+的内流是神经递质释放的重要条件，它的主要作用是促进突触小泡接近前膜并与之融合。③ 递质释放 囊泡膜在活性区部分与突触前膜"泊靠"(docking)、"融合"(fusion)，并形成一个"融合孔"，通过出胞作用将神经递质从融合孔排放到突触间隙；研究表明，囊泡的"泊靠"及"融合"作用都是由特异的蛋白质家族介导的。已被鉴定的蛋白质有三十余种，可按照其存在部位分为三类，即位于囊泡膜上的蛋白质、突触前膜上的蛋白质以及胞浆内的蛋白质。④ 递质与受体结合 释放入突触间隙的递质通过扩散到达突触后膜，作用于后膜上的相应受体或配体门控通道，引起后膜离子通透性的改变。⑤ 产生突触后电位 突触后膜上离子通道通透性增大，离子进入，继而引起突触后膜的膜电位改变。这种在突触后膜上形成的局部电位称作突触后电位(postsynaptic potential，PSP)。
递质释放后，原囊泡膜再重新被回收至突触前膜内，再次填充神经递质，形成突触囊泡的循环（图11-7）。排入突触间隙的神经递质通过不同途径及时清除，保证了突触部位信息传递的精确性和特异性。
2．非突触性化学传递
神经元间的信息传递，除了发生在经典的突触部位外，还可以在没有典型突触结构的部位释放神经递质，释放的化学递质经扩散到达附近的突触或远隔部位的神经元，影响多个靶细胞的功能。这种神经元间的信息传递方式称为非突触性化学传递(non-synaptic chemical transmission)。
研究发现，在肠道，肾上腺素能神经元的活动可以抑制相邻胆碱能神经元的递质释放，中间并没有突触结构；用药物阻断了肾上腺素α2型受体，可以引起乙酰胆碱释放的增加。由于肾上腺素能纤维与胆碱能神经元之间并无突触联系，说明肾上腺素能神经元活动时，以某种形式释出的去甲肾上腺素对胆碱能神经元有紧张性抑制作用。应用荧光组织化学方法发现，这种递质释放的结构基础是肾上腺素能纤维末梢的分支形成串珠状的曲张体(varicosity)，内含高浓度的去甲肾上腺素，所以曲张体具有突触前终末的功能（图11-8）。现已证明，这种曲张体形成的非突触化学传递方式也存在于中枢神经系统内。
这种非突触性化学传递方式与经典的突触传递有很大不同。首先在递质释放的神经元与效应细胞之间没有经典突触的一对一关系，其次是否成为靶细胞以及是否出现效应取决于递质扩散范围内神经元上的受体。
在化学性传递过程中，信号有明显的放大效应。一个囊泡一般含有几千个分子的神经递质，递质作用于突触后膜的受体后，可以打开上千个离子通道。此外，化学性传递引起突触后膜的改变可以是兴奋性的也可以是抑制性的，这取决于神经递质的性质以及神经递质与受体的相互作用。这种对突触后膜的两重作用对于中枢神经系统的信息整合十分重要。
3．化学性突触传递的特征
化学性突触的传递过程决定了信息经过突触的传递与神经冲动在神经纤维上的传导有着明显不同的特征。
（1）单向传递 化学性突触的信息传递只能沿单一方向。这是因为到达神经终末的神经冲动引起突触前膜释放神经递质，继之递质作用于突触后膜的受体，在突触后膜产生突触后电位，从而完成神经信息由突触前到突触后的传递过程。所以化学突触的信息传递是单方向的。但突触后的变化也可以通过某些物质传送给突触前，调节突触前的递质释放水平，这种将突触后信息传送给突触前的物质称为逆行信使，NO就是这样一种逆行信使。
（2）突触延搁 在哺乳动物的中枢神经系统内，完成一次突触传递需要大约0.5ms，这称为突触延搁(synaptic delay)。也就是说，在0.5ms的时间内，神经信息只是跨过了突触间隙(20nm)。这一传递的速度较冲动在神经纤维上的传导慢得多。形成突触延搁的原因主要是化学突触的传递过程复杂，其中包括突触前膜Ca2+通道的缓慢开放、递质释放及扩散等。
（3）对内环境变化敏感 突触传递易受内环境变化的影响，如细胞外液的钙离子Ca2+、镁离子Mg2+浓度对突触传递均有重要影响；钙离子Ca2+是递质释放的必要条件，镁离子Mg2+可以阻滞Ca2＋的作用。受体的拮抗剂及激动剂也都可以通过影响突触传递而发挥不同的作用，作用于中枢神经系统的药物，如中枢兴奋药、镇静剂和麻醉剂等，大多也是通过作用于突触部位而起作用。此外，缺氧、酸中毒等影响代谢的内环境变化，均可降低突触传递的功能。
（4）突触传递的可塑性 突触传递的可塑性是突触活动依赖性的传递功能改变。对于兴奋性稳定的组织或细胞，相同的刺激应该引起相同大小的反应，这是生理活动的一般规律。但在突触部位发现，当突触前末梢受到不同形式的条件刺激后，相同的测试刺激可以引起突触传递效应的改变，这一现象表明突触传递功能存在可塑性。强直刺激后立即出现突触电位的明显增大而且持续时间仅几秒至几分钟，称为强直后增强(post-tetanus potentiation，PTP)现象；如果出现的突触传递效应长时间(几小时甚至几天)增强，称为长时程增强(long-term potentiation，LTP)现象；如果引起的改变是突触传递效应的长时间降低，则称为长时程抑制(long-term depression，LTD)。以上三种现象均是突触传递功能可塑性的反映。它们在中枢神经系统的不同部位有着不同的表现形式，但一般认为这些现象可能与学习和记忆等脑高级功能密切相关。
（二）电突触传递
1．电突触传递的结构基础
电突触信息传递的结构基础是神经元间的缝隙连接。两个神经元在连接部位的缝隙间隔(3.．5nm)远远小于经典突触之间的突触间隙(20nm)。缝隙相对的两侧细胞膜，借"连接子"(connexon)形成架桥连接，"连接子"为由6个间隙连接蛋白(connexin)形成的半通道样的结构，两侧的半通道对接形成通道，不仅允许水及带电的离子通过，而且分子量小于1kDa的有机分子也可以通过，如cAMP、Ca2+、IP3等第二信使类物质以及小分子肽均可以通过该通道在两个神经元间交流。此外，缝隙连接两侧半通道间的偶联强度是动态变化的，这种变化可以改变通道的导通状态。神经递质是常见的影响因素和调节因素。
2．电突触的传递方式及特点
电突触进行信息传递是通过电紧张扩布实现的（图11-9）。一个神经元上的兴奋可以在缝隙连接处通过电紧张扩布到达另一神经元的邻近膜，使其发生电位改变。电突触的信息传递具有以下几个特点。
（1）信息传递快而固定。由于电突触的传递方式是电紧张扩布，几乎没有突触延搁；此外，电突触传递的大多是简单的去极化信号，较少突触整合，且不容易受内环境的影响，因此其传递效应比较固定。
（2）潜伏期短，几乎没有突触延搁。
（3）传递是双向的。
3．电突触传递的生理意义
信息传递迅速是电突触传递的主要优点。由于扩布迅速和双向传递，因而容易使具有缝隙连接的神经元间通过电传递形成同步活动。此外，还可以通过缝隙连接部位的物质交流传送神经元之间的代谢信号。
传统观点认为，电突触多见于低等动物的神经系统，但近来的研究发现，哺乳动物的神经系统内也有电突触存在；除了神经元之间的缝隙连接可以进行信息传递外，胶质细胞间的缝隙连接更加普遍，它们在信息传递中所起的作用日渐受到重视。
二、突触传递过程中突触后膜的电位变化-突触后电位
(Changes of potential in the postsynaptic membrane - postsynaptic potential, PSP)
化学突触的信息传递，由于突触前神经元释放不同的神经递质，突触后膜上分布着不同的受体，因此突触的信息传递就较神经-肌肉接头部位复杂得多。不同的递质与受体结合后，可以引起突触后膜去极化，这种局部的去极化电位就称为兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential，EPSP)；也可以引起突触后膜超极化，这种局部电位就称为抑制性突触后电位(inhibitory postsynaptic potential，IPSP)；同一递质作用于不同的受体亚型，也可以引起两种不同的电位变化。
（一）兴奋性突触后电位
兴奋性突触后电位(EPSP)的形成主要是递质与受体结合后引起突触后膜对部分阳离子（Na+和Ca2+）的通透性增大，在电化学梯度的作用下形成局部内向离子流从而使突触后膜局部去极化（图11-10）。中枢内大部分的EPSP是由于Na+内流形成的。EPSP一般在动作电位到达突触前膜后0.5～1.0ms产生，其幅度小于1mV。这种EPSP又称为快传递的兴奋性突触后电位(fast excitatory postsynaptic potential，fEPSP)。产生EPSP的突触称为兴奋性突触，其相应的神经递质称为兴奋性递质。但由于同一种递质可因为结合的受体不同而产生不同的生理效应，所以，一般将主要是产生EPSP的神经递质才称为兴奋性递质。中枢神经系统内最主要的兴奋性神经递质是谷氨酸(glutamic acid，Glu)，乙酰胆碱的主要作用也是兴奋性递质的作用。
（二）抑制性突触后电位
抑制性突触后电位(IPSP)的形成主要是突触前膜释放的神经递质与后膜的受体结合后，引起突触后膜对Cl－通道的开放，Cl－在电化学梯度的作用下内流，突触后膜出现超极化改变（图11-11）。一般将产生IPSP的突触称为抑制性突触，其相应的神经递质称为抑制性递质，释放抑制性递质的神经元称为抑制性神经元。中枢神经系统内重要的抑制性递质是γ-氨基丁酸(GABA)和甘氨酸。它们分别是脑和脊髓内抑制性中间神经元发挥作用的神经递质。
引起突触后膜出现怎样的电位变化，主要取决于递质与受体结合后形成的离子流。如在成年动物的神经系统，GABA引起突触后膜超极化，这是因为成年动物神经终末部位的膜内外离子浓度，决定了当Cl－通道打开时形成外向离子流（Cl－内流）。所以一般称GABA是抑制性神经递质；但是在新生动物的一些脑区，由于在动物发育中的神经终末膜内外的Cl－浓度与成年动物不同，当GABA作用于相同的受体后，产生的不是外向离子流而是内向离子流（Cl－外流），所以突触后膜发生去极化(EPSP)改变，这时GABA发挥了兴奋性递质的作用。
（三）慢突触电位
以上所述的突触后电位均称为快突触电位，它们由离子通道型受体介导，电位产生迅速，持续时间短。无论在中枢或外周神经系统均可以见到发生缓慢、历时长久的慢突触电位，它们的时程可以比快突触电位长一千余倍，如在交感神经节的神经元可以产生潜伏期1～5s、持续时间10～30min的十分缓慢的去极化电位，称为迟慢兴奋性突触后电位(late slow ESPS，lsEPSP)。慢突触电位的产生一般均由促代谢型受体介导，有胞内第二信使的参与。它们产生的离子机制通常是经过胞内的信号转导改变了K+的通导通状态。如果使原来开放的K+通道关闭，降低了膜电导，可以产生缓慢的去极化电位；相反，如果使膜对K+的电导增加，则产生缓慢的超极化电位。慢突触电位一般不直接引起神经元的兴奋或抑制，但影响神经元的兴奋性，影响神经元发放冲动的频率。
三、突触后神经元的兴奋与抑制
(Excitation and inhibition of postsynaptic neurons)
（一）突触后电位的总合和
在神经-肌肉接头部位的兴奋传递，运动神经纤维的每一个动作电位，均可以使接头后膜产生70mV的去极化，即可以引起接头后膜由－90mV去极化至－20mV，远远超过了邻近肌膜形成动作电位的阈电位(－55mV)。所以在神经-肌接头部位的兴奋传递可以是1:1的。中枢神经系统内的兴奋传递则不同。一个动作电位在突触后膜产生的EPSP幅度仅为0.25～0.51mV，而神经元的兴奋所需的去极化幅度大于10mV，因此在中枢神经系统内的兴奋传递必须经过突触电位的总合和。突触电位的总合和包括空间总合和与时间总合和，是突触部位所有EPSP与IPSP的代数和。神经元膜上密集分布的突触以及神经纤维经常传送的高频冲动是空间总合和与时间总合和的基础。
（二）突触后神经元的兴奋
在神经系统的信息传递过程中，突触前神经元的兴奋经过突触传递引起了突触后神经元的兴奋，即兴奋跨过了突触。兴奋的跨突触传递才能在神经通路和环路上传送，这是中枢神经系统完成各种生理功能的基础。中枢的兴奋传递必须经过突触电位的总和。
兴奋的产生部位 突触后电位经过总合和后，往往在轴突的始段--轴丘产生动作电位。这主要由于轴丘的直径较胞体与树突的直径小，纵向阻抗大，使轴丘部位易于形成较大的去极化电位；又由于轴丘膜上Na+通道的密度较胞体和树突膜高得多，产生兴奋所要求达到的去极化电位(10mvV)较胞体(30mvV)低，所以动作电位一般产生于轴丘。
（三）突触后神经元的抑制
神经系统的基本生理过程包括兴奋(excitation)和抑制(inhibition)。中枢兴奋就是上述的产生兴奋性突触后电位，以及在整合的基础上产生动作电位。中枢抑制根据其形成机制的不同，分为突触后抑制(postsynaptic inhibition)和突触前抑制(presynaptic inhibition)两类。
1．突触后抑制
（1）定义概念 突触后抑制是指抑制的产生原因是由于抑制性中间神经元的活动，使突触后膜产生了抑制性突触后电位(IPSP)，而引起的突触后神经元的兴奋性降低所致。这种抑制产生的结构基础是环路中有抑制性中间神经元的存在。
（2）突触后抑制的主要类型 突触后抑制主要有两种类型，即传入侧支性抑制(afferent collateral inhibition)和回返性抑制(recurrent inhibition)（图11-12），均可见于脊髓前角运动神经元对骨骼肌舒缩活动的调节过程中。
1）传入侧支性抑制 如图所示，感觉传入神经纤维进入脊髓后发出分支，分别与脊髓前角运动神经元和抑制性的中间神经元形成兴奋性突触联系，形成的兴奋性突触后电位均通过总合和引起脊髓前角运动神经元和抑制性中间神经元兴奋。运动神经元的兴奋通过传出神经纤维引起所支配骨骼肌（屈肌）收缩。抑制性中间神经元与另一支配伸肌（屈肌的拮抗肌）的运动神经元之间有突触联连接，当抑制性神经元兴奋后可在这个运动神经元上形成抑制性突触后电位而使其抑制，它所支配的拮抗肌舒张。这种传入侧支通过抑制性中间神经元的活动而使功能拮抗的另一神经元抑制的现象就称为传入侧支性抑制。由于这种抑制往往发生于调节同一生理活动、功能拮抗的神经元群之间，所以又称为交互抑制(reciprocal inhibition)。
2）回返性抑制 这是一种负反馈抑制。如图所示，脊髓前角运动神经元的轴突支配某一骨骼肌的活动，轴突在离开轴丘后很快发出分支，与抑制性的中间神经元形成突触联系，这类抑制性的中间神经元称为润绍Renshaw细胞(Renshaw cell)，润绍Renshaw细胞的轴突及其分支又返回来作用于运动神经元本身以及功能相同的邻近神经元。当运动神经元兴奋时，神经冲动不仅沿着轴突传到终末使受其支配的骨骼肌收缩，同时沿着轴突分支兴奋润绍Renshaw细胞，润绍Renshaw细胞的终末释放抑制性递质甘氨酸，抑制了原先发出兴奋的神经元以及相邻的同功能神经元。这种突触后抑制称为回返性抑制。这种抑制的其生理意义在于使已经发动的肌肉活动及时终止，并使同一中枢（同功能细胞群）神经元的活动协调一致。回返性抑制也见于海马等其他脑区，使这些神经元呈现同步化活动。
3）生理意义 如前所述，突触后抑制主要参与运动的控制，可以通过传入侧支性抑制使功能拮抗的中枢出现相反的效应，并通过回返性抑制使功能相同的中枢活动同步，最终使活动协调。例如当屈肌收缩时，伸肌必须舒张才能使得关节屈曲。
2．突触前抑制
（1）定义概念及结构基础 突触前抑制是指抑制的形成并非由于突触后膜产生了IPSP，而是由于突触前膜的预先去极化，致使神经冲动传来所引起的突触后的EPSP较没有预先去极化时减小，产生了不容易兴奋的抑制性效果。这种抑制产生的结构基础是在突触前膜上存在轴突-轴突性突触，即存在形式为轴突-轴突（突触前成分）-胞体（突触后成分）的串联式突触。
（2）形成机制 突触前抑制的形成机制如图11-13所示，。轴突a与轴突b的终末形成了轴-轴突触，轴突b的终末又与神经元c形成轴-体突触。我们所要讲述的突触前抑制是指b-c形成的轴-体突触而言，所以说这种结构中轴-轴突触位于突触前膜。当单纯刺激轴突b时，可使神经元c产生10mV的EPSP，单纯刺激轴突a，神经元c没有反应。但如果先刺激轴突a，再刺激轴突b，则在神经元c所记录出的EPSP明显减小，仅为5mV。这种由于突触前膜（实际上是轴突b的终末膜）的预先去极化而使EPSP减小使神经元不容易兴奋的现象即为突触前抑制。探讨神经元c突触后膜上EPSP减小的原因，可能是由于a-b突触所形成的EPSP使轴突b的末梢膜出现去极化，即膜电位的绝对值减小。轴突b的动作电位传至末梢会出现动作电位的降低。因为神经递质的释放量与动作电位的幅度有关，所以在轴-体突触释放的兴奋性递质就减少，突触后膜产生的EPSP就减小。
（3）生理意义 突触前抑制在中枢内广泛存在，主要分布于感觉传入的各级接替部位，所以突触前抑制在控制外周的感觉传入中具有重要作用。突触前抑制的主要特点是抑制产生的潜伏期较长，抑制作用的持续时间也较长。
四、化学性突触传递的中介物质
---神经递质和受体(Intermediators for chemical transmission-neurotransmitters and receptors)
从突触传递的过程可以看出，化学突触的信息传递，必须有神经递质和受体的参与。
（一）神经递质
神经递质(neurotransmitter)是介导化学突触传递的一些化学物质。，它们一般在突触前的神经元内合成，当神经元兴奋时在突触前终末释放，经突触间隙扩散，作用于突触后膜的受体并引起突触后膜的电位变化。
1．确定神经递质的标准
一般认为，确定某物质为神经递质应符合以下几个条件：
（1）在突触前神经元内有合成该物质的前体物质和酶系统；
（2）该物质可以从突触前末梢释放，并作用于后膜的相应受体发挥生理效应；
（3）实验将适当浓度的该物质施加到突触后膜，能产生与刺激突触前成分时相同的反应；
（4）突触部位存在着消除该物质的方法及途径，如存在有降解该物质的酶类或重新摄取回神经元的机制等；
（5）有特异的受体激动剂和拮抗剂，能够分别模拟或阻断该物质的生理效应。但是，虽然目前认为可能是神经递质的物质有五十余种，真正完全符合以上条件的只有少数几种。
2．神经递质的代谢
包括递质的合成、贮存、释放、清除及再利用等步骤。乙酰胆碱与胺类递质的合成多在胞浆中进行，胞浆中存在合成递质的原料和有关酶系。合成的神经递质被摄入囊泡内贮存；大分子的神经肽一般在多个细胞器里经过几个阶段合成，也在囊泡内贮存。神经递质的释放过程复杂，涉及多种蛋白的作用（见前文）。递质的清除有多种途径。乙酰胆碱(ACh)的清除是以酶分解为主。ACh被存在于突触间隙及突触后膜上的胆碱酯酶分解为胆碱和乙酸，胆碱被重新摄取回突触末梢，再用于ACh的合成。去甲肾上腺素(NE)的清除途径是通过末梢的重摄取以及酶的分解。前膜对神经递质的重摄取是清除递质的主要途径。摄取的机制主要是依靠位于细胞膜上的转运体。神经肽的清除方式可能只是扩散和被细胞外的肽酶分解，肽类递质在突触间隙清除较慢可能与它们的长效作用有关。
（1）神经递质的转运体 近年来关于不同递质的转运体的研究进展很快。研究发现递质的转运体不仅存在于突触前膜，而且存在于囊泡膜上。囊泡膜上的转运体将合成或回收的递质逆浓度梯度转运入突触小泡内，使小泡内的递质浓度远远高于胞浆。突触前膜的转运体将释放到突触间隙的递质回收入终末，及时终止递质的传递功能。转运体转运递质的方式属于继发性主动转运，其转运所需的能量来自Na+的跨膜浓度梯度。多种转运体的分子已被克隆，位于突触前膜的转运体，由于其结构与作用机制不完全相同分为两组，一组是谷氨酸转运体；另一组是转运GABA、NE、5-HT、甘氨酸和胆碱的转运体。它们在跨膜次数及转运时伴随的离子种类上有差异。如在以谷氨酸为递质的突触部位，神经元和胶质细胞膜上存在着高亲和力的谷氨酸转运体，它能逆着浓度梯度从胞外将谷氨酸转运入细胞，及时终止谷氨酸在突触间隙的传递作用，使胞外谷氨酸保持在较低的水平。谷氨酸转运体有5个类型，由500～600个氨基酸组成，具有6～8个跨膜片段。其转运过程是伴随着Na+的同向转运以及K+和H+（或OH－）的逆向转运。囊泡转运体的分子结构也已搞清楚，它们分为4组，分别转运谷氨酸、ACh、生物胺、GABA与甘氨酸。递质转运体的研究促进了新药的开发，如用于治疗抑郁症的药物。
（2）神经调质 在化学突触的信息传递过程中，神经递质的作用是直接介导了神经元间的信息传递，在突触后膜上产生突触后电位；神经调质(neuromodulator)的作用是作用于相应的受体后，调节和改变原有的突触传递效能，并不直接引起突触后电位。但由于目前对于各种神经递质的作用机制并未全面了解，所以目前认为是递质的物质也可能是调质，或兼具有调质的作用，反之亦然。目前认为神经肽的作用可能大多是起调质的作用。
（3）递质的共存 一个神经元内可以存在两种或两种以上的神经递质，这一现象称为神经递质的共存(neurotransmitter coexistence)。Dale（1935年）提出，由于神经细胞及其突起是一个统一的代谢体，在它的各个突起均应释放相同的递质。但由于当时只认识到脊髓前角运动神经元的轴突及其分支，分别与润绍Renshaw细胞和骨骼肌形成突触连接，均以乙酰胆碱作为递质。Dale提出的重要的有关化学传递的推理被另一个伟大的神经生理学家Eccles概括为一种神经元释放一种递质，并称之为戴尔原则(Dale's principle)。由于研究手段的不断改进使研究者在同一神经元内观察到了两种或两种以上的递质，使得人们重新审视和正确理解戴尔原则。即神经元可能有多种递质的共存。
（二）中枢主要的神经递质
在目前认可的五十余种侯候选递质中，按照分子量的大小分为两类，一类是小分子物质，它们大多是作用于化学突触的经典递质(transmitter)，另一类是以神经肽为主的大分子物质，由于后者作用缓慢或间接影响突触传递，有时也把它们称为神经调质（表11-3）。
Ⅰ类 Ⅱ类：单胺 Ⅲ类：氨基酸 Ⅳ类
乙酰胆碱(Acetylcholine) 去甲肾上腺素(Norepinephrine)肾上腺素(Epinephrine)多巴胺(Dopamine)5-羟色胺(Serotonin)组胺(histamine) γ-氨基丁酸(GABA)甘氨酸(Glycine)谷氨酸(Glutamate)天冬氨酸(Aspartate) 一氧化氮(Nitric oxide，NO)
1．小分子递质
小分子递质一般在突触前终末的胞浆合成，贮存在轴突终末的囊泡内。当神经冲动传来，引起一批囊泡释放递质。其递质的排放速度快，作用于后膜的受体引起突触效应所需时间短，整个突触传递过程一般在1ms左右的时间即可完成。递质释放过程中囊泡膜与突触前膜完全融合，递质释放后，经过几秒至几分钟，这部分膜又突向前膜内，与前膜脱离，进行循环再使用，包裹递质形成新的囊泡。小分子递质主要有以下几类。
（1）乙酰胆碱 乙酰胆碱(acetylcholine，ACh)是最先被确定的神经递质，也是少数几种完全符合标准的一种经典神经递质。它是神经系统内最重要的递质之一。以乙酰胆碱作为递质的神经元胞体主要分布于以下部位：大脑皮层运动区的锥体细胞；基底神经节的部分神经元；脊髓前角运动细胞；自主神经的节前神经元；大部分副交感神经的节后神经元以及少部分交感神经的神经元。乙酰胆碱的功能特征：一般认为是兴奋性神经递质，在大多数突触部位引起突触后膜产生EPSP。
（2）去甲肾上腺素 以去甲肾上腺素(NE)作为递质的神经元胞体主要位于脑干和下丘脑，尤其是低位脑干；位于低位脑干的神经元的轴突投射到广泛的脑区，参与调节情感及睡眠等脑的高级功能。NE在大部分脑区发挥兴奋性递质的作用。此外，交感神经的节后神经元也主要以NE作为递质，对器官活动的调节既有兴奋性的也有抑制性的。
（3）谷氨酸 谷氨酸是中枢神经系统内最重要的递质之一，目前资料显示它的作用基本上均为兴奋。以谷氨酸作为递质的神经元胞体大多位于感觉传入的各级接替核团；此外，海马、大脑皮层的许多神经元也以谷氨酸作为递质。
（4）多巴胺 以多巴胺(dopamine，DA)作为递质的神经元胞体主要位于中脑黑质，在这些部位的作用多为抑制性的。
（5）5-羟色胺 释放5-羟色胺(5-HT)的神经元的胞体主要位于低位脑干，突起投射到许多脑区及脊髓；到脊髓的下行投射，对痛觉传入有重要调制作用。向高位脑区的投射参与控制情感和睡眠。
（6）甘氨酸 甘氨酸(glycine，Gly)是脊髓节段重要的重要抑制性递质，脊髓对运动的调节中的回返性抑制神经元即以甘氨酸作为递质。
（7）γ-氨基丁酸 γ-氨基丁酸(GABA)是脑内最重要的抑制性神经递质。小脑、大脑皮层以及海马等脑区的大量抑制性中间神经元均以它作为神经递质。
（8）一氧化氮 一氧化氮(NO)作为神经递质尚需更多的实验证据，但它在突触部位的信息传递作用已有大量研究资料的支持。NO具有不同于其他小分子递质的特点，首先它是气体，也是第一个被认为参与信息传递的气体物质，它的半衰期很短(3～6s)；此外，它并不在囊泡内贮存而是当需要时在突触前合成后弥散到神经元外发挥作用。当它作用于突触后神经元时起到神经递质的作用；它也可以在突触后生成，扩散进入突触前，调节突触前其他递质的释放，这种作用又称为逆行信使(antidromic messenger)作用。
2．神经肽
在神经系统内已发现具有药理活性的肽类物质已达50种以上，有些过去认为是激素的物质又发现其具有递质的作用。（表11-4）列入了哺乳动物脑内的重要神经肽(neuropeptide)，它们大多数不能完全满足递质的标准。
神经肽与小分子递质有以下不同之处：主要是合成过程及部位不同，小分子递质一般在胞浆里合成，因此可以在轴突终末合成，不需要进行轴浆运输；神经肽的合成比较复杂，分几个阶段在细胞器里合成。首先在核糖体内合
神经肽 分布
P物质 脊髓，脑内多个部位
加压素 神经垂体，延髓，脊髓
催产素 神经垂体，延髓，脊髓
血管活性肠肽 下丘脑，大脑皮层，视网膜
强啡肽 导水管周围灰质，延髓
内吗啡肽 丘脑，下丘脑，纹状体
β-内啡肽 下丘脑，丘脑，脑干
神经肽Y 延髓的肾上腺素能神经元，导水管周围灰质，下丘脑
血管紧张素Ⅱ 下丘脑，杏仁核，脑干
成大分子蛋白质，然后进入内质网，在酶的作用下裂解为分子量较小的多肽片段，此为神经肽的前体，有些已经是神经肽，最后进入高尔基复合体进行包装成囊泡，通过轴浆运输到达神经终末。当神经元兴奋时，神经肽从囊泡中释放，囊泡膜分解不再重复循环使用。
（三）神经受体
1．神经受体概述
受体的一般概念是指位于细胞膜、胞浆内以及细胞核内的大分子物质，它们能识别特定的生物活性物质并与之结合，产生特定的生物学效应。能与受体特异性结合的生物活性物质称为配体。配体中与受体结合后可产生生物学效应的又称为激动剂；与受体结合可选择性对抗激动剂所引起的生物效
应的配体又称为拮抗剂。在神经元上的受体称为神经受体(neuroreceptor)，与神经递质结合的神经受体均为膜受体。
2．突触后与突触前受体
一般的神经受体位于突触后膜，它们在神经系统的信息传递中具有重要作用（见突触传递部分）。但在突触前膜也发现有受体存在。存在于突触前膜上的受体称为突触前受体(presynaptic receptor)。突触前受体根据其分布及作用分为两类：（1）自身受体(autoreceptors)。它一般位于释放递质的突触本身，其生理作用有两种，一种作用是当它们与配体结合后抑制突触前递质的进一步释放，即对递质的释放起负反馈调节。如NE作用于突触前α2型受体所引起的作用；另一作用是突触前受体与配体的结合对递质的释放起促进作用，即正反馈地调节递质释放。如中枢内位于突触前膜的N型ACh(nAChRs)受体，它们的激活可以促进ACh的释放。（2）异源受体(heteroreceptors)。存在于释放递质神经元以外的其他神经元的突触前膜，调节其他递质的释放。如nAChRs在不同脑区分别调节多巴胺、去甲肾上腺素、谷氨酸以及γ-氨基丁酸等多种递质的释放。
3．受体的作用特点
受体与配体的结合一般具有下列特点：（1）饱和性 配体与受体的结合在剂量-效应曲线上可反映出具有饱和性。这是因为分布于膜上的受体数量有限，因此能结合的配体也是有限的。（2）特异性 即受体只与特定的配体结合才能出现生物效应。（3）可逆性 受体与配体的结合是可逆的，即可以结合，结合形成配体-受体复合物；配体-受体复合物也可以分离，分离的难易可用解离常数表示。（4）失敏现象 受体如较长时间暴露于配体中，大多数受体会出现失敏(desensitization)现象，即反应性逐渐降低。不同的受体发生失敏的快慢不同。（5）受体内化(internalization) 有些受体在长期暴露于配体中时，会出现配体-受体复合物进入胞浆，这称为受体的内吞或胞内化。受体内化使膜受体数量减少。受体内化可能是受体功能出现下调(down regulation)的机制之一。
4．受体的主要作用类型
按照配体与受体结合后的胞内信号转导途径，可将神经受体分为三类，即离子通道型受体，G蛋白耦联受体和酶耦联受体。（1）离子通道型受体又称为促离子型受体或配体门控通道，它们对离子通道开和关的控制迅速，其突触传递的速度一般以毫秒计，即它们介导了快突触传递。（2）G蛋白耦联受体又称为促代谢型受体，它们的作用特点一般是引起细胞内第二信使的变化，进而影响激酶的活性，通过激酶对离子通道蛋白的作用影响特定离子的通导状态，最终引起膜电位的改变。所以由促代谢型受体介导的突触传递其离子通导改变的速度慢，一般几十毫秒到几秒，它们介导了慢突触传递。（3）酶耦联受体按其作用机制属于促代谢型受体，但它们结合的配体主要是激素和神经营养因子。前两种受体结合的配体可以是激素也可以是神经递质。关于这些受体所涉及的信号转导过程以及功能分子，在第二章第二节已有详细讲解。同一种神经递质的受体往往既有促离子型的也有促代谢型的，从而使递质的功能表现为多样性。
除以上所列主要的受体类型外，有的受体具有更为复杂的特征。如谷氨酸的NMDA（N-甲基-D-氨基天冬氨酸）受体属于配体-电压门控性离子型受体。即该受体耦联的离子通道的开放不仅取决于配体的存在，而且突触后膜的电位必须有一定程度的去极化。此外该受体由于存在甘氨酸的结合位点，所以细胞外液的甘氨酸浓度也对该受体的效应及动力学变化起着调制作用。
编码促离子型受体的基因属于相关的一个大家族，称为基因家族Ⅰ，其表达的受体有乙酰胆碱N型受体(nAChR)、γ-氨基丁酸A型受体(GABAAR)、5-HT3R、促离子型谷氨酸受体(iGluRs)以及甘氨酸受体等，其中编码促离子型的谷氨酸受体的基因属于不同于其它他配体门控通道的另一类。其它他离子门控通道均由5个亚单位组成，但通透的离子不同。Ⅱ型基因家族编码了促代谢型受体，其中主要包括mAChRs、GABABR、mGluR等。
5．受体的多样性
根据受体选择性识别的内源性配体，将受体分为乙酰胆碱受体(AChR)、谷氨酸受体(GluR)、γ-氨基丁酸受体(GABAR)、肾上腺素受体(AdR)、5-羟色胺受体(5-HTR)、多巴胺受体(DAR)甘氨酸受体(GlyR)以及识别各种肽的受体等。根据受体作用机制将同一种受体分为促离子型受体与促代谢型受体，如将GluR分为iGluR和mGluR（见前文）。再根据受体所识别的外源性的激动剂和拮抗剂，又将同一受体分为不同的亚型。如将iGluR分为NMDA(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受体、AMPA(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-iso xazole proprionate)受体以及海人藻酸(kainic acid，KA)受体，后两种受体又统称为非NMDA受体。由于分子生物学技术的应用，不断鉴定出受体新的亚基、亚基异构体以及异构体的剪接变异体，使受体亚型越来越多。如目前对于GABA受体的五聚体Cl－通道，已鉴定出5组亚基(α、β、γ、δ、ρ)，共17个异构体，理论上这些亚基异构体可能组成的通道亚型有175个。由此可以看出受体亚型的多样性。这种多样性可以解释，为什么同一种递质和受体在不同脑区却存在着反应动力学的明显差异。
6．神经系统的主要受体
受体亚型具有多样性的特点，并且不断有新的亚型被发现。限于篇幅的关系，无法将所有亚型一一列出。现根据受体作用的机制，将经典递质的主要受体亚型列表如下（表11-5）。
递质 受体 第二信使 离子通道效应
乙酰胆碱 烟碱(N)型毒蕈碱(M)型M1M2（心脏）M3M4（腺体）M5 ↑IP3，DAG↓cAMP↓cAMP↑IP3，DAG↑IP3，DAG ↑Na+，其他小离子↑Ca2+↑K+
多巴胺 D1，D5D2D3，D4 ↑cAMP↓cAMP↓cAMP ↑K+,↓Ca2+
去甲肾上腺素 α1A，α1B，α1，Dα2A，α2B，α2，Cβ1β2β3 ↑IP3，DAG↓cAMP↑cAMP↑cAMP↑cAMP ↓K+↑K+，↓Ca2+
5-羟色胺 5-HT1A5-HT1B5-HT1D5-HT2A5-HT2C5-HT35-HT4 ↓cAMP↓cAMP↓cAMP↑IP3，DAG↑IP3，DAG↑cAMP ↑K+↓K+↓K+↑Na+
腺苷 A1A2 ↓cAMP↑cAMP
谷氨酸 促代谢型促离子型AMPA，KANMDA ↑Na+↑Na+，Ca2+
γ-氨基丁酸 GABAAGABAB ↑IP3，DAG ↑Cl－↑K+，↓Ca2+
Summary
Information transmitted in CNS is mainly in the form of nerve impulses through a succession of neurons, one after another, passing the special structures named synapses. There are two major types of synapses: the chemical synapse and the electrical synapse.
Almost all the synapses used for signal transmission in the CNS of the human being are chemical synapses. The first neuron releases neurotransmitter at the chemical synapse, and this transmitter acts on the receptor in the membrane of the next neuron to change its membrane potential. The depolarization of the postsynaptic potential caused by synaptic transmission is called excitatory postsynaptic potential (EPSP), while the hyperpolarization of the postsynaptic membrane is named as inhibitory postsynaptic potential (IPSP).
The excitation (AP) of the postsynaptic neuron generates on the axon hillock if the membrane potential above the threshold potential after summation of all the postsynaptic potentials produced on postsynaptic neuron's membrane. The inhibition of the next neuron can be produced by two ways: postsynaptic inhibition (hyperpolarized inhibition) and presynaptic inhibition (depolarized inhibition).
The best known transmitters are rapidly acting small-molecular substances, including ACh, NE, 5-HT, DA, GABA, glycine and glutamate.
Electrical synapses that consist of gap junctions are characterized by direct open fluid channels that conduct electricity from one cell to the next.
The characteristics of the signal transmission at chemical synapses are: one-way propagation, synaptic delay, summation, change of excitatory rhythm, susceptible to changes of internal environment and easily fatigue.