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神经递质

神经递质是在化学性突触信息传递过程中的化学介导物质,它由突触前膜释放,经突触间隙扩散到突触后膜,并与相应受体结合而产生作用。

(一)神经递质的特点

并不是所有神经细胞中存在的化学信息分子都称为神经递质,确定是否是神经递质,应满足以下条件。

(1)可在突触前神经元中合成并贮存在囊泡。因此该神经元中应具有合成该化学物质的酶系统。

(2)受到适宜刺激时,能从突触前神经元释放出来。

(3)与突触后膜上的受体结合并产生一定的生理效应。

(4)在突触中有使其失活的机制。

只有符合这些条件才是神经递质。但确实存在一些不完全满足上述条件的物质,它们对突触的功能也有一定作用。由于它们不具备典型神经递质的特性而被称为神经调质。实际上,有时神经递质和神经调质的界限并不十分明确。

(二)神经递质的分类

自从20世纪20年代发现迷走神经释放ACh后,新的神经递质不断被发现,特别是70年代以后,神经肽的发现,使神经递质的数目大大增加,目前已知的有近百种。现按化学性质将主要的列出如下。

1.乙酰胆碱

2.单胺类:去甲肾上腺素(NE),肾上腺素(E),多巴胺(DA)和5羟色胺(5-HT)。

3.氨基酸:γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酸(Glu)等。

4.神经肽

(1)阿片肽: 脑啡肽、内啡肽、强啡肽等。(2)脑-肠肽: P物质、胃泌素、胆囊收缩素(CCK)、胰高血糖素、促胰液素、血管活性肠肽(VIP)等。(3)激素: 促甲状腺素释放激素(TRH)、生长激素、生长抑素、促肾上腺皮质激素释放激素(ACTH)等。(4)细胞因子: 白细胞介素-1、白细胞介素-2、白细胞介素-6等。(5)其他肽类:血管紧张素Ⅱ,缓激肽,神经肽Y(NPY) 等。

5.其他:嘌呤、 组织胺、 一氧化氮(NO)等。

以上分类方法主要是根据神经递质的化学结构。还可以根据神经递质的其他属性,例如根据它们的分布,分成中枢神经递质及外周神经递质。也有人将上述前三类合称经典神经递质(或传统神经递质),因此将神经递质分为经典神经递质和神经肽两类。

(三) 神经递质的合成、贮存、释放、失活及降解

1.合成 作为神经递质的必要条件之一,是神经递质能在细胞内合成。目前已知,肽类神经递质的前体在胞体内合成;而经典神经递质,则在神经纤维的末梢中合成。神经肽的合成实际上是蛋白质的合成。它是由DNA经转录过程形成相应的mRNA,再经翻译形成相应的神经肽前体。前体形成后再经酶的剪切形成有活性的神经肽。经典神经递质是由一系列酶促反应而形成。例如合成NE,需经以下的反应过程:

                酪氨酸羟化酶(TH)              多巴脱羧酶(DDC)         多巴胺β羟化酶(DβH)

酪氨酸(Tyrosine)------------→L-多巴(L-Dopa) -----------→多巴胺(DA)-----------------→去甲肾上腺素(NE)

上述全部合成反应在末梢进行。反应中最后一步合成NE,是在末梢上的囊泡内进行的。因此,NE囊泡中含有多巴胺β羟化酶。而囊泡也就成为合成NE的部位之一。

2.贮存 神经递质合成后一般都贮存于囊泡之中。囊泡中的神经递质浓度大大高于胞浆。形成这种浓度梯度是靠囊泡膜上的主动转运机制实现的。囊泡的另一作用是保护神经递质,囊泡中的神经递质由于有囊泡膜的保护可以免遭胞浆中酶的破坏。此外,有些囊泡(如上述NE囊泡)还是递质合成的部位。因为发现囊泡中有高浓度的多巴胺β羟化酶,说明NE合成的最后一步是在囊泡中进行的。


神经递质释放示意图

3.释放 在冲动的影响下,囊泡首先向突触前膜移动。Ca2+由膜外进入膜内可使囊泡与突触前膜贴紧并融合起来,然后破裂,以胞吐形式将神经递质释放到突触间隙之中。释放过程中Ca2+由膜外进入膜内是神经递质的必需条件,这种释放又称为Ca2+依赖释放。由于神经递质的释放是一种 Ca2+依赖释放,有时在研究中要求证明某种物质的神经递质特性则可以检查这种物质是否为 Ca2+依赖释放。如果能够证明这种物质是Ca2+依赖释放, 则可以说明它的释放是神经递质样的释放, 而不是由于细胞膜的破损由胞内泄漏出来的。

4.失活 大多数经典神经递质释放后,可被再重新吸收回来,从而降低了突触间隙中的递质浓度,使作用中止。ACh的失活方式不同,它是由生物活性极强的乙酰胆碱酯酶将其降解从而失活。神经肽失活方式主要靠酶的降解和弥散使突触间隙中的浓度降低。

5.降解 神经递质在突触中都有一定的存活周期,最后被降解。降解也是在酶的作用下完成的。每一种神经递质都有各自特异的酶。有关各种经递质的降解酶系统,将在以后讨论各个神经递质时提到。在药理学上往往可以利用药物对神经递质的合成、贮存、释放、失活以及降解等各个环节的作用达到增强或降低某种递质作用的目的。例如某神经递质的合成抑制剂可以降低神经递质的合成从而降低其功能。降解酶抑制剂则可使降解减慢从而加强神经递质的作用。囊泡贮存抑制剂可抑制神经递质贮存于囊泡中,使其易受胞浆酶的降解,耗竭某种神经递质,使其功能降低。重吸收抑制剂,可以使某种神经递质的重吸收(再摄取)降低,增加突触间隙中神经递质的浓度,使其功能提高。这些药物有些已应用于临床。此外,它们也是研究神经递质功能的有效工具药。

(四)神经递质的共存

过去认为一种神经纤维只能释放一种神经递质,甚至将其看成是一种法则而称之为Dale原理。遵循这一原理,因此将释放ACh的神经纤维称之为“胆碱能纤维”,将能释放5-HT的神经纤维称之为“5-HT能神经纤维”。后来人们发现一些释放经典神经递质的神经纤维可以同时释放某些神经肽。例如外周颈上神经节中有些释放NE的神经元可同时释放NPY(神经肽Y)。有些腹腔交感神经可同时释放NE和生长抑素。在中枢,5-HT可与P物质共存;多巴胺可与CCK(胆囊收缩素)共存等等。 近来在肠道神经丛内发现一个神经末梢可释放多达6种不同的神经递质。

共存的意义和作用目前还不十分了解。有的共存递质可能起着相互加强的作用。例如在NE与NPY的共存中,NPY可加强NE的作用。

一根神经纤维可释放多种神经递质的现象,向人们提出了一个很有意思的问题,即神经系统的化学编码。例如一种能释放3种神经递质的神经纤维,它可以采用多种方式释放递质:释放1种神经递质;同时释放2种或3种神经递质;也可以采用释放1、3;1、2;2、3等方式。这样,神经递质的释放可以形成不同的化学编码。前面谈到的编码,是指空间上的编码。实际上这种编码还可以形成不同时间的编码,即不同神经递质释放的先后次序不同。例如同是1、3编码,如果在时间上先释放1后释放3和先释放3后释放1,可能传递的信息特性是不同的。各种不同的化学编码代表不同意义的信息传递。试想一根能释放六种神经递质的纤维,可形成多少种时间和空间上的编码? 这些不同的编码究竟有什么不同的作用?其机制如何?目前了解还很少。


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