受体的位相性激活和抑制

GABAA受体介导的突触通信，适合于快速、准确地把突触前活性转变为突触后信号。当神经末梢动作电位到来时，局部钙内流触发了释放位点突触小泡与突触前质膜的融合。每个小泡被认为释放了几千个GABA分子进入突触间隙，从而产生毫摩尔范围的GABA峰浓度。面对着释放位点的是成簇的少量GABAA受体，从十个到几百个不等。这些受体感受快速的GABA浓度增高，其中部分受体与GABA结合，触发了几乎是同步化的离子通道开放［1］。

位相性模式受体激活的规定性特征是GABA瞬变的短暂时程，突触后受体即暴露于此短暂时程的作用之下。应用低亲和力竞争性拮抗剂的实验表明，突触GABA浓度衰减的时间常数小于500 μs。另有实验利用一些减慢GABA与其受体结合的物质，表明突触部位GABA清除的时间常数接近于100 μs。GABA在突触间隙的存留时间短暂，可能是由于它从释放位点的快速弥散。GABAA受体的有效门控，需要受体被两个激动剂分子占领；就GABA而言，它的结合率较之弥散率是慢的。虽然在稳态时，GABA的峰浓度可能高于产生最大受体激活所需的浓度，但是这种短暂的暴露时间意味着并非所有突触后受体都必须完全占领。当GABA从单个小泡释放后，虽然在某些突触中可以发生突触后受体饱和（也就是完全占领），但不同突触之间的受体占领程度经常有差别，不同的神经元之间也有所不同，甚至单个神经元的各个突触也有所不同［1］。

突触间隙内GABA浓度瞬变的时程受以下因素的影响：突触小泡的大小及其含量、小泡融合的性质、突触间隙的几何形状，以及对应于释放位点部位的GABA转运蛋白（GABA transporter，GAT）和突触后受体的空间排列与数目。GABA峰值浓度及时程等是受体所遭遇的变量，因此，控制这些变量不仅会影响受体占领的程度，也将决定导致通道开放的后续变化。为了说明GABAA受体的最基本功能特点，已经提出了基于稳态及/或瞬态受体激活的微观门控的不同动力学模式。人们认为，GABAA受体的构象变化，导致受体不同状态之间的转变，这些状态包括：关闭状态、开放（离子导通）状态、脱敏状态（时间相对较长，激动剂结合的关闭状态）。停留在各个状态的时间取决于通道的内源性特点，以及GABA作用的时间剖面［1］。

在对致密细胞进行具有高时间分辨的电压钳测量时，可以记录到自发产生的小抑制性突触后电流（miniature IPSC，mIPSC），此电流由单个突触小泡释放的GABA引起。mIPSC快速发生，其上升时间为几百毫秒。此现象反映了受体和GABA释放位点的靠近，以及通道从关闭到开放的转换速度。如果GABA浓度的瞬变时程是短促的，那么IPSC的衰减是由离子通道关闭所决定的，关闭后配基就被移走，这个宏观现象称为失活（deactivation）。此过程的速度由受体的微观动力学决定，它反映不同的转换过程，可能多半是进出激动剂结合的脱敏状态的过程。这样在受体最后脱离结合以前，就有效地把GABA拉在受体上。在动物发育的不同阶段上以及在不同的细胞类型中，观察到IPSC衰减的区别，这被认为与整合不同亚单位的受体亚型表达有关［1］。

前面描述的位相性受体激活，其所讨论的仅仅是多数直截了当的情况。在这些情况下，单个小泡从活动带释放出来，而释放的递质又仅仅激活那些在突触后致密（PSD）下面成簇的受体（图4-2a）。实际情况没那么简单，可能包含同一突触终扣内邻近的PSD部位受体的激活；或者有多个不同小泡之间的相互作用，小泡可以在短时间间隔（≤1 ms）内从单个突触特异化中释放出来；也可以来自几个邻近突触，或来自重复的突触激活。如果一个动作电位在单个活动带触发多个小泡释放，这就是所谓多小泡释放，那么突触后受体将要暴露在GABA浓度的不同瞬变之下。如果小泡释放在时间上是分散的，比如异步化释放，则突触GABA浓度变化的时程可有相当程度的修饰。从释放部位弥散后，GABA可以激活邻近受体（突触周围受体），可以是同一突触终扣其他PSD上的受体，也可以是更远一些的突触外区受体，或者是邻近突触的其他受体。在这些情况下，任何特定受体所接受的GABA浓度，将取决于受体相对于释放位点的定位、邻近其他细胞元素的几何形状及空间排列，取决于弥散屏障及与神经元和胶质细胞GABA转运蛋白靠近的程度。重要的是注意一点：由于GABA溢出（spillover）所导致的电流，从其与释放事件是相关联的意义上讲，仍可认为是位相性的［1］。

图4-2　GABAA受体激活的模式（彩图见图版此处）

（a）突触前末梢单个小泡的释放仅仅激活那些突触后GABAA受体，这些受体在膜上成簇，直接靠近释放位点（黄色）。弥散（蓝色阴影）表明释放GABA的扩散。电流记录显示小抑制性突触后电流（mIPSC）的平均波形，记录时用了钠通道阻断剂河鲀毒素（TTX）。记录底下的阴影面积表示电荷转移。GAT：GABA转运蛋白。（b）动作电位依赖的数个末梢的多小泡释放或诱发释放，它促进GABA的“溢出”，激活突触受体、突触周围区受体或突触外区受体（蓝色）。电流记录显示较大和较慢的、由电刺激诱发的平均波形IPSC。为了比较，把mIPSC面积覆盖在上面。（c）虽然神经元和胶质细胞具有GABA转运蛋白（GAT-1和GAT-3）活性，细胞周围仍然存在着低浓度GABA。这种细胞周围的GABA张力性地激活高亲和力的突触外区受体。曲线显示，由随机的高亲和力GABAA受体开放而引起张力性电流噪声，覆盖于其上的是位相性电流（在此图内，突触事件将产生的部位在图中是看不出来的）。高浓度（10 μmol/L）GABAA型拮抗剂gabazine（SR-95531）阻断位相性IPSC和张力性通道的活性，引起“保持”电流的变化，并减少电流变异。在SR-95531的条件下，仍然保持着的不经常出现的位相性事件是谷氨酸兴奋性突触后电流（EPSC）。在给予SR-95531之前，电流记录下面的阴影区代表张力性活性GABAA受体所携带的电流。自发性IPSC的频率相对缓慢，张力性受体活性所造成的电导，比位相性IPSC的平均电导大几倍。电流记录是根据成年小鼠急性小脑脑片颗粒细胞的全细胞膜片钳记录，记录时采用对称性氯离子浓度，保持电压-70 mV，温度25℃。pA：皮安（电流）。（图引自［1］）

位相性GABAA受体所介导的抑制，主要特征是数量相对较少的通道快速、同步开放，这些通道在突触接头部位成簇［1］。

阻止神经元过度兴奋从而避免网络活性的病理状态，这是成年个体中枢神经系统GABA释放中间神经元和GABAA受体之基本任务。同样清楚的是，中间神经元的作用较之提供一种普遍性的抑制更为复杂，而且关键性地依赖于突触位置和IPSC出现的时机（timing）。有效性取决于两个变量（突触位置和IPSC出现时机）的位相性抑制，其重要功能之一是在神经元网络中产生节律性活动。来自皮层和海马篮细胞以支配锥体细胞胞体周围区的实验，提供了著名的实例。由于大量群体的锥体细胞具有位相性及同步化活性，因此这些中间神经元的一个基本作用就是产生和维持神经网络振荡——θ和γ频率的振荡。此作用需要中间神经元通过化学突触和电突触相互连接。就GABAA受体介导的突触后电导而言，快速时程（大约5 ms）对高频率同步化是必需的，例如γ频率。位相性抑制在产生或调节同步化群体活动中的作用，在其他脑区也被证明是有的，包括丘脑和嗅球［1］。

在受体激活以及与其他突触和电压门控电导之间的相互关系方面，在调控再生性树突的电活性方面，GABA释放的准确突触位置以及时间相互关系都是重要的。突触位置也影响位相性GABA介导的输入对于突触整合之影响。例如在海马锥体细胞的前馈抑制中，选择性激活终止于胞体的中间神经元，需要准确地同时检测（coincidence detection）胞体的兴奋性输入，而树突可以在一个较长的时间内整合突触输入。最后，成年皮层锥体细胞保留的GABA去极化作用，究竟是抑制性的还是兴奋性的，依赖于突触所在的位置，以及其相对于兴奋性输入活性的时间点［1］。

这些例子说明，空间分布受到限制的IPSP，其重要性在于使某些神经元有所作为。某些神经细胞接受空间分离的、不同来源的可塑性抑制性输入。重要的是应该注意到，这种输入也可能受到精细调制，或者通过亲本（parent）中间神经元活性的改变，或者通过神经末梢递质释放的调节。已知皮层和海马中间神经元按照细胞类型特异的方式表达各种受体，包括各种神经递质和神经调质的受体，如GABA、谷氨酸、5-羟色胺、阿片样肽、单胺类、乙酰胆碱、内源性大麻素（endocannabinoid）等。中间神经元以方式独特的放电频率变化或GABA释放，对这些神经调质的变化作出反应。改变特定类型中间神经元的活性或输出可靠性，这种调制可以非常精细，程度超过仅仅改变细胞所有IPSC的频率、幅度及时程。例如，如果皮层的轴突-轴突细胞被选择性地静默，那么突触后靶细胞总的IPSC频率将只有很少一点点变化，但它们的输出可能受到很大的影响。与此类似，如果篮细胞诱发的胞体周围IPSC发生去同步化，那么总的位相性抑制将没有什么变化，但节律性网络活动可能会垮台。所以小的、空间的及/或时间受限制的中间神经元活性的变动，即使并未很大地改变总的位相性抑制，也可以关键性地改变皮层下信息如何输送到皮层神经元网络的方式［1］。