人体及动物生理学
第四章
突触传递和突触活动的调节
（一）神经—肌肉接头处的兴奋传递
1897年,英国生理学家Sherrington(谢灵顿)通过对
脊髓反射的长期精心观察后,使用“突触”
(synapse)这个术语 ，用以表示两个可兴奋细胞之
间的机能联系部位。
突触可根据其结构特征及信息传递机制分为：化学
性突触和电突触。
神经肌肉传递(neuromuscular junction)为化学性
突触。
1、N-M接头结构（一种
突触）

接头前膜

接头间隙

接头后膜/终板膜
 运动单位: 一个运动神经
元及其軸突所支配的全部
肌纤维构成的功能单位。
神经肌肉传递是电信号-化学信号-电信号的
复杂转换过程
终板电位（EPP: End-plate potential）
 终板电位=终板膜上的局部去极化电位
终板电位的特点：
1）属于局部反应，非“全或无”式；
2）电紧张式扩布；
3）具有总和效应。
终板电位：乙酰胆碱作用于终板膜而产生
 多方面证据表明ACh是神经-肌肉传递的递质:
（1）支配骨骼肌的运动神经元内含有合成ACh的原
料：胆碱、乙酰辅酶A及胆碱乙酰化酶；
（2）在靠近肌肉的小动脉内注入少量Ach，可引起
肌肉收缩；
（3）微电泳少量Ach至终板膜表面，可在终板区记
录到终板电位；
（4）将Ach导入到终板膜内表面或非终板区肌膜不
能产生终板电位；
（5）刺激箭毒化的神经-肌肉标本不能引起肌肉收缩，
但灌流液中仍能测到Ach；
（6）终板膜上存在乙酰胆碱酯酶AChE，施加该酶的
抑制剂（毒扁豆碱、新斯的明）可使终板电位显著
延长。
 Ca 2+是神经冲动导致突触前终末释放ACh的偶联因
子
 实验研究结果表明：无论是Na+流或K+流，都不是
ACh的释放所绝对必需的，而Ca2+在上述偶联过程
中起了关键性的作用；
 当Ca2+进入突触前膜后，激活了钙依赖蛋白激酶，
使突触囊泡能够向突触前膜移动并导致递质的释放。
 神经冲动传导到突触前终末进而引起ACh释放，意
味着电信号转换成化学信号，同时表明突触前终末
除了有兴奋功能外，尚有分泌功能。
 电信号和化学信号(兴奋及分泌)，是两个不同的过
程，其间也一定有一个中介过程联系起来。这个中
介过程称为兴奋-分泌偶联(excitation-secretion
coupling)
 Ach被释放后扩散至终板膜与N型ACh受体结合导
致终板电位产生
 N型ACh受体(nAChR)，5个亚单位，亚单位的作
用； Na+内流大于K+外流。
 箭毒和尼古丁分别是ACh的受体竞争剂和激动剂。
 ACh在终板膜起作用后立即失活并被清除出终板区
清除的途径可能有两种:
1）有少量的ACh扩散到终板区外；
2）终板区存在使ACh失活的机制：
 AChE可使ACh迅速水解为胆碱和乙酸而失去活性。
 抗胆碱酯酶物质，如毒扁豆碱（依色林eserine）、新斯的
明neostigmine)可使AChE失活。
 去极化阻滞(depolarization block)：经抗胆碱酯酶物质处
理的神经肌肉标本，一次兴奋后，由于ACh未能及时水解，
终板膜上受体通道始终处于开放状态，终板膜处于持续去极
化状态，电压门控Na+通道不能被重新激活，肌细胞膜不能
产生AP，反而导致传导阻滞。
 有机磷农药也可抑制AChE，可用解磷毒恢复AChE活性.
微终板电位的发现导致“量子释放”理
论的提出：
 Katz和Fatt在20世纪50年代初首先发现终板
膜上一系列微小的间隙自发放电：振幅为
0.5-1mV的全或无式的去极化,频率平均每秒
一次,但两次放电的时间间隔完全是随机的，
其波形、时程都与终板电位相似。因此称为
微终板电位(MEPP：miniature end-plate
potential)。微终板电位的最重要的特性，是
具有固定的振幅。
 膜片钳（Patch-clamp）研究：一个Ach分子只能引
起0.3 µV的去极化，不可能产生一个MEPP
 Katz等于1991年通过膜片钳技术证明：
要产生一个0.5-1 mv的MEPP→需1000个受体通道
→至少需2000个Ach分子→考虑到递质被破坏和扩
散等其他损失，则需要5,000-10,000个ACh→大约是
一个囊泡所含的递质（104左右）。
 微终板电位成因：由于运动神经元的轴突能不断地合
成ACh并贮存于囊泡，突触前终末内的ACh可能“过
剩”，因此，即使在没有神经冲动到达的时候，也会
不断地有个别囊泡破裂，其中ACh分子逸漏出来作用
于突触后膜。
 一个囊泡的递质含量是突触前终末递质释放的
基本单位。Katz和Fatt将这样的一个单位称作
一个量子(quantum),这种释放方式叫作量子释
放(quantum release)
 神经冲动传导到突触前终末时，差不多同时有
200---300个囊泡同时释放递质至终板膜，引起
终板电位。终板电位由量子单位组成，每一个
单位相当于一个微终板电位。
 终板电位扩布至终板膜附近的肌细胞膜，引起
该处肌细胞膜去极化，当去极化达阈电位水平
时，便爆发动作电位，并沿肌细胞膜进行非递
减性传导，最终引起肌细胞收缩。
N-M接头处的兴奋传递过程：
当神经冲动传到轴突末梢
膜Ca2＋通道开放，膜外Ca2＋向膜内流动
接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中ACh释放(量子释放)
ACh与终板膜上的N2受体结合，受体蛋白分子构型改变
终板膜对Na＋、K＋ (尤其是Na＋)通透性↑
终板膜去极化→终板电位（EPP）
EPP电紧张性扩布至附近肌细胞膜
去极化达到阈电位
爆发肌细胞膜动作电位
（二）神经元突触
电突触
化学突触
蛋白亚单位
细胞膜
细胞间隙
突触的连接形式
经典突触分类：
轴突-胞体
轴突-树突
轴突-轴突
按功能分类：
兴奋性突触
抑制性突触
含球形小泡的突触
含扁形小泡的突触
含致密核心小泡的突触
缝隙连接
混合突触
交互突触
连续突触
H 桥粒连接
突触的活动
1. 突触后电位
(1) 兴奋性突触后电位：
( excitatory postsynaptic potential , EPSP )
 后膜的膜电位在递质作
用下发生去极化改变 ,
使该突触后神经元对其
它刺激的兴奋性升高，
这种电位变化称为兴奋
性突触后电位。
 EPSP的空间和时间总和
P51图4-8
兴奋性突触后电位(EPSP)
突触前轴突末梢的AP
Ca2+内流：降低轴浆粘度和
消除突触前膜内的负电位
突触小泡中兴奋性递质释放
递质与突触后膜受体结合
突触后膜离子通道开放
Na+(主) K+通透性↑
Na+内流、 K+外流
去极化
EPSP
(2) 抑制性突触后电位
( inhibitory postsynaptic potential, IPSP )
 后膜的膜电位在递质作用下发生超极化
改变,使该突触后神经元对刺激产生兴奋
性的能力下降，这种电位变化称为抑制
性突触后电位。
抑制性突触后电位(IPSP)
突触前轴突末梢的AP
Ca2+内流：降低轴浆粘度和
消除突触前膜内的负电位
突触小泡中抑制性递质释放
递质与突触后膜受体结合
突触后膜离子通道开放
Cl-(主) K+通透性↑
Cl-内流、 K+外流
超极化
IPSP
突触活动的调节
突触前抑制与易化
突触后抑制
1.突触前抑制
⑴结构基础:
轴2-轴1-胞3串联突触。
⑵概念：
通过改变突触前膜(轴 1)电位
使突触后N元兴奋性降低的抑
制称为突触前抑制。
⑶意义: 减少或排除干扰信
息的传入，使感觉功能更为精 实验A：刺激轴突1时，胞3产生
10mV的EPSP；
细。
实验B：先刺激轴突2，再刺激
轴突1时，胞3产生5mV的EPSP。
⑷机制：见下页
刺激轴2
轴2兴奋释放递质
轴1部分去极化
同时刺激轴1
轴1产生AP幅度↓
轴1 Ca2+内流量↓
轴1释放递质量↓
胞3EPSP幅度↓
特征：是去极化抑制。
胞3不易总和达到阈电位而兴奋 = 胞3抑制
2、长时程增强（LTP: Long-term potentiation）
 短时间内快速重复刺激突触前神经元后，突触后神
经元产生一种快速形成的并持续较长时间(几小时数周)的突触后电位。
LTP被认为与学习和记忆的形成有关，并可
能会引起突触结构变化。
 An exciting experiment:
Dr. Joe Tsien and his students and
collaborators at Princeton University通过基
因工程技术改变小鼠NMDA受体结构，使其
结合一个分子Glutamate后能被激活较长时间，
发现小鼠的学习能力提高！
 长时程抑制(long-term
depression, LTD)：
与LTP相反（如低频刺激时），说明突触传
递的效率有时也会降低。
可能原因：
突触受体数减少；
受体对递质的敏感度下降-受体脱敏
3.突触后抑制
⑴ 传入侧支性抑制
协调不同中枢的活动
⑵ 回返性抑制
使活动及时终止(同步化)
突触传递的特征：与兴奋传导比较
(1) 单向传递：突触前N元→突触后N元。
(2) 中枢延搁：需时0.3～0.5ms/突触。
(3) 突触活动的可塑性：LTP/LTD
(4) 对内、外环境变化的敏感性
细胞内、外Ca2+浓度变化；
受体激动剂（agonist）和拮抗剂（antagonist）
缺氧、CO2浓度升高、麻醉剂等
(5)易疲劳性：与递质的耗竭有关。
（三）神经递质和调质
神经递质与调质
1.神经递质（neurotransmitter）的标准:
⑴ 突触前神经元内具有合成神经递质的物质及酶系统，能
够合成该递质。
⑵ 递质贮存于突触小泡，冲动到达时能释放入突触间隙。
⑶ 能与突触后膜受体结合发挥特定的生理作用。
⑷ 突触后膜有能使该递质失活的酶或其它环节 （如重摄
取）。
⑸ 用受体激动剂或阻断剂能加强或阻断递质的作用。
2.神经调质(neuromodulator)
 概念：某些神经肽自轴突末梢释放后，对
效应细胞不起直接的信息传递作用（不引
起EPSP / IPSP），而是控制突触前末梢
的递质释放量或者突触后成分对递质的反
应，起着神经调制物或称神经调质的作用。
 神经调质通过G-protein偶联的第二信使，
改变神经元代谢过程（包括酶的活动、基
因转录及蛋白质合成等）。
3.神经递质/调质共存
以前认为：一N元内只存在一种递质=Dale’s原则。
近来认为 ：一N元内可存在二种或二种以上的递质与调质。
免疫荧光双标记或多色荧光标记研究技术
神经递质和调质的分类
分类
家
族
成
员
胆碱类
胺类
乙酰胆碱
多巴胺、NE、5—HT、组胺
氨基酸类
谷氨酸、门冬氨酸、 GABA、甘氨酸
肽类
下丘脑调节肽、ADH、催产素、阿片肽、
脑-肠肽、AⅡ、心房钠尿肽等
嘌呤类
腺苷、ATP
气体
NO、CO
脂类
PG类
递质受体(receptor)
1.概念：
激动剂(agonist)：与递质类似，能与受体发
配
体
生特异性结合并产生生物效应。
拮抗剂(antagonist)：能与受体发生特异性
结合不产生生物效应的化学物质。
2.受体与配体结合的特性：特异性、饱和性、
可逆性。
3.分类：
分布部位分：突触前受体、突触后受体
生物效应分：
离子通道受体: nAChR(ionotropic R)
G蛋白偶联受体:mAChR(metabotropic R)
胆碱能受体(N、M)
肾上腺素能受体(α、β)
结合递质分： 5-HT受体(7个亚型)
谷氨酸受体(NMDA, AMPA, Kainate)
GABA受体(GABAA, GABAB)
主要神经递质及受体(P58,表4-4)
递质
受 体
第二信使
N1
（烟碱型受体）
拮抗剂
六烃季铵
筒箭毒碱
α-金环蛇毒素
N2
十烃季铵
通道效应
↑Na+
和其他
小离子
（烟碱型受体）
ACh
M1
↑IP3/DG
毒蕈碱型受体
↑ K+
受体主要分布
所有自主N节神经元的
突触后膜；
神经-肌肉接头的运动
终板膜上；
大多数副交感神经节后
纤维及少数交感节后纤
M2
↓cAMP
阿
M3
↓cAMP
托
骼肌血管舒张的的舒血
品
管纤维）所支配的效应
(心)
M4
↑IP3/DG
M5
↑IP3/DG
(腺体)
维（引起汗腺分泌和骨
器（心肌、平滑肌）细
胞膜上。
递质
E
受 体
第二信使
α1 ↑IP3/DA
α2 G ↓cAMP
（突触前膜）
拮抗剂
酚妥拉明
通道效应
↓K+
育亨宾
NE
β2
↑Na+↑C
心得
↑cAMP
a2+ ↑↓
宁
丁氧胺
（心得乐） K+
D1，D5
↑cAMP
β1
(心)
多巴胺
5-HT
D2，D3，D4 ↓cAMP
5-HT1 ↓cAMP
5-HT2 ↑IP3/DG
5-HT3-7
↑K+
↓Ca2+
↑K+
↓K+
↑Na+等
受体主要分布
外周： 多数交感N节后纤
维末稍到达的效应器细胞
膜上；
中枢： 低位脑干及上行投
射到皮层、边缘前脑、下
丘脑以及下行到达脊髓后
角、侧角、前角的纤维的
突触后膜上。
黑质-纹状体、
结节-漏斗、
中脑边缘系统。
中缝核内及上行投射到
纹状体、下丘脑等以及
下行到脊髓背角、侧角、
前角。
氨基酸类递质和受体
 兴奋性递质和受体
递质：谷氨酸（glutamate）/天冬氨酸（aspartate）
受体：AMPA / NMDA, Kainate, L-AP4
 抑制性递质和受体
 递质：GABA（脑的不同部位）/ Gly（主要在脊髓）
 受体：GABA_R / Gly_R，一般是配体门控Cl-通道
受体，调节Cl-内流使膜超极化，因此抑制神经元的
兴奋。
 GABAAR有5个亚型，为Cl-通道调节（ionotropic）
受体
 GABABR是metabotropic受体，与递质结合可激活
G-protein，进而激活K+通道，同时抑制Ca2+内流，
使突触后细胞超极化。
 A single chemical transmitter can have either short-
term or long-term effects on an ion channel.
 In this example (GABABR) a single exposure to the
transmitter activates the cAMP second-messenger
system, which in turn activates the cAMP-dependent
protein kinase (PKA). The kinase phosphorylates a K+
channel to produce a synaptic potential that modifies
neuronal excitability for minutes. With repeated
activation, the transmitter, acting through PKA, will
phosphorylate one or more transcriptional regulatory
proteins that activate gene expression. Gene activation
results in a protein that produces more enduring closure
of the channel and changes in neuronal excitability
lasting days or weeks.
 Prairie voles (Microtus ochrogaster) are small rodents that live in
temperate climates, where they dig tunnels in fields. When a male
prairie vole encounters a female, mating often ensues. After mating,
the couple stays together, building a nest and raising their pups
together. Contrast this behavior with that of the montane vole (M.
montanus), which is closely related to the prairie vole and lives in the
hills not far away. In this species, mating is quick, and afterwards the
couple separates. The male looks for new mates and the female
abandons her young soon after they are born.
 Neuroscientist Thomas Insel and his colleagues found that when
prairie voles mate for all those hours, their brains release a 9-aminoacid peptide. In females, this peptide is oxytocin; in males, it is
vasopressin.
 The receptors for oxytocin（催产素） and vasopressin（血管加压
素） in prairie voles are most concentrated in the regions of the brain
that are responsible for behaviors such as bonding and caring for the
young. In montane voles, there are far fewer receptors and as a result,
fewer postmating behaviors.
 Coffee effect
 A tired preson’s brain produces
adenosine(腺苷), which bind to specific
receptors, resulting in decreased brain
activity and increased drowsiness.
 Caffeine’s molecular structure is similar
to that of adenosine, so it occupies the
adenosine receptor without inhibiting
brain cell functioin

行为
脑
分子