抑制性突触

GABA神经元是脑内主要的抑制性神经元，GABAA受体是脑内主要的抑制性递质受体，最近关于这方面有新的研究进展。

皮层的网络计算是由兴奋性和抑制性神经元的突触相互作用来介导的，但是有关皮层网络计算在正常活动（behaving）动物中的活性如何，知道得很少。这里，有人通过单个、双个全细胞记录，再结合双光子显微镜，研究了正常活动小鼠的桶状皮层（barrel cortex），直接比较了大脑皮层第Ⅱ/Ⅲ层抑制性和兴奋性神经元突触驱动的膜电位动力学。人们发现，抑制性神经元与兴奋性神经元同步去极化，但是当处在脑的不同状态时，抑制性神经元更为活跃，并且两类抑制性神经元有差别性的贡献。快速放电的GABA神经元活性在安静、清醒动物中占主导地位；而当活动、清醒的时候，非快速放电的GABA神经元去极化，发放动作电位的频率增高。兴奋性神经元的稀少、不相关的动作电位放电由快速、大幅度及细胞特异的去极化所驱动。相比之下，抑制性神经元发放相关联的动作电位，有更高的放电频率，由比较慢、比较小而且被宽广同步化的去极化所驱动［22］。

突触传递的强度受神经递质受体数目和活性的调节，但是关于脚手架蛋白及受体的密度和绝对值，关于突触部位分子相互作用的化学计量关系，知道得很少。近来有人应用抑制性突触的纳米成像技术，做了三维和定量的纳米成像，其基础是单分子检测，目的是特征化抑制性突触的超微结构，而且计数脚手架蛋白和受体结合位点的数目。在脊髓突触上人们观察到，桥连蛋白脚手架蛋白和甘氨酸受体之间存在空间组构上的密切关系。内源性桥连蛋白成簇，密度为5000～10000分子/μm2，桥连蛋白分子和受体结合位点的化学计量关系接近1:1，此结果符合二维脚手架蛋白的情况，其中所有桥连蛋白分子都可贡献于受体的结合。甘氨酸和GABAA受体复合物竞争突触结合位点，这件事突出地表明，单分子成像技术可以潜在地在纳米精确度上定量突触可塑性［23］。

突触的分子构筑决定了在某个稳定状态时的突触强度，模块式脚手架蛋白对于突触的内部组构是决定性的因素。它们提供了短暂固定神经递质受体到突触后膜的结合位点，从而调定突触传递的增益。此外，突触脚手架蛋白结合于细胞骨架元素，调节突触后致密（PSD）的下游信号转导事件。基于此，很有必要了解脚手架蛋白的真实数目，以便在定量水平上评定它们在超微结构、功能及突触可塑性方面的作用。有研究发展了以单分子成像为基础的纳米技术，这使得人们可以在脊髓神经元上对抑制性突触的分子组构得到进一步定量的看法［23］。

抑制性突触PSD的特征是，它有一个致密的、作为脚手架蛋白的桥连蛋白簇，这个簇为抑制性的甘氨酸受体（GlyR）和GABAA受体提供结合位点。这些簇的形成和维持，依赖于受体-桥连蛋白以及桥连蛋白-桥连蛋白的相互作用。桥连蛋白分子有能力在N末端（G）域和C末端（E）域分别三聚化和二聚化。这些特点导致了一个模型，在此模型中桥连蛋白在突触膜下面形成六边形点阵，它对GlyRβ和GABAA受体的α1—α3、β2和β3亚单位提供共同结合位点。电子显微镜实验证实，抑制性PSD实际上是一个扁平状盘，其面积为0.04～0.15 μm2，厚度约为33 nm，而桥连蛋白分子保持在离突触膜的相对恒定距离处成簇［23］。

1．实验技术途径和研究问题的特点

除一般方法外，单分子成像方法被较多采用，其中包括PALM(6)和STORM(7)等。在此基础上，还做了许多新的应用，如PALM/STORM成像的重组、三维的PALM和STORM、定量单分子成像用的是脉冲光转变、光漂白和单荧光团的检测，把荧光强度转变为分子数目。通过这些来定量一个PSD里面有几个分子［23］。

所研究的问题有突触桥连蛋白簇（用PALM方法）及其内部组构、抑制性突触的三维组构（用双色3D-PALM/STORM方法）、突触部位内源性桥连蛋白分子的数目和密度、内源性甘氨酸受体和GABAA受体之间对竞争性突触结合位点活性依赖的竞争、关于突触桥连蛋白簇上甘氨酸受体结合位点的定量研究［23］。

2．通过定量纳米技术建立突触结构的真实模型

突触作为一个信号装置设备，主要通过其分子组成部分来实现自身的功能，这取决于突触成分的数目以及突触成分在突触结构里面的位置。抑制性突触研究的中心思想是考察单分子成像的固有特征，逐个检测荧光团，目的是提取超微结构的信息，以及有关脊髓神经元甘氨酸抑制性突触上桥连蛋白这种脚手架蛋白的定量信息。实验应用一系列以单分子为基础的成像途径，得到了一些新信息，这些信息提供了有关抑制性PSD组成及组构的更加真实的图像（表3-1）［23］。

表3-1　培养脊髓神经元抑制性突触的定量参数

GlyR即甘氨酸受体。

有关这些数值的细节，将另作详细介绍。注意在活体成熟突触上，或当突触实现可塑性反应时，这些数值可能有相当的变异。由于3D-PALM有限的空间分辨，因此这些有关厚度和体积的读数成为以上数值的上限［23］。

3．抑制性突触后致密的组构和平面结构

有几方面的证据表明，桥连蛋白簇是一个存在于质膜下的二维结构。电子显微镜资料显示，突触后致密（PSD）厚度约为33 nm。免疫电镜材料进一步显示，桥连蛋白分子位于离突触膜相对等的距离之处。桥连蛋白这种脚手架蛋白是竞争性抑制性受体的动态平台。抑制性PSD的形态学似乎在稳态调节抑制性突触中起作用。当兴奋性突触发生可塑性反应时，抑制性PSD的大小及复杂性会增加［23］。