第二讲 神经元一、神经元的基本结构二、神经纤维三、感受器及效应器四、突触五、神经元的变性和再生一、神经元的基本结构:
(一)神经元的一般结构特点,胞体 +突起
1,胞体,代谢和信息整合中心 ;
大小不等 (直径 5-135μm),
小脑颗粒细胞 ( 5-8 μm )
大脑皮质 Betz细胞( 30-135 μm *15-60 μm )
形状不等 ;
细胞膜、细胞质和细胞核组成,
2,突起,树突、轴突一、神经元的基本结构:
(一)神经元的一般结构特点,胞体 +突起
细胞膜,脂质双层及蛋白镶嵌模型膜蛋白:(约占 30~40%)形成受体,通道蛋白、载体等。
糖链:( 1~5%)与化学信息的识别、细胞粘连和细胞膜的抗原、抗体反应特性密切相关。
脂质双层,( 40%~50% )
细胞核,基本结构和功能同体细胞(略)
正常情况下位于细胞质的中央。个别神经元其位置偏在,如脊髓的 Clarke核细胞。
电镜下如发现偏在,表明神经元可能已处于开始变性状态,神经元可能已受到损伤。
多数神经元的细胞核成圆形,有的可能有凹陷或分叶,如小脑的浦肯野细胞。
光镜下,胞核大而圆,着色浅,空泡状。核仁清晰,通常 1个,偶见 2~3个。
细胞质,神经细胞特有的细胞器为尼氏体( Nissl body)、神经原纤维。
尼氏体 — 光镜下,用碱性染料可着色,斑块状(脊髓前角细胞)或颗粒状(脊神经节细胞)。
化学成分,核糖核酸 及 蛋白质 。
结构:平行排列的 粗面内质网 和其间的直径约为 10~30nm的 核糖体 。
作用:合成蛋白质的场所。随功能状态和病理改变而变化。
神经元受过度刺激时,减少或消失;神经纤维损伤时,溶解消失
( 染色质溶解 ),如细胞不死亡,还可恢复。
神经原纤维,光镜下,Cajal 法染色(硝酸银染色)呈黑褐色交织成网的细丝状。
神经微管和神经丝构成,由长的多肽链形成的纤维状蛋白构成。形成细胞骨架。
神经微管 — 直径 20~30nm,表面光滑,不分支。
由管蛋白 A,B—— 二具体组装而成。
轴突内,所有微管均纵形排列,
并可向轴突远端延伸。
与微管组装相关的 微管相关蛋白
(microtube associated protein)
( MAPs)已经发现的有,
MAP1(350kD),
MAP2(300kD),只存在于胞体和树突。
tau蛋白 (50~70kD),主要存在于轴突。
参与轴突的生长;与物质运输有关。在神经元老化或神经元退行性改变时会发生变化。
神经原纤维,光镜下,Cajal 法染色(硝酸银染色)呈黑褐色交织成网的细丝状。
神经微管和神经丝构成,由长的多肽链形成的纤维状蛋白构成。形成细胞骨架;参与轴突的生长;与物质运输有关。在神经元老化或神经元退行性改变时会发生变化。
神经细丝 — 直径约 7~10nm,由三种多肽亚基组成:
NF-L(73kD)
NF-M(145kD)
NF-H(200kD)
胞质中含量非常丰富,常聚集成束,
形成神经原纤维的主要成分。
在轴突中,数量亦必微管多 3~10倍。
神经细丝是许多磷酸化神经元蛋白之一,
其磷酸化程度与神经元中神经丝的正常功能和疾病状态中的变化有关,如:
AD的神经元纤维缠结则是 tau蛋白 过渡 磷酸化所致。
(二)树突:
1,分支:胞体的延伸部,无明确的分界线。 1~多个,锐角状反复分支 — 树突野
2,与胞体内所含的细胞器相似,唯高尔基复合体仅存于树突近侧端。
3,树突内不含生长相关蛋白 -43(growth-associated protein-43,
GAP-43),但是含 MAP2,根据此抗体识别树突和轴突 。
4,表面不光滑,有树突棘,可扩大树突的接触面积。
形态大小不同:棘样、园珠状、小片状。
数量不等,Golgi Ⅰ 型细胞者最多,如大脑皮质锥体细胞和小脑浦肯野细胞。
具有可塑性。
树突棘的超微结构:
棘器 -----2~3个平行的 板层状囊,树突中滑面内质网深入形成。
板层间有少量 致密物质 。
小棘基部有 游离核糖体和多聚核糖体 。
棘器的数目可以不同,大的小棘可有
2~3个棘器。
棘器还可存在于树突干和轴突起始段或胞体上。
树突棘的作用,为 兴奋性突触所在部位 。
(三)轴突:
1,形态,细而长,粗细均匀,表面光滑,分支少,可有 侧支 。
2,轴丘,起始处的膨大部,无尼氏体。
3,起始段,一般长约 15~25μm;轴膜下方有 膜下致密层 。此段的兴奋阈最低,是神经冲动的起始部;抑制性轴轴突触的所在部位
4,较粗的轴突表面常包有髓鞘。
5,终扣,其终末发出细的终末支,且形成扣状膨大。
6,膨体,终末支上形成的串珠样膨大。
以上 4,5两结构均为突触位点,且形成 突触前成分。 内含大量的突出囊泡。
(三)轴突:
7,结构:轴膜 —
轴浆 — 无核糖体、粗面内质网和 Golgi复合体; 只含滑面内质网、线粒体、溶酶体、神经微管和神经细丝。
含有 GAP-43,MAP1和 tau蛋白 。
8,轴浆流和轴突运输:
轴浆流 — 轴突内细胞质的流动称为轴浆流。
轴突运输 — 轴突内的物质随轴浆流被循环运输的现象称轴突运输。
轴突运输的分类 —
快速运输,100~400mm/d,是一种需能运输,是基于微管的作用来完成的。主要运输由高尔基体和内质网来的膜包囊泡(含神经活性物质、递质小分子及一些降解酶)和突触的膜蛋白(即运输与突触机能相关的蛋白成分)。
秋水仙素 处理可使微管蛋白弯曲和微管破坏,导致快速运输被阻断。
慢速运输,0.1~3mm/d,主要运输与轴突生长、更新和维持其生命相关的细胞骨架蛋白(结构蛋白) 和可溶性的无膜包裹的酶类。
顺行运输,是指由胞体运向终末。
逆行运输,比快速顺行运输速度慢 1/2~2/3,主要运输衰老的细胞器和内吞的细胞器(包括再循环的膜包囊泡)以及吸收和未吸收的外源性物质(病毒、毒素、生长因子和抑制因子等)。
辣根过氧化物酶( HRP)逆行和顺行追踪技术 。
8,轴浆流和轴突运输:
轴突运输的机制 —
顺行运输的运动分子,激蛋白( kinesin)。 20世纪 80年代末提出的,长 80nm的杆状分子。由两条重链和两条轻链组成的四聚体。膨大的头端连于微管,扇形的尾端连于被运输的细胞器。
逆行运输的移动分子,设想是 胞质动力蛋白。也是微管相关蛋白 ATP酶分子
( MAPIC)。也是由 2~3个带有 ATP酶活性的球状头的大分子和轻链的尾组成。是一个逆向转运蛋白 。
微管上同时存在两种运输蛋白。与激蛋白结合的细胞器作顺向运输,与胞质动力蛋白结合的细胞器则作逆向运输,以不同受体与两种蛋白均结合的则取决于两种蛋白的活性。
二、神经元类型,神经元形态和功能的多样性,分类方法也是多种多样的。
(一) 根据突起的多少:
假单极神经元双极神经元多极神经元
(二) 根据神经元的功能:
感觉神经元运动神经元联络神经元二、神经元类型,神经元形态和功能的多样性,分类方法也是多种多样的。
(三) 根据轴突的长短和树突有无树突棘:
GolgiⅠ 型 ---轴突长,直径较粗,外被髓鞘,传递速度快;
胞体较大;
有树突棘,树突野范围较广,呈圆锥形。
eg,大脑皮质的锥体细胞 。
GolgiⅡ 型 ---轴突短而细,通常无髓鞘,传递速度较慢;
胞体较小;
无树突棘或少量的树突棘,树突分支无定型;
eg.大多数 中间神经元 。
(四) 根据电生理特性:
兴奋性神经元抑制性神经元
(五) 根据所含神经活性物质:如胆碱能神经元、单胺能神经元(肾上腺素能、去甲肾上腺素能、多巴胺能和 5-羟色胺能神经元),γ-氨基丁酸能神经元和肽能神经元。
局部回路神经元,1975年提出,指所有在反射弧传导通路中起中间联络作用的神经元的总称。
三、神经纤维及神经:
(一)神经纤维,轴突和长树突及其表面包被的结构称为 神经纤维 。
中枢神经内 ----白质; 周围神经内 ----神经
1,有髓纤维,由轴突(或长树突)、髓鞘和神经膜细胞(神经胶质细胞)及基膜构成。
基本构造 —
中轴:轴突或长树突髓鞘,阶段性环层状结构。在外周神经,由 Schwann
细胞的细胞膜构成;在中枢神经,由少突胶质细胞的细胞膜构成。细胞质少。
基膜,约 25nm厚,且与神经膜细胞的外层细胞膜结合形成神经膜。
形态 — 朗飞氏结,无髓鞘,只有少量的神经膜细胞的胞质和基底膜;
结间体,长度不一,150~1500μm,
与轴突直径成正比。
髓鞘的基本结构,由 神经膜细胞( Schwann细胞 或 少突胶质细胞) 的细胞膜发育而来。
光镜 — H.E 染色呈粉红色环层状;
电镜 — 锇酸染色处理则染成黑色的明暗相交的同心圆环形板层状。
成分 — 磷脂、糖脂、胆固醇等脂质结构,占 70~80%
蛋白质 (髓鞘碱性蛋白、蛋白脂质蛋白、糖蛋白)约占 20~25%。
髓鞘的基本结构:
内轴突系膜暗板,主致密线,约 30 nm( 施兰切迹 )
明板暗线,周期内线,约 2~2.5nm
外轴突系膜 内环轴周间隙,约 12nm 外环
朗飞结 和 结旁区,
朗飞结 — 轴突较膨大,
有膜下致密层,约 20nm 厚。
表面无髓鞘,但有 指状胞突,
基膜,
基膜下间隙 (结间隙)。
结旁区 — 终末环 或 胞质囊
中枢神经内有髓纤维的 髓鞘,由少突胶质细胞的胞膜产生。
—— 一个少突胶质细胞的数十个突起,分别包裹不同的神经纤维,形成结间体。
—— 每条神经纤维上的结间体分别来自不同的胶质细胞。
—— 无施兰切迹;
—— 朗飞结处无髓鞘,也无基膜,故称裸区。
2,无髓纤维,外周神经 — 凹入 Schwann细胞的胞膜中;
中枢神经 — 包被薄层星形胶质细胞的胞质。
< 1μm,一对一,或同时形成几个浅凹。短系膜。
3,神经纤维的分类及传导速度:
( 1)组织学分类,有髓和无髓纤维。
( 2)根据纤维直径的大小,Ⅰ 类,12-20μ,Ⅰa (肌梭内的环旋末梢)
Ⅰb (腱器官)
Ⅱ 类,6-12μ,(肌梭的花簇末梢)
Ⅲ 类,2-6μ,来自压觉和痛觉感受器
Ⅳ 类,2μ 以下,来自痛觉感受器 。
( 3)生理分类,根据传导速度和动作电位特点。
A 类 -- 有髓纤维; 1-20μ 以上; 6-120 m/s,(Aα 70-120 m; Aβ 30-70 m;
Aγ 15-30 m; Aδ 6-30 m);躯体传入和传出纤维。
B 类 -- 有髓纤维; <3μ ; 3-15 m/s;多为内脏传出纤维。
C 类 – 无髓纤维; <2μ ; 0.6-2 m/s;主要为痛觉传入纤维和内脏传出神经的节后纤维。
(二)神经:
神经内膜 — 细胶原纤维、基质和少数成纤维细胞构成。
神经束膜 ---较厚的结缔组织膜,与软膜和蛛网膜相续。
神经外膜 ---致密的胶原纤维组成,与周围神经中枢端的硬膜相续。
四、感受器和效应器,神经末梢形成的特殊装置。
(一)感受器:
1,根据接受刺激的性质:
外感受器 ----体表的皮肤和毛发(痛温觉和触压觉);远距离感受器(眼、耳、舌和鼻的各种感觉)。
本体觉感受器 ----肌肉、肌腱、关节、韧带和筋膜内的位置觉和运动觉感受器,如肌梭和腱梭。
内感受器 ----即内脏感受器
2,生理学分类,机械感受器、温度感受器、光感受器、化学感受器和渗透感受器。
3.按形态结构分,游离神经末梢,有被囊神经末梢。
游离神经末梢,分布于皮肤、粘膜上皮、浆膜、深筋膜等;大多数为 Ⅲ,
Ⅳ 类纤维终末。一般认为与 痛觉感受有关 。
Merkel小体弥散神经末梢 ---真皮结缔组织,浆膜、心内膜、胃肠道、血管壁、大脑脉络丛、
弥散神经末梢有被囊神经末梢:
肌梭,0.5~12mm
外被囊 ---外被囊为数层扁平的结缔组织细胞内被囊 ---单层扁平细胞管,包裹一条梭内肌纤维
6~14条 梭内肌( 骨骼肌) ----短,胞浆丰富,
肌原纤维少,
核袋纤维,25μ× 7~8mm
核链纤维,10μ× 2~4mm
Ⅰ α纤维 ---较粗,环状终末缠绕于梭内肌纤维中部; 传导速度快,感受閾值低。
对牵张性刺激感受速度快。
Ⅱ 类纤维 ---较细,花簇样终末分布于梭内肌的两端;传导速度慢,感受閾值低,
对牵张性刺激感受速度慢。
运动神经纤维末梢 ---为细的 Aγ有髓纤维,
以蔓状终末或运动终板样形式止于梭内肌
(二)效应器,终止于骨骼肌、平滑肌、心肌和腺体的运动神经纤维终末结构
1,躯体性效应器 —— 运动终板(神经肌接头):
运动神经元轴突终末分支脱髓鞘;
神经内膜与肌内膜相连续;
神经膜细胞改为终末胶质细胞并覆盖轴突终末表面
轴突终末成葡萄状或板状与肌纤维紧密接触形成椭圆形板状隆起。
2,内脏性效应器,无髓纤维的终末。树枝状分支终止于平滑肌纤维表面;或先形成广泛的肌内丛,再分支,行于平滑肌纤维之间,以小的膨结或细环止于肌纤维表面。
五、神经元的变性与再生:
(一)神经元的变性 —— 神经元的死亡性变化称为 变性 (degeneration) 。
变性有两种形式 —— 凋亡 (apoptosis)
坏死 (necrosis)
1,凋亡 —— 神经元受到高度调节的、生理性的程序性死亡过程。是神经元的主动死亡。
胚胎发育过程中,神经管以分裂的形式产生了超量的神经元,
但在后来神经系统的不同发育阶段,在内外环境各种因素的激活下,
启动了程序性死亡基因,而使这些细胞以凋亡的形式被清除掉。
出生时,主动死亡停止,神经元不再分裂繁殖,数量保持在出生时的水平。到老年时,脑细胞又开始不断发生凋亡。
2,坏死 —— 出生以后,神经元由于神经损伤、病变、放射线照射、及药物中毒等原因而造成的病理性变化以至于最后死亡。
(二)神经元的再生 ——
神经元受损不严重时,发生病理性改变的神经元可能得到修复,称为 再生 ( regeneration)。
(三)周围神经损伤后的变性和再生:
1,Waller变性,指周围神经损伤后,损伤部位 远侧段的神经纤维 发生顺向性溃变 的过程。
轴突崩溃 —— 髓鞘崩解 —— Schwann细胞变化
(1)轴突崩溃:
12h,轴突变性。线粒体堆积,轴突基质密度增高,轴突肿胀
----轴质破坏,线粒体、微管和神经细丝破坏呈膨胀和缩窄交替的串珠状 ----变性的轴突断裂崩溃形成间断的团块( 1-4天最清楚)
----- 6-10天后,变性的轴突被完全吸收。
( 2)髓鞘崩解:
施兰切迹变宽,髓鞘退缩并失去板层样结构,
朗飞结扩大 ---髓鞘断裂成分节状结构( 19h 左右)
--- 8-32天之间,髓鞘化学成分变化,髓鞘进一步崩解成 <1μ m的颗粒状,小滴状,最后由 Schwann
细胞排出,被吞噬细胞吞噬而清除。
神经损伤后,在变性纤维的全长出现活跃的吞噬细胞 -----清道夫细胞。可能来自小胶质细胞,或白细胞,血管周细胞等。
( 3) Schwann 细胞变化:
Schwann细胞发生与轴突和髓鞘相反的变化。核糖体、线粒体增加,核增大,染色质密度增大,溶酶体成分出现。 4-25天左右,Schwann细胞分裂增殖,并沿溃变的神经纤维长轴排列呈带状,以便引导损伤断端再生的轴突新芽伸向靶结构
4,轴突终末与突触的变性,12~24小时内,轴突终末也发生溃变。
其特点有两种类型:
----- 突触囊泡、线粒体和突触基质等电子密度增加,突触膜早期增厚,仍可看清;晚期,结构模糊,被神经胶质细胞突起包围、吞噬而完全消失。
----- 突触囊泡及线粒体数量减少,整个突触膨大而清亮。
2,逆行性神经细胞变性:
近侧段神经纤维溃变 ——
由神经断端向胞体进行。其过程与远侧段基本相同,只是方向相反。一般只扩及 1~2个结间体(或 2~3 cm )即停止,接着开始再生新的轴突支芽。
但损伤严重,累及胞体时,整个近段完全崩溃。
胞体溃变 ——
光镜下,胞体肿胀膨大,胞核偏移;
尼氏体由中央向周围逐步溶解( 中央性染色质溶解 ),12~24h达高峰。
电镜下,粗面内质网扩大成池,胞体内
RNA总量增加,细胞体积因吸收水分而增大;
各种细胞器及氧化酶、水解酶均出现变化,
有的增加,有的减少,高尔基复合体破裂。
逆行性神经元溃变的归宿:
崩解消失、
暂时恢复 -----后期萎缩完全恢复变性过程及程度;
动物种属及成熟程度;
损伤部位与胞体的距离;
神经元的机能状态和类型;
3,周围神经纤维再生:
( 1)胞体反应,光镜下 — 1周左右开始,Nissl体开始重新出现,
3周左右充满胞体。肿胀的胞体开始消退,核返回原来的中央位置。但完全恢复则需要 3~6个月。
损伤即刻,细胞便持续表达,即早反应基因” C-fos和 C-jun,
2h 达最高峰 ------通过靶基因转录,合成结构蛋白,其中激动蛋白 和 微管蛋白 增加明显,还有 神经细丝蛋白,可促使轴浆运输及早恢复和维持形态; GAP-43升高近 100倍,可促进轴突的生长。
( 2)神经纤维的再生及突触重建,
损伤部位近侧段再生 ------约 10h后,断端膨大并分离形成多条生长锥 ----24h内,每一生长锥发出多条 轴突新芽向远侧延伸 ----
进入由神经膜细胞分裂增殖形成的细胞带外围和神经膜管中,其中只有一条支芽最终被神经膜细胞形成的髓鞘所包绕(其余的支芽则逐渐退化吸收) —— 在 神经诱导因素的诱导下,以每天 4mm
的速度向远端生长,最终到达靶器官,重新形成突触而恢复原有的机能。
神经溃变期间,Schwann细胞可分泌:
层粘连蛋白( LN) ------促进神经纤维延伸及神经末稍分化;,
纤维连接蛋白( FN) ------促进周围神经延伸;,
Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 型胶原蛋白 -----具有维持结构和对抗压力作用;
硫酸乙酰肝素 ------促进运动终板形成。
(四)中枢神经的变性与再生:
1,神经元胞体的变性:
原因,出生后的各种损伤,放射线照射,中毒性疾病,药物中毒及严重的缺血缺氧等病理改变,不同于细胞凋亡,而是退行性的坏死改变。神经元崩解,最终被吞噬细胞所清除;代之以胶质细胞的增生和侵入,发生胶质化,
形成病变部位的胶质瘢痕。
2,中枢神经纤维的变性,也分为远侧段、近侧段和胞体变性三部分,其过程与外周神经溃变相似。不同之处为 ——
少突胶质细胞不能形成引导轴突再生的细胞索。
少突胶质细胞不能分泌 LN,FN 等物质。相反会分泌抑制轴突再生的蛋白神经突起生长抑制因子 -35( neurite grouth inhibition -35,NI-35)
神经突起生长抑制因子 -250( neurite grouth inhibition -250,NI-250)
损伤初期,除血缘性吞噬细胞外,还有小胶质细胞急性型胶质细胞参与吞噬作用,以形成胶质瘢痕。
3,中枢神经纤维的再生:
20世纪 20-70年代:
侧支生芽,1958年,Liu & Chambers,后根切断试验。
突触可塑性 --- 终末生芽,1969年,Raisman的海马伞切断试验。
—— 中枢神经元损伤后的代偿现象
20世纪 70年代以后:
NGF的发现及研究,交感神经元、某些感觉神经元和中枢胆碱能神经元可通过轴突末稍社区的方式从靶组织摄取 NGF,逆行运回胞体,以保证神经元的存活及功能所需。可促进神经元突起的生长及断端的再生。
神经营养素家族的不断发现:
GDNF(胶质源性神经营养因子) ----可挽救禽类脊髓发育中的运动神经元凋亡;防止外周损伤史的脊髓运动神经元损伤;促进培养的运动神经元的成活。
NT-3,NT-4,NT-6 ----- 保护神经元的存活,防止神经元凋亡。
20世纪 80 年代以后 —— 本世纪初:
神经突起生长抑制因子的发现及研究 ( Schweb等):
NI-35,NI-250的发现; NI-1抗体 的制备
2000-1,Nogo的发现 — 具有 6个肽段序列的浆膜蛋白
( reticulon protein,含有一个功能不明的跨膜区。
有三个异构体,Nogo-A,Nogo-B,Nogo-C