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1、2023/3/18,1,神经生物学 Neurobiology,神经再生重点实验室神经科学系 姚登兵,2023/3/18,2,第2章 神经元及神经胶质细胞,2023/3/18,3,1、掌握神经元的概念;2、熟悉神经元的分类方法;5、掌握髓鞘的概念,熟悉神经纤维的分类;7、掌握星型胶质细胞的基本功能;8、掌握少突胶质细胞,雪旺氏细胞和小胶质细 胞主要功能。,本章学习要求:,2023/3/18,4,2.1 神经元,基本结构和功能单位人脑大约有1011个神经元,胶质细胞更多高度分化,形态多样,结构复杂,2023/3/18,5,2023/3/18,6,胞体(cell body)突起:树突(dendrit
2、e)轴突(axon),输入信号,整合信号,传导信号,输出信号,四个功能区,构成,2023/3/18,7,神经元模型及信号,2023/3/18,8,存在于脑和脊髓的灰质及神经节;形态各异,大小不一;由细胞膜、细胞质、细胞器和细胞核等组成;维持和控制神经元代谢和功能活动的中心。,2.1.1 神经元胞体结构和功能,2023/3/18,9,脂质双层液态镶嵌模型,1.神经元膜,厚度约5 nm,L-磷脂酸,鞘磷脂(sphingomyelin,SM),膜磷脂,2023/3/18,11,膜蛋白,2023/3/18,12,2.神经元的细胞质和细胞器,2023/3/18,13,神经元的细胞器,线粒体氧化供能,储存
3、钙粗面内质网和核糖体(尼氏体)蛋白质合成转运高尔基体加工包装分泌蛋白溶酶体清除垃圾微管、微丝、神经丝细胞骨架滑面内质网运输蛋白质、合成脂质内含物如脂褐素,2023/3/18,14,mitochondria,mitochondria in Purkinje neuron,2023/3/18,15,Nissls Stain,尼氏体(Nissl body),HE Stain,2023/3/18,16,periodic acid-Schiff staining,autofluorescent under UV light,lipofuscin,Lipofuscin in neurons of the
4、human brain,2023/3/18,17,神经原纤维(neurofibril)光镜下,重金属银染色,棕黑色的丝状结构,3.神经元细胞骨架,2023/3/18,18,微管 微丝 神经细丝,细胞骨架,神经原纤维,2023/3/18,19,(1)微管(Microtubule),形态结构 最粗,直径2025nm 细长而中空 微管数量与轴突直径成反比功能 调控神经元的形状 参与物质的运输 控制神经元发育中的可塑性,2023/3/18,20,化学成分 1)微管蛋白 亚单位 和 亚单位(tubulin)2)微管相关蛋白(MAP:MAP1,2,3,4,5和tau蛋白),MAP2,tubulin,202
5、3/3/18,21,Intracellular tangles found within neurons of brain,2023/3/18,22,(2)神经丝(neurofilament),神经细丝,在其他真核细胞中称为中间丝粗细界于细微丝和粗微丝之间不分支,直径约10 nm由神经丝蛋白聚合而成:NF-L、NF-M、NF-H(68 KD、160 KD、200 KD),2023/3/18,23,主要为支持作用,维持结构参与细胞内物质的运输及信息传递等,功能,中间丝蛋白的类型与分布,2023/3/18,24,(3)微丝(microfilament),粗细:直径约5 nm 分布:神经元,神经突起
6、中更多,胶质细胞也有成分:肌动蛋白(actin)肌球蛋白(myosin)功能:参与生长锥突起和伪足的形成与回缩,生长锥依赖微丝得以向前运动,2023/3/18,25,2023/3/18,26,细胞骨架总结,处于一种聚合与解聚、组装与去组装的动态调节中 不同程度参与神经元的发育、成熟和损伤后的再生等过程,占神经元总蛋白25 很大程度上决定轴突和树突的发生 参与细胞器与蛋白质在胞体与突起之间的双向运输 具有高度可塑性动态变化,2023/3/18,27,2023/3/18,28,4.神经元胞核,位于神经元的中央,大而圆 异染色质较少,位于核膜内侧,常染色质较多,分散在核的中央,着色浅 l2个核仁,深
7、染,大而明显,2023/3/18,29,电镜下的神经元核,2023/3/18,30,2.1.2 神经元突起,树突(dendrite)轴突(axon),突起,2023/3/18,31,1、树突(dendrite),胞体的延伸部,胞质与核周质基本相同 主要功能:接受信息 神经元的感受区 树突棘和棘器,2023/3/18,32,树突棘,2023/3/18,33,树突的运动,2023/3/18,34,2、轴突(axon),细长、光滑、无棘状突无核糖体和粗面内质网 主要功能:传出冲动,2023/3/18,35,生长锥(growth cone),2023/3/18,36,有髓神经纤维无髓神经纤维,神经纤维
8、(nerve fiber),2023/3/18,37,有髓神经纤维,朗飞结(Ranvier node)“跳跃”式传导结间体(internode)施万细胞(Schwann cell)少突胶质细胞,2023/3/18,38,施万细胞形成髓鞘的过程,2023/3/18,39,施兰切迹与郎飞氏结,2023/3/18,40,少突胶质细胞形成髓鞘,2023/3/18,41,无髓神经纤维,周围神经系统的无髓神经纤维 施万细胞形成连续的鞘,无郎飞节结中枢神经系统的无髓神经纤维 裸露的轴突,借星形胶质细胞分隔,2023/3/18,42,神经元的胞浆运输轴突转运,2023/3/18,43,轴突转运的机制,内含物质
9、的囊泡,通过驱动蛋白的作用,由ATP提供能量,沿微管自胞体向末梢运行,2023/3/18,44,运动蛋白的再循环,2023/3/18,45,2.1.3 神经元的分类,2023/3/18,46,按突起的数目分类,假单极神经元,双极神经元,多极神经元,2023/3/18,47,2023/3/18,48,2023/3/18,49,2.1.4 神经元间的联系,2023/3/18,50,小脑内局部神经元回路,1:藓苔纤维 2:攀缘纤维 3:小脑深部核团细胞4:颗粒细胞 5:高尔基细胞 6:浦肯野细胞7:篮状细胞 8:星状细胞 9:平行纤维 黑色细胞均为抑制性神经元,2023/3/18,51,2.1.5
10、神经元特有蛋白和代谢特点,神经元特异性烯醇化酶(NSE)神经丝蛋白(NFP)微管相关蛋白(MAP2)低分子量微管相关蛋白(tau蛋白)胆碱乙酰基转移酶(ChAT),特有蛋白,2023/3/18,52,mGluR1a(red)and tyrosine hydroxylase(green)in the substantia nigra,2023/3/18,53,神经元代谢特点:神经元的活动需要消耗能量 神经元越兴奋,代谢越旺盛,耗能越多 生理情况下,能量几乎全部来自葡萄糖的有氧氧化 脑内的葡萄糖都存在于细胞外液,糖原含量很少,PET Scan,2023/3/18,54,2.2 胶质细胞,神经胶质细
11、胞(neuroglia)或胶质细胞(gliocyte或glia cell或glia),Hippocampal neurons(green)and glial cells(red),2023/3/18,55,Neurons and glia.Tujl/b-tubulin III(red),GFAP(green),2023/3/18,56,特征:多种形态特征,有突起,但不分树突和轴突 终身具有分裂、增殖的能力 不产生动作电位或突触电位(有去极化(约40 mV)与复极化,没有主动的再生式电流产生,可记录到膜电位的变化)去极化与神经元同步,2.2.1 功能和分类,2023/3/18,57,主要功能:支
12、持作用 隔离及绝缘作用 分泌功能 运输营养物质 摄取化学物质 修复及再生作用,2023/3/18,58,星形胶质细胞(astrocyte)大胶质细胞 中枢胶质细胞 少突胶质细胞(oligodendrocyte)小胶质细胞 施万细胞 外周胶质细胞 被囊细胞,分类,2023/3/18,59,2023/3/18,60,胶原纤维酸性蛋白(GFAP),2.2.2 星形胶质细胞(astrocyte),Flotillin protein(red grains)by an astrocyte cell in culture(green)nucleus in blue.,2023/3/18,61,脑毛细血管表面
13、8599被其足板覆盖,2023/3/18,62,星形胶质细胞具有广泛的缝隙连接,Astrocytes stained with GFAP(green)and nuclear DNA stained with DAPI(4,6-Diamidino-2-phenylindole,blue.),Gap junction between astrocyte,GFAP为所有星形胶质细胞所共有,在成熟星形胶质细胞内表达,2023/3/18,63,2.起源与分化,多种学说Bailey 与Cushing:神经管髓上皮海绵样母细胞星形胶质细胞Penfield:神经上皮细胞成胶质细胞星形胶质细胞 Rakic:神经
14、(室区)上皮GFAP+细胞辐射状细胞星形胶质细胞 Raff:星形胶质细胞双谱系(dual linerage)学说占主要地位,按抗原表型(T1A和T2A),2023/3/18,64,3.分型,(1)按胶质原纤维含量及突起的形态特点,纤维性星形胶质细胞(fibrous astrocyte):蜘蛛细胞(spider cell),多分布在脑和脊髓的白质,大量胶质原纤维丝,突起细长,分支较少。原浆性星形胶质细胞(protoplasmic astrocyte):苔状细胞(mossy cell),多分布在灰质,胶质丝较少,细胞突起粗短,分支多,2023/3/18,65,纤维性星型胶质细胞,原浆性星型胶质细胞
15、,多分布于脑和脊髓的白质,突起细长,分支少,“蜘蛛细胞”,富含胶质丝,多分布于灰质,突起粗短,分支多,“苔状细胞”,较少胶质丝,2023/3/18,66,特殊的星形胶质细胞 Bergmann胶质细胞:小脑皮质,原浆性为主 Muller胶质细胞:视网膜 垂体细胞:脑垂体后叶 伸展细胞:正中隆起,Bergmann astrocyte,2023/3/18,67,(2)按抗原标记,型星形胶质细胞(T1A)抗原表型为GFAP+/A2B5-型星形胶质细胞(T2A)抗原表型为GFAP+/A2B5+,T1A(原浆性),T2A(纤维性),2023/3/18,68,支持作用 运输营养物质 修复作用,4.功能,a
16、neuron(red)and an astrocyte(green)patch clamped,2023/3/18,69,(1)支持和隔离作用,2023/3/18,70,(2)调节神经细胞内外离子浓度维持内环境稳定,钾通道:IA、IDR、IIR、IK(ca)神经元外“钾库”钠通道:Na+流;Na+/K+交换;HCO3/Cl交换 调节离子平衡和神经元的兴奋性 钙通道:L型和T型 Ca2流是星形胶质细胞与神经元之间信息交流的重要方式,2023/3/18,71,(3)调节神经元物质代谢,1)参与葡萄糖代谢2)转运神经活性氨基酸与合成神经递质,摄取和灭活 Glu、DA、NE、5-HT等,2023/3/
17、18,72,作用:限制兴奋性毒性,保护神经元,2023/3/18,73,(4)参与神经元的正常发育与突触的形成,星形胶质细胞分泌的相关因子,作用:ACM有利生长,突触形成,调节N发生,2023/3/18,74,(5)免疫功能,1)诱导小胶质细胞分化、增殖,增加其吞噬功能 2)结合经处理过的外来抗原传递给T细胞3)产生多种趋化因子和细胞因子,参与炎性反应 4)对趋化因子发生反应,并吞噬外源颗粒,2023/3/18,75,(6)星形胶质细胞的活化可塑性,反应性星形胶质细胞(reactive astrocyte),reactive gliosis,表现:胞体肥大,胞浆宽广,嗜酸性,突起增粗、分支增多
18、,但胞核无明显变化,2023/3/18,76,reactive astrocyte,Confocal microscopy image of reactive astrocytes stained with GFAP(red)and vimentin(green),分泌特异蛋白:GFAP、波形蛋白、结蛋白、肌球蛋白、S100蛋白、蛋白脂蛋白 等,对神经元产生多方面影响有利/不利,Astrocytes Limit CNS Regeneration,2023/3/18,77,主要功能:形成髓鞘,2.2.3 成髓鞘细胞,2023/3/18,78,(一)少突胶质细胞(oligodendrocyte),
19、(1)结构及生理特点,突起并不少,而且分支也多 胞体较小 核圆,染色较深 胞质内含大量微管 分布在神经元胞体附近和神经纤维周围 含有与髓鞘形成相关的酶以及髓鞘相关蛋白(半乳糖脑苷酯、环核苷磷酸二酯酶、髓磷脂相关糖蛋白、髓磷脂碱性蛋白 等),2023/3/18,79,2023/3/18,80,(2)起源,胚胎脑室的神经外胚层与室管膜下层 O2A谱系 抗原特征:A2B5、MBP+、GC+、GFAP,2023/3/18,81,(3)分类,束间少突胶质细胞 血管周少突胶质细胞 神经细胞周少突胶质细胞,a silver-stained oligodendrocyte in the brain,神经毡(n
20、ervous felts),2023/3/18,82,形成CNS轴突的髓鞘 分泌神经营养因子 表达抑制性蛋白,(4)生物学功能,2023/3/18,83,(二)施万细胞(schwann),Theodor Schwann.1939,结构:细胞呈梭形,核为扁椭圆形 胞质薄而不连续 来源:胚胎时期的神经嵴细胞,2023/3/18,84,形成周围神经系统的髓鞘迁移、粘着、产生细胞外基质分泌多种神经营养因子和生物活性物质,功能,2023/3/18,85,NGF、BDNF、CNTF、FGF、NT、生长相关蛋白-43(GAP-43)等 细胞外基质(ECM)细胞粘附分子(CAM),合成分泌:,2023/3/1
21、8,86,2.2.4 小胶质细胞(microglia),最小,数量较少 胞体呈细长或椭圆形,细长而有分支的突起 定居在脑内的吞噬细胞,对去极化非常敏感,2023/3/18,87,参与脑内免疫防御功能保持内环境稳定免疫功能,功能,2023/3/18,88,小胶质细胞的激活,A:静止的小胶质细胞B:激活的小胶质细胞C:巨噬细胞,2023/3/18,89,一层柱形或扁平上皮细胞衬于脑室和脊髓中央管内面,2.2.5 其它类型的胶质细胞,1室管膜细胞(ependymal cell),2023/3/18,90,2.脉络丛上皮细胞,分泌脑脊液参与构成血脑脊液屏障,功能:,2023/3/18,91,3.卫星细胞(satellite cell),包裹在周围神经节内的神经元胞体外的一层扁平的小细胞。又称被囊细胞(capsular cell),神经节胶质细胞(ganglionicgliocyter),2023/3/18,92,本章思考题,1、神经元细胞骨架的组成及特点2、神经元树突与轴突的形态结构和功能区别3、神经纤维分类及组成4、神经胶质细胞的分类及主要功能5、星形胶质细胞的功能,Thanks,名词解释:尼氏体,神经原纤维,髓鞘,神经毡,