突触及突触传递的研究概况
2021-08-29
来源:好走旅游网
动物医学进展,2004,25(6):35—37 Progress in Veterinary Medicine 突触及突触传递的研究概况 张 霞 (甘肃农业大学动物医学院,甘肃兰州730070) 中圈分类号:R338.13 文献标识码:A 文章一号:1007—5038(2004)05—0035—03 摘 要:突触是神经元发出和接受神经冲动的基 百毫秒至数分钟,已知有100多种神经递质可参与该过 本结构,神经递质是通过突触的胞吐形式来传递 程,这些递质包括胺类、氨基酸类等,同时也有谷氨酸和 所载信息,在胞吐过程中突触结合蛋白起着相当 GABA参与某些慢突触传递过程。重要的作用。三磷酸鸟苷(GTP)结合蛋白具有 1.2化学性突触囊泡胞吐过程 化学性突触由突触前膜、突触间隙、突触后膜3部 GTP酶的活性,可将GTP水解成GDP,突触结 分组成。在突触前膜内侧有致密突起,致密突起和网格 合蛋白I(SytI)是一种膜整合蛋白,起着钙感受 形成囊泡栏栅,其空隙处正好容纳一个囊泡(突触小泡, 器的作用,Ca0+结合蛋白存在于突触囊泡膜上, synaptic vesicle)。囊泡内的神经递质通过胞吐的方式 调节融合孔的开放与关闭。神经递质及相应受 来传递信息。目前认为[3],可溶性N.甲基马来酰胺敏 体在突触传递过程中是不可缺少的因素,谷氨 感因子(NSF)附着蛋白受体(SNARE)核心复合物是突 酸、 氨基丁酸(GABA)、5一羟色胺(5一HT)等及 触囊泡胞吐过程的主要物质。在形成SNARE核心复 其受体是神经系统信息传递的主要物质基础,同 合物之前,囊泡分子的空间结构处于闭合状态(close 时突触囊泡释放神经递质是一个由多种蛋白质 conformation),一旦SNARE核心复合物合成,会使突 介导的复杂过程。 触囊泡膜与突触前膜互相靠近,此时突触囊泡处于预融 关键词:突触;突触传递;神经递质 合状态(prefusion)。引起突触前膜上一种电压门控式 神经系统是生命活动中起着整合和调节作用的信 Ca2+通道开放,Caz+的内流可诱导SNARE核心复合物 息系统,神经元是神经系统的结构和功能单位,具有接 中螺旋柬聚合(zipping),促进突触囊泡膜与突触前膜融 受、整合和传递信息的功能,神经元通过一级级严谨有 合和胞裂,最终导致囊泡内神经递质的释放。此时, 序的方式形成了复杂的神经网络。突触(synapse)是神 SNARE核心复合物位于同一侧质膜面上(eis- 经元之间相互接触的部位,在反射活动中各种神经冲动 SNARE),胞质的NSF聚集至此,与SNARE核心复合 都要通过突触进行传导,冲动的传导涉及许多生物化学 物结合,NSF发挥ATP水解酶的作用,使sNARE核 物质,突触传递一直是神经生物学领域研究的重要课 心复合物解聚,通过再循环进入下一次突触囊泡胞吐过 题,而研究各种参与的化学物质是探明神经突触传递的 程。 重要内容之一。 。 虽然上述观点已被广泛接受,但Peter等的研究表 明,在适宜的离子浓度和相关蛋白质存在的条件下,不 1.1 突触的分类 需SNARE核心复合物的参与,突触囊泡膜与突触前膜 按分类依据不同,突触的种类有别,依突触的功能 也可融合[|],这就说明SNARE核心复合物并非胞质膜 可分为兴奋性突触和抑制性突触;依神经元之间的联系 融合的必需物,有可能只参与一个催化过程,该过程可 部位可分为:轴一树突触、轴一体突触、轴一轴突触;依突触 以稳定膜融合中间体或融合孔(fusion pore)[5]。这就 传递信息的方式分为化学性突触和电突触。目前被学 要求对囊泡胞吐过程中参与的蛋白质作进一步的探讨。 者们广泛认知和应用的以第三种分类占多数,但关于突 2几种主要突触结合蛋白 触的信息传递是电学过程还是化学过程的问题曾在生 突触结合蛋白是存在于神经细胞突触囊泡和内分 理学界有过长期的争论,上世纪6O年代确立了化学传 泌细胞中大分泌囊泡上的一类跨膜蛋白,是囊泡膜的重 递为主导的理论地位,认为中枢神经系统内99 以上 的信息交流是以神经递质化学释放的作用方式进行的, 要组成部分。少量的电传递方式主要存在于低等动物[1]。所以对于 2.1三磷酸鸟苷结合蛋白 能与三磷酸鸟苷(GTP)结合的蛋白质都称为GTP 突触传递的研究主要倾向于化学传递,化学传递可分为 nding proteins,简称 蛋白,G-pro— 两大类[2];快突触传递和慢突触传递。快突触传递多以 结合蛋白(GTP—bieins)。C--蛋白都具有水解GTP生成GDP的能力,即 谷氨酸(G1u)及7一氨基丁酸(GABA)为递质,传递过程 t 蛋白家族中最主要 在不到1毫秒的时间内完成;而慢突触传递过程则需数 具有GTP酶(GTPase)的活性。收稿日期:2004-02-26 作者筒介:张霞(1972--),女,甘肃人,讲师,在读博士研究生,主要从事动物生理学的教学和科研工作。 1 突触的分类及基本特性 36 动物医学进展2004年第25卷第6期(总第134期) 的一类为3种亚基a、8、 构成的异三聚体蛋白质,3种 3.1 谷氨酸 亚基的 蛋白中,a亚基的差别最大,因a亚基的不同 谷氨酸(Glu)介导哺乳动物中枢神经系统绝大多数 可分为Gs、Gi、Go、Gq等多种类型[6]。GTP结合蛋白 突触的快速兴奋性传递,参与几乎所有脑功能的调节过 在突触囊泡胞吐过程中通过结合GTP而发挥GTPase 程。谷氨酸受体有两种:促代谢型受体(metabotropic 的活性,水解GTP,在SNARE核心复合物形成中发生 receptor)和促离子型受体(ionotropic receptor)。促代 短暂作用,可通过抑制突触囊泡的胞吐过程来调节神经 谢型谷氨酸受体(mGluRs)属于 蛋白耦联受体,通过 递质的释放。作为一种调节性分子, 蛋白激活和失活 激活 蛋白使细胞内的第二信使物质三磷酸肌醇 状态的转换由其水解GTP的速度来决定,当 蛋白与 (IP。)和二酰甘油(DG)水平升高,使细胞内cAMP水平 效应蛋白和GTP酶激活蛋白(GTPase-activating pro— 降低而发挥其生物学效应。大多数mGluRs位于突触 teins,GAPs)结合时,GTP酶活性增强,加速激活的 前膜,对谷氨酸及其它神经递质的释放起反馈调节作 蛋白失活[7]。在突触传递信息过程中,多数神经递质受 用。促离子型受体属于配体化学门控通道,包括NM— 体与 蛋白耦联,通过激活或抑制 蛋白产生第二信 DA、AMPA和KA受体共有14种亚型[1 。KA受体 使而发挥其生物学效应 和AMPA受体开放时,允许Na 内流和K 外流,而 2.2 突触结合蛋白I NMDA受体为一种独特的双重门控通道[1引,也就是说 突触结合蛋白I(sytI)是存在于神经细胞突触囊泡 既受电压门控又受递质门控,当NDMA、谷氨酸与其相 上的膜整合蛋白,是在神经递质释放过程中起调节作用 应受体结合时,可以打开在静息状态下被Mg2 阻塞的 的一个重要蛋白质,2O世纪8O年代发现sytI由一个单 离子通道,诱导Na 、K 、Ca 通透性增加,引起Ca2 链的跨膜区和胞质区(C2AB)组成[8]。大鼠的syt1分 内流,进一步激活Ca 依赖酶,引起一系列的生理生化 子量为65 ku,由426个氨基酸组成,sytI的胞质片段为 过程。因此谷氨酸作为神经系统最主要的兴奋性神经 C2AB,即由高度保守的两个拷贝的C2结构域组成,靠 递质,在机体的生理和病理过程发挥重要作用。 近囊泡膜的一端为C2A,远离的一端为C2B,且与蛋白 3.2 一氨基丁酸 激酶C2调节区同源[g]。C2结构域由130个氨基酸残 7一氨基丁酸(7一aminobutyric acid,GABA)为哺乳 基组成,其折叠成八链口三明治结构,3个柔韧的环从 动物中枢神经系统最主要的抑制性神经递质1"19]。 结构域的顶端伸出,其中的两个形成一个口袋,为钙离 GABA受体可分为3种亚型:G_&BAA、GABAB、 子的结合部位Ⅱ 。Femandez—Chacon R等[1妇通过基因 GABAc[1引。GABAA受体属于配体门控通道,当 敲除实验,表明sytI在突触囊泡胞吐的膜融合过程中 GABA 与相应的受体位点结合时,可激活受体,打开 起钙感受器的作用,对神经递质的释放至关重要。而 C1-通道,引起C1-内流使膜产生超极化,而发挥抑制效 Ernst J A等Ⅱ 认为sytI的胞质区(C2AB)位于突触囊 应。GABA 受体为 蛋白耦联受体,通过激活受体使 泡的活化区,到达神经细胞的信号可引起钙离子浓度的 细胞内第二信使cAMP水平降低,打开K 通道而发挥 迅速增加,使钙离子与C2AB结合,诱导囊泡靠近突触 其效应,使神经信号在突触问进行传递。在整个传导过 前膜,同时伴随SNARE蛋白的作用,启动囊泡和突触 程中,需要GABA转运蛋白(GAT)来调节和控制神经 前膜的融合和神经递质的释放。 信号传递的强弱和时程的长短。为此,GABA作为抑 2.3 Ca什结合蛋白 制性神经递质在神经网络系统中发挥不可忽视的作用。 Synaptotagmin是一种位于突触囊泡膜上的Ca 3.3 5一羟色胺 结合蛋白口引,Ca抖可诱导其插入突触前膜或作用于融 5一羟色胺(5一HT)递质系统主要存在于中枢[1引,到 合孔,从而成为调控神经递质释放的阳性蛋白,另外,在 目前为止,5一HT受体家族已知的有5-HT 1~7共7种 兴奋一分泌耦联过程中,Synaptotagmin可与SNARE复 受体,且在5一HT1受体中又分出5一HT1A、1B、1D、1E、 合物结合,抑制其聚合和膜的融合,以便ca 内流诱导 1F五个亚型,在5一HT2受体中分出5一HT2A、2B、2C 3 囊泡胞吐过程[1引。而Wang C T等[1 研究表明,Syn— 个亚型,在5一HT5受体中分出5一HT5A、5B两个亚型, aptotagmin通过稳定融合孔处的脂质和/或膜蛋白核心 在这些受体中,除了5一HT2A、2B受体以外,其它受体 复合物,象“阀门”一样来调控融合孔的直径和开放时 在中枢神经系统中都有分布,但每个脑区的5-HT受体 间。目前对于Synaptotagmin的生理活性学者们的观 亚型有其各自的独特性[2 。5一HT受体亚型若分布在 点各异,做最后的结论还有待于进一步的研究证实。 5一HT神经元胞体上,则称为自身受体。Halos研究认 为[2u,5一HT1A除了作为自身受体外,还可分布在突触 神经递质(neurotransmitter)是指突触前神经元合 后膜,影响去甲肾上腺素(NE)的释放。大多数的5一HT 成并在末梢处释放,经突触间隙扩散,特异性地作用于 受体都与 蛋白和腺苷酸环化酶(Ac)或磷脂酶耦联, 突触后神经元或效应器细胞上的受体,引起信息从突触 但不同亚型的受体与 蛋白家族中不同亚基的 蛋白 前传递到突触后的一些化学物质[1引。如胆碱类的乙酰 耦联,发挥其生理功能。 胆碱,单胺类的多巴胺/去甲肾上腺素和天门冬氨酸/甘 4 结束语 氨酸等氨基酸类的化学物质。神经递质可分为周围神 突触是神经元发挥功能的关键部位,而化学性突触 经递质和中枢神经递质。 是神经元之间信息交流的结构。突触通过神经递质来 3 中枢神经系统几种主要的神经递质及受体 张 霞:突触及突触传递的研究概况 37 Chem,1998,273:1529-1533. 进行细胞间的信号传递,而神经递质的释放是神经系统 r83 Matthew W D,Tsavaler L,Reichardt L F_Identification of a synap- 信息传递的基本过程,也是神经系统行使功能以及传递 tic vesicle-specific protein with a wide tissue distribution in neuronal 信息的基础,所以对于突触囊泡胞吐过程和突触递质释 and neurosecretory tissue[J].Cell Biol,1981。91(1)I257-269. [9]Sudhof T C.Synaptotagmins1 why so nanny[J].Bio】G ,2002,277 放的分子机制日益成为神经科学领域的一个热点问题, (10):7629-7632. 但突触神经递质的释放及囊泡胞吐过程是由多种复杂 [1O]Sutton R B,Davletov B A,Berghuis A M,et aL Structure of the first C2 domain of synaptotagmln I I a novd Ca2 /phospholipid 的蛋白质所介导,并在每个环节上需要精确的调控,因 binding foId[J].Cell。1995,80(6)I929-938. 此还需要通过电生理、神经学、生理生化、基因组学、蛋 [11]Fernandez-Chacon R,Zonigstoder A,Gerber S H,et a1.Synapto- tagmin I functions as a calcium regulator of release probability[J]. 白质组学等学科领域的结合,来进一步认识突触。神经 Nature,2001,410(6824):41-49. 系统是最复杂的生理系统,而突触可谓神经系统发挥功 [12]Ernst J A,Brunger A T.Biochemical studie8 of calcium dependent 能的关键所在,所以对于突触的研究,为揭开整个神经 exocytosis:interaction of synaptot ̄min with SNARE complex [刀.Mol Biol Cell,2001,12(supp1)I2607. 系统功能的“神秘性”起着决定性的作用,为脑部的病变 和神经疾患的进一步认识提供依据。 [13]Brose N,Petrenko A G,Sudhof T C,et aL Sznapw ̄ninIa calei— um sensor on the synaptic veside surface[刀.Science,1992,256 (5059):1021—1025. 参考文献: tleton J T.Genetic and molecular analysis of the [1]Greengard P.The neurobiology of slow synaptic transmission[J]. [14] AdoHen B,Litsynaptotagmin family[J].Cell Mol Life Sci。2001,58;393—402. Sdence。2001。294 l 1024—1029. r153 Wang C T,Orishanin R,E ̄lca C A,et a1.Synaptotagmln modula- [23 Greengard P。Nairn A C,Giratdt J,et a1.The DAI P-32 protein tlon of fusion pore kinetics in regulated exocytosis of dense-core phosphatase-1 cascade I a model for signal integration[J].Brain Re— vesicles[J].Science。2001,294;1111-1115. search Reviews,1998,26 I274-284. ]姚泰.生理学(第5版)[M].北京t人民卫生出版社,2001. [33 chen Y A。Scheller R H.SNARE—Mediated Membrane Fusion[J]. [16[17]张策,刘荣建,乔健天.突触前代谢型谷氨酸受体调节神经递质 的释放[刀.生理科学进展,2002,33(4)t293-297. [43 Peters C。Bayer M J,Buhler S,et a1.Trans-complex formation by 朱依纯,姚泰.神经活性甾体对神经元的作用[J].生理 prote ̄lipid channds in the termlnal phase of membrane fusion[J]. [183黄莺,科学进展,2002,33(1)l12-16. Nature,2001,409I581-588. 费俭,郭礼和. 氨基丁酸(G lA)转运蛋白的结构、功 [53 Schoch S。Deak F。Konigstoder A,et a1.SNARE Function Ana— [19]胡佳华,能和调控[J].细胞生物学杂志,2003,25(3)。129—132. lyzed in Synaptobrevin/VAMP Knockout M/ce[J].Sdence。2001, 294 l 1117—1122. [203高胃飞,王雪琦,何成,等.抑郁症单胺类递质受体研究进展[J]. 生理科学进展,2002,33(1)t17-20. [6]Berman D M,Gihnan A G.M ̄,mmalian RGS proteinlbarbarinsa at [213 HajosrKorcsok E,Sharp T.Effect of 5-HT(1A)receptor ligalld8 the gate ̄J].Biol Chem,1998,273:1269-1272. Nature Rev Mol Cen Biol,2001,(2)I98-106. [7] Sriniva8a S P,watson N,Overton M C,et a1.Mechanism of RGS4, a GTPase-actirating protein for G protein&subunits[J].Biol on Fos-like immonorcactivity in rat brain:evidence for activation of nora ̄energlc transismsion[J].Synapse,1999,34l145-153. Discussion of the Study on the Synapses and Synaptic Transmission ZHANG Xia (Faculty of Veterinary Medicine,GansuAgricultural University,Lanzhou,Gansu,730070,China) Abstract:Synapse is the basic unit through which neurons transmit and receive the signals,many neurotrans— mitters transmit their information by the exocytosis means of synapse,and during the course of exocytosis,the several synapse binding proteins playan important role.Guanosine triphosphate(GTP)binding protein has fl activity of like-GTPase by which GTP is hydrolyzed into guanosine diphosphate(GDP).Sytl is fl membrane integration protein,has function of calcium sensor.The calcium binding protein,lying on the membrane of synapse vesicle,regulates the fusion pore.The neurotransmitters and their receptors are the indispensable ele— ments in the synaptic transmission,such as glutamic acid,7一aminobutyric acid(GABA),5-hydroxytrytamine(5一 HT)and their receptors,and so on,are the materia1 base on which the information of nerve system is transmit— ted.At the same time,the releasing of neurotransmitters by synapse vesicle is fl complex procedure mediated by many proteins. Key words:synapse I synaptic transmission;neurotransmitter 《动物医学进展》由教育部主管、西北农林科技大学主办的动物医学类学术性刊物,主要报道 国内外动物医学先进的理论与技术,基础与临床兼顾。以文献综述、研究论文、调查研究和临床资 料为主要栏目,报道基础兽医学、预防兽医学、临床兽医学等方面的最新进展和科技成果,直接服 务于科研、教学和生产。 《动物医学进展》在各级党政领导的关心和支持下,经国家科技部批准从2005年由双月刊改为 月刊,期刊信息量增加,报道时差缩短,可读性增强。内文纸张改为8O克双胶纸,印刷精美,版式和 谐,字体清晰。本刊得到了广大读者和作者的厚爱,我们欢迎大家积极投稿,长期支持我们的工作! <动物医学进展>编辑部